老鷹塘水庫大壩防洪能力復(fù)核分析

中圖分類號：TV122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）20-0122-04

Abstract：Thereviewofreservoirfloodcontrolcapacityisakeypartofreservoirdamsafetyasessmentandiscrucial to ensuringthesafetyofreservoiroperation.Inviewofthecurentsituationthatthereisnomeasuredhydrologicaldatainthe GanlongRiverBasinwhereLaoyingtangReservoirisocated，basedonthemeasuredmeteorologicalandhydrologicaldatafrom thenearbyYanheMeteorologicalStationandGanlongRainfallStation，therainwaterandflodmethodisusedtocalculatethe designfloodatthedamsite，andcombinedwiththereservoirfloodcontroldata，thereservoirsflodcontrolcapacityis demonstratedandreviewed intermsofdamcrestelevation，flooddischargecapacity，downstreamriverimpactandsediment deposition.Theresultsshowthatthefloodcontrolcapacityofthereservoirmetstherequirementsofthedesigncode，andthe floodcontrolsafetyofthedamisratedasLevelA.Theresearchresultscanprovidedatasupportforthesafeoperationof reservoirsandtheformulationoffloodcontrolstrategies，andcanalsoprovidereferencefortheplaningandconstructionof reservoirs in mountainous areas.

Keywords：design flood;rain-floodmethod; flood discharge;floodcontrol capacityreview;Laoyingtang Reservoir

水庫是農(nóng)業(yè)灌溉和人畜安全飲水重要的水資源存蓄與調(diào)洪載體，二十世紀(jì)六七十年代修建的水庫工程經(jīng)歷長時間運(yùn)行后，由于泥沙淤積、洪水沖刷等原因造成防洪能力下降、功能效益衰退，因此，需要定期對水庫防洪能力進(jìn)行安全復(fù)核，以確保水庫安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-2]。老鷹塘水庫是1976年群眾自發(fā)修建的項(xiàng)目，已服役40余年。老鷹塘水庫在2012年被鑒定為“三類壩”后，2014年進(jìn)行除險加固設(shè)計，2018年經(jīng)除險加固改造施工后水庫病險及滲漏問題得到合理解決，但改造后6年間水庫防洪能力未進(jìn)行評估，急需通過設(shè)計洪水復(fù)核和調(diào)洪計算系統(tǒng)評價水庫防洪效能，保障水庫防洪及供水效益穩(wěn)定發(fā)揮。

1 工程概況

老鷹塘水庫位于貴州省松桃苗族自治縣甘龍鎮(zhèn)地坪村，距離縣城 135km 。壩址位于烏江支流甘龍河上游段，壩址以上流域集水面積 0.42km² ，其中，老鷹塘水庫 0.12km² ，外流域 0.3km² 。主河道長 0.4km ，河道平均比降 101‰ 水庫總庫容為 14×10⁴m³ ，正常蓄水位850.95m ，校核洪水位 851.37m ，設(shè)計洪水位 851.26m 是一座以灌溉為主的 ΔV 等?。?）型水庫。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（ P=5% ），校核洪水位為200年一遇0 P=0.5% ）。主壩為均質(zhì)土壩，大壩壩頂高程為 852.2m 壩頂長 90m ，最大壩高 12.74m ，壩頂寬 6m ，防浪墻高lm 。工程區(qū)地勢北高南低，壩址以上流域地勢高程在850～1200m 之間。流域內(nèi)地貌主要為溶蝕、侵蝕構(gòu)造淺切中山地貌。多年平均降雨量 1148.4mm ;多年平均氣溫 17.6°C ，極端最高氣溫 42°C ，極端最低氣溫 -5.4‰ ；多年平均蒸發(fā)量 1178.6mm ;多年平均風(fēng)速 0.7m/s ;多年平均相對濕度 77% ；多年平均日照為1108.8h ;多年平均積雪日數(shù) 23d ；全年無霜期291 d

2 設(shè)計洪水復(fù)核

2.1暴雨洪水特性

設(shè)計流域山高坡陡，暴雨短時匯流集中。洪水峰高量大、陡漲陡落、沖刷破壞力強(qiáng)，洪水多為單峰型，洪量主要集中在一天內(nèi)。洪水特性與暴雨特性基本一致。一般年份從4月份相繼出現(xiàn)洪水，6一7月份出現(xiàn)洪水的頻次最高，占發(fā)生次數(shù)的 60.94% ，洪峰流量也最大，10月份洪水基本結(jié)束。

