水庫的調洪作用及防洪能力復核分析

陸洪昌

(黑龍江省農墾總局牡丹江管理局雙峰農場水務局，黑龍江密山158308)

0 引言

河流上修建水庫，通過興利調節計算，規劃出適當的死庫容和興利庫容，調節枯水季節或枯水年的流量，以滿足各用水部門設計的需水要求，但只設置這兩種庫容是不夠的。其中主要原因之一是為滿足用水要求，管理上常使水庫有盡可能多的機會保持在正常蓄水位附近，這時若遇大洪水，水庫將會因為沒有泄洪設施而使大壩出事故，會給下游地區帶來危害，從這方面說，為保證水工建筑物的安全，還必須設置調洪庫容和修建泄洪建筑物;合理地定出泄洪建筑物的類型、尺寸和調洪庫容、設計洪水位、校核洪水位、壩高等。

1 水庫防洪設計標準

為減輕下游一定河段的洪水危害而修建的水庫，承擔著下游防洪安全的任務，需要明確所進行防御的洪水標準，并把該標淮的設計洪水經過水庫的調蓄，使下游可以達到安全泄量，并以此確定水庫需承擔的防洪庫容。

如來水超過規定標準的設計洪水，這時水庫就不再承擔對下游的防洪任務。但水庫大壩仍然要確定一個建筑物本身能抗御洪水的標準，以避免建筑物本身的損害，甚至垮壩。即使是不承擔下游防洪任務，單純興利的水庫，水工建筑物本身也同樣需要一個防洪安全標準，當這個標準的洪水來臨時、經過水庫的調蓄，大壩可以安然無恙，這就是水庫防洪計算的內容。當然，在多數情況下，建筑物本身的防洪安全標準要比水庫承擔的對下游防洪安全標準高得多。

2 水庫的調洪作用

修建一座水庫通常有興利和防洪兩種調節作用。為了保證水庫防洪安全，防止或減輕下游洪水災害的調節，稱為防洪調節。水庫所以能調節洪水，是因為它沒有調洪庫容。當入庫洪水很大時，為確保水庫大壩安全和下游地區免受洪災，臨時將部分洪水攔蓄在水庫中，待到洪峰過后再陸續放出，這就是水庫的調洪作用。無閘門控制時一次洪水的蓄洪過程和庫水位變化過程見圖1。

這是一座無閘門控制的開敞式溢洪道，其設計堰頂高程通常與正常蓄水位齊平，圖l中Q～t為入庫設計洪水流量過程，q～t為水庫下泄流量過程，Z～t為水庫水位變化過程。

假設在發生洪水t1時，水庫已蓄水至正常蓄水位，起調水位等于正常蓄水位，下泄流量q=0。隨后，入庫洪水流量Q增大，水庫水位上升，溢洪道泄量q也逐漸增加。t2為入庫洪峰流量Qm出現時間，t2以后入庫流量雖然減少，但仍大于下泄流量，因而庫水位繼續升高，水庫繼續攔蓄洪水，直到t3時刻以后，由于Q＜q，水庫水位下降，q也隨之減小。t4時刻水庫水位降到正常蓄水位，本次洪水調節結束。圖中陰影部分W蓄是本次洪水攔蓄在水庫中的水量。該水量在 t3至 t4時刻逐漸泄出，如圖 1所示中的W泄。

上述情況是在溢洪道尺寸已定條件下得出的，當溢洪道尺寸改變時，調洪庫容Vm和最大泄洪量qm也將改變。同理當設計洪水改變時，其他值也會改變。這說明設計洪水、溢洪道尺寸、調洪庫容和最大泄流量之間是相互聯系，互為影響的。

圖1 一次洪水通過水庫的調節過程圖

3 防洪能力復核

為了確保已建水庫的安全和充分發揮其防洪作用，對于運用中的水庫，還要有計劃有步驟地根據新積累的資料、經驗和情況，定期復核其實際防洪能力，看它是否滿足當今規范規定的防洪要求，若不能滿足，則應提出臨時的和長遠的解決措施，使之迅速達到規定的防洪要求;如果已能滿足，則可挖掘潛力，盡可能地增加其效益，水庫防洪能力復核包括3個方面的內容。

