防洪水库在山区城市防洪的应用研究

防洪水库在山区城市防洪的应用研究

张坤

湖北省电力勘测设计院有限公司  湖北省武汉市430048

摘要：我们了解到，水库是在河流上筑坝进而起到防洪效果的一种重要水利工程，且随着城市供水规模的不断扩大和农业用水灌溉方式的多样化，水库在防洪、供水、发电及生态环境保护等方面发挥了巨大的社会和经济效益。科学的水库防洪调度设计是安全经济建设水库与实时调度发挥设计效益的关键。基于此，本文主要对防洪水库在山区城市防洪的应用进行研究，详情如下。

关键词：防洪水库；山区城市；防洪；应用

引言

洪水是一种常见的自然灾害，通过修建防洪水库是城市防洪的重要手段，许多学者对此进行了研究。通过对防洪水库的调查研究，建立了防洪调度优化模型，有效提升了防洪水库的滞洪削峰能力。防洪库容曲线推算方法，可评估水库防洪风险。然而，传统防洪水库常常受到坝址、造价和生态等多方面的限制，如建设成本过高、通过修建防洪水库进行小流域山洪防洪不切实际等等。

1滞洪削峰水库的大坝设计

确定最大安全泄洪流量是建设滞洪削峰水库的首要目标。若下游水库的泄洪能力不能满足防洪要求，且受到场地、地形限制，无法对水库进行加固以提高其泄洪能力，而建设传统防洪水库又不现实，此时滞洪削峰水库就成为比较优质的选择。滞洪削峰水库的最大安全泄洪流量需通过下游水库的泄洪能力所确定。计算方法主要有水库流量演进法、洪水流量过程线作图法和等效面积计算法等。泄洪底孔的尺寸选择以及溢洪道堰顶高程的确定也是滞洪削峰水库设计的关键。为此，首先需要计算水库的库容曲线，其次对泄洪底孔的尺寸进行假定，再通过洪水过程线进行推演，以此来计算相应的泄洪底孔尺寸所对应的滞洪库容。再结合最大下泄流量，对泄洪底孔的尺寸进行确定，再对该泄洪底孔进行复核验算，确定堰顶高程。此外，在泄洪底孔设计时，应尽可能保证在常发的小洪水防控中，使其不淹没库区农田。

2基于NSGA-Ⅱ算法的山区性中小流域水库群多目标生态调度

智慧水利建设需全面推进算据和算法、算力建设。处理好水库群的防洪优化调度工作，是防洪减灾的重要措施之一。水库群的建设与投运，一方面通过对天然径流的调节实现兴利除害，另一方面也改变了河流原有的水文情势，可能对河流生态系统的动态平衡造成影响。因此，为维护河流生态健康，坚持人与自然和谐共生的生态理念，开展水库群生态调度的研究是非常有必要的。构建的模型综合考虑流域水库群生态、发电和供水等需求，是一个多目标优化调度问题，水库优化调度常用的线性规划（LP）和动态规划（DP）等算法不再适用。近年来，随着多目标智能算法的兴起，诸如多目标粒子群算法（MOPSO）、多目标差分进化算法、NSGA-Ⅱ算法等被广泛用于求解此类水库多目标优化调度问题。其中，NSGA-Ⅱ算法，具有搜索速度快，收敛性好等优点。（1）设置NSGA-Ⅱ算法的相关参数，包括：最大迭代次数为K、交叉和变异的概率分别为p1和p2，种群规模NP等。（2）令迭代次数k=1，随机初始化一个父代种群Pk，计算种群内不同个体的生态、发电和供水目标的适应度值，并将所有个体按非支配关系排序，计算其拥挤度。（3）采用选择、交叉、变异算子产生子代种群Qk。（4）将父代种群与子代种群合并组成Rk，种群规模为2NP；对Rk进行非支配排序，产生非支配集并计算拥挤度，并生成新的父代种群Pk+1。（5）通过选择、交叉、变异算子产生子代种群Qk+1，迭代次数k=k+1。（6）重复步骤（4）、（5），直至迭代次数达到K，获取面向生态、发电和供水等多目标优化调度的非劣解集，及其相应的水库群调度方案。

