薛建清

（離石區(qū)水利局）

當(dāng)現(xiàn)有未設(shè)溢洪道的淤地壩達到或超過設(shè)計淤積高程后，年來砂量不會自然減少或者沒有，仍要繼續(xù)淤積。為了淤地壩的安全度汛，需在壩的左岸或右岸開設(shè)臨時排洪渠，經(jīng)過持續(xù)運行，形成了淤面高、排洪渠底低情況。此時，為了除險加固淤地壩，需在排洪渠位置增設(shè)溢洪道，但溢洪道溢流堰的堰頂高程低于現(xiàn)有淤積高程。在這種情況下，如何科學(xué)合理地進行單壩的調(diào)洪計算呢？本文對此進行初步探討。

1 溢流堰頂?shù)陀谟倜鏁r泄水滯洪特點

來水初期，洪水徑流由排洪渠排走，排走的洪峰流量Q溢與排洪渠泄量Q排相等，即Q溢=Q排，時間t=0-t1。

當(dāng)時間達到t1時，壩控流域面積的洪峰流量超過排洪渠的最大泄量，此時，庫區(qū)水位上升，多余洪水溢出排洪渠到淤地面上，時間t=t1-t2。

當(dāng)時間到t2時，排洪流量達到最大值，庫區(qū)水位達最高不再上升，之后水位逐漸降低，直至泄完，時間t=t2-t3。

2 溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法

2.1 粗調(diào)計算

采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》（晉Q834-85）中的公式（3-10）和（3-11），擬定溢流堰堰頂高程和底寬。

2.2 詳調(diào)計算

采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》中的公式：

具體計算步驟分兩步：第一步，計算現(xiàn)有淤面以下的排洪渠流量，即溢流堰堰頂至淤面高程頂之間的下泄流量，按排洪渠均勻流公式計算；第二步，在現(xiàn)有淤面以上淤地壩開始滯洪，溢流堰過水流量由排洪渠最大排洪流量和淤地壩滯洪水深帶來的溢流堰下泄流量Q泄兩部分組成，按qp＝Q排+MBh1.5計算下泄流量（式中：qp—溢流堰下泄流量，m3/s；Q排—水深為h1時的排洪渠最大流量，m3/s；M—溢流堰流量系數(shù)；B—溢流堰底寬，m；h—淤地壩淤面以上滯洪水深，m）。

傳統(tǒng)的計算方法，只考慮排洪渠和滯洪水深兩部分下泄流量的簡單組合，而沒有考慮排洪渠與溢流堰銜接處的水力坡降、溢流堰水流邊界條件發(fā)生變化對下泄流量的綜合影響，所以，計算的溢流堰下泄流量與實際情況可能會有一定的偏差。而本研究提出的方法，考慮較周密，計算結(jié)果則更可靠。

3 溢流堰頂?shù)陀谟倜嬲{(diào)洪方法與常規(guī)調(diào)洪方法的適用范圍及區(qū)別

3.1 適用范圍

溢流堰頂在淤面或淤面以上的調(diào)洪方法，是一種常規(guī)的調(diào)洪方法（簡稱：常規(guī)法），其適用范圍：淤地壩為三大件（大壩、放水建筑物、溢洪道）和兩大件（大壩、放水建筑物），庫容未達到設(shè)計淤積高程增加溢洪道時。

溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法，其適用范圍：當(dāng)兩大件淤地壩的淤積庫容已經(jīng)達到或超過設(shè)計淤積庫容時，庫區(qū)和壩體已有排洪渠，且在排洪渠位置修建溢洪道時。

3.2 兩種調(diào)洪方法區(qū)別

常規(guī)法，從淤面上開始調(diào)洪，調(diào)至最高水位后，就會出現(xiàn)最大流量。

溢流堰頂?shù)陀谟倜嬲{(diào)洪法，先計算排洪渠的最大流量和溢流堰堰頂至淤面高差，與按qp＝MBh1.5計算出來的流量比較，若相差較大，調(diào)整溢流堰底寬及高差，使兩者流量基本相等，然后再按常規(guī)法調(diào)洪。

4 應(yīng)用案例

以柳林縣呼家圪臺骨干壩除險加固設(shè)計為例，說明溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法。該壩位于莊上鎮(zhèn)呼家圪臺村，壩控流域面積3.0 km2，地貌類型屬黃土丘陵溝壑區(qū)。該流域植被稀少，水土流失嚴(yán)重，年土壤侵蝕模數(shù)12 000 t/km2，溝道無常流水。

4.1 原設(shè)計情況

呼家圪臺骨干壩，樞紐由大壩和放水建筑物組成。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。壩高27 m，總庫容51.5萬m3，其中攔泥庫容17.3萬m3，可淤地2.85 hm2。豎井高23 m，內(nèi)徑1 m，涵洞長82 m，斷面尺寸寬×高=0.8 m×1.2 m。上下游均無大中型淤地壩，骨干壩布置在距溝口300 m處。

