关于桑涧水库设计洪水分析

汪建

摘录：本文结合了定远县桑涧水库除险加固工程设计，通过多方案比选分析了，推算对水库设计洪水，为水库除险加固设计提供了水文规划基础数据。

关键词：设计洪水降雨洪峰流量

1 基本情况

桑涧水库位于定远县桑涧镇桑涧村境内，处于淮河流域池河支流桑涧河上游，江淮分水岭北侧。水库总来水面积72km2，是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、养殖等综合利用的中型水库，主要建筑物为3级。设计灌溉面积5.1万亩，保护下游桑涧、藕塘、池河镇沿河村庄及定滁公路（S311线），保护人口1.5万人，耕地4.5万余亩。

水库正常蓄水位59.80m，相应库容2197万m3；100年一遇设计洪水位为61.63m，相应库容3327万m3；1000年一遇校核洪水位为62.27m，总库容3811.00万m3。桑涧水库是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、养殖等综合利用的中型水库，保护下游桑涧、藕塘、池河镇沿河村庄及定滁公路（S311线），保护人口1.5万人，耕地4.5万余亩。由于该水库大坝为多期施工完成，且土方多为民工施工，工程质量先天不足。2010对水库进行除险加固，达到现状规模。2021年7月定远县组织对桑涧水库进行了安全鉴定，经滁州市水利局审定，确定桑涧水库为三类坝。根据安全鉴定结论，需尽快对桑涧水库进行除险加固。

2 设计洪水分析

桑涧水库位于安徽省定远县桑涧镇桑涧村境内，处在淮河流域池河支流桑涧河上游，距定远县城东9km。坝址以上控制流域面积72.0km2，流域长度14.4km，水库上游河道干流长度18.8km，河底平均比降为2.23‰，流域平均宽度为5.0km。水库上游有4座小（1）型水库，分别为杨湾水库、伏塘水库、劳武水库和红塘水库，控制流域面积分别为9.44km2、4.72km2、3.4km2、3.69km2。

根据桑涧水库相关水文资料收集情况，其设计入库洪水计算可采用流量资料直接计算和由降雨资料推求法分析计算。然后经比较后，合理选择确定。

2.1 由流量资料推求设计洪水

桑涧水库有1985~2016年32年实测水位、水库出库流量等资料，水库结合水位~库容曲线，采用库水位、库容变量反推得到桑涧水库的历年入库洪水的洪峰流量，根据统计多年平均洪峰流量147.4m3/s。根据100年一遇设计洪峰流量约1135.8m3/s，1000年一遇设计洪峰流量1921.7m3/s。

2.2 由降雨资料推求设计洪水

（1）设计暴雨

水库及水库流域附近建有桑涧水库雨量站、定远县气象站等雨量站，其中桑涧水库站有1985~2019年的实测雨量资料，根据统计多年平均最大1d降水量约88.6mm，根据频率分析100年一遇最大1d降雨量246.3mm，1000年一遇最大1d降雨量342.6mm；定远县雨量站1951年~2019年实测雨量分析，多年平均最大1d降水量约97.7mm，根据频率分析100年一遇最大1d降雨量267.2mm，1000年一遇最大1d降雨量369.9mm。

根据“84年办法”《安徽省年最大1小时点雨量均值线图》、《安徽省年最大24小时点雨量均值线图》，查询桑涧水库流域多年平均最大24h降雨量约100mm，100年一遇最大24h降雨310.0mm，1000年一遇最大24h降雨445mm。

根据以上设计暴雨计算成果分析，按“84年办法”查图成果与利用实测系列计算设计暴雨成果相差不大。定远县气象站位于桑涧水库西侧9km，桑涧站位于桑涧水库流域出口断面，两站距离水库控制流域中心位置较远，观测的暴雨不能完全代表汇水区的情况；而“84年办法”是根据我省近600多个雨量站观测资料绘制的暴雨等值线图，且对地形条件、高低值地区变化规律、抽样误差及各种历时参数图之间的协调等作了全面考虑，其结果较上述两站实测资料更具有代表性。同时，“84年办法”查图成果较实测雨量成果偏大，出于工程安全角度考虑，桑涧水库设计洪水计算采用“84年办法”查算的设计暴雨成果。

