江西石峽山水庫(kù)大壩防洪能力復(fù)核分析

高增財(cái)

(江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330200)

水庫(kù)防洪能力是水庫(kù)大壩的一個(gè)重要功能，在水庫(kù)使用中，受到淤積等影響導(dǎo)致水庫(kù)防洪能力將發(fā)生變化，因此，針對(duì)水庫(kù)防洪能力進(jìn)行復(fù)核分析是十分必要的，可為水庫(kù)除險(xiǎn)加固可行性提供參考[1-3]。

1 基本概況

1.1 流域概況

石峽山水庫(kù)位于龍南縣龍南鎮(zhèn)會(huì)龍村，坐落于桃江水系濂江一級(jí)支流東坑河下游，距縣城7km。壩址控制流域面積62.2m2，主河長(zhǎng)18.9km，河道加權(quán)平均坡降8.46‰。

東坑河發(fā)源于龍南縣里仁鎮(zhèn)與信豐交界處南嶺山脈的三公石，河流自東向西南流經(jīng)圳背、張古段、太坪、河子唇后流入石峽山水庫(kù)，在馬牯塘村匯入濂江。東坑河流域面積70.4km2，主河長(zhǎng)21.6km，河道加權(quán)平均坡降8.75‰。流域呈扇形，區(qū)內(nèi)多為中低山，山巒重疊，大部分為林木，少部分為茅草山及油茶山，植被較好。

1.2 水庫(kù)流域特征參數(shù)

2015年石峽山水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)階段，根據(jù)2007年版1/10000比例地形圖對(duì)水庫(kù)流域面積、河床、河道加權(quán)平均坡降等特征參數(shù)進(jìn)行了量算復(fù)核，量算成果經(jīng)與1999年水庫(kù)續(xù)建采用的成果綜合比選確定，經(jīng)本次復(fù)核，選用的成果較為合理，故本次安全評(píng)價(jià)沿用2015年水庫(kù)除險(xiǎn)加固采用的水庫(kù)流域特征參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)流域特征參數(shù)比較表

1.3 水庫(kù)庫(kù)容曲線

1972年9月贛州地區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)編制了《石峽山水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)書(shū)》。1999年7月龍南縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)和贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在原初步設(shè)計(jì)書(shū)基礎(chǔ)上編制了《江西省龍南縣石峽山水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，庫(kù)容曲線是根據(jù)1971年8月測(cè)繪的1/5000地形圖量算。2015年水庫(kù)除險(xiǎn)加固初設(shè)根據(jù)2007年版1/10000航測(cè)地形圖進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)水位庫(kù)容進(jìn)行了修正確定。

石峽山水庫(kù)2015年加固設(shè)計(jì)采用黃海高程系統(tǒng)，本次水庫(kù)安全評(píng)價(jià)仍采用黃海高程系統(tǒng)。因本次安全評(píng)價(jià)未對(duì)庫(kù)區(qū)地形進(jìn)行完整測(cè)量，通過(guò)1/10000航測(cè)圖簡(jiǎn)易復(fù)核與2015年除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)水位—面積—庫(kù)容曲線成果基本一致，故本次安全評(píng)價(jià)仍采用2015年加固設(shè)計(jì)選定的石峽山水庫(kù)庫(kù)容曲線成果，詳見(jiàn)表2。