3.1 復核水庫的防洪設計標準

防洪設計標準的復核包括樞紐的設計標準，校核標準和下游防護地區的防洪標準。現行規范所規定的洪水標準，一般都比過去有所提高，尤其是規定了“失事后對下游造成較大災害的大型水庫、重要的中型水庫以及特別重要的小型水庫的大壩，當采用土石壩時，應以可能最大洪水作為校核洪水”，因此，首先要審查原設計所采用的防洪標準是否與現行的規范相符合。若發現不符，尤其偏低時，則應按現在的規范確定防洪設計標準。

3.2 按新標準推求各種設計洪水

原設計使用的水文系列較短，復核計算時，必須補充建庫后新增加的觀測資料，按復核審定的防洪設計標準推求設計標準的、校核標準的以及防洪標準的設計洪水，為水庫控制運用提供依據。視水文資料和復核的要求，設計洪水可采用由流量資料推求或由暴雨資料推求，可能最大洪水多采用由可能最大暴雨推求。其計算方法與規劃設計時采用的方法基本相同，以下僅就不同之處作一些說明。

3.2.1 由流量資料推求復核使用的各種設計洪水

規劃設計階段所用的流量資料多是壩址洪水資料，水庫洪水復核階段所用的流量資料，則包括兩個部分:①建庫前的壩址洪水資料;②水庫建成后，根據庫水位和出庫流量記錄。

用水量平衡法推求的入庫洪水資料，統計分析時，為了保證整個系列的一致性，應將壩址洪水換算為入庫洪水，從而得到一個前后一致的入庫洪水系列進行頻率計算，求得符合復核要求的設計洪峰、洪量、洪水過程線。

3.2.2 由暴雨資料推求復核使用的各種設計洪水

建庫后，由于形成洪水的產、匯流條件與建庫前有所不同。因此，用暴雨資料推求復核用的設計洪水時，不能再原封不動地使用原來的產、匯流計算方案，而應考慮新的產、匯流條件，用建庫后的資料制定新的產、匯流計算方案，例如建庫條件的暴雨徑流相關團和入庫洪水單位線，設計暴雨應考慮新積累的水文氣象資料和計算經驗，按復核審定的防洪設計標準推求。然后，由此推算出各種設計洪水。

3.2.3 審定水庫的允許最高洪水位

設計時所確定的設計洪水位和校核洪水位，在已建成水庫的運用中，可能由于某些原因，例如庫區移民沒有完成，大壩變形異常尚未處理等，而不允許達到。這時，應分析當時的具體情況，參照原設計，定出水庫目前允許達到的最高洪水位，并采取積極措施，例如加快移民、消除大壩隱患等，使之盡快達到設計要求的最高洪水位。

3.3 復核水庫防洪能力

在各種設計洪水及水庫允許最高洪水位確定之后，即可通過調洪計算，分析出目前的水庫狀況是否能夠滿足防洪要求，若現有泄洪設施不能在規定的允許最高洪水位下宣泄校核洪水，則應針對造成防洪能力不足的原因，采取相應對策予以解決。例如，壩體存在隱患，使允許最高洪水位達不到設計的最高洪水位，則可采取臨時降低防洪限制水位(當然也降低了興利標準)和限期消除隱患的辦法來解決;若是由于校核洪水大大提高所致，則應擬定若干擴建改建泄洪設施或增設非常溢洪道的方案，進行調洪計算，分別推求出相應的設計洪水位、校核洪水位、泄洪建筑物類型和尺寸以及工程費用等，并考慮地形、地質等因素，從中選定一個合理的方案來解決。

復核中的調洪計算工作與規劃設計階段基本一樣，不同的是要考慮已建成水庫的現狀，在充分總結水庫管理運行實際經驗的基礎上，參考原設計來確定防洪限制水位、下游防洪要求和水庫泄洪方式等，溢洪道及泄洪桐的泄流曲線應采用經過率定的流量系數或水位—流量關系曲線，水位—庫容曲線也應采用最新的測量成果。總之，要盡可能地利用已建成水庫的有利條件進行這項工作。

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