王 萍

(桓仁縣水務局，遼寧 本溪 117022)

1 工程背景

大伙房水庫是遼寧省北部渾河干流上的一座以防洪和供水為主，兼有其他諸多功能的大型水利樞紐工程。水庫與下游的河道的堤防相互配合，共同構成渾河中下游的防洪體系，可以為下游的600萬 余人和15.6萬hm2農田提供有效的保護[1]。同時，大伙房水庫又是下游的撫順和沈陽兩市的重要水源地水庫，對下游地區(qū)的經濟發(fā)展具有十分重要的作用和意義[2]。1995年，渾河流域遭受了特大暴雨的襲擊，經過復核，大伙房水庫的防洪標準已不能達標，由原來的1 000年一遇降低為300年一遇?；诖耍瑢λ畮爝M行了除險加固和新建第二溢洪道相結合的設計方案，提高水庫的防洪標準。新建的第二溢洪道主要承擔水庫的加泄水量。該溢洪道位于主溢洪道右側兩低山之間的U型山谷的上游，為直泄式溢洪道結構設計，堰體總寬為102.2 m，溢流凈寬為84.0 m，堰頂高程為125.0 m。溢洪道的控制段長為32.88 m，收縮段長158.42 m，陡槽段長130.25 m，建筑物的級別為Ⅰ級，防洪標準按照千年一遇標準設計，按照可能最大洪水校核。由于特大洪水發(fā)生頻率較小，屬于稀遇性實踐，因此水庫的第二溢洪道作為水庫的非常溢洪道在應用方面可供借鑒的實例并不多，因此在運用方面會面臨水文條件、起調水位等較多的不確定性，而這些不確定性因素的存在，必然會增加水庫的防洪調度方面的風險[3]?；诖?，研究針對不同的啟用情境，對第二溢洪道的啟用指標進行量化研究，保證水庫在遭遇特大洪水襲擊的情況下，能夠及時啟用第二溢洪道，降低水庫調度方面的風險。

2 第二溢洪道啟用水位計算

2.1 計算原理與思路

根據(jù)研究目的，認為大伙房水庫第二溢洪道的啟用水位指的是其參與泄洪的最低水位[4]。在計算過程中首先結合水庫以防洪調度風險控制為前提的可接受洪水過程，確定遭遇特大洪水襲擊條件下第二溢洪道的啟用水位，并結合典型洪水過程的計算，驗證其科學性和合理性[5]。具體的計算步驟如下：

首先，以王麗學等[6]的研究成果為借鑒，結合大伙房水庫實際情況，對基于防洪風險防控的可接受洪水過程進行推求，分析獲取第二溢洪道不參與泄洪條件下的壩前水位，并將其作為第二溢洪道的啟用水位。然后結合典型洪水過程的分析計算第二溢洪道未參與和參與泄洪兩種不同工況下的壩前水位，經過數(shù)據(jù)的對比分析，驗證第二溢洪道啟用的科學性與有效性[7]。

在此次研究中，采用水庫調度和洪水過程分析相結合的方式[8]，利用公式(1)確定第二溢洪道的啟用水位。

(1)

式中：ΔW為時段洪量，m3；Qt+1為t+1時段泄流量，m3/s；Qt為t時段泄流量，m3/s；Δt為時段間隔，s；qt+1為t+1時段入庫流量，m3/s；qt為t時段入庫流量，m3/s。

2.2 不開啟第二溢洪道計算結果

研究中以萬年一遇洪水過程為例，進行大伙房水庫的調洪計算，獲取第二溢洪道不參與泄洪的大壩壩前最高水位，入庫的洪峰流量為15 100 m3/s，計算時間為8月15日0時。由于大伙房水庫在汛期和非汛期的調度原則不同，因此研究中按照汛期和非汛期兩種不同的調度方式進行研究。其中，汛期的起調水位為126.5 m，非汛期的起調水位為128.5 m。具體的計算結果如下：

(1)起調水位為126.5 m。按照上節(jié)的計算公式進行計算，結果如圖1～圖2所示。由圖中的計算結果可以看出，第二溢洪道不參與泄洪情況下的壩前最高水位為137.07 m。

圖1 起調水位為126.5 m計算結果1

圖2 起調水位為126.5 m計算結果2

(2)起調水位為128.5 m。按照上節(jié)的計算公式進行計算，結果如圖3～圖4所示。由圖中的計算結果可以看出，第二溢洪道不參與泄洪情況下的壩前最高水位為136.34 m。

圖3 起調水位為128.5 m計算結果1

圖4 起調水位為128.5 m計算結果2

綜合上述計算結果，當起調水位為126.5 m時，第二溢洪道啟用的壩前水位高度應該是137.07 m；當起調水位為128.5 m時，第二溢洪道啟用的壩前水位高度應該是136.34 m。

2.3 開啟第二溢洪道計算結果

按照上節(jié)的計算原理和方法，對第二溢洪道參與泄洪條件下的調洪過程進行計算分析，結果如表1所示。由此可見，當大伙房水庫遭遇萬年一遇洪水侵襲的情況下，開啟第二溢洪道可以實現(xiàn)對壩前水位的有效控制。

表1 第二溢洪道是否參與泄洪的壩前最高水位計算結果 m

2.4 典型超標洪水計算結果

按照上文的計算思路和方法對超標洪水工況下的調度過程進行計算。計算過程中的起調水位為126.5 m和128.5 m不變，超標洪水的入庫的洪峰流量為20 300 m3/s。計算結果如表2所示。由此可見，當大伙房水庫遭遇典型超標洪水侵襲的情況下，開啟第二溢洪道可以實現(xiàn)對壩前水位的有效控制。

表2 典型超標洪水計算結果 m

3 第二溢洪道啟用條件推薦方案

研究中針對大伙房水庫可能遭遇的萬年一遇洪水和超標洪水過程，結合汛期和非汛期兩種不同調度方案下的起調水位，經過調度計算獲得不同調度情境下的第二溢洪道啟用的壩前水位。在不同的計算情景下，第二溢洪道的啟用水位均為水庫的底線水位，可以結合工程的具體實際，以提前啟用第二溢洪道，保證水庫的泄洪安全。由于此次研究的主要目標是防范水庫的調度風險，因此僅從防洪調度的風險控制視角研究和確定第二溢洪道啟用方案。

針對萬年一遇洪水過程，如果起調水位為126.5 m，當水位高度超過137.07 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在137.63 m以下；如果起調水位為128.5 m，當水位高度超過136.34 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在137.15 m以下。

針對典型超標洪水過程，如果起調水位為126.5 m，當水位高度超過139.69 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在139.99以下；如果起調水位為128.5 m，當水位高度超過139.32 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在139.65 m以下。

4 結 語

此次研究以遼寧省大伙房水庫為例，對不同情景下的第二溢洪道啟用條件進行研究，提出了不同調度情景下第二溢洪道啟用的壩前水位條件。計算結果顯示，第二溢洪道的啟用水位具有科學性和合理性，可以為大伙房水庫非常條件下的調度提供必要的支持和借鑒。當然，此次研究也有一些不足之處，主要是研究過程中僅考慮了溢洪道的泄流能力，而沒有對下游河道的洪水承載能力進行計算和分析，在今后研究中，需要綜合考慮下游河道的承載力和第二溢洪道的泄流能力，獲得更為科學的第二溢洪道啟用條件。