黄河规划设计

西霞院水库坝下水位流量关系分析

张厚军安催花(规划环境研究院) [摘要] 西霞院水库位于河南省济源县南陈村(北岸)和孟津县西霞院村(南岸)，上距小浪底水利枢纽16km，坝址控制流域面积69.46万km2。西霞院南陈坝址没有实测水位流量资料，且西霞院坝下河道形态复杂，同时，由于滩地的开挖，在工程建成以后，现状坝址附近的河道地形条件将不复存在，因此，坝下水位流量关系分析必须与工程布置结合起来。本文综合各方面因素，并考虑与下游水位衔接，根据白鹤断面水位流量关系推算水面线，求得西霞院坝下水位流量关系。[关键词] 坝下水位流量关系西霞院水库 1 南陈至白鹤河段基本概况南陈至白鹤河段长2.88km，河道形态复杂，纵横流向交错。坝下约960m处为霞院滩。霞院滩上游有一浅滩，在流量小于1500m3/s时，浅滩不漫流，水流分为南北两股，其中北股在霞院滩上游处又有一汊分向南股，在流量大于1500m3/s时，浅滩漫流，水流合成一股。在坝下450m处，流量4000m3/s左右时，水面宽约870m，水流流经霞院滩河段时仍分南北两股，出霞院滩后在白鹤汇成一股河。白鹤断面在流量4000m3/s左右时，水面宽约340m。本河段河道纵比降约为9.20/000，为砂卵石河床，根据坝址区和白鹤洛北—吉利高压线塔基处管钻取样颗分成果，河床值中值粒径40mm左右。河道抗冲能力强，河床冲淤变化不大。 2 白鹤水位流量关系西霞院南陈坝址没有实测水位流量资料，为进行西霞院坝下水位流量关系的设计，于1998年7月1日至8月20日分别在南陈(坝下450m)、白鹤进行水位观测，观测期内最大流量为4340m3/s。另外，在坝下3.7km范围内还进行了7个断面观测；在坝址下游100m附近进行了1958年、1977年、1982年洪水位调查。西霞院坝下河道形态复杂，由于地形条件及王庄闸对水流的挑流作用，天然情况下，坝下南、北两岸有较大的水位差，北岸水位高，南岸水位低，流量越小，水位差越大。另外，根据西霞院工程布置，由于滩地的开挖，在工程建成以后，现状坝址附近的河道地形条件将不复存在，因此，坝下水位流量关系的推求还必须与工程布置结合起来。综合以上因素，考虑与下游水位衔接，西霞院坝下水位流量关系拟根据白鹤断面水位流量关系推算水面线求得。白鹤水位流量关系在4340m3/s流量以下为1998年汛期实测，大流量的水位流量关系是利用1958年洪水位调查资料延长所得。1958年洪峰流量17000m3/s(小浪底流量)，白鹤调查洪水位为124.7m。考虑到河道的冲淤变化，首先要对1958年调查洪水位进行了修正。修正后的洪水位为124.87m。延长后的白鹤水位流量关系见表2-1。 3 坝下水位流量关系的推求利用1998年坝下450m及白鹤实测水位流量关系，1993年、1994年坝下100m实测水位流量关系，坝下100m附近1958年、1977年1982年洪水位调查资料，进行水位流量关系验证，根据验证情况，南陈至白鹤河段糙率系数变化范围为0.017～0.045。南陈至白鹤河段与小浪底至南陈河段同为砂卵石河床，河床组成相似。两个河段都有砂卵石江心滩，水流分为多股，流路散乱，平面形态相似。因此，两个河段的阻力特性是基本相同的，根据小浪底至南陈河段水文调查资料，河段糙率系数变化范围为0.0208～0.0476。根据本河段及小浪底至南陈河段的糙率系数资料，考虑本河段实际情况，综合分析，在水面线计算时，糙率系数取值为0.017～0.035。考虑坝后回流淤积，依据坝下游实测断面，结合工程布置及工程开挖，利用白鹤水位流量关系(表2-1)从白鹤向上推算水面线，得坝下254m处水位流量关系，见表2-2中线。坝下254m处为海漫出口处，出口断面为矩形断面，断面高程119.0m，宽度520m，在进行水面线计算时，当流量小于2000m3/s时，海漫出口断面按机组及排沙洞出口宽度180m考虑，当流量大于2000m3/s时，海漫出口断面宽度按520m考虑。 4 坝下水位流量关系变化幅度分析西霞院坝下水位流量的观测资料有限，观测时间短，流量范围小。根据这些实际情况，坝下水位流量关系的变化幅度采用综合分析的方法确定。西霞院坝下为砂卵石河床，河床组成与小浪底、孟津断面相似，因此，水位流量关系的变化幅度可参考小浪底、孟津站水位变化幅度来确定。根据分析，砂卵石河床根据过流能力的需要在洪水时河床下切，小水时河槽回淤，但长时间内不存在单向性升高或降低，河床冲淤变化幅度不大，水位变化相对稳定。表2-3和表2-4分别为小浪底(一)站1955～1987年实测水位流量关系变化幅度和坝下游2.6km处孟津水文站1935、1936年实测水位流量关系变化幅度。由表中看出，小浪底(一)站最大水位变幅1.38m，孟津站最大水位变幅只有0.34m。西霞院坝下河道断面比小浪底(一)断面宽，河道比降小。工程开挖后，南陈至白鹤河段的比降由9.20/000减小到50/000左右，比降减小使得坝下游河床清水冲刷能力减小。同时，工程开挖使得坝下游河床可冲刷的砂卵石数量减少，根据初步计算分析，开挖后河底平均冲刷深度不超过1m。因此，坝下水位流量关系的变化幅度一般不会超过小浪底(一)站的水位变化幅度。西霞院坝下水位流量关系的变化幅度采用小浪底(一)站和孟津站水位流量关系变化幅度的平均值，见表2-5。以水面线计算得出的坝下水位流量关系作为中线，根据表2-5中变化幅度，得到西霞院坝下水位流量关系上、下线，见表2-2。 5 结论 (1)西霞院坝下天然情况下河道形态复杂，同时在工程建成以后，现状坝址附近的河道地形条件将不复存在，另外，坝下水位流量关系的实际观测资料有限，因此，西霞院坝下水位流量关系的分析非常复杂，分析确定的水位流量上、中、下三条关系线，在工程设计、施工过程中可根据不同的情况和要求分别选用。 (2)本文在进行水位流量关系分析时，考虑了工程开挖对现状坝址附近的河道地形条的影响、考虑了坝下局部河段冲淤变化对水位流量关系的影响等多种影响因素，采用以推算水面线为主、多种方法综合分析确定，对其它水利枢纽坝下水位流量关系的分析确定有较高的参考价值。