表2 石峽山水庫(kù)水位—庫(kù)容曲線表

2 設(shè)計(jì)洪水

2.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

東坑河屬于山區(qū)性小河流，全流域面積為70.4km2。石峽山水庫(kù)壩址以上流域面積62.2km2，流域內(nèi)及上、下游無(wú)實(shí)測(cè)流量資料，不能滿足推流要求。石峽山水庫(kù)1999年初步設(shè)計(jì)階段壩址設(shè)計(jì)洪水采用水文比擬法計(jì)算，以杜頭水文站洪峰流量按面積比0.64次方轉(zhuǎn)換，通過(guò)流量途徑頻率法確定。對(duì)于實(shí)測(cè)流量資料缺失的小流域，一般宜采用暴雨途徑推求設(shè)計(jì)洪水。因東坑河流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，僅附近流域的杜頭水文站有1958—2012年共計(jì)55年的實(shí)測(cè)長(zhǎng)系列洪水資料可供利用。根據(jù)2015年水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告計(jì)算結(jié)果：采用流量法推求洪水成果比暴雨途徑200年一遇小39%，30年一遇小67.8%，相差較大。主要原因分析為杜頭站流域面積與本流域相差近7倍，且兩流域形狀系數(shù)和河道坡降相差較大，采用流量頻率法洪水成果不合理。采用暴雨途徑計(jì)算的洪水成果與1972年初設(shè)洪水成果比較，200年一遇洪峰流量偏大9.7%，20年一遇洪峰流量偏大7.5%，相差較小。故2015年除險(xiǎn)加固采用暴雨途徑推求的設(shè)計(jì)洪水成果。綜上分析，本次復(fù)核采用暴雨途徑推求壩址設(shè)計(jì)洪水。

工程壩址控制斷面以上流域面積為62.2km2，因此，采用瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水。

2.2 壩址設(shè)計(jì)洪水

流域特征參數(shù)F=62.2km2，L=18.9km，J=8.46‰。根據(jù)《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》推薦的以3h為時(shí)段的暴雨雨型進(jìn)行暴雨時(shí)程分配。

瞬時(shí)單位線法凈雨時(shí)段以3h控制，按手冊(cè)推薦以3h為時(shí)段的暴雨雨型進(jìn)行暴雨時(shí)程分配計(jì)算。計(jì)算設(shè)計(jì)24h凈雨過(guò)程再推求出各設(shè)計(jì)頻率設(shè)計(jì)洪水。經(jīng)計(jì)算，石峽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3，洪水過(guò)程線見(jiàn)表4和圖1。

圖1 石峽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

表3 石峽山水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪水成果表

表4 鄰近工程設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果對(duì)照表

本工程與鄰近工程設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比見(jiàn)表4。從表中可見(jiàn)，本次復(fù)核推求的設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)洪峰、洪量模數(shù)適中，故可認(rèn)為本次推求的壩址設(shè)計(jì)洪水成果基本上是合理的[4-5]。

3 洪水調(diào)節(jié)

3.1 泄流建筑物

現(xiàn)狀大壩為漿砌石雙曲拱壩，壩頂高程為262.30m，壩頂寬3m，壩頂弧長(zhǎng)65m。溢流壩位于大壩中部，溢流堰為WES堰，堰頂高程257.00m，溢流前緣寬度為30m，泄流凈寬28m。溢流堰邊墻及底板均采用鋼筋砼襯砌加固，末端設(shè)有連續(xù)式挑流鼻坎。

結(jié)合2015年除險(xiǎn)加固計(jì)算方法，溢洪道泄流按實(shí)用堰堰流公式計(jì)算，本次復(fù)核的水位—泄流量曲線如圖2所示，經(jīng)與原除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)泄流曲線比較相對(duì)較小，分析主要原因是流量系數(shù)選取的不同，故從偏安全性考慮洪水調(diào)節(jié)采用本次復(fù)核的泄流曲線成果。

圖2 石峽山水庫(kù)溢流壩泄流曲線圖

3.2 水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)

石峽山水庫(kù)現(xiàn)狀正常蓄水位為257.00m，與2015年除險(xiǎn)加固一致。洪水調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，不考慮放空孔泄流，僅采用溢流壩泄洪。當(dāng)庫(kù)水位高于257.00m時(shí)，溢流壩開(kāi)始泄洪。調(diào)洪演算采用瞬態(tài)法，調(diào)洪成果見(jiàn)表5。

表5 石峽山水庫(kù)調(diào)洪成果表(本次復(fù)核)

將本次安全評(píng)價(jià)復(fù)核調(diào)洪成果與2015年加固設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)洪成果進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)表6。

