某工程库尾伏流采取工程措施后设计洪水计算

刘冬梅，杨 周

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

某工程库尾伏流采取工程措施后设计洪水计算

刘冬梅，杨 周

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

贵州省岩溶发育，峰丛、洼地众多，河流明暗交替现象十分普遍。若库区某些伏流段阻水严重，为保证上游重要乡镇不受淹，需采取工程措施对伏流卡口段进行处理。当采取工程措施后，洪水变得相对畅通，因此与天然情况下的洪水计算有较大的差别。文章对库尾伏流采取工程措施后的设计洪水计算进行了探讨，以期对类似的工程有所帮助。

库尾伏流；工程措施；设计洪水

0 前 言

某水利枢纽工程位于贵州省毕节市与遵义市境内。位于水库库尾、坝址上游约39～45km处，有3段伏流(暗河)，分别为大天桥、中天桥及小天桥暗河，中、小天桥河段从大天桥进口至小天桥出长约6km。大、中、小天桥伏流均不同程度存在卡口段，阻碍上游洪水顺利通过。

水库建成后，随着小天桥出口水位的抬高，伏流段过洪能力将会变得更小。为保证水库 20a一遇洪水回水不影响上游大河乡，设计拟采取大中天桥分洪隧洞+小天桥明渠方案对伏流卡口段进行处理，隧洞各2条，长度约为 2.8km，断面为12×18.1m；明渠长度约为 0.5km，断面为25×23m。

1 流域慨况

六冲河为乌江最大的一级支流，全长273.4km，全流域面积10665km2。六冲河干流大致以赫章以上划为上游河段，河谷较开阔，赫章至瓜仲河水文站为中游河段，河谷深切，岩溶相当发育，明暗相间，有多处伏流段，其中赫章县城至七星关河段长32km，有大小伏流6处，分别为卡上，猪爬岩，毛家洞，大、中、小天桥伏流，总长约8km。梯子岩至瓜仲河水文站河段长7km，有伏流数处，其中最长的梯子岩伏流长3km，现已开发为贵州省风景名胜区(九洞天)，瓜仲河以下至河口为下游河段，河谷地形开阔，束放相间，其间伍佐河口、六圭河、寄仲坝地形开阔，阶地发育(已为洪家渡电站水库库区)[1]。

某水利枢纽工程坝址位于长江流域乌江支流六冲河干流的中游河段上，坝址以上集水面积 4312km2。

受水区位于毕节市、大方、黔西、金沙、纳雍、织金、赫章6县和遵义市城区及仁怀市。受水区地处云贵高原向东部低山丘陵过渡的斜坡地段，地形以山地高原为主。区内河流属山区雨源型河流，源短流细，岩溶发育，地表和地下水滞蓄能力差，水资源量小，开发利用程度有限，因此水利化程度和保证率不高，旱灾频繁。

2 设计依据站洪水频率计算

经分析，以坝址上游的六冲河干流上的七星关水文站(F=2999km2)、坝址下游的六冲河干流控制站洪家渡站(F=9456km2)和支流白甫河上的对江站(F=1944km2)为设计依据站。各站设计洪水用频率法计算，经过目估适线确定三站洪峰洪量系列的参数采用值[2]。

3 伏流削峰作用分析

六冲河干流上暗河溶洞分布广，在干流以上比较大的伏流有卡上、猪爬岩、毛家洞、大天桥、中天桥、小天桥、梯子岩伏流。其中七星关站受伏流影响，造成洪峰模数为全省的最低值[3]。

根据调查分析，大花水河段毛家洞洞口最大出流能力仅400m3/s；1983年较大洪水在大天桥进口和小天桥出口处水位差比测时水位差高19m，说明较大洪水时天桥伏流壅水严重。

根据分析，天桥伏流削峰能力在20%～35%(P=5%～1%)，常年洪水削峰能力很小。其中大花水断面上游1km处即为毛家洞出口，断面以上集水面积 1300km2，大天桥入口处集水面积 2910km2，大天桥入口～小天桥出口区间集水面积55km2，大花水～大天桥区间集水面积 1610km2，七星关站集水面积 2999km2。天桥伏流削峰计算成果见表1。

表1 天桥伏流削峰计算成果表

4 坝址设计洪水计算

坝址设计洪水计算考虑天然、天桥伏流畅通、考虑连通洞作用3种情况进行分析计算。

4.1 大天桥伏流入口及天桥伏流畅通情况下七星关站设计洪水计算

根据上述伏流削峰能力分析，2a一遇左右的洪水，大、中、小天桥基本畅通，故考虑七星关站常年一遇洪水(≤700m3/s)情况下，大天桥伏流入口和七星关站洪水流量相一致。

七星关站≤700m3/s的洪峰流量与伏流入口处的调查历史洪水合并，组成大天桥伏流入口处洪峰流量系列，点绘得到伏流入口～七星关站同期年洪峰流量的线性相关关系曲线，相关系数为0.99，相关性好[4]。

