杭州市青山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析

葉 萍，蔡紅娟

(杭州市青山水庫管理處，浙江 臨安 311305)

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杭州市青山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析

葉 萍，蔡紅娟

(杭州市青山水庫管理處，浙江 臨安 311305)

青山水庫是一座以防洪為主的大型水庫，為Ⅱ等工程，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇設(shè)計(jì)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇.采用間接法由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，利用水庫靜庫容調(diào)洪計(jì)算原理進(jìn)行調(diào)洪演算.通過對(duì)青山水庫流域的設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪水和調(diào)洪能力計(jì)算分析，并對(duì)大壩壩頂高程進(jìn)行復(fù)核計(jì)算.結(jié)果表明，現(xiàn)狀的主壩、副壩壩頂高程均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，水庫防洪安全性為A級(jí).

青山水庫；防洪標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)洪復(fù)核

1 水庫概況

青山水庫位于杭州市西郊臨安市境內(nèi)，東苕溪主干流南苕溪上，距臨安市區(qū)約8 km，距杭州市區(qū)約40 km，總庫容2.13億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的水利工程，工程規(guī)模屬大(2)型，是東苕溪上游防洪骨干工程.水庫1958年12月動(dòng)工興建，1964年4月主體工程完工.樞紐工程主要有主壩、副壩、泄洪閘、泄洪放空洞和水電站等組成.2005年完成除險(xiǎn)加固工程，2012-2014年7月開展了除險(xiǎn)加固后的首次大壩安全鑒定，對(duì)水庫原防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)核分析，以確定百年一遇設(shè)計(jì)洪水和萬年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)的水庫大壩現(xiàn)狀防洪能力.

2 水文資料及分析方法

2.1 水文資料

青山水庫流域內(nèi)雨量站布設(shè)較多，有市嶺、溪口、楊橋頭、昭明寺、南莊、橋東村、臨安、徐家頭、青山水庫、余杭等站，分布較為均勻.流域多年平均降雨量1 500 mm，壩址以上控制流域面積603 km2，控制了南苕溪主要的洪水流量.多年平均徑流量4.75億m3，多年平均流量15.1 m3/s.青山水庫是以防洪為主，防洪斷面設(shè)于下游余杭通濟(jì)橋，因洪水調(diào)節(jié)的需要，青山水庫流域分區(qū)除青山水庫壩址以上外，還考慮了青山水庫壩址至余杭通濟(jì)橋斷面區(qū)間[1].

2.2 分析方法

由于青山水庫建庫前壩址附近無水文站，建庫后出庫流量測(cè)驗(yàn)不齊全，無法依流量資料推求設(shè)計(jì)洪水.但流域內(nèi)雨量站設(shè)立較多，分布較均勻，因此防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核可首先利用同場(chǎng)雨統(tǒng)計(jì)法和泰森多邊形法計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨，其次由設(shè)計(jì)暴雨經(jīng)產(chǎn)、匯流計(jì)算推求設(shè)計(jì)洪水，再次利用水庫靜庫容調(diào)洪計(jì)算原理進(jìn)行調(diào)洪演算，最后根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)進(jìn)行水庫防洪能力復(fù)核.

3 設(shè)計(jì)暴雨

3.1 面雨量統(tǒng)計(jì)

面雨量計(jì)算采用泰森多邊形法，按權(quán)重計(jì)算青山水庫壩址以上(簡稱青山水庫)、余杭通濟(jì)橋斷面以上(簡稱余杭以上)流域面雨量.流域面雨量計(jì)算采用同場(chǎng)雨統(tǒng)計(jì)法，雨量站選用觀測(cè)資料較長的市嶺、溪口、楊橋頭、昭明寺、南莊、橋東村、臨安、徐家頭、青山水庫站及其下游的余杭站，以上十個(gè)站設(shè)立年份最遲的為1966年.本次用同期的同場(chǎng)雨與期最大值面雨量建立相關(guān)關(guān)系，來插補(bǔ)展延1952-1965年同場(chǎng)雨面雨量資料，使其資料系列最終為1952-2010年共59年.

3.2 設(shè)計(jì)雨型

從實(shí)測(cè)雨量資料中選擇22場(chǎng)較大的暴雨進(jìn)行雨型統(tǒng)計(jì)分析，其中最大三天雨量位于第5-7日的有八場(chǎng)，位于第3-5日的有六場(chǎng)雨，其他八場(chǎng)分別位于第1、2、3日及其他天數(shù)，可知大多數(shù)場(chǎng)次位于第5-7日.

最大一日時(shí)程分配運(yùn)用暴雨衰減指數(shù)值代入暴雨強(qiáng)度公式求得時(shí)段雨量分配系數(shù)，各時(shí)段的雨量按《浙江省可能最大暴雨圖集》中的規(guī)則排列.其余六日時(shí)程分配采用1963年實(shí)際發(fā)生的最大一日雨型分配，其百分?jǐn)?shù)(見表1).