2.2 設(shè)計暴雨

老鷹塘水庫所在河流大肚坪河流域地處貴州省東部梵凈山東南側(cè)的落滿等一帶，該處為全區(qū)降水最多的地帶，年降水量為 1600～1700mm 。流域內(nèi)無實(shí)測水文資料和降雨量資料，鄰近流域有沿河氣象站、松桃氣象站、甘龍雨量站，其中，松桃、沿河氣象站，均屬國家專用站，2站每年都進(jìn)行資料整編，成果可靠，觀測精度較高。但沿河氣象站距離老鷹塘水庫 37.7km 相比松桃氣象站 48.8km 距離更近，與工程實(shí)際更匹配，設(shè)計優(yōu)選沿河氣象站作為氣象參證站。根據(jù)沿河縣氣象站1957—2022年氣象資料統(tǒng)計，多年平均降雨量 1148.4mm （水文年），年最大一日降雨量均值90.58mm ；歷年最大降雨量 1704.5mm?（1963- 1964年），歷年最小降雨量 793.1mm（1988-19894;） 降雨量多集中在4一9月，占全年降雨量的 76.2% ；年最大一日降雨量為 167.4mm（2019 年6月22日），降雨量大于等于 0.1mm 降雨日數(shù) 159.1d ，降雨量大于等于 2mm 降雨日數(shù) 55.9d ，暴雨量大于等于 50.0mm 降雨日數(shù) 2.9d ，大暴雨大于等于 100.0mm 降雨日數(shù)0.3d 。甘龍雨量站僅觀測雨量，該雨量站距離老鷹塘水庫 6.0km ，則選取該雨量站作為設(shè)計洪水計算分析的參考站。

沿河氣象站1957—2022年共66年實(shí)測暴雨資料統(tǒng)計，最大一日降雨量均值為 90.5mm ，變差系數(shù) C_v= 0.35，C_s/C_v=3.5 。將最大一日降雨換算成最大 24h 暴雨：H_24h=1.12×H_1H ，計算得出沿河氣象站年最大 24h 降雨量均值為 101.45mm 根據(jù)沿河氣象站最大 24h 暴雨統(tǒng)計參數(shù)轉(zhuǎn)換為最大 ^1h 暴雨統(tǒng)計參數(shù)。根據(jù)沿河氣象站1957—2022年共計66年最大 24h 暴雨資料均值為95.44mm ，推得 。甘龍雨量站1983—2022年共40 年資料系列，多年平均最大一日暴雨量為 79.14mm ，同沿河氣象站計算方法，計算得出甘龍雨量站年最大24h 降雨量均值為 88.64mm ，推得 S_p=40.05mm

查閱《貴州省暴雨洪水計算實(shí)用手冊》“貴州省年最大24小時點(diǎn)雨量均值等值線圖”及“貴州省年最大24小時點(diǎn)雨量 C_v 值等值線圖\"得出，老鷹塘水庫工程區(qū)最大 24h 降水量均值在 90mm 附近，變差系數(shù)在0.4＼～0.45之間；查閱“貴州省年最大1小時點(diǎn)雨量均值等值線圖\"及“貴州省年最大1小時點(diǎn)雨量 C_v 值等值線圖\"得出，老鷹塘水庫工程區(qū)最大1h降水量均值在40～45mm 之間，變差系數(shù)在0.4附近。

根據(jù)設(shè)計流域周邊站點(diǎn)暴雨統(tǒng)計參數(shù)，結(jié)合“貴 州省短歷時暴雨統(tǒng)計參數(shù)相關(guān)等值線圖”及暴雨的地 區(qū)變化規(guī)律，確定設(shè)計流域最大 24h 降雨量均值為 95mm ，最大 24h 降雨量變差系數(shù) C_v=0.43，C_s/C_v=3.5 5 最大 ^1h 降雨量均值為 43mm ，最大 24h 降雨量變差 系數(shù) C_v=0.4，C_s/C_v=3.5 。老鷹塘水庫工程區(qū)設(shè)計暴雨分 析成果，見表1。

復(fù)核后設(shè)計流域最大 24h 的 C_v 值和降雨量均值與原除險方案報告暴雨統(tǒng)計參數(shù)基本一致，見表2。

從工程偏安全角度考慮，復(fù)核后暴雨統(tǒng)計參數(shù)較原除險加固方案中暴雨統(tǒng)計參數(shù)取值更合理，在計算設(shè)計洪水時采用此次復(fù)核的設(shè)計暴雨參數(shù)。