表6 石峽山水庫(kù)調(diào)洪演算成果對(duì)比表

根據(jù)表6，本次推算的水庫(kù)調(diào)洪水位略小于2015年加固設(shè)計(jì)成果，經(jīng)綜合分析主要為本次推算的洪峰流量略小于原加固設(shè)計(jì)成果，故本次復(fù)核仍采用2015年加固設(shè)計(jì)時(shí)的調(diào)洪演算成果，石峽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為260.58m(P=3.33%)，相應(yīng)庫(kù)容92萬(wàn)m3，最大下泄流量433m3/s；校核洪水位261.58m(P=0.5%)，相應(yīng)庫(kù)容110萬(wàn)m3，最大下泄流量592m3/s。

4 水庫(kù)防洪能力復(fù)核

4.1 大壩抗洪能力復(fù)核

根據(jù)SL 25—2006《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定分別計(jì)算不同運(yùn)用情況的壩頂超高。壩頂超高按下式計(jì)算：

Δh=hb+hz+hc

(1)

式中，hb—波浪高，m；hz—波浪中心線至水庫(kù)靜水位高度，m；hc—安全超高，m。

計(jì)算按設(shè)計(jì)和校核兩種情況進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 大壩壩頂高程計(jì)算成果表 單位：m

本次復(fù)核計(jì)算成果對(duì)比2015年除險(xiǎn)加固成果基本一致，計(jì)算所需最大壩頂高程262.30m，現(xiàn)狀大壩非溢流壩段壩頂高程262.30m，能滿足規(guī)范要求的抗洪高度[6]。根據(jù)最近一次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)資料，大壩非溢流壩段加高采用C20混凝土并與原上游面混凝土防滲面板形成了有機(jī)的整體，故大壩上游防滲面板頂高程取非溢流壩段壩頂高程262.30m大于校核水位261.58m，滿足規(guī)范要求。

4.2 泄洪安全性復(fù)核

石峽山水庫(kù)泄水建筑物為開(kāi)敞式溢流壩，采用挑流消能。經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)狀溢流壩能安全下泄最大流量。溢流堰兩側(cè)邊墻在2015年除險(xiǎn)加固中已加高滿足泄洪要求，現(xiàn)場(chǎng)檢查溢流堰堰體、兩側(cè)邊墻混凝土結(jié)構(gòu)外觀完好，未發(fā)現(xiàn)明顯破損、裂縫現(xiàn)象。結(jié)合2015年除險(xiǎn)加固初設(shè)，經(jīng)復(fù)核，挑流消能挑距較遠(yuǎn)、沖坑遠(yuǎn)離壩腳，現(xiàn)場(chǎng)檢查沖坑巖體較完整，根據(jù)調(diào)查反饋情況沖坑規(guī)模自水庫(kù)建成以來(lái)較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯擴(kuò)大、加深現(xiàn)象；針對(duì)溢流壩宣泄小流量洪水對(duì)壩腳、下游壩面沖刷隱患，2015年除險(xiǎn)加固已對(duì)大壩下游壩腳設(shè)置有護(hù)腳混凝土防護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)檢查混凝土結(jié)構(gòu)外觀完好，未發(fā)現(xiàn)明顯破損、裂縫現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本次復(fù)核的水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果與2015年加固設(shè)計(jì)相比稍低，從資料的一致性考慮，本次設(shè)計(jì)洪水成果仍采用原設(shè)計(jì)洪水成果。調(diào)洪演算復(fù)核計(jì)算的特征水位稍低于原設(shè)計(jì)成果，基于資料一致性及偏安全考慮，仍采用2015年加固設(shè)計(jì)成果，即30年一遇設(shè)計(jì)洪水位260.58m，200年一遇設(shè)計(jì)洪水位261.58m。

(2)經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)狀溢流壩泄流能力能夠滿足安全泄洪要求。石峽山水庫(kù)防洪調(diào)度采用溢流壩自由泄洪，滿足大壩安全運(yùn)行要求。水庫(kù)大壩壩頂高程滿足規(guī)范要求；大壩防滲體頂高程滿足規(guī)范要求。

(3)水庫(kù)大壩防洪能力復(fù)合參數(shù)來(lái)自水文站的一段時(shí)間序列，在常規(guī)狀態(tài)下，大壩運(yùn)行安全。但為避免突發(fā)險(xiǎn)情的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，避免突發(fā)險(xiǎn)情的發(fā)生。