许家崖水库影响费县新时代水源工程设计洪水分析

邵泽斌

（费县水利工程保障中心，山东 临沂 273400）

1 引言

新时代水源工程建设旨在缓解费县及周边区域水资源短缺问题，上游许家崖水库对此影响较大，水库调节对拟建水源工程的设计洪水参数影响极大。因此，在确定设计洪水参数时需要充分考虑许家崖水库的调洪影响。

2 许家崖水库下泄水量调算

2.1 时历法水库调算原理

水库调节计算采用长系列时历法。基本计算供水为：

式中：Vi、Vi+1分别为水库第i时段初及时段末的蓄水量；W来、∑W用、W损、W弃分别为第i时段来水量、用水量之和、蒸发、渗漏等损失量之和、弃水量。

水库损失水量主要为蒸发、渗漏损失，蒸发损失采用许家崖实测蒸发资料计算求得。根据水库加固前后大坝、坝基渗漏量计算成果以及库区地质情况，调算中，除险加固前后坝体、坝基以及库区渗漏量分别采用月平均库容的1%、0.50%计算，月渗漏损失水量随月库容而变化。

调算中按兴利水位控制，超兴利水位则弃水。许家崖水库调节计算起调水位为死水位131 m，相应库容661万m3；上限水位采用兴利水位147 m，相应库容为16 700 万m3，超兴利水位后弃水。用水保证率按年计算。

为提高许家崖水库作为县城生活及工业供水水源的供水保证率，调算过程中设置水库最低限制库容，当水库可用库容低于限制库容时将暂停农田灌溉供水，以提高县城生活及工业供水保证程度。以最充分地利用水资源为原则，经综合调算分析计算，现状年最低限制库容按1 000 万m3（不含死库容）考虑。

2.2 选取调算水平年

2.2.1 现状年

优先考虑费县县城2.50 万m3/d 用水（设计供水保证率按95%）和国电费县电厂1 500万m3/a（合2.74万m3/d）用水（供水保证率按97%）；剩余水量进行农田灌溉，灌溉保证率按50%，现状灌溉水利用系数0.50，渗漏损失系数按月库容的0.50%。

2.2.2 规划年

优先考虑费县县城6 万m3/d 用水（设计供水保证率按95%），国电费县电厂4 959.20万m3/a（合12.70万m3/d）用水（设计供水保证率按97%），其中许家渗漏损失系数按月库容的0.50%。水库下游灌区农田灌溉用水全部转由下游规划姜庄湖水库解决。

2.3 调算结果

对许家崖水库时历法调算结果见图1。

图1 许家崖水库下泄水量图

3 新时代水源工程坝址处来水量计算

许家崖水库～新时代水源工程区间来水把同属温凉河流域许家崖水库的天然径流系列按面积比折算后移用。许家崖水库的下泄水量与许家崖水库～新时代水源工程区间来水量之和即为新时代水源工程坝址处来水量。结果见图2。

图2 新时代水源工程现状年来水图

4 设计洪水计算方法

4.1 设计暴雨计算

4.1.1 资料选取

橡胶坝所在温凉河流域内有吴家庄、关阳司、书房、棠梨树和王家邵站等5处国家雨量站，各站均有30年以上观测资料，以上5站观测资料精度高，代表性强，宜选为代表站。

4.1.2 设计点雨量计算

暴雨资料的统计选样采用固定时段（年）最大值法独立选样。将统计资料组成年最大24 h点雨量资料系列进行频率和统计参数计算。计算公式：

式中：Pm为资料系列中第m 项的经验频率；m 为资料系列序位；n为资料系列项数；X为降雨量。

地区暴雨综合频率法适线成果：均值为113 mm，Cv=0.57，Cs=3.5Cv，求得设计频率点雨量P5%=242 mm，P2%=300 mm。

用降雨径流关系P＋Pa～R 计算净雨R 时，前期影响雨量Pa 采用1 号线取40 mm，3 号线取45 mm。水库汇流单元相应频率的雨量按照全流域径流总量守恒来控制：

式中：R全为设计断面以上全流域设计雨量产生的净雨深（mm）；R区为设计断面以上区间汇流单元设计雨量产生的净雨深（mm）；R库为设计断面以上水库相应频率雨量产生的净雨深（mm）；S全、S区、S库分别为设计断面以上全流域、区间、水库的流域面积（km2）。

设计净雨成果见表1。

表1 各设计断面净雨计算成果表 单位：mm

4.2 设计洪水成果

4.2.1 汇流计算方法

温凉河河口断面以上流域均属山丘区，瞬时单位线参数计算采用一般山丘区综合瞬时单位线参数综合方程计算。

一般山丘区公式如下：

式中：m1瞬时单位线参数，是单位线的流域滞时m1=nk；m2瞬时单位线参数，与汇流速度有关，m2=1/n；C 为山丘地区系数，C＝0.196；F 为集水面积（km2）；J 为河道平均坡度；R 为净雨量（mm）；Tc为净雨历时（h）。

各区间流域F、J、R、Tc代入公式（4）求得m1后，根据瞬时单位线参数与1 小时单位线关系，叠加汇流计算。

4.2.2 设计洪水过程的推求

4.2.2.1 各控制断面洪水过程许家崖水库～新时代橡胶区间、许家崖水库控制流域设计洪水结果见表2。

表2 各控制断面洪水过程表

4.2.2.2 水库调洪

许家崖水库以汛限水位145 m起调，安全泄量为600 m3/s，当水位高于20年一遇防洪高水位时不再控泄，溢洪闸全部自由出流敞泄，以确保水库大坝安全。许家崖水库调洪结果见图3。

图3 许家崖水库调洪过程图

4.2.2.3 各控制断面设计洪量

根据河道比降并参照河道水面线计算成果估算洪水传播速度，山丘区洪水传播速度为2.50 m/s，T＝0.278 L/V，经计算许家崖水库坝址～新时代水源工程坝址区间洪水传播时间用时3 h。即新时代水源工程址位置设计洪水过程线由许家崖水库泄洪过程线滞后3 h并与新时代水源工程址断面～许家崖水库坝址区间的洪水过程线叠加而成。不同频率新时代水源工程控制断面设计流量见表3。

表3 新时代水源工程不同频率设计流量表 单位：m3/s

5 结论

许家崖水库调洪过程对下游新时代水源工程建设有重大影响。为了准确确定新时代水源工程的设计洪水参数，为挡水建筑设计提供参考，收集了许家崖水库的洪水调节方案及洪水参数，综合确定新时代水源工程的设计洪水参数。该参数结合了流域范围内重要水利工程的运行方案，结果较为可靠，为后续工程设计提供参考。