基于坝前水位的大伙房水库第二溢洪道启用条件研究

王 萍

(桓仁县水务局，辽宁 本溪 117022)

1 工程背景

大伙房水库是辽宁省北部浑河干流上的一座以防洪和供水为主，兼有其他诸多功能的大型水利枢纽工程。水库与下游的河道的堤防相互配合，共同构成浑河中下游的防洪体系，可以为下游的600万 余人和15.6万hm2农田提供有效的保护[1]。同时，大伙房水库又是下游的抚顺和沈阳两市的重要水源地水库，对下游地区的经济发展具有十分重要的作用和意义[2]。1995年，浑河流域遭受了特大暴雨的袭击，经过复核，大伙房水库的防洪标准已不能达标，由原来的1 000年一遇降低为300年一遇。基于此，对水库进行了除险加固和新建第二溢洪道相结合的设计方案，提高水库的防洪标准。新建的第二溢洪道主要承担水库的加泄水量。该溢洪道位于主溢洪道右侧两低山之间的U型山谷的上游，为直泄式溢洪道结构设计，堰体总宽为102.2 m，溢流净宽为84.0 m，堰顶高程为125.0 m。溢洪道的控制段长为32.88 m，收缩段长158.42 m，陡槽段长130.25 m，建筑物的级别为Ⅰ级，防洪标准按照千年一遇标准设计，按照可能最大洪水校核。由于特大洪水发生频率较小，属于稀遇性实践，因此水库的第二溢洪道作为水库的非常溢洪道在应用方面可供借鉴的实例并不多，因此在运用方面会面临水文条件、起调水位等较多的不确定性，而这些不确定性因素的存在，必然会增加水库的防洪调度方面的风险[3]。基于此，研究针对不同的启用情境，对第二溢洪道的启用指标进行量化研究，保证水库在遭遇特大洪水袭击的情况下，能够及时启用第二溢洪道，降低水库调度方面的风险。

2 第二溢洪道启用水位计算

2.1 计算原理与思路

根据研究目的，认为大伙房水库第二溢洪道的启用水位指的是其参与泄洪的最低水位[4]。在计算过程中首先结合水库以防洪调度风险控制为前提的可接受洪水过程，确定遭遇特大洪水袭击条件下第二溢洪道的启用水位，并结合典型洪水过程的计算，验证其科学性和合理性[5]。具体的计算步骤如下：

首先，以王丽学等[6]的研究成果为借鉴，结合大伙房水库实际情况，对基于防洪风险防控的可接受洪水过程进行推求，分析获取第二溢洪道不参与泄洪条件下的坝前水位，并将其作为第二溢洪道的启用水位。然后结合典型洪水过程的分析计算第二溢洪道未参与和参与泄洪两种不同工况下的坝前水位，经过数据的对比分析，验证第二溢洪道启用的科学性与有效性[7]。

在此次研究中，采用水库调度和洪水过程分析相结合的方式[8]，利用公式(1)确定第二溢洪道的启用水位。

(1)

式中：ΔW为时段洪量，m3；Qt+1为t+1时段泄流量，m3/s；Qt为t时段泄流量，m3/s；Δt为时段间隔，s；qt+1为t+1时段入库流量，m3/s；qt为t时段入库流量，m3/s。

2.2 不开启第二溢洪道计算结果

研究中以万年一遇洪水过程为例，进行大伙房水库的调洪计算，获取第二溢洪道不参与泄洪的大坝坝前最高水位，入库的洪峰流量为15 100 m3/s，计算时间为8月15日0时。由于大伙房水库在汛期和非汛期的调度原则不同，因此研究中按照汛期和非汛期两种不同的调度方式进行研究。其中，汛期的起调水位为126.5 m，非汛期的起调水位为128.5 m。具体的计算结果如下：

(1)起调水位为126.5 m。按照上节的计算公式进行计算，结果如图1～图2所示。由图中的计算结果可以看出，第二溢洪道不参与泄洪情况下的坝前最高水位为137.07 m。

图1 起调水位为126.5 m计算结果1

图2 起调水位为126.5 m计算结果2

(2)起调水位为128.5 m。按照上节的计算公式进行计算，结果如图3～图4所示。由图中的计算结果可以看出，第二溢洪道不参与泄洪情况下的坝前最高水位为136.34 m。

图3 起调水位为128.5 m计算结果1

图4 起调水位为128.5 m计算结果2

综合上述计算结果，当起调水位为126.5 m时，第二溢洪道启用的坝前水位高度应该是137.07 m；当起调水位为128.5 m时，第二溢洪道启用的坝前水位高度应该是136.34 m。

2.3 开启第二溢洪道计算结果

按照上节的计算原理和方法，对第二溢洪道参与泄洪条件下的调洪过程进行计算分析，结果如表1所示。由此可见，当大伙房水库遭遇万年一遇洪水侵袭的情况下，开启第二溢洪道可以实现对坝前水位的有效控制。

表1 第二溢洪道是否参与泄洪的坝前最高水位计算结果 m

2.4 典型超标洪水计算结果

按照上文的计算思路和方法对超标洪水工况下的调度过程进行计算。计算过程中的起调水位为126.5 m和128.5 m不变，超标洪水的入库的洪峰流量为20 300 m3/s。计算结果如表2所示。由此可见，当大伙房水库遭遇典型超标洪水侵袭的情况下，开启第二溢洪道可以实现对坝前水位的有效控制。

表2 典型超标洪水计算结果 m

3 第二溢洪道启用条件推荐方案

研究中针对大伙房水库可能遭遇的万年一遇洪水和超标洪水过程，结合汛期和非汛期两种不同调度方案下的起调水位，经过调度计算获得不同调度情境下的第二溢洪道启用的坝前水位。在不同的计算情景下，第二溢洪道的启用水位均为水库的底线水位，可以结合工程的具体实际，以提前启用第二溢洪道，保证水库的泄洪安全。由于此次研究的主要目标是防范水库的调度风险，因此仅从防洪调度的风险控制视角研究和确定第二溢洪道启用方案。

针对万年一遇洪水过程，如果起调水位为126.5 m，当水位高度超过137.07 m，且水位仍明显上涨时即可启用第二溢洪道，可以将最高水位控制在137.63 m以下；如果起调水位为128.5 m，当水位高度超过136.34 m，且水位仍明显上涨时即可启用第二溢洪道，可以将最高水位控制在137.15 m以下。

针对典型超标洪水过程，如果起调水位为126.5 m，当水位高度超过139.69 m，且水位仍明显上涨时即可启用第二溢洪道，可以将最高水位控制在139.99以下；如果起调水位为128.5 m，当水位高度超过139.32 m，且水位仍明显上涨时即可启用第二溢洪道，可以将最高水位控制在139.65 m以下。

4 结 语

此次研究以辽宁省大伙房水库为例，对不同情景下的第二溢洪道启用条件进行研究，提出了不同调度情景下第二溢洪道启用的坝前水位条件。计算结果显示，第二溢洪道的启用水位具有科学性和合理性，可以为大伙房水库非常条件下的调度提供必要的支持和借鉴。当然，此次研究也有一些不足之处，主要是研究过程中仅考虑了溢洪道的泄流能力，而没有对下游河道的洪水承载能力进行计算和分析，在今后研究中，需要综合考虑下游河道的承载力和第二溢洪道的泄流能力，获得更为科学的第二溢洪道启用条件。