大壩安全鑒定中防洪能力的復(fù)核計(jì)算

聶玉帥

（鄭州市常莊水庫管理處，河南 鄭州 450007）

0 前言

為確保水庫正常安全運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮防洪效能，依據(jù)新修訂的《水庫大壩安全鑒定辦法》和中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》等技術(shù)規(guī)定與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水庫大壩實(shí)行定期安全鑒定制度。其中防洪能力復(fù)核是大壩安全鑒定中的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)檢查水庫大壩采用的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)是否合適，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是否可靠、現(xiàn)狀防洪能力是否達(dá)到現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求具有重大意義。下面以常莊水庫為實(shí)例，在大壩安全鑒定過程中，對(duì)防洪能力復(fù)核中出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析探討，并在此基礎(chǔ)上做出科學(xué)合理的復(fù)核計(jì)算。

1 工程概況

常莊水庫始建于1959 年12 月，位于淮河流域潁河水系賈魯河支流賈峪河下游，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，壩體為均質(zhì)土壩，總庫容1 708 萬m3，興利庫容864 萬m3，控制流域面積82 km2，按100 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，5 000 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，是一座以防洪調(diào)度、城市應(yīng)急供水、工程建設(shè)與管理以及水生態(tài)保護(hù)為主的重點(diǎn)中型水庫。由于常莊水庫緊臨鄭州西三環(huán)，毗鄰“四個(gè)中心”，地理位置異常重要。隨著鄭州城區(qū)不斷擴(kuò)大，怎么讓西部美起來成為鄭州城市發(fā)展新的思路定位，常莊水庫作為一座城區(qū)水庫，其城市防洪的特點(diǎn)尤為明顯，因此，于2005年12月被河南省水利廳批準(zhǔn)為按大型水庫管理。特別是在2014年12月南水北調(diào)中線工程通水之后，常莊水庫又成為南水北調(diào)鄭州段反季節(jié)調(diào)蓄水庫，其防洪工程安全更加關(guān)系到南水北調(diào)調(diào)蓄工程的輸水安全。

2 防洪能力復(fù)核的緊迫性

由于種種原因，常莊水庫僅在1984 年進(jìn)行過1 次設(shè)計(jì)洪水復(fù)核，距今時(shí)間太長(zhǎng)。另外，常莊水庫在除險(xiǎn)加固前進(jìn)行了安全鑒定，也進(jìn)行了防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，可是自2013年常莊水庫除險(xiǎn)加固工程完成后，水庫的職能和設(shè)施規(guī)模都發(fā)生了不同程度的變化，也非常有必要對(duì)常莊水庫進(jìn)行防洪能力復(fù)核。同時(shí)，隨著水文資料的延長(zhǎng)和積累，所收集的數(shù)據(jù)愈加清晰準(zhǔn)確，為防洪能力復(fù)核提供了更加安全可靠的原始數(shù)據(jù)。因此，重新對(duì)常莊水庫進(jìn)行防洪能力復(fù)核計(jì)算，就顯得尤為必要和迫切。

3 防洪能力復(fù)核時(shí)應(yīng)注意的問題

3.1 認(rèn)真收集查閱分析相關(guān)資料

收集建庫以來的各類資料，主要收集查閱工程勘察設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)行資料，除險(xiǎn)加固及地質(zhì)勘查結(jié)果、有記錄以來的水文氣象資料和工程維修養(yǎng)護(hù)、滲流與變形觀測(cè)等等。對(duì)這些資料進(jìn)行整理分析，查找問題，科學(xué)全面詳細(xì)了解水庫基本狀況，為下一步分析和復(fù)核計(jì)算提供重要的依據(jù)。

