大壩安全評價之防洪能力復核淺析

王修春

（湖南省水務規(guī)劃設計院有限公司，湖南 長沙 410005）

引 言

2021年4月2日國務院辦公廳印發(fā)《關于切實加強水庫除險加固和運行管護工作的通知》?！锻ㄖ分赋?，水庫安全事關人民群眾生命財產(chǎn)安全。黨中央、國務院高度重視水庫安全工作。近年來，各地區(qū)各有關部門按照黨中央、國務院決策部署，集中開展了幾輪大規(guī)模的病險水庫除險加固，取得明顯成效，但部分水庫由于運行時間長、管理不到位等原因，安全隱患依然嚴重?！锻ㄖ访鞔_，2022年年底前，有序完成2020年已到安全鑒定期限的水庫的安全鑒定任務；對病險程度較高的水庫，抓緊實施除險加固；探索實行小型水庫專業(yè)化管護模式。

本文結合《通知》要求，對水庫大壩開展防洪能力復核，供業(yè)內人士參考。防洪能力復核的目的是根據(jù)水庫設計階段采用的水文資料和運行期延長的水文資料，并考慮建壩后上下游地區(qū)人類活動的影響以及水庫工程現(xiàn)狀，進行設計洪水復核和調洪計算，評價大壩現(xiàn)狀抗洪能力是否滿足有關標準要求。

1 工程概況

某水電站位于貴州省，壩址以上總流域面積3 346 km2，是一座具有改善水環(huán)境、防洪、發(fā)電、旅游、航運等多功能的綜合性水利工程，電站為壩后式。水庫調節(jié)性為日調節(jié)，正常蓄水位244.30 m，設計洪水位246.83 m（P=2%），校核洪水位250.91 m（P=0.2%），死水位243.50 m?？値烊? 481萬m3，電站裝機3臺，總裝機容量21.00 MW（3×7 000 kW），屬中型水庫，樞紐建筑工程等別為三等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。

該水電站1973建成，2009年進行改擴建，2012年首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2014年主體工程全部完工，2015年3臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電。水利樞紐工程由閘壩、消力池、發(fā)電廠房、副廠房、安裝場等建筑物組成。大壩為混凝土閘壩，全長252.00 m，壩頂高程252.50 m，非溢流壩段壩頂寬6.00 m，滾水壩段壩頂寬3.00 m，壩基最低高程為229.00 m，最大壩高23.50 m；溢流壩段布置于河流中間，長112.9 m，閘墩頂部高程253.00 m，堰頂高程234.30 m，設有7個13.50 m×10.50 m（寬×高）的弧形閘門，最大泄洪能力為9 970 m3/s。

2 防洪標準及設計洪水復核

2.1 防洪標準復核

依據(jù)現(xiàn)行《防洪標準》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017），該水電站防洪安全評估標準為：大壩設計洪水標準為50年一遇（P=2%），校核洪水標準為500年一遇（P=0.2%）。原設計標準滿足現(xiàn)行標準要求。

2.2 設計洪水成果

通過對歷史洪水調查（1933年、1935年）、臨近水文站資料（1953—2014年）和運行期（2015—2018年）洪水外延分析計算，組成66年不連續(xù)洪水系列，推求設計洪水。

復核計算時，洪峰流量、最大一日洪水總量、最大三日洪水總量相應的變差系數(shù)Cv分別為0.60、0.59、0.54，偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv。設計洪水結果如表1所示。由表1可知，洪峰流量較可研/初設階段稍高，最大一日洪水流量和最大三日洪水流量較可研、初設階段稍低。本次復核采用較高值進行復核，即洪峰流量采用本次復核成果，最大一日流量和最大三日流量采用可研/初步設計成果。

表1 設計洪水計算成果表

依據(jù)典型洪水過程線的選擇原則，選取1964年的實測洪水過程作為典型洪水過程。該年洪水為雙峰型，具有典型的流域洪水特點，且該次洪水具有峰高量大的特點。對此次洪水進行無量化處理后得到標準洪水過程線，并按照洪峰流量和峰現(xiàn)時間等對過程進行放大，同時控制最大一日洪量和最大三日洪量與設計值誤差在5%以內，最后經(jīng)修勻處理得到設計洪水過程線如圖1所示。

圖1 設計洪水過程線

3 調洪計算

該水電站主要功能以發(fā)電為主，防洪作用不明顯。洪水調度原則為：當入庫流量小于起調水庫最大下泄流量時，按“來多少、泄多少”控制閘門開啟孔數(shù)和開度使水庫水位維持在起調水位（正常蓄水位244.30 m），從電站泄流曲線來看，當泄流量小于3 956.00 m3/s時，電站水庫水位維持在244.30 m；當入庫流量大于起調水位最大下泄流量時，7孔閘門全開，實行敞泄，直至入庫流量與下泄流量相等，水庫出現(xiàn)最高水位；之后水庫水位下降，按相反程序調度洪水，直至水位降至正常蓄水位。見表2。

表2 調洪計算成果表

本次復核，校核洪水位251.02 m（P=0.2%），對應總庫容3 481萬m3；設計洪水位247.14 m（P=2%），對應庫容2 009萬m3。原設計校核洪水位250.91 m（P=0.2%），對應總庫容3 433萬m3；設計洪水位246.83 m（P=2%），對應庫容1 917萬m3。通過對比，校核水位與庫容較原設計均有所變化，但誤差都在5%范圍內，為偏安全考慮，最終采用本次復核的洪峰和調洪成果。

4 大壩抗洪能力復核

根據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014）、《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL 319-2018），壩頂高程等于水庫靜水位（正常蓄水位、校核洪水位）加相應的超高△h，取其中大值。超高△h按如下公式確定：

△h=hb+hz+hc

式中 △h——壩頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；

hb——波高（m），可采用鶴地水庫公式計算；

hc——安全加高（m）；根據(jù)SL 319-2018該水庫安全加高值在正常蓄水位時為0.4 m，在校核洪水位為0.3 m。

根據(jù)上述公式計算大壩壩頂高程，成果見表3。

由表3可知，計算所需壩頂高程為252.43 m，經(jīng)現(xiàn)場檢查復核，現(xiàn)狀壩頂高程為252.30～252.50 m，局部低于計算所需壩頂高程；鑒于該段長度僅5 m且壩頂最低高程252.30 m高于靜水位251.02 m，且臨水側設有高1.2 m鋼筋混凝土防撞墻嵌入山體，可攔擋波浪等，本次評價該電站大壩現(xiàn)狀壩頂高程可滿足現(xiàn)行相關規(guī)范要求。

5 結論及建議

通過對大壩開展防洪能力復核，依據(jù)相關水文資料、設計洪水等判斷大壩防洪標準是否滿足規(guī)范要求，壩體結構是否滿足防洪要求等，為大壩后期開展安全評價提供依據(jù)。根據(jù)本次復核，得出如下結論：

1）本工程規(guī)模為中型水庫，工程等別為三等，洪水標準按50年一遇洪水設計（P=2.0%）、500年一遇洪水校核（P=0.2%），符合《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）及《防洪標準》（GB 50201-2014）的要求。

2）經(jīng)復核，現(xiàn)狀溢流堰泄流能力滿足泄洪要求。

3）現(xiàn)狀壩頂高程或防浪墻高程滿足規(guī)范要求。

4）建議盡快啟用水情測報系統(tǒng)，為后期水庫運行提供水文資料。