关系式为：

Q大天桥入口=(Q七星关-361.59)/0.5256

(1)

根据上式插补得到大天桥伏流入口历年的洪峰流量，采用频率法经过目估适线，得到大天桥伏流入口处的洪峰系列参数采用值。

将大天桥伏流入口处设计洪水成果按面积比移至七星关站断面，比拟系数为1.03，得到畅通情况下即不受伏流影响的七星关站断面设计洪水成果，见表2。

表2 大天桥伏流入口及畅通情况下七星关站设计洪水成果表

备注：伏流入口、七星关站设计洪量成果一致

4.2 天然情况下坝址设计洪水

据七星关和洪家渡两站同频率设计洪水峰、量值，推算峰、量面积比指数，坝址年最大洪峰流量依据七星关站设计洪水按加大10%的洪峰面积比指数推算到坝址[5]。

4.3 考虑连通洞作用坝址设计洪水

本工程库尾分布的大、中、小天桥3段伏流进、出口河床高程在1294～1274m，地面最高高程在1400～1350m，水库蓄水后伏流洞段有可能部分或全部淤堵；伏流洞段存在因排水不畅和受泥沙淤积影响而形成库中库的可能。设计拟在伏流河段采取大中天桥分洪隧洞+小天桥明渠方案降低对上游壅水的影响[6]。

考虑连通洞的设计洪水按天桥伏流不过流、连通洞过流情况下进行计算。

根据连通洞的滞洪能力，对伏流入口进行调洪计算，其下泄流量与连通洞出口～坝址区间设计洪水相叠加，得到设计洪水过程[7]。

经连通洞滞洪后，坝址处校核洪水洪峰流量为5090m3/s(0.02%)，考虑到水库运行初期，伏流和连通洞共同泄流，本阶段考虑校核频率洪峰、洪量同时加大10%，加大后校核洪水洪峰流量为5600m3/s。

4.4 天桥伏流畅通情况下坝址设计洪水

天桥伏流畅通情况即不考虑天桥伏流影响。畅通情况与现状情况洪量相同。设计洪峰流量计算采用两种方法比较，经比较，最终采用不考虑伏流影响的七星关站设计洪水按面积比指数推算到坝址处成果[8-9]。

4.5 推荐采用的坝址设计洪水成果

水库运行初期，伏流和连通洞共同泄流，坝址设计洪水考虑按天桥伏流畅通情况计算，校核频率洪峰、洪量同时加大10%，得到水库坝址处校核洪峰流量为7050m3/s。通过调洪计算，水库最大下泄流量为3310m3/s，水库校核洪水位为1326.06m。考虑连通洞情况下校核洪水位抬高0.45m。成果是偏安全的[10]。详见表3。

表3 水库坝址设计洪水成果表

备注：连通洞和畅通情况下P=0.02%设计洪峰、洪量加大10%

5 结 语

设计洪水计算是一项重要且复杂的工作，计算的设计洪水的大小，直接关系到工程的安全。贵州省岩溶发育，河流明暗交替现象频现。当对库区伏流卡口断面采取工程措施后，洪水变得相对畅通，与天然情况下的洪水计算有较大的差别。因此，设计人员除重视洪水调查，开展必要的水文地质调查外，还必须结合流域的水文资料情况，选择多种方法来进行分析比较，最终选择对工程安全有利的设计洪水成果。

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[3]朱勇,宋萌勃,雷红富,李晶,谢平.相似流域选择的随机分析方法[J].中国农村水利水电，2007(03)：4-6.

[4]尹雄锐,夏军,张翔,王晓妮.水文模拟与预测中的不确定性研究现状与展望[J].水力发电，2006，32(10)：27-31.

[5]黄河.小沙河治理工程设计洪水计算探讨[J].河南科技，2013(07)：176-178.

[6]江红，杨继新，宋立民.安庆市无资料地区小河流设计洪水计算方法[J].松北水利水电，2009(07)：56-57.

[7]杨丙魁.十里河水库除险加固设计洪水计算[J].科技情报开发与经济，2010,20(16)：193-195.

[8]陈剑池，陈桂亚，丁志立.南水北调中线工程无资料地区设计洪水计算方法综述[J].水利水电快报，1999,20(02)：8-11.

[9]杨国巍，曹蕾，赵旭光.金沙河水库除险加固工程设计洪水计算[J].水利科技与经济，2011,17(01)：76-77.

[10]胡笑妍，王宝玉.设计洪水计算中洪水系列的选用[J].水电能源科学，2013,31(06):95-98.

1007-7596(2014)03-0100-03

2013-05-18

刘冬梅(1968-)，女，重庆人，高级工程师，从事水资源水文专业工作；杨周(1982-)，男，贵州都匀人，工程师，从事水文水资源专业工作。

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