鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測設計院，遼寧凌源122500）

混凝土翻板閘設計洪水計算及泥沙特性分析

鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測設計院，遼寧凌源122500）

結合遼寧省雹神廟水文站的設計洪水成果，采用水文比擬法，確定叨爾登閘址的設計洪水情況。通過分析流域的暴雨洪水特性，計算歷史洪水重現(xiàn)期和洪峰頻率，據此對混凝土翻板閘進行設計洪水計算，進而確定施工期的設計洪水，并對該流域的泥沙特性進行分析，得出了懸移質輸沙量年內分配情況，為今后混凝土翻板閘的洪水設計提供參考。

混凝土；翻板閘；洪水設計；泥沙特性

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.017

1 工程概況

青龍河流域地處燕山山脈東段，蜿蜓于群山之中，叨爾登水閘位于青龍河干流上。河道全長246km，流域總面積6500km2，遼寧省境內53.3km、流域面積1633km2，叨爾登水閘上游流域面積1101km2。叨爾登水閘擋水壩段長178m，其上修建27孔滑塊式水利自動翻板閘總長176m和2m的過水溢流壩。沖沙閘、進水閘各1座位于壩體右側，壩體左岸加固堤防500m（上游300m、下游200m），壩體右岸修建5m寬砂石路面上壩防汛路725m。其178m擋水壩段上有4孔7m共計28m的混凝土翻板閘，堰頂高程328.00m、擋水高度3.0m，翻板閘左側60m、右側90m均為溢流壩體。由于該混凝土翻板閘年久失修，管理部門擬對其進行加固處理。

2 設計洪水成果分析

2.1 洪水特征值分析

青龍河在遼寧省境內設有雹神廟水文站，該站位于遼寧省凌源縣雹神廟鄉(xiāng)，東經119°04’，北緯40°55’，于1958年設立，1962年撤消，1978年6月恢復測流，又于1992年底撤消。水文站控制流域面積454km2。另在青龍河流域建有4個（已撤銷1個）雨量站和3個汛期雨量站。在青龍河流域東側附近的大凌河西支上設有哈巴氣水文站，實測資料系列較長。哈巴氣水文站位于遼寧省凌源縣烏蘭白鄉(xiāng)北哈巴氣村，控制面積1846km2。

雹神廟站有實測資料年份為1958～1961年、1978～1992年，資料系列較短，需插補延長洪水資料。本文采用臨近流域哈巴氣水文站為相關站，對雹神廟水文站的洪水資料進行了插補延長，得到了至今共51年的洪水系列資料。在雹神廟河段共調查到1938年、1949年、1962年3次洪水，洪峰流量分別為2770m3/s、2200m3/s、1910m3/s。

2.2 洪峰頻率計算

根據文獻記載，歷史洪水在鄰近大凌河流域上有1886年、1930年、1949年、1962年，而青龍河僅在1979年做過歷史洪水調查，查到的歷史洪水有1938年、1949年和1962年?？梢钥闯龃罅韬影l(fā)生大洪水時，青龍河亦有大洪水發(fā)生，兩流域比較一致。因此洪水重現(xiàn)期也按1886年至今130年考慮。

根據歷史洪水分析：認為1886年以來青龍河大洪水有1886年、1938年、1949年、1962年，1886年沒有數(shù)據，按大于其它3年考慮，第1位空出，故1938年排在第2位，1949、1962年分別按順序排在第3、4位。實測洪峰系列1957～2015年計58年，1962年提出后，其他各年按連序系列處理［1］。洪峰頻率計算基于繪線讀點補矩法，變差系數(shù)Cs取偏差系數(shù)Cv的3倍，線型按PⅢ型曲線，Cv參數(shù)根據適線情況確定［2_4］。雹神廟站洪峰經驗頻率計算見表1，頻率曲線如圖1所示。

