水文分析計(jì)算在中小型水庫安全鑒定中的運(yùn)用

王光輝

摘 要：2019年廣東省多地區(qū)將進(jìn)行新一輪水庫的安全鑒定工作，雖然近年來分批次進(jìn)行了多輪的水庫加固工程，優(yōu)先消除了一部分問題突出、重點(diǎn)水庫的安全隱患，保障了一批水庫的安全運(yùn)行，但是應(yīng)當(dāng)清醒認(rèn)識到當(dāng)前形勢依然嚴(yán)峻。防洪能力復(fù)核是安全鑒定的重要組成部分，而水文分析計(jì)算則是防洪能力復(fù)核的基礎(chǔ)和必要先行條件，其成果的科學(xué)、合理、可靠性直接決定了防洪能力復(fù)核結(jié)論的準(zhǔn)確性、可靠性和可信性。只有對水庫進(jìn)行精準(zhǔn)的安全鑒定，才能對下來的除險(xiǎn)加固工作提供準(zhǔn)確指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：水文分析計(jì)算；水庫；安全鑒定；防洪能力

中圖分類號：TV131.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0179-02

Abstract： In 2019， a new round of reservoir safety appraisal will be carried out in many areas of Guangdong Province. Although several rounds of reservoir reinforcement projects have been carried out in batches in recent years， giving priority to eliminating some of the hidden dangers of outstanding problems and key reservoirs and the safe operation of a number of reservoirs has been guaranteed， we should be soberly aware that the current situation is still grim. The review of flood control capacity is an important part of safety appraisal， and hydrological analysis and calculation is the basis and necessary advance condition for the review of flood control capacity. The scientific， reasonable and reliable results directly determine the accuracy， reliability and credibility of the conclusion of flood control capacity review. Only the accurate safety appraisal of the reservoir can provide accurate guidance for the danger elimination and reinforcement work.

Keywords： hydrological analysis and calculation； reservoir； safety appraisal； flood control capacity

水庫作為蓄水工程[1]，直接關(guān)系到當(dāng)?shù)貜V大居民的生活飲水、農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電等切身利益，對水庫進(jìn)行安全鑒定，并進(jìn)一步進(jìn)行除險(xiǎn)加固工作，不僅是水庫安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，也是人民生命財(cái)產(chǎn)的保護(hù)。位于南方的廣東省，其水資源總量雖屬全國最豐富的省（區(qū)）之一，全省多年平均水資源總量[2]1830億m3， 其中地表水資源量1820

億m3，地表水資源豐富，地表水也成為了廣東省水資源開發(fā)利用的主要水源。廣東省內(nèi)水庫眾多，且大多建庫較早，經(jīng)過多年的運(yùn)行，水庫或多或少會出現(xiàn)安全隱患，逐步推進(jìn)水庫安全鑒定、除險(xiǎn)加固消除安全隱患就顯得尤為重要和迫切。

廣東省近年來分批次進(jìn)行了多輪的水庫加固工程，但省內(nèi)水庫眾多，當(dāng)前形勢依然嚴(yán)峻。以山區(qū)惠州市龍門縣為例，全縣現(xiàn)有蓄水工程133宗，其中，大（2）型水庫1宗（天堂山），中型水庫3宗（七星墩、梅州、白沙河），?。?）型水庫23宗，小（2）型水庫42宗，山塘78宗。全縣蓄水工程總庫容45149.6萬m3，正常庫容31485.15萬m3，控制集雨面積942km2，占全縣總面積的41%。而這些水庫大多建成于上世紀(jì)六七十年代。全縣近年來先后完成了4宗大中型水庫及8宗?。?）型水庫的安全鑒定，其中尚有2宗中型、一宗小（1）型水庫處于設(shè)計(jì)階段，完成安全鑒定的水庫僅占全縣蓄水工程的9.0%。龍門縣計(jì)劃2019年完成對23宗水庫的安全鑒定，查找水庫存在問題，并進(jìn)行針對性的除險(xiǎn)加固，時(shí)間緊迫、任務(wù)繁重。因此，對水庫進(jìn)行精準(zhǔn)把脈、甄別尤為重要。