2.3設(shè)計洪水計算方法

水庫設(shè)計洪水采用《貴州省暴雨洪水計算實(shí)用手

冊》洪峰計算公式進(jìn)行分析，即[4-5]

Q_p=0.481r₁^0.571?f^0.223?J^0.149?F^0.89?[C₁S_P]^1.143

式中： Q_p 為設(shè)計頻率為 P 的洪峰流量， m³/s;r₁ 為匯流參數(shù)的非幾何特征系數(shù)，取 r₁=0.38：f 為流域形狀系數(shù)； C₁ 為洪峰徑流系數(shù)； S_p 為設(shè)計暴雨雨力； θ 為流域幾何特征值； L 為主河道長度； F 為集雨面積，其中，老鷹塘水庫 0.12km² ，外流域 0.3km² J 為主河道平均坡降， 101‰ 。

按照式（1）分別計算老鷹塘水庫天然洪水和引洪外流域天然洪水，并將相應(yīng)洪水歷時時段的洪峰流量進(jìn)行疊加，得到老鷹塘水庫入庫洪水各瀕率設(shè)計洪峰流量，見表3。

老鷹塘水庫工程以沿河氣象站為參證站，甘龍雨 量站為參考站，沿河氣象站資料經(jīng)貴州省氣象局整 編。查閱《貴州省暴雨洪水計算實(shí)用手冊》“貴州省年 最大24小時點(diǎn)雨量均值等值線圖”及“貴州省年最大 24小時點(diǎn)雨量 C_v 值等值線圖”，工程區(qū)最大 24h 降水 量均值在 90mm 左右，變差系數(shù)在0.4＼～0.45之間；最 大 ^1h 降水量均值在 40～45mm 之間，變差系數(shù)在0.4 附近。從采用的暴雨參數(shù)來看，設(shè)計流域最大 24h 降 雨量均值取 95mm ，最大 24h 降雨量變差系數(shù) C_v= 0.43，C_s/C_v=3.5 ；最大 ^1h 降雨量均值為 43mm ，最大 24h 降雨量變差系數(shù) C_v=0.4，C_s/C_v=3.5 。暴雨統(tǒng)計參數(shù) 與貴州省的有關(guān)暴雨等值線圖是吻合的，計算參數(shù)取 值合理，設(shè)計洪水成果是合理、可信的。

3水庫調(diào)洪計算

3.1 起調(diào)水位

老鷹塘水庫大壩為均質(zhì)土壩，水庫溢洪道位于左岸，為開式無閘控制溢洪道，堰頂高程 850.95m ，凈寬 4.4m ，泄洪方式為自由溢流，溢流堰堰型為寬頂堰。堰頂高程與正常蓄水位齊平，以正常蓄水位作為起調(diào)水位，即起調(diào)水位為 850.95m 。

3.2 洪水調(diào)節(jié)成果

洪水調(diào)節(jié)計算采用水量平衡公式，即

式中： Q₁，Q₂ 分別為時段始、末的來水流量， m³/s;q₁，q₂ 分別為時段始、末總下泄流量， m³/s;Δt 為時段始、末差值， h;ν₁ 為時段初水庫庫容， 10⁴m³;ν₂ 為時段末水庫庫容， 10⁴m³ 。

根據(jù)洪水過程線逐時段進(jìn)行水量平衡計算，各頻率調(diào)洪計算成果見表4。

老鷹塘水庫防洪能力復(fù)核的設(shè)計洪水（ P=5% 對應(yīng)最高庫水位 851.26m ，校核洪水（ P=0.5% 對應(yīng)最高庫水位 851.37m ，相比原設(shè)計值 851.2mm 和 851.33m 略大，主要是原設(shè)計洪水未考慮引洪渠引洪流量，因此，設(shè)計采用防洪能力復(fù)核的洪水調(diào)節(jié)成果。

4大壩防洪能力復(fù)核

4.1 壩頂高程復(fù)核

老鷹塘水庫為?。?）型，大壩級別為5級。安全超高設(shè)計工況取 0.5m ，校核工況取 0.3m 。壩區(qū)水庫風(fēng)區(qū)長度正常取 75m ，非常取 80m 。經(jīng)計算得出壩頂高程復(fù)核成果見表5。