（2）设计洪水

由暴雨资料推求设计洪水，结合本地区实际情况，按照桑涧水库流域特征参数，采用“84年办法”推求。根据分析计算100年一遇设计洪峰流量约716.4m3/s，1000年一遇设计洪峰流量1105.0m3/s。考虑桑涧水库流域内现有四座小型水库，控制面积约31.25km2，约站桑涧水库控制面积的43.4%，4座水库总库容约1082.5万m3，约站桑涧水库总库容的28.4%，同时由于上游水库的防洪标准均比桑涧水库标准低，当桑涧水库发生1000年一遇洪水时，上游水库有可能会溃决；因此流域内四座小型水库的调蓄作用以及超标准溃坝洪水均对桑涧水库设计入库洪水产生较大的影响。

由于丘陵区土石坝溃决一般只溃主要部分，即横向局部溃决，因此根据黄河水利委员横向局部溃坝法计算各水库的溃坝洪水演进至桑涧水库的流量，公式如下：

黄河水利委员会的溃坝计算公式，溃口宽度为：

b=c(W1/2B1/2H0)1/2

式中：b：溃口宽度，m；

W：为溃坝时蓄水量，万m3；

B：为坝顶长度，m；

H0：为坝前水深，m；

c：与坝体土质有关的系数，粘土类0.65，壤土类1.3。

按瞬时横向局部溃坝到底，溃坝最大流量为：

QM=8/27g1/2(B/b)1/4bH01/2

式中：QM：溃坝最大流量，m3/s；

g：为重力加速度，9.81m/s2。

坝址处最大流量的计算，采用经验公式：

QLM=W/(W/QM+L/vK)

式中：

QLM：为当溃坝洪水演进到距坝址L处，该处出现的最大流量；

V：是河道洪水期断面最大平均流速；山区3~5m/s；

K：K为经验系数，山区1.1~1.5。

桑涧水库1000年一遇入库洪峰流量为1105m3/s，加上本次复核上游4座水库的溃坝流量500.86m3/s，1000年一遇洪峰流量为1605.86m3/s。

根据设计洪水计算规范（SL44-2006）“对大型工程或重要的中型工程，用频率分析法计算的校核标准设计洪水，如果有偏小的可能，一般不超过计算值20%”，应对其进行洪峰修正；另外桑涧水库下游保护范围有桑涧镇、池河镇及沿河村庄及定滁公路（S311线）等重要基础设施，水库安全运行尤为重要。因此为确保水库大坝和下游地区的安全，对1000年一遇校核设计洪峰增加一定的修正值是十分必要的。根据以上分析，应对未考虑上游水库溃坝影响的流量进行安全修正，确定安全修正值采用20%，修正后洪峰流量为1326m3/s。

2.3 成果合理性分析

根据以上设计洪水不同方法计算成果比较分析，由实测流量资料计算、由雨量资料推求两种方法推求的设计洪水相差较大，分析原因主要为：实测流量法中入库流量由库水位、库容变量反推所得，出库流量由水位及泄流公式估算，资料可靠性不足、精度不够，加之近年来几次除险加固已一定程度上影响溢洪道下泄条件，资料一致性不强。由雨量资料推求计算成果严格按照“84年办法”计算，成果合理，同时按照设计洪水计算规范要求，对水库1000年一遇设计洪峰流量进行了修正。故水库除险加固设计入库洪水采用雨量资料推求成果更合理。

3 结论

根据设计洪水成果合理性分析，水库除险加固设计应采用由降雨资料推求成果，100年一遇设计洪峰力量716.4m3/s，1000年一遇设计洪峰流量1326m3/s。

【参考文献】

[1] SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].

[2] 安徽省水利水电勘测设计院.安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法，1984.

[3] 林益冬.工程水文学.河海大学出版社，2003.