表1 雹神廟水文站設計洪峰流量成果表（m3/s）

圖1 雹神廟站洪峰流量頻率曲線

2.3 設計洪水計算

根據雹神廟水文站的設計洪水成果，采用水文比擬法對混凝土翻板閘進行設計洪水計算。計算式為［5］：

式中：Q設為閘址設計洪峰流量，m3/s；F設為閘址以上控制流域面積，km2；F參為參考站控制面積，km2；Q參為參證站設計洪峰流量，m3/s。

已知雹神廟水文站控制面積為454km2，叨爾登水閘控制面積為1101km2。代入上式得：Q設=1.805Q參。

由此計算出叨爾登水閘設計洪水成果，20年一遇設計洪峰流量為2440m3/s。50年一遇校核洪水標準洪峰流量為4350m3/s。而在叨爾登水閘1984年的原設計中，系采用桃林口水文站的系列洪水分析成果，其統(tǒng)計參數(shù)為多年平均洪峰流量1808m3/s，Cv=1.26，Cs=2Cv［6］。桃林口站控制面積5250km2，叨爾登閘控制面積1101km2，采用水文比擬法計算得出叨爾登閘20年一遇設計洪峰流量為2224m3/s，50年一遇設計洪峰流量為3090m3/s。2組設計洪水成果比較，20年一遇成果接近，50年一遇洪水原設計值偏小。經分析認為：原設計采用的洪水系列較短，缺失歷史洪水資料，頻率分析參數(shù)不盡合理。而雹神廟水文站的設計洪水成果與叨爾登水閘的相關系數(shù)較大，且在地區(qū)綜合設計洪水成果比較中關系較好，如圖2所示。

圖2 雹神廟站與鄰近站設計洪峰與面積關系

水閘施工期洪水設計標準按規(guī)范要求為5年一遇，該汛前設計洪峰流量為171m3/s，汛期設計洪峰流量為543m3/s，汛后設計洪峰流量為54.2 m3/s。具體設計洪水成果見表2。

表2 水閘施工期設計洪水成果表（單位：m3/s）

3 泥沙特性分析

叨爾登水閘運行多年來，沒有泥沙觀測記錄，由于大水時開啟沖沙閘放水沖沙，大量泥沙被帶走，因此，也不能從閘前淤積形態(tài)計算泥沙量。本次泥沙分析系參照青龍河上游雹神廟水文站的泥沙分析成果。

經統(tǒng)計，雹神廟站多年平均實測懸移質輸沙量為49.32萬t，多年平均含沙量為17.04kg/m3。由于雹神廟站實測泥沙資料系列較短，需要插補延長。分別對雹神廟站汛期和非汛期的徑流量～輸沙量做出相關關系，其多年平均懸移質輸沙量為63.26萬t，多年平均含沙量為18.94 kg/m3。懸移質泥沙特征值見表3。

表3 雹神廟水文站懸移質泥沙特征值表

青龍河泥沙在時間分布上具有北方河流的明顯特點，即年際年內的不均勻性。年實測最大輸沙量出現(xiàn)在1959年，雹神廟水文站輸沙量為191.37萬t，最小輸沙量出現(xiàn)在1992年，雹神廟水文站輸沙量為0.76萬t，最大最小值比為253.2。沙量的年內分配比水量分配更為集中，汛期的水量占全年的比重為56.35%，而沙量則占98.75%。

叨爾登閘址位于雹神廟水文站下游，該處無泥沙觀測資料。閘址處的泥沙來量仍參考雹神廟水文站的泥沙分析成果。根據雹神廟水文站的泥沙分析，其多年平均懸移質輸沙量為63.26萬t。雹神廟水文站控制面積為454km2，計算其年均輸沙模數(shù)為1393t/km2。叨爾登閘址處控制面積為1101km2，采用雹神廟水文站分析的懸移質輸沙模數(shù)計算閘址處的多年平均懸移質輸沙量為153.37萬t。年內分配見表4。

據青龍河的泥沙特點，閘址處的推移質輸沙量按懸移質輸沙量的15%考慮，計算得閘址處的多年平均推移質輸沙量為23.0萬t。

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鄒立博（1984年—）男，工程師。