防洪能力復(fù)核是安全鑒定[3]的重要組成部分，而水文分析計(jì)算則是防洪能力復(fù)核的基礎(chǔ)和必要先行條件。防洪能力復(fù)核的目的是根據(jù)收集的水文資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水復(fù)核和調(diào)洪計(jì)算，評價(jià)大壩現(xiàn)狀抗洪能力是否滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

以龍門縣內(nèi)典型水庫——七星墩水庫作為分析對象，七星墩水庫大壩為土石壩，最大壩高47.4m，為廣東省內(nèi)土石壩壩體最高的水庫。七星墩水庫位于龍門縣西南部，增江支流永漢河上游南昆河支流，為一座中型水庫，庫區(qū)集雨面積24.43km2，另有一條引水渠將南昆河干流的水引至庫區(qū)，引水集雨面積為52.95km2，引水渠區(qū)間集雨面積為0.96km2。水庫溢洪道為開敞式，無閘門控制。

1 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）以及《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）規(guī)定，七星墩水庫屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，與原設(shè)計(jì)一致。

七星墩水庫為中型水庫，區(qū)域內(nèi)無實(shí)測洪水資料，洪水?dāng)M采用暴雨推求。水庫壩址設(shè)有七星墩雨量站，保存完好的有1987年～2015年共29年逐日降雨資料，因此擬在分析七星墩雨量站資料的基礎(chǔ)上，與《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》（2003年版）查算暴雨進(jìn)行對比分析，采用偏安全的暴雨值。并采用廣東省綜合單位線法和推理公式法進(jìn)行洪水計(jì)算，結(jié)果采用其中對水庫防洪較為不利的洪水成果。

根據(jù)七星墩雨量站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，最大24小時(shí)，P=2%雨量值為337.53mm，P=0.1%雨量值為477.03mm；最大72小時(shí)，P=2%雨量值為521.47mm，P=0.1%雨量值為742.83mm。

通過對比暴雨參數(shù)值可知，查圖值均大于實(shí)測值，考慮七星墩所在南昆山為廣東省暴雨中心之一，且等值線圖暴雨經(jīng)過地區(qū)綜合，加入了歷史暴雨，結(jié)果更為安全可靠，因此暴雨參數(shù)采用等值線圖暴雨值。

由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，采用廣東省綜合單位線法與推理公式法進(jìn)行水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，并作分析比較。通過計(jì)算結(jié)果與原設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果及歷次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)成果進(jìn)行對比，分析本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的合理性。通過分析，計(jì)算采用的暴雨參數(shù)合理，計(jì)算方法科學(xué)，認(rèn)識設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果合理。

由于七星墩水庫有跨流域引水情況，引水渠首設(shè)置有節(jié)制閘，洪水期間可只考慮引水區(qū)間設(shè)計(jì)洪水，同時(shí)還應(yīng)復(fù)核計(jì)算引水渠的過流能力，以引水渠最大引水流量作為洪水計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮引水渠的入庫流量。

為安全起見，本次洪水疊加采用兩種疊加工況：

引水工況1：洪水過程線中流量小于等于引水渠過流能力的，采用洪水過程線的洪水流量；洪水過程線中流量大于引水渠過流能力的，采用渠道過流能力的洪水流量，然后和水庫壩址以上洪水進(jìn)行疊加。

引水工況2：考慮引水渠首處的引水閘出現(xiàn)狀況，引水渠區(qū)間洪水按引水渠過流能力考慮，即將水庫壩址以上洪水與引水渠過流能力對應(yīng)的流量進(jìn)行疊加。

最后以水庫壩址以上集雨面積的洪水和引水渠區(qū)間的洪水疊加后的成果作為設(shè)計(jì)洪水成果?？傻玫蒋B加后的洪峰流量成果和設(shè)計(jì)洪水過程線。由計(jì)算成果可知，P=2%時(shí)洪峰流量為596.85m3/s，P=0.1%時(shí)洪峰流量為910.51m3/s。

