水庫加固工程中的水文水利計算問題
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摘要：本文針對小型水庫除險加固工程設計中水文水利計算的主要內容展開分析，包括設計暴雨、設計洪水、調洪計算、壩頂高程復核等，通過研究做好資料收集工作、做好現場勘查工作、確定洪水標準內容、做好合理性分析、明確蓄水位與死水位、做好當地部門的協調工作等注意事項，其目的在于提高水文水利計算結果的準確性，提高設計方案的可操作性。
關鍵詞：小型水庫；除險加固工程；水文水利計算；設計洪水
1引言
在水資源日益枯竭的背景下，很多地方會通過修建水庫的方式來集中管理水體資源。為了延長小型水庫的使用壽命，需要在方案設計的過程中做好除險加固內容的設計。在加固方案設計之前，還需要做好水文水利計算工作，根據水文水利計算結果來明確加固方案中需要重點關注的內容，從而提高方案設計的合理性，延長小型水庫的除險能力。
2小型水庫除險加固工程設計中水文水利計算的主要內容
2.1設計暴雨
在水文水利計算的過程中，設計暴雨屬于非常重要的環節之一。為了提高設計內容的適應性，一般做法是根據壩址以上流域中心位置查閱當地編制的《暴雨洪水查算手冊》，例如，某地方《暴雨洪水查算手冊》中顯示出當地暴雨連續時間為24h、6h和1h的最大暴雨均值與變差系數。目前很多地方也會設置雨量站，站內有相應的雨量資料，結合兩種途徑資料來選擇恰當的計算數值，假定所選擇的暴雨均值為24h的數據信息，那么該均值可以表示為P24,而模比數值記為Kp，同時還需要確定點面系數a，根據三組數值可以得出地區每個時間段的面雨量H24。根據分布圖和具體數值來得出不同頻率下的暴雨分配量，從而提升數據信息的可信度。
2.2設計洪水
2.2.1產流設計在水文水利計算過程中，設計洪水也屬于重要的應用內容之一。與設計暴雨相類似，在設計洪水的過程中，也需要對當地的《暴雨洪水查算手冊》進行查閱，所查閱的內容包括整體區域內的產流分區、產流分區的最大蓄水量、區域內土壤的含水量、暴雨的平均強度等。根據《暴雨洪水查算手冊》內容來完成后續數據計算的相關工作。例如，假定產流分區可以組成集合A,A={A1,A2,A3,...,An}，其中n=1,2,3,...,n。不同分區最大蓄水量為Im（m=1,2,3,...,m）,分流區域內土壤的含水量為Pm（m=1,2,3,...,m）。根據已經得到的數據信息展開計算，從而獲取到更加準確的數據信息。
2.2.2匯流設計在匯流計算的過程中，需要應用到相應的計算公式，在正式展開計算之前，需要根據《暴雨洪水查算手冊》中的相應內容，對具體的應用分區進行展開計算，具體的計算公式如下：公式（1）Qt=kh/t×F；公式（2）T=kL/mJ1/3Qt0.25；在對其進行計算時，可以假定未知數C，C=L/J1/3，從而可以得出公式；（3）Qt=（kC/mT）4，在公式（1）、（2）、（3）當中，h表示在不同的時間段所產生的凈雨水量，其計量單位為毫米（mm）；T和t代表不同的時間，計量單位為小時（h）；F表示區域內的流域面積，計量單位為平方公里（km2）；Q表示區域內的流量，計量單位為立方米/秒（m3/s）；k表示計算常數，具體數值需要翻看當地《手冊》進行確定；L表示主河道的具體長度，計量單位為千米（km）；J則表示結構的坡降情況（平均值）；m表示單位時間內的匯流參數。將對應數值代入到公式當中，從而得出準確的計算數值。
2.3調洪計算
在水利水文的計算過程中，調洪計算也屬于重要的應用內容，在具體實踐的過程中，需要注意三個基本要素的應用，即洪水過程曲線、泄流曲線與庫容曲線等。洪水過程曲線是在進行洪水設計時得出的數據分析結果，泄流曲線是單位時間內水庫水位與流量之間的關系反饋，在具體計算的過程中，可以通過相應的計算公式和采集數據來完成曲線計算，從而提升曲線本身的可操作性。而庫容曲線是水庫在某一段時間內，其水庫內總容量的變化情況。結合三組曲線和對應的數據信息，可以將其代入到水量平衡計算公式當中，結合試算法來完成洪水調節的計算，從而提升設計方案本身的可操作性。
2.4壩頂高程復核
