曹四家子水库洪水调节计算

于 洋

(辽宁省鞍山市岫岩水文站,，辽宁 鞍山 114300)

1 概 况

曹四家子水库位于法库县和平乡曹四家子村，座落在崔家沟河上，流域面积为6.5km2，总河长3km，比降为6.7‰。曹四家子水库工程由大坝、溢洪道、输水洞组成，是一座以防洪为主的小(2)型水库。原来是小(1)型水库设计标准50a设计，100a校核，原总库容114万m3，防洪库容66.6万m3，兴利库容47万m3，死库容0.4万m3，校核洪水位59.2m，设计洪水位58.6m，兴利水位57.00m，死水位50.00m。大坝为均质土坝，原设计坝顶高程60.00m，实测坝顶高程60.00m。溢洪道为开敞式结构，宽15m，为宽顶堰堰型，堰顶高程57.00m。输水洞为坝下方形钢筋混凝土涵洞，断面尺寸为1m×1m，进口底板高程51.50m。

2 水库除险加固的必要性

2.1 水库现有病险情况

曹四家子水库从1964年开工，1968年基本完工建成至今已运行50年，现主要存在以下问题：

1)洪水标准的确定：水库原设计标准为50a设计、100a校核。依据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)规定，对于平原区永久性的5级水工建筑物(土石坝)，设计洪水标准为10a，校核洪水标准为20a。

2)安全鉴定复核结论：根据《大坝安全鉴定报告书》以及现场勘查，水库存在以下病险情况：①大坝渗漏严重。大坝迎水坡护坡石为黄褐色强风化岩，块石取自溢洪道左侧山体，护坡石厚仅为20cm，无碎石、砂垫层。块石因多年风化，质脆易碎。下游坡无排水体，无护坡。②溢洪道堰项及溢洪道陡槽溢流面严重破损。左侧墙已无，左侧山体已被当地村民作为取土场，挖掘得破烂不堪。右侧墙为砖砌结构，墙顶宽20cm，陡槽段墙体出现多条裂缝。③输水洞进口启闭塔倾斜，启闭室为砖石结构，现在无门无窗；输水洞与坝体连接的工作桥变形断裂。进出口翼墙倒塌。无闸门、启闭设备。检时未能看到启闭设备，水库承包者在进水渠用编织袋装土堆成一小围堰，堵住洞口用以蓄水。④输水洞无闸门，无启闭机。⑤无大坝安全监测、通讯设施。⑥安全评价及鉴定报告中所述工程问题基本属实。

2.2 除险加固的重要性

由于存在着以上病险情况，水库除险加固已迫在眉睫，其必要性体现在以下几点：

1)从防洪角度来说，水库防洪可保护人口0.05万人，保护耕地133hm2。

2)从地理位置上看，法库县土地多为黄土丘陵，水利资源贫乏，由于水库病险汛限水位降低，每年汛前都得人为弃水，致使下游灌溉面积减少，降低了农业收入，影响了经济的发展。

3)从水库自身建设来讲，由于水库不能正常发挥效益，灌溉收入减少，制约了自身发展。水库除险加固后，自身建设将得到进一步改善，真正实现以水养水的方针。

有鉴于此，省、市、县各级政府高度重视曹四家子水库的除险加固工作，多次研讨其病险现状。沈阳市水利局委托有关单位从事大坝安全鉴定及除险加固工作，多次召开专题会议，动员各方力量积极研究水库除险加固的初步设计工作，为除险加固工程早日实施提供了有利条件。

3 水库洪水调节计算

3.1 水位库容曲线

水库库区地形图为2016年5月的实测地形图，根据实测地形图编制水库水位-面积曲线及水位-库容关系详见表1。

表1 水库水位-面积关系与水位-库容关系表

3.2 泄洪建筑物泄流能力计算

曹四家子水库溢洪道是水库唯一的泄洪建筑物。溢洪道位于左岸岸边，为无闸门控制的开敞式溢洪道。溢洪道堰型为宽顶堰，堰顶高程57.00m，堰体长10 m，堰净宽12 m。溢洪道的水位-泄量关系曲线经重新复核计算。部分成果详见表2。

计算公式如下：

(1)

式中：m为流量系数，m =0.351；B为溢洪道净宽，B=12m；H为水位，m；ε为侧收缩系数，0.983；ha为堰顶高程，m。

4 起调水位、调洪运用方式复核

按原设计，溢洪道堰顶无闸控制，汛限水位取与溢洪道堰顶高程同高，即调洪时起调水位采用与正常高蓄水位同高，为57.00m。

表2 溢洪道水位泄量关系表

调洪演算采用半图解法。基本公式为：

V2/△t+q2/2=(Q1+Q2)/2-q1+V1/△t+q1/2

(2)

式中：V1、V2为时段始、末库容；Q1、Q2为时段始、末入库流量；q1、q2为时段始、末出库流量；△t为时段。

部分调洪辅助见表3、部分设计洪水过程线见表4及表5。

表3 调洪辅助表

表4 设计洪水过程线(P=5%)

表5 设计洪水过程线(P=10%)

5 结 语

通过以上计算可知，曹四家子水库调洪计算P=5%，校核洪水位为58.69m，溢洪道泄量40.31m3/s。P=10%，设计洪水位为58.28m，溢洪道泄量26.47m3/s。

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