某水库洪水调节及泥沙淤积分析

2023-09-28张清芳张清秀

河南水利与南水北调 2023年8期

关键词：悬移质库容淤积

张清芳，张清秀

（费县许家崖水库管理中心，山东临沂 273400）

1 工程概况

某水库为一座已建的以城镇供水为主，兼有发电和农田灌溉的小（1）型水库，坝址以上流域面积57.20 km2，工程枢纽建筑物包括拦河坝、溢洪道、取水建筑物和坝后电站等。

2 水库洪水调节计算

2.1 洪水标准

水库原设计总库容为640万m3，大于100万m3，小于1 000万m3，大坝为浆砌石重力坝，扩建后总库容为1 337万m3，大于1 000万m3，小于10 000万m3。根据规定，该工程为Ⅲ等工程，主要建筑物为3级建筑物。扩建加高后大坝为堆石坝，采用校核洪水标准为1 000年一遇（P=0.1%），设计洪水重现期为50年一遇（P=2%）。

2.2 洪水调节计算原则

由于水库库区两岸有部分房屋，人口较集中，水库洪水调度在确保大坝安全的前提下，同时保障库区淹没降到最低。故设3扇闸门控制下泄流量，调节计算中要求相应时段下泄流量不大于入库洪峰流量，闸门开孔水位涨率取0.10～0.20。

2.3 闸门选择

根据确定的泄流方案结合水工布置选择了3组不同的溢流宽度进行了比较，分别为12 m、15 m和18 m，即3孔4 m×4 m（b×h）、3孔5 m×4 m（b×h）及3孔6 m×3 m（b×h）闸门共三组方案进行了比较。洪水调节采用单辅助曲线法计算，起调水位753 m，起调库容1 246万m3。水库溢洪道闸门方案比较成果见表1。

表1 水库设闸门方案比较表

经技术经济方案比较，推荐3 孔5 m×4 m（b×h）闸门，堰型为WES实用堰，堰顶高程749 m。

2.4 洪水调节计算

堆石坝采用岸边溢洪道泄洪，设3孔5 m×4 m（b×h）表孔弧形闸门，堰顶高程749 m。孔流时泄流曲线见图1，闸门全开时按WES实用堰堰流公式计算，综合流量系数取1.90，其中：

图1 水库正常蓄水位（堆石坝方案）闸门不同开度泄流曲线图（753 m水位）

式中：Q流量，m3/s；σs淹没系数；m、μ流量系数；ε1侧收缩系数；b孔口总净宽；H堰上总水头；e闸门开启高度。其泄流曲线详见图2。

图2 水库（堆石坝方案）闸门全开时泄流曲线图

洪水调节计算采用单辅助曲线法计算，起调水位753 m（正常蓄水位），起调库容1 246万m3。水库洪水调节计算成果见表2。

表2 水库洪水调节成果表

3 水库泥沙淤积计算

3.1 水库泥沙淤积形态判定

对水库泥沙淤积形态的判定主要根据陕西省水利科学研究院和清华大学水利系研究的经验公式：

K<2.2为锥体，K>2.2为三角洲或带状。

式中：V—与运用水位相应的库容；Ws入—入库沙量；i0—库区河床比降。

经计算，K=5.06＞2.2为带状淤积。

根据陕西省水利科学研究院和清华大学水利系研究的经验公式分析水库泥沙淤积形态均为带状淤积。同时根据水库水下地形测图分析，进一步论证了该水库泥沙淤积形态为带状淤积。

3.2 水库泥沙淤积计算

泥沙淤积计算主要为水库扩建加高后水库运行50年泥沙淤积计算，据前述“2.7节”，水库悬移质年输沙量为21 410 t，泥沙容重按1.3 t/m3计，则年输沙量为16 469 m3。推移质按悬移质的15%计（闭流区悬移质予以计算，推移质不予计算），并考虑全部淤于库内。

3.2.1 悬移质淤积量

①多年平均库容淤损率法

式中：WT水库蓄水T 年的总淤积量；av水库多年平均库容淤损率；V水库的总库容（1 337万m3）；T水库设计使用年限，取50年。

水库多年平均年径流量（W0）为3 364 万m3，V/W0＝0.397，则av＝WS入/V＝0.001 22，由此计算的水库悬移质泥沙年淤积量为1.63万m3，50年悬移质泥沙淤积量为81.7万m3。

②多年平均排沙比法

V/W0＝0.38，由此由水库多年平均拦沙率经验关系曲线查得拦沙率为0.97，则库悬移质泥沙年淤积量为1.62万m3，50年悬移质泥沙淤积量为81.1万m3。

③悬移质泥沙淤积量

悬移质年淤积量采用多年平均库容淤损率法和多年平均排沙比法的均值，年淤积量为1.625 万m3，50 年悬移质泥沙淤积量为81.3万m3。

3.2.2 推移质淤积量

推移质按悬移质的15%计（闭流区悬移质予以计算，推移质不予计算），并考虑全部淤于库内，则推移质年淤积量为1 995 m3，50年淤积量9.9万m3。

3.2.3 泥沙总淤积量和坝前淤积高程

水库实测泥沙淤积水平高程为723.10 m，坝前淤积高程为721.90 m，根据水库库容曲线可以查出，运行38年泥沙淤积总量为71.3 万m3，水库扩建加高设计运行50 年泥沙总淤积量为悬移质和推移质之和共计91.2 万m3。因此，设计水库淤积总量为162.5 万m3，水平淤积高程为728.60 m，坝前淤积高程为725.70 m。