某水庫(kù)防洪能力復(fù)核分析

郝增勝

（山西省汾河灌溉管理局,山西 晉中 030600）

1 引言

水庫(kù)防洪是水庫(kù)的重要效益之一,在水庫(kù)長(zhǎng)期使用過程中,淤積、沖刷等原因造成水庫(kù)防洪能力有所改變,針對(duì)這一類型水庫(kù)進(jìn)行防洪能力復(fù)核是十分必要的[1-5]。

某水庫(kù)屬中型水庫(kù),樞紐工程屬Ⅲ等工程,水庫(kù)的原防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100 年一遇,校核洪水重現(xiàn)期為1000 年一遇。水庫(kù)主要為防洪、供水功能,庫(kù)工程特性見表1。

表1 水庫(kù)工程特性表

2 水庫(kù)防洪能力復(fù)核

2.1 水位-庫(kù)容-泄量關(guān)系

本次對(duì)水位-庫(kù)容進(jìn)行復(fù)核,鑒于水庫(kù)在除險(xiǎn)加固后,其庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)的地形地質(zhì)條件穩(wěn)定,且未進(jìn)行具備規(guī)模的開發(fā)利用,水庫(kù)淤積程度較小,因此水庫(kù)水位-庫(kù)容曲線沿用除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)報(bào)告資料,見圖1。

圖1 水庫(kù)水位-庫(kù)容曲線

水庫(kù)主要泄（輸）水建筑物為溢洪道和壩下輸水涵。水庫(kù)溢洪道位于水庫(kù)東南面,距大壩直線為1 km,由進(jìn)口段、陡槽段、消力池、水平明渠段和下游尾水渠等組成,溢洪道下游向燕川排洪渠并排入茅洲河。左壩肩為開敞式溢洪道,溢洪道為開敞式,寬頂堰,堰頂高程33.085 m,凈寬10 m,長(zhǎng)10 m,堰下接一級(jí)陡槽段,陡槽段長(zhǎng)53 m,寬10 m,陡槽底坡1/4,陡槽下游接一級(jí)消力池,消力池長(zhǎng)9.4 m,寬10 m。一級(jí)消力池下平面轉(zhuǎn)30 °角后,接190.3 m 明渠段,明渠段寬12 m～14 m。明渠段末接五級(jí)跌水,長(zhǎng)4 m～5 m,寬14 m。不考慮輸水涵泄洪,水庫(kù)的溢洪道水位-泄量曲線見表2。

表2 羅田水庫(kù)水位-泄量關(guān)系復(fù)核

2.2 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

2.2.1設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

將本次的設(shè)計(jì)暴雨成果與除險(xiǎn)加固成果進(jìn)行比較（見表2）可知,本次計(jì)算成果較除險(xiǎn)加固成果基本一致,相對(duì)偏差在5%以內(nèi)。表明區(qū)域內(nèi)的暴雨參數(shù)沒有發(fā)生劇烈變化,考慮到本次設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)間序列延續(xù)到了2016 年,相關(guān)暴雨參數(shù)發(fā)生了輕微變化,因此,設(shè)計(jì)暴雨成果選用本次復(fù)核成果。

表3 本次設(shè)計(jì)暴雨復(fù)核成果與除險(xiǎn)加固成果比較

2.2.2設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

庫(kù)區(qū)周圍屬低山區(qū),地形較陡。庫(kù)區(qū)分水嶺高程在海拔60 m～106 m 之間,庫(kù)區(qū)內(nèi)林木并不茂盛,植被不佳。水庫(kù)是一座以供水為主,兼有防洪等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫(kù)地理參數(shù)為：F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。暴雨參數(shù)采用：珠江三角洲設(shè)計(jì)雨型,暴雨低區(qū)的t-t-F。

庫(kù)區(qū)集雨面積內(nèi)大部分屬低山丘陵,山體較緩,庫(kù)區(qū)山體地表標(biāo)高25 m～80 m,植被茂盛,土壤透水性及植被情況均屬中等,可考慮作為高丘區(qū)類選用匯流參數(shù)。

水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算按照本次復(fù)核地理參數(shù)成果,結(jié)合實(shí)測(cè)雨量站的設(shè)計(jì)暴雨成果,采用廣東省綜合單位線、推理公式法（1988 年修訂）兩種方法分別計(jì)算,成果見表4。

表4 設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2.3成果合理性分析

根據(jù)表4 的計(jì)算成果可知,綜合單位線和推理公式兩種方法計(jì)算結(jié)果差值在20%以內(nèi),表明本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是合理的。其中,綜合單位線法的計(jì)算成果大于推理公式法,偏安全考慮,水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水采用綜合單位線法的計(jì)算成果。