3.3 流域面雨量頻率計(jì)算

通過對(duì)1952-2010年共59年流域面雨量系列資料頻率計(jì)算，采用皮Ⅲ型曲線擬合適線求得設(shè)計(jì)暴雨成果[2]，并與除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)成果進(jìn)行對(duì)比，年最大設(shè)計(jì)暴雨成果(見表2).

表2 年最大設(shè)計(jì)暴雨成果表

3.4 區(qū)間設(shè)計(jì)暴雨

因青山水庫是以防洪為主，防洪斷面設(shè)于余杭通濟(jì)橋，由于洪水調(diào)節(jié)的需要，必須推求壩址至余杭區(qū)間的設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水，區(qū)間設(shè)計(jì)暴雨按下式計(jì)算.

式中：H區(qū)間—區(qū)間在某頻率下之相應(yīng)頻率設(shè)計(jì)暴雨,mm；

H余、H青—分別為余杭以上與青山水庫的某頻率的設(shè)計(jì)暴雨,mm；

F余、F青、F區(qū)間—分別為余杭以上、青山水庫與壩址至余杭區(qū)間的集水面積,km2.

按上式所得結(jié)果，余杭以上與青山水庫之設(shè)計(jì)暴雨為同頻率，而區(qū)間設(shè)計(jì)暴雨為設(shè)計(jì)頻率下的相應(yīng)設(shè)計(jì)暴雨，這樣青山水庫與區(qū)間設(shè)計(jì)暴雨不存在同頻率組合，是符合設(shè)計(jì)要求的.區(qū)間年最大設(shè)計(jì)暴雨(見表3).

表3 壩址-余杭區(qū)間年最大相應(yīng)設(shè)計(jì)暴雨成果表

3.5 設(shè)計(jì)暴雨成果合理性分析

本次青山水庫大壩安全鑒定暴雨系列延長至2010年，設(shè)計(jì)暴雨成果與除險(xiǎn)加固初設(shè)階段基本一致，因此，本次仍推薦采用青山水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)暴雨成果.除險(xiǎn)加固階段設(shè)計(jì)暴雨的分析采用同場(chǎng)雨統(tǒng)計(jì)法，暴雨取樣更符合實(shí)際發(fā)生的情況.從設(shè)計(jì)成果比較看，一日、三日、七日雨量的均值比1962年擴(kuò)大初設(shè)和1987年修正初設(shè)的兩次設(shè)計(jì)值都小，無疑是因同場(chǎng)雨取樣方法之故，統(tǒng)計(jì)方法的改進(jìn)，使設(shè)計(jì)成果更加可靠、合理.

4 設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)洪水由設(shè)計(jì)暴雨經(jīng)產(chǎn)、匯流計(jì)算而得.匯流計(jì)算采用浙江省新綜合單位線法和浙江省瞬時(shí)單位線法，兩種方法相互比較后選用.

4.1 產(chǎn)流計(jì)算

設(shè)計(jì)條件下，產(chǎn)流計(jì)算采用蓄滿產(chǎn)流原理的簡易扣損法[3].假設(shè)土壤最大含水量Imax為100 mm，土壤前期含水量為75 mm，則初損為25 mm，最大24 h后損值為1 mm/h，其余6日為0.5 mm/h，潛流部分水量為凈雨開始后，按穩(wěn)滲1.5 mm/h劃分.

4.2 匯流計(jì)算

(1)浙江省新綜合單位線法

綜合單位線法是應(yīng)用綜合方法，將有實(shí)測(cè)水文資料流域的要素(或參數(shù))與流域的某些特征值建立相關(guān)關(guān)系，以推求自然地理相似地區(qū)無實(shí)測(cè)水文資料流域的單位線.該方法是選用全省34個(gè)測(cè)站，整理與分析了381場(chǎng)暴雨洪水，從單位線分析著手，求得各站單位線非線性參數(shù)，然后將這些參數(shù)與流域特征S值點(diǎn)繪相關(guān)圖(即s-α、s-a、s-b關(guān)系曲線圖)，求得新的綜合關(guān)系式.

流域特征S值是反映坡地匯流和河網(wǎng)匯流的綜合參數(shù)，此值在五萬分之一地形圖上量算得.青山水庫壩址以上集水面積603 km2，流域特征值S=4.0，查經(jīng)驗(yàn)曲線得a=0.1095、α=0.455、b=1.465；水庫壩址～余杭區(qū)間集水面積127.5 km2，流域特征值S=2.08，查圖得a=0.130、α=0.285、b=1.90，臨界雨強(qiáng)均采用20 mm/h.

(2)浙江省瞬時(shí)單位線法

由水庫的流域特征值查得匯流參數(shù)：n=3、A=23.629、B=0.445.水庫壩址～余杭區(qū)間查得匯流參數(shù)，n=2、A=17.549、B=0.321.臨界雨強(qiáng)為30 mm/h.