3.2 早期水文資料不全

在常莊水庫興建前，現(xiàn)壩址以上2.50 km處，于1954年6月設(shè)有常廟水文站，該水文站觀測(cè)到1960年6月撤銷。自水庫建成后，1961-1975年無水文觀測(cè)資料，1976-1980年有斷斷續(xù)續(xù)的水位記錄，1980 年7 月重設(shè)常莊水庫水文站至今，所有觀測(cè)資料齊全。另外，在歷史洪水資料中，因年代久遠(yuǎn)，資料少，推算的流量精確度不高，勢(shì)必導(dǎo)致洪水頻率計(jì)算不準(zhǔn)確。在這種情況下，計(jì)算所依據(jù)的水文資料系列的來源一定要真實(shí)，推求換算要可信，才能正確可靠地復(fù)核出設(shè)計(jì)洪水成果。

3.3 水庫淤積嚴(yán)重

由于水庫經(jīng)過60余年運(yùn)行，上游土質(zhì)松軟，植被覆蓋相對(duì)較少，水土流失造成河水泥沙含量較高，大量泥沙沉積庫底。再加上庫區(qū)近壩沿岸不穩(wěn)，庫水位時(shí)消時(shí)漲，致使庫岸坍塌，庫床淤積壅高，庫容曲線發(fā)生變化。所以，必須對(duì)庫容曲線重新進(jìn)行校核，從而避免計(jì)算調(diào)洪校核時(shí)產(chǎn)生影響。

3.4 水庫除險(xiǎn)加固后工程設(shè)施發(fā)生變化

2013 年常莊水庫完成除險(xiǎn)加固工程后，在溢洪道上新增一座5 孔閘和交通橋，不能只復(fù)核溢洪道控制斷面的過水能力，而忽略下游斷面因阻水而造成實(shí)際過水能力減小等因素。同時(shí)輸水洞內(nèi)南水北調(diào)工程充庫引水管從洞中穿過，該引水管直徑2.20 m，使該引水管兼具泄水與引水兩種功能，原澆筑的混凝土輸水洞實(shí)際上已成為水庫工作人員的檢修廊道，因此，在計(jì)算泄流曲線時(shí)要充分考量。

3.5 復(fù)核計(jì)算應(yīng)科學(xué)合理

由于一些資料的缺失，相關(guān)參數(shù)不準(zhǔn)確，未按現(xiàn)行規(guī)范要求的計(jì)算工況進(jìn)行驗(yàn)算，采用簡(jiǎn)化方法驗(yàn)算，或采用的自編軟件、商業(yè)軟件未經(jīng)認(rèn)可和未經(jīng)使用者認(rèn)真校驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果不合理或違反力學(xué)原理的現(xiàn)象。所以，在實(shí)事求是的前提下，盡可能不用軟件，按照水利水電計(jì)算規(guī)范，認(rèn)真進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)計(jì)算，避免出現(xiàn)所謂偏差。

另外，根據(jù)《碾壓式土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂（防滲體）高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應(yīng)高于波浪頂高程。不能一味盲目地將調(diào)洪得到的最高靜水位與原設(shè)計(jì)成果中最高靜水位進(jìn)行比較，據(jù)此得出安全與否的結(jié)論。在復(fù)核計(jì)算水庫防浪墻高程時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意在正常運(yùn)用條件下，壩前風(fēng)速取值參數(shù)也要合理，才能獲得真實(shí)有效的復(fù)核結(jié)果。

3.6 切忌盲目提高或降低防洪標(biāo)準(zhǔn)

自從“75.8”特大洪水后，一些人無形中想夸大防洪標(biāo)準(zhǔn)，再加上水庫除險(xiǎn)加固后，管理者思想上有所麻痹，精神上有所懈怠，意識(shí)上有所放松，有意或無意提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，給上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)以高枕無憂的印象。也有某些水庫主要領(lǐng)導(dǎo)一心想推卸責(zé)任，故意將防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，回避問責(zé)，逃避處罰，這兩種極端表現(xiàn)都是不可取的。作為水利工程技術(shù)人員，既不能直接簡(jiǎn)單地照搬原設(shè)計(jì)成果，還要排除人為干擾，根據(jù)工程的實(shí)際規(guī)模和變化情況，對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)做出科學(xué)準(zhǔn)確的復(fù)核計(jì)算。