除了上述應用內容以外，壩頂高程復核也屬于重要的計算內容之一。在對其展開計算時，會通過洪水調節的方式來計算出同等頻率下所形成的最高洪水位，客觀判斷洪水位與壩頂高程之間的相互關系，以驗證壩體修建的合規性。在實際計算的過程中，需要對當地《壩體設計規范要求》進行了解，根據規范中的相關性內容來確定壩頂高程。結合以往的應用經驗，壩頂超高=水面上最大波浪能夠在壩體上的爬升高度+最大風壅水面高度+最初設計時的安全加高。根據不同的壩體類型，在計算壩頂高程時，其計算結果也存在著較大的差異性。對此，需要客觀考慮各項內容之間的關聯性，提高計算結果的準確性。
3.1做好資料收集工作
通過做好資料收集工作，能夠為后續計算過程的順利推進奠定堅實的基礎。在實際應用過程中，需要注意以下幾部分內容：（1）水庫初步設計資料、水庫安全鑒定書、水庫登記注冊資料及水庫歷年除險加固等資料。（2）水庫萬分之一地形圖和庫區地形圖，地勘測量圖。通過萬分之一地形圖確定水庫的位置、集雨面積、主河道長、主河道比降，確保高程系統的一致性。（3）原設計的水位～面積～容積關系曲線。由于長期運行中，水庫會存在一定程度的淤積，此時的水位～面積關系會發生一定的變化，運用DEM與遙感技術相結合對水庫的水位～面積關系進行測定計算，可彌補因水庫在豐水期等原因無法對其進行實測的缺陷。
3.2做好現場勘查工作
通過做好現場勘查工作，有利于提升水文水利計算結果的準確性，提高加固設計方案的可操作性。在具體實踐操作中，需要注意以下幾部分內容：（1）水庫在本地區的流域條件、洪水成因情況等。現場檢查時詳細了解洪水的來水情況，是否存在梯級水庫調度問題，是否為庫中庫，是否存在引水情況等。（2）水庫歷年運行管理情況及對歷史洪水進行調查。如歷年險情，大壩是否曾進行加高加固，歷年最高水位等。（3）溢洪道歷年過水深度，溢洪道控制段高程是否曾提高或降低及其原因、溢洪道類型、溢流凈寬、襯砌形式等[1]。
3.3確定洪水標準內容
通過確定洪水標準內容，可以規范整個計算過程，提升計算過程的有序性。在實際應用過程中，需要對當地的規范內容展開研究，結合規范中的相應內容來確定具體的應用標準。例如，某地方標準中指出，洪水設計標準為20年一遇，在校核時洪水標準為200年一遇。這樣校核會降低結果的科學性，因此在實際操作中，應客觀考慮水庫下游交通設施的重要程度、水庫庫容變化情況等，從而提高標準內容的指導性[2]。
3.4做好合理性分析
通過做好合理性分析，可以提高水文水利計算結果的客觀性，為后續加固計劃的調整提供參考。結合以往的應用經驗，可以利用比較法來展開細致分析，將該水庫設計成果和其他水庫的設計成果進行對比，若參數差異性較大，需要重新校核數據，反之則表明本次設計結果滿足實際的應用要求，可以作為操作方案進行使用[3]。
3.5明確蓄水位與死水位
通過明確蓄水位與死水位的基本情況，對于水庫正常水位的確定有著積極的幫助作用。在實際應用中，可以結合蓄水位與死水位的具體情況，與相關人員商討水庫正常水位的準確性。若水庫在以往的應用過程中出現過水位降低的情況，那么應該充分考慮水位變化情況的影響性，并與相關部門進行協商，重新確定水庫的正常水位。
3.6做好當地部門的協調工作
通過做好當地部門的協調工作，能夠提高水文計算工作開展的有序性，提高計算結果的科學性。在具體的操作過程中，需要和當地水利管理部門做好溝通工作，掌握更加詳細的數據信息，從而實現工程的最優化設計，提高加固方案的可操作性。
4結束語
綜上所述，做好資料收集工作，能夠為后續計算過程的順利推進奠定堅實的基礎，做好現場勘查工作，有利于提升水文水利計算結果的準確性，確定洪水標準內容，可以規范整個計算過程，做好合理性分析，可以提高水文水利計算結果的客觀性，明確蓄水位與死水位的基本情況，對于水庫正常水位的確定有著積極的幫助作用，做好當地部門的協調工作，能夠提高水文計算工作開展的有序性。通過做好水文水利計算工作，對于提高除險加固方案設計的科學性，延長水庫工程使用壽命有著積極地作用。
參考文獻：
[1]虞慧,張麗玲,胡久偉.淺析小型水庫除險加固工程設計中水文水利計算[J].江西水利科技,2018(3):218~221.
[2]石雷.山東省水庫除險加固工程設計洪水分析研究[D].山東大學,2018.
[3]何偉俊.小型水庫除險加固設計中需注意的主要問題探討[J].廣東水利水電,2018(3):57~58+60.
作者：孫聰影 單位：河北省水利水電第二勘測設計研究院