3防洪堤基础防排水施工

建防洪堤能有效的抑制洪水，避免洪水对堤脚的冲刷破坏，免遭财产损失，对我国的经济发展和保障人民群众生命财产安全起到了积极作用。而受水库水流冲刷及水库渗水等影响，使防洪堤的基础施工作业难度加大，一旦基础部位施工存在问题，将对整个防洪堤的施工质量和施工进度造成极大的影响。如何解决防洪堤在基础施工中的防排水难题，加强防洪堤水下混凝土施工工艺和质量控制，保证防洪堤基础混凝土的整体施工质量，成为实际工程建设中的一个重难点。①进行施工工期的调整和优化，安排在枯水期施工，避开汛期时间6月1日至10月31日。若在汛期施工，期间需做好汛期度汛排水专项措施和方案。②减少木模板的使用量，采用拼装便捷的钢模板进行施工。③做好模板的定位放点及封堵作业。将组合好的钢模板吊装进行定位，调整好位置和高度后将模板进行固定，并在模板底部使用封堵沙袋堵住水流，使整体式模板形成一个围堰结构，在使用水泵将模板内部的水抽出。④合理采用水下导管法进行施工。待模板中的渗流水抽至底部后，采用导管法进行混凝土的浇筑，浇筑时从高处开始平行推进浇筑，以便将未排出的水赶向另一侧并利用抽水设备及时排出，保证混凝土的浇筑质量。

4加固处理滑移边坡

水库防洪治理工程是水利设施建设中的重要组成部分， 其安全性能关系着工程的安全运行及流域内居民的切身利益。加固处理滑移边坡、 防治防洪堤边坡滑移的本质是避免堤身渗流、防洪堤边坡位移，所以，需要在发现滑移问题后加固处理边坡区域。 施工人员应使用黏土墙增强防洪堤的抗渗能力，从而增加边坡稳固性。 对于已经出现边坡滑移、渗流的区域，应及时修理防洪堤坡度，坡度应根据防洪工程建设要求控制在 1∶3 范围内。在此期间，若防洪堤边坡滑移已经延伸至坡顶，则需通过挖出滑动体的方式重新加固边坡。 挖除滑动体的过程中，施工人员应采用逐级挖掘的方式， 每隔 0.2 m 对滑动体进行挖掘。然后在各级滑动体挖除完毕后， 通过回填的方式重新调整边坡坡度，增强边坡区域的稳固性。 对于防洪堤堤脚处的边坡滑移问题，为增强边坡稳定性，应将回填土料完整地覆盖在滑移区域的 6 m 范围内， 所用的回填材料应为具有较强透水性的砂石。 之后，施工人员可结合防洪堤边坡滑移的分布情况，逐一通过挖除滑动体、 替换或回填填筑材料等方式加固处理防洪堤的边坡区域，促进防洪堤边坡工程功能的恢复，使其稳固性符合防洪工程安全运行的基本要求。

5坚持高质量建设

水库防洪达标治理项目建设，严格执行“四制”管理，坚持遵循公平、公开、科学、择优的原则，依法组织招投标，全面压实项目法人及参建单位责任，严格落实控制水体扰动和扬尘治理措施。实施信用分类监管，进一步加大对失信行为的惩戒力度，维护市场秩序。加强建设资金管理和使用，切实保证建设资金发挥最大效益和使用安全。

结语

总之，小水库是防洪保安的薄弱环节，加强水库运行安全管理是实现水利高质量发展的重要环节，必须要实现水库全方位安全运行，须不断完善科技设施和信息管理手段，应用新一代信息技术，开发智慧水库管理平台，推进运行管理标准化和智慧化，切实保障水库安全运行。

参考文献

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