4.2 運行現(xiàn)狀

呼家圪臺骨干壩建于1989年，現(xiàn)豎井已全部淤埋，涵洞完好。已淤泥51.5萬m3，淤面距壩頂1.0 m。左岸有土體排洪渠，寬2 m，深3 m。

4.3 除險加固設(shè)計計算

4.3.1 排洪渠流量

排洪渠末端高程882.6 m（即溢洪道進口處），排洪渠向壩內(nèi)伸長80 m處高程884.81 m，坡比1∶36.2；排洪渠內(nèi)有雜草，糙率n取0.03；排洪渠為矩形斷面，平均底寬2.0 m，平均深3.0 m。

根據(jù)明渠均勻流公式試算：斷面底寬b=2.0 m，過水?dāng)嗝婷娣eω=6 m3，謝才系數(shù)C=（1/n）R1/6中的水力半徑R=ω/X（X=8 m），糙率n=0.03，渠底坡i=2.21/80=0.027 6。

經(jīng)計算，排洪渠平均水深h0=3.0 m，Q排=23.52 m3/s。

4.3.2 淤面以下溢流堰頂以上斷面過水流量

淤面高程886 m，溢流堰頂高程883 m，堰頂?shù)陀谟倜? m。溢流堰過水流量依省規(guī)范按下式計算：

式中：Qm—溢流堰過水流量，m3/s；B—堰頂寬度，取3.0 m；u—第二流量系數(shù)，u=1.48-1.82，取1.5；H—堰頂水頭，取3 m。

則：Qm=1.5×3.0×33/2=23.38 m3/s

與上述計算的排洪渠平均流量相比較，23.38 m3/s≈23.52 m3/s，說明溢流堰淤面以下的過水流量基本滿足排洪渠的流量。

4.3.3 溢流堰淤面以上調(diào)洪結(jié)果

采用前述（1）式計算，詳調(diào)結(jié)果為：P=5%時，最大水深h5%=3.56 m（其中淤面以下水深3 m，淤面以上0.56 m），q5%=26.92 m3/s；P=0.5%時，最大水深h0.5%=5.1 m（其中淤面以下3 m，淤面以上2.1 m），q0.5%=37.18 m3/s。

4.3.4 常規(guī)法調(diào)洪結(jié)果

用常規(guī)法調(diào)洪，其計算結(jié)果為：20 a一遇洪水水深1.81 m，最大下泄流量12.1 m3/s；溢流堰頂在淤面時，200 a一遇洪水調(diào)洪結(jié)果：水深3.4 m，最大下泄流量29.1 m3/s。

4.3.5 溢流堰側(cè)墻高度

溢流堰側(cè)墻高=淤面以上滯洪水深+淤面以下水深+安全超高，校核的安全超高按0.2-0.5 m取高限。則：側(cè)墻高=2.1+3.0+0.5=5.6 m。

5 結(jié)論

以柳林縣呼家圪臺骨干壩除險加固初步設(shè)計為例，對兩種調(diào)洪方法進行比較，得到以下結(jié)論：

5.1 下泄流量明顯增大

常規(guī)法計算得設(shè)計洪水時下泄流量12.1 m3/s，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄔO(shè)計洪水時下泄流量26.92 m3/s，比常規(guī)法增加了14.82 m3/s；常規(guī)法校核洪水時下泄流量29.1 m3/s，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄐ：撕樗畷r下泄流量37.18 m3/s，比常規(guī)法增加了8.08 m3/s。

5.2 滯洪庫容明顯減少

常規(guī)法設(shè)計洪水滯洪庫容8.28萬m3，溢流堰堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ嬎愕脑O(shè)計洪水滯洪庫容2.73萬m3，減少了5.55萬m3；常規(guī)法校核洪水滯洪庫容15.03萬m3，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ嬎愕男：撕樗疁閹烊?0.37萬m3，減少了4.66萬m3。

5.3 淤面以上水深明顯減少

常規(guī)法設(shè)計洪水淤面以上水深1.81 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ倜嬉陨纤?.56 m，減少了1.25 m；常規(guī)法校核洪水淤面以上水深3.4 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ倜嬉陨纤?.1 m，減少了1.3 m。

5.4 側(cè)墻高度明顯增加

常規(guī)法計算的寬頂堰側(cè)墻高3.9 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ嬎愕膫?cè)墻高5.6 m，比常規(guī)法高出1.7 m。

由此可以看出，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ嬎愕脑O(shè)計與校核洪水，下泄流量明顯增大，滯洪庫容明顯減少，淤面以上水深明顯減少，側(cè)墻高度明顯增加，除險加固后更加安全。