4.3 設(shè)計(jì)洪水成果的選用

運(yùn)用上述兩種匯流計(jì)算方法，推得水庫設(shè)計(jì)洪水洪峰流量數(shù)值，并與2002年除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)成果進(jìn)行比較(見表4).

表4 年最大設(shè)計(jì)洪峰流量比較表

從表4看，浙江省新綜合單位線法和瞬時(shí)單位線成果相當(dāng)接近，可見采用任一推流方法均可.且與2002年除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)成果完全一致.本次設(shè)計(jì)延用1987年安全加固修正初步設(shè)計(jì)時(shí)采用新綜合單位線法.

5 調(diào)洪復(fù)核計(jì)算

5.1 調(diào)洪計(jì)算

根據(jù)水庫靜庫容調(diào)洪計(jì)算原理[4]，逐時(shí)段連續(xù)演算，完成整個(gè)洪水過程的調(diào)洪計(jì)算.計(jì)算時(shí)，考慮青山水庫壩址至余杭通濟(jì)橋的河道長度16.2 km，洪水從青山水庫壩址流至余杭通濟(jì)橋的時(shí)間為2 h，與青山壩址至通濟(jì)橋區(qū)間洪水錯(cuò)峰疊加得出通濟(jì)橋的流量過程.同時(shí)，對(duì)水庫的10孔泄洪閘和泄洪放空洞的泄流能力進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)省防指2010年7月印發(fā)的水庫洪水調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)洪演算，所得年最大洪水調(diào)度成果(見表5).

表5 年最大洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

5.2 成果分析

本次成果設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)為32.42 m，校核洪水位(P=0.01%)為35.17 m.與2002年《青山水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告》相比：100年一遇最高洪水位，本次成果低0.14 m；1000年一遇最高洪水位，本次成果高0.01 m；10 000年一遇最高洪水位，本次成果高0.14 m.

5.3 主壩壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)》，現(xiàn)狀主壩防浪墻頂高程為37.46 m，高于校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高之和(即36.99 m)，滿足正常運(yùn)用與非常運(yùn)用條件下對(duì)防浪墻頂高程的要求.

現(xiàn)狀主壩壩頂高程36.26 m，亦滿足在正常應(yīng)用條件下高出靜水位(設(shè)計(jì)洪水位32.42 m)0.5 m和在非常運(yùn)用條件下壩頂不低于靜水位(校核洪水位35.17 m)的要求.

現(xiàn)狀主壩防滲墻頂高程為34.50 m，防滲體與頂部防浪墻相連，滿足《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)》5.5.3中，對(duì)于防滲體頂部不得低于正常運(yùn)用靜水位(設(shè)計(jì)洪水位32.42 m)的要求.

故主壩壩頂高程滿足防洪要求.

5.4 副壩壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(SL274-2001)》5.2.3和5.2.4，現(xiàn)狀副壩防浪墻頂高程為36.46 m，高于校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高之和(即36.38 m)，滿足正常運(yùn)用與非常運(yùn)用條件下對(duì)防浪墻頂高程的要求.

現(xiàn)狀副壩壩頂高程36.16 m，亦滿足在正常應(yīng)用條件下高出靜水位(設(shè)計(jì)洪水位32.42 m)0.5 m和在非常運(yùn)用條件下壩頂不低于靜水位(校核洪水位35.17 m)的要求.

故副壩壩頂高程滿足防洪要求.

[1] 馬以超，余學(xué)彥，郎小燕，等.浙江省杭州市青山水庫大壩安全鑒定報(bào)告[R].浙江水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,2014.

[2] 余詩漢，林成東，胡琳琳.河村水庫大壩防洪能力復(fù)核[J].浙江水利科技，2010(5):43-44.

[3] 喬巧俊，郭 鵬.溫嶺太湖水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析[J].浙江水利科技，2005(3):94-96，99.

[4] 屠林初.長潭水庫洪水復(fù)核研究[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2012(1):31-34.

Review on Flood Control Standard of Qingshan Reservoir

YE Ping, CAI Hong-juan

(Hangzhou Qingshan Reservoir Management Office, Linan 311305, China)

Qingshan Reservoir is a large reservoir aiming at flood control, ranked as second-class engineering, with the designed flood standard for once-in-a-century and checking flood standard for once-in-ten-thousand year. The indirect method is adopted to estimate design flood from design storm, and the flood regulating calculation is derived based on the calculation principle of reservoir static capacity. The design storm, the design flood, as well as the flood regulating capacity of Qingshan Reservoir watershed are all calculated and analyzed in the paper, and the recomputation is done on dam crest elevation. The results show that the present situation of the main dam and the crest elevation of the auxiliary dam meet the requirements of design specifications, maintaining the flood control security of Qingshan Reservoir an “A” rating.

Qingshan Reservoir; flood control standard; flood routing review

2015-04-26

葉 萍(1977-)，女，浙江臨安人,工程師，主要從事防汛水文及相關(guān)工作.

TV697

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1008-536X(2015)09-0054-04