由表5可知，在正常運(yùn)用條件下，正常蓄水位850.95m 低于現(xiàn)狀壩頂高程 852.2m）1.25m ;設(shè)計洪水位 （P=0.5%）851.26m 低于現(xiàn)狀壩頂高程（ 852.2m ）0.94m ；在非常運(yùn)用條件下，校核洪水位（ P=0.5% ）851.37m 低于現(xiàn)狀壩頂高程 852.2m）0.83m ;則大壩壩頂高程滿足規(guī)范要求。在正常運(yùn)用條件下，正常蓄水位時加安全超高所需壩頂高程為 851.60m ，低于大壩現(xiàn)有壩頂防浪墻頂高程 （853.2m）1.60m ，設(shè)計洪水位（ P=5% ）時加安全超高所需壩頂高程為 851.91m 低于大壩現(xiàn)有防浪墻頂高程（ 853.2m）1.29m ;在非常運(yùn)用條件下，校核洪水位 P=0.5% 時加安全超高所需壩頂高程為 851.76m ，低于大壩現(xiàn)有防浪墻頂高程L （853.2m）1.44m ，因此防浪墻頂高程滿足設(shè)計要求，壩頂高程符合要求。

4.2泄洪安全性復(fù)核

老鷹塘水庫壩頂高程為 852.2m ，均質(zhì)土壩。按自由泄流方式泄洪，大壩溢流堰堰頂高程為 850.95m 凈寬 4.4m 。按照平壩頂高程 852.2m 進(jìn)行分析，計算得出溢洪道下泄流量為 10.31m³/s 。結(jié)合表1成果，溢洪道現(xiàn)狀允許最大下泄流量為 10.31m³/s ，高于該大壩校核防洪標(biāo)準(zhǔn)200年一遇的下泄流量值 5.303m³/s ，溢洪道泄洪能力滿足要求。

4.3 對下游河道影響分析

老鷹塘水庫正常蓄水位為 850.95m ，溢洪道堰型為寬頂堰，無閘門控制，無調(diào)蓄功能，即庫水位超過溢洪道堰頂高程時，水庫自行泄洪。水庫校核（ P=0.5% ）洪峰流量為 5.3m³/s ，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)的下泄流量為2.0m³/s ，對應(yīng)壩下水位為 835.5m ;設(shè)計（ P=5% ）洪峰流量為 3.5m³/s ，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)的下泄流量為 1.37m³/s 對應(yīng)壩下水位為 835.45m 。水庫無調(diào)蓄功能，大壩下游河道兩岸無不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生，河道斷面較寬，下游河道的行洪能力為天然河道行洪能力，水庫對下游河道影響較小。

4.4 泥沙淤積復(fù)核

老鷹塘水庫流域面積 0.42km² ，多年平均流量0.013m³/s ，總庫容 14×10⁴m³ 。復(fù)核實(shí)測壩前游沙高程約為 841.4m ，低于進(jìn)水口進(jìn)口底板高程 843m ，進(jìn)水口基本無大的淤積，現(xiàn)狀泥沙游積不影響正常取水和汛期行洪。

5結(jié)論

1）老鷹塘水庫防洪能力復(fù)核以沿河氣象站為設(shè)計參證站，以甘龍雨量站為設(shè)計參考站，采用雨洪法推求壩址處設(shè)計洪水。經(jīng)計算，200年一遇（ P= 0.5% ）洪峰流量為 5.3m³/s，20 年一遇（ P=5% ）的洪峰流量為 3.5m³/s 。設(shè)計洪水計算方法合適，復(fù)核成果合理、可信。

2）經(jīng)復(fù)核，設(shè)計洪水位 851.26m 低于現(xiàn)狀壩頂高程 852.2m）0.94mgt;0.5m ；在非常運(yùn)用條件下，校核洪水位 851.37m 低于現(xiàn)狀壩頂高程 （852.2m）0.83m ；則大壩壩頂高程滿足規(guī)范要求。在正常運(yùn)用條件下，正常蓄水位時加安全超高所需壩頂高程為 851.60m ，低于大壩現(xiàn)有壩頂防浪墻頂高程（ 853.2m）1.60m ，設(shè)計洪水位時加安全超高所需壩頂高程為 851.91m ，低于大壩現(xiàn)有防浪墻頂高程 853.2m）1.29m ;在非常運(yùn)用條件下，校核洪水位時加安全超高所需壩頂高程為851.76m ，低于大壩現(xiàn)有防浪墻頂高程 （853.2m）1.44m 因此防浪墻頂高程滿足設(shè)計要求，壩頂高程符合現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3）水庫無削峰能力，溢洪道現(xiàn)狀泄洪能力滿足要求。水庫無調(diào)蓄功能且進(jìn)水口處無大泥沙淤積，對下游河道、正常取水和汛期行洪影響較小，因此大壩防洪安全性評為A級。

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