4 防洪能力復(fù)核計(jì)算

鑒于常莊水庫水文監(jiān)測(cè)資料斷檔，同時(shí)，由于尖崗水庫和常莊水庫同屬流域水系內(nèi)的兩座水庫，直線距離僅3.50 km，因此，可以利用尖崗水庫的水文資料來推求常莊水庫的缺失數(shù)據(jù)。參照1984年河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院所編制的復(fù)核報(bào)告內(nèi)容，此次常莊水庫設(shè)計(jì)洪水復(fù)核采用流量資料與雨量資料這兩種途徑來推求設(shè)計(jì)洪水。

1954-1959年由賈峪河常廟站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，其中1955年缺測(cè)流量，依據(jù)該年實(shí)測(cè)水位，利用1956年水位流量關(guān)系查得洪峰流量和時(shí)段洪量。1960年常廟水文站撤銷，導(dǎo)致1960-1980年無資料，此段流量采用以下2種方法推算：一是用常莊水庫、尖崗水庫面積比法將尖崗水庫流量逐年換算為常莊水庫流量；二是用尖崗水庫長(zhǎng)短系列比，將常莊水庫短系列的均值換算為長(zhǎng)系列均值。經(jīng)過分析，兩地的氣象因素是一致的，而下墊面因素則有一定差別，故采用長(zhǎng)、短系列均值比換算得成果。

賈魯河尖崗水庫洪峰和時(shí)段流量，1954-1970年直接由賈魯河常廟水文站資料統(tǒng)計(jì)，1971-1980年由尖崗水庫實(shí)測(cè)資料推算，資料系列從1954-1980年，共計(jì)27年連續(xù)系列，1971-1980年水庫建成后，入庫洪峰由庫水位反推而得，但由于水位觀測(cè)時(shí)間間隔過長(zhǎng)，推算的洪峰流量是時(shí)段流量的平均值，不是瞬時(shí)流量，因此建立建庫前常廟站實(shí)測(cè)洪峰與不同時(shí)段平均流量及觀測(cè)時(shí)段關(guān)系線，將時(shí)段平均流量修正為瞬時(shí)洪峰流量。常莊水庫根據(jù)尖崗水庫洪水系列延長(zhǎng)后其峰量系列從1954-1980 年共計(jì)27 年，加入1915 年和1927 年所調(diào)查洪水資料，從而求得水庫各頻率設(shè)計(jì)洪水成果。在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行庫容曲線、泄流能力曲線等調(diào)洪計(jì)算以及波浪要素、壩頂超高計(jì)算等壩頂高程復(fù)核。

根據(jù)這兩種途徑計(jì)算出的結(jié)果，與鄰近流域水庫設(shè)計(jì)洪水及原設(shè)計(jì)采用的成果比較，綜合分析后，認(rèn)為根據(jù)流量資料推求的設(shè)計(jì)洪水，基本上反映了中小規(guī)模洪水的實(shí)際情況，故推薦采用流量資料計(jì)算成果，考慮到水庫控制流域面積小，洪水變幅大，實(shí)測(cè)系列短等因素，當(dāng)采用頻率洪水作為校核洪水時(shí)，則建議再適當(dāng)加20%安全保證值。

經(jīng)過復(fù)核計(jì)算，水庫輸水洞和溢洪道泄流能力均能滿足水庫防洪安全要求。通過調(diào)洪演算，水庫100年一遇設(shè)計(jì)洪水位和5 000年一遇校核洪水位低于原設(shè)計(jì)確定的特征水位，故仍采用原設(shè)計(jì)成果，即100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，5 000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。壩頂超高計(jì)算表明，大壩壩頂高程也滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

通過此次防洪能力復(fù)核計(jì)算，全面系統(tǒng)地對(duì)水庫進(jìn)行防洪安全科學(xué)評(píng)價(jià)，充分掌握和了解除險(xiǎn)加固后抵御洪水的能力，準(zhǔn)確把握大壩安全運(yùn)行狀況，從而為水庫的防洪調(diào)度和安全運(yùn)行提供必要可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支撐，也對(duì)類似除險(xiǎn)加固后的水庫大壩安全鑒定起到一定的指導(dǎo)與借鑒作用。