2 調(diào)洪計(jì)算

（1）確定水庫的調(diào)洪原則，七星墩水庫泄洪建筑物為溢洪道，溢洪道承擔(dān)七星墩水庫的泄洪任務(wù)；溢洪道為開敞式，無閘門控制，當(dāng)水位超過正常水位時(shí)，即溢洪道堰頂高程時(shí)，則自行排洪。

（2）整理并復(fù)核水庫水位～庫容關(guān)系曲線。

（3）分析計(jì)算水庫溢洪道水位～泄流量關(guān)系，并于原設(shè)計(jì)成果及歷次加固設(shè)計(jì)成果進(jìn)行對比，分析其成果合理性。

（4）調(diào)洪計(jì)算，根據(jù)擬定的調(diào)洪原則以及調(diào)洪基本資料，采用廣東省水利廳調(diào)洪演算程序TH-3 GD（1993.8）進(jìn)行調(diào)洪演算。由設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果得到的綜合單位線法和推理公式法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水過程線，分別進(jìn)行調(diào)洪演算，采用設(shè)計(jì)洪水位較高的成果。

由計(jì)算成果可知，P=2%時(shí)最高庫水位為274.17m，相應(yīng)庫容為2316萬m3，最大泄量193.8m3/s；P=0.1%時(shí)最高庫水位為275.5m，相應(yīng)庫容為2477萬m3，最大泄量323.3m3/s。

水文分析計(jì)算作為防洪能力復(fù)核的基礎(chǔ)和必要先行條件，必須保障其參數(shù)選擇合理、計(jì)算方法科學(xué)及計(jì)算成果合理，否則接下來的工作將會充滿問號。

有了科學(xué)、合理的水文分析計(jì)算成果后，則可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析水庫大壩的抗洪能力：

（1）在調(diào)洪計(jì)算確定的防洪設(shè)計(jì)水位基礎(chǔ)上，再計(jì)算壩頂超高，可得到滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求的最低壩頂高程，與現(xiàn)狀實(shí)測壩頂高程對比，可復(fù)核大壩現(xiàn)狀抗洪能力是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，同時(shí)，對土石壩還應(yīng)復(fù)核防滲體頂高程是否滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)。

（2）復(fù)核溢洪道控制段、泄槽段擋墻能否滿足規(guī)范要求。

（3）復(fù)核設(shè)計(jì)洪水狀況下下泄流量情況及對下游的影響。

綜上分析，可知七星墩水庫原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)滿足要求，水庫溢洪道可滿足安全泄流要求，水庫調(diào)度方式符合水庫特點(diǎn)，大壩現(xiàn)狀高程滿足規(guī)范要求，但溢洪道控制段擋墻頂高程不滿足校核洪水位水面的超高要求，溢洪道下泄最大流量時(shí)，存在安全隱患，影響溢洪道兩側(cè)邊坡的安全。七星墩水庫大壩防洪安全性可評為C級。

3 結(jié)束語

水文分析計(jì)算作為防洪能力復(fù)核的基礎(chǔ)和必要前提條件，其成果的科學(xué)、合理、可靠性直接決定了防洪能力復(fù)核結(jié)論的準(zhǔn)確性、可靠性和可信性。在實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)充分重視水文分析計(jì)算，結(jié)合不同工況，合理采用相應(yīng)的計(jì)算方法，保證成果的客觀準(zhǔn)確性。當(dāng)然，防洪能力復(fù)核只作為水庫大壩安全鑒定的其中一部分，要對水庫大壩安全狀況進(jìn)行準(zhǔn)確分類，還應(yīng)結(jié)合工程質(zhì)量安全、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全、金屬結(jié)構(gòu)安全等評價(jià)情況，綜合分析評價(jià)水庫狀況，同時(shí)還要重視歷史資料的收集、整理及分析，尤其是運(yùn)行中歷次出現(xiàn)的險(xiǎn)情情況，要進(jìn)行重點(diǎn)針對性的分析，查找原因，分析其安全隱患。總之，只有對水庫進(jìn)行精準(zhǔn)的安全鑒定，才能對下來的除險(xiǎn)加固工作提供準(zhǔn)確指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]盛金保，彭雪輝，王昭升，等.水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則[M].北京：中國水利水電出版社，2017：1.