將本次計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果與《除險(xiǎn)加固》成果進(jìn)行對(duì)照,可知本次復(fù)核的成果較除險(xiǎn)加固成果非常接近,且略低于除險(xiǎn)加固成果。

表5 本次設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果與2009 年除險(xiǎn)加固成果對(duì)比表

3 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

3.1 水庫(kù)調(diào)洪演算

水庫(kù)溢洪道堰頂高程為33.09 m,且溢洪道為無閘門控制的寬頂堰型式,水庫(kù)水位高于堰頂高程后自由泄流,因此,以正常蓄水位33.09 m 作為起調(diào)水位,來水通過溢洪道溢洪,輸水涵不參與泄洪。

設(shè)計(jì)洪水成果,結(jié)合水庫(kù)的水位～庫(kù)容曲線和水位泄～量曲線進(jìn)行調(diào)洪演算,計(jì)算成果見表6。

表6 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果

3.2 成果合理性分析

將本次調(diào)洪演算成果與《除險(xiǎn)加固》成果進(jìn)行對(duì)照,可知本次復(fù)核的成果較除險(xiǎn)加固成果非常接近,本次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水位為35.08 m,1000 年一遇校核洪水位為35.82 m,均較除險(xiǎn)加固成果（設(shè)計(jì)洪水位35.11 m 和35.89 m）略低,原因在于本次采用的水位泄流曲線較除險(xiǎn)加固成果略大,故導(dǎo)致調(diào)洪最高庫(kù)水位略低于除險(xiǎn)加固成果,本次復(fù)核的2000 年一遇的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)下的調(diào)洪成果因高于除險(xiǎn)加固的標(biāo)準(zhǔn)而不作比較。相關(guān)對(duì)比情況見表6。

當(dāng)調(diào)洪計(jì)算成果低于原設(shè)計(jì)或前次大壩安全鑒定確定的指標(biāo)時(shí),宜仍沿用原特征水位和庫(kù)容指標(biāo)。因此,經(jīng)過復(fù)核,本次調(diào)洪演算成果最終采用除險(xiǎn)加固成果,并以此結(jié)果復(fù)核水庫(kù)大壩的安全超高。

表7 本次調(diào)洪演算復(fù)核成果與2009 年除險(xiǎn)加固成果對(duì)比表

圖2 100 年一遇設(shè)計(jì)洪水過程下的入庫(kù)、出庫(kù)洪水過程及水位變化過程

圖3 1000 年一遇校核洪水過程下的入庫(kù)、出庫(kù)洪水過程及水位變化過程

4 壩頂高程復(fù)核

壩頂超高復(fù)核結(jié)果見表8。根據(jù)安全復(fù)核測(cè)量顯示,水庫(kù)的壩頂高程為36.70 m,防浪墻高程為37.75 m。因此,經(jīng)過比較,現(xiàn)狀水庫(kù)的壩頂高程在正常運(yùn)用情況下,高出靜水位0.5 m 以上；在非常運(yùn)用情況下,壩頂不低于靜水位,壩頂高程滿足規(guī)范要求。此外,防浪墻高程37.75 m 均滿足正常運(yùn)用條件和非正常運(yùn)用工況里面的正常蓄水位工程和1000 年一遇的校核洪水位工況,但不滿足2000 年一遇校核洪水的非正常工況。

表8 水庫(kù)壩頂超高復(fù)核成果（起調(diào)水位33.09 m）

因此,水庫(kù)的現(xiàn)狀防浪墻頂高程能滿足100 年一遇設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)和1000 年一遇校核防洪標(biāo)準(zhǔn),但現(xiàn)狀防浪墻高程無法滿足2000 年一遇校核防洪標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

水庫(kù)防洪是水庫(kù)的重要效益之一,在水庫(kù)長(zhǎng)期使用過程中,淤積、沖刷等原因造成水庫(kù)防洪能力有所改變。以某中型水庫(kù)為研究對(duì)象,通過收集數(shù)據(jù),對(duì)水庫(kù)安全評(píng)價(jià),經(jīng)復(fù)核后,水庫(kù)洪水計(jì)算采用F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。根據(jù)安全評(píng)價(jià)防洪復(fù)核成果,考慮水庫(kù)調(diào)洪條件下,水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位（P=1%）時(shí)的壩頂高程為35.61m、防浪墻頂高程為37.58 m?，F(xiàn)狀大壩壩頂高程36.70 m,防浪墻頂高程37.75 m；大壩的壩頂高程、防浪墻頂滿足1000 年一遇防洪要求。