金華電航工程設計洪水復核及防洪安全評價

胡 錦 蘅，　余　波，　田 明 豐

(1.西華大學 能源與動力工程學院，四川 成都　610039；2.國家電網明珠電力公司，四川 遂寧　629200)

金華電航工程設計洪水復核及防洪安全評價

胡 錦 蘅1，余波1，田 明 豐2

(1.西華大學 能源與動力工程學院，四川 成都610039；2.國家電網明珠電力公司，四川 遂寧629200)

摘要：金華電航工程從1999年起投入運行至今已近二十年，大壩主體可能存在一定的安全隱患。為了確保工程未來能繼續安全地運行，需要對其進行設計洪水復核和防洪安全評價。首先通過歷史洪水調查，確定了歷史洪水重現期并延長了洪水資料，計算得到復核階段設計洪水成果，其值小于初步設計階段設計洪水成果；采用水庫水量微分平衡方程進行了調洪演算以及工程泄流能力計算，得到了相關計算結果。最終得出結論：(1)初步設計階段設計洪水計算成果可行，工程安全復核仍采用該階段成果。(2)工程泄洪設施能安全下泄設計及校核洪水，工程滿足防洪要求。

關鍵詞：金華電航工程；設計洪水；調洪演算；防洪安全；評價

1概述

金華電航工程位于四川省射洪縣金華鎮城郊，是一座以發電為主，兼顧航運、過境交通、城鎮建設、灌溉、養殖、旅游等綜合利用的水利樞紐工程。該工程的電站設計水頭為12.5m，裝機容量3×14MW，保證出力為8.51MW，多年平均發電量2.107億kW，水庫正常蓄水位高程353m，相應庫容3 400萬m3，校核洪水位以下總庫容6 937萬m3。

工程于1996年10月21日正式開工建設，1998年10月29日主體工程基本完工，1998年12月30日首臺機組利用圍堰擋水發電，1999年9月22日泄洪沖沙閘全部投入運行，同年9月30日第二、三臺機組并網發電，12月10日跨江大橋具備通車條件。

金華電航工程蓄水發電運行已近二十年，可能存在一定的安全隱患，為了確保工程未來能繼續安全生產，西華大學成立了專門的課題組，按照《水庫大壩安全評價導則》和《水庫大壩安全鑒定辦法》對該工程進行了一次全面的復核鑒定。由筆者對本次復核鑒定作出專題報告

2流域概況

涪江是長江上游嘉陵江右岸最大的一級支流，發源于四川省松潘縣黃龍鄉岷山雪寶頂，自西北向東南流經江油、綿陽、三臺、射洪、遂寧等縣市后于合川匯入嘉陵江，干流全長670km，流域面積36 400km2[1]。涪江的徑流汛期主要由降水補給，枯季由地下水和上游山區少量的融雪水補給。豐水期(5～10月)水量占全年水量的83%，其中的6～9月占全年的67%；枯水期(11～次年4月)水量僅占全年水量的16%。綜合射洪水文站資料，洪水一般發生在6～9月，個別年份亦有出現于10月的，一次洪水過程約3～5d不等，洪峰滯時約1～2h，且復峰居多。1981年實測最大流量為17 500m3/s(三臺水文站)。

金華電航工程位于涪江中游，距射洪縣城26km，樞紐以上控制集雨面積17 894km2，占涪江流域面積的49.1%。電站尾水與螺絲池電航工程的回水銜接。金華電航工程下游有射洪水文站，上游有三臺水文站。

3洪水標準

金華電航工程閘壩設計洪水重現期為50a，校核洪水重現期為500a，消能防沖建筑物設計洪水重現期為30a，符合《防洪標準》(GB50201-94)及《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)的相關規定。

4歷史洪水調查及重現期的確定

表1　三臺歷史洪水成果表

表2　金華河段歷史洪水過程表

其中，1937、1981年和1954年洪水在金華為較大洪水，不作特殊處理。

金華電航工程根據以上各單位調查和實測資料分析，1945年的首大洪水的重現期N應在50～75a之間。故“可研”階段采用了N=70a。考慮到涪江洪水發生頻繁，加之該工程又處于金華鎮旁，對金華鎮的防洪關系重大。因此，“初設”采用1945年洪水的重現期并確定N=50～70a。根據水文資料，本次“復核”階段采用1945年洪水重現期，確定N=75a。

5設計洪水復核

設計洪水是指水利水電工程規劃、設計中所指定的各種設計標準的洪水[3]。金華電航工程初步設計階段洪水系列分析考慮到三臺距金華較近且區間無支流加入，采用三臺水文站設計洪水經面積修正后用于設計斷面。其中三臺水文站有1952～1961年實測流量資料；1962～1987年年最大流量，由實測年最高水位通過綜合的H～Q曲線插補；1988～1992年的最大流量由三臺水文站和射洪水文站各自年最大流量相關得到。

本次復核沿用初設階段洪水系列插補延長的方法，增補了1993～2012年最大流量，并與初設階段采用的1952～1992年洪水系列資料共同組成三臺站1952～2012年61a洪水系列，加上所調查的1945年歷史洪水，采用統一樣本法進行洪水經驗頻率計算。該不連續系列資料一致性較好，能夠代表涪江中游干流洪水的總體分布，具有較強的代表性，測驗精度高，資料比較可靠。

歷史洪水重現期按前述分析確定，實測系列經驗頻率按數學期望公式計算：

(1)

式中Pm為第m項洪水的經驗頻率；N為歷史洪水調查考證期；a為調查考證期N年中特大洪水個數；l為發生在n項連續系列內的特大洪水個數。

采用P—Ⅲ型頻率曲線適線，曲線與經驗點距配合較好，確定統計參數及各頻率設計值，設計洪水計算成果見表3。

表3　金華電航工程設計洪水計算成果表

由表3可以看出，經延長洪水資料系列后，復核工程壩址處的設計洪水成果略小于初設成果，說明初設階段的設計成果是可行的。從工程安全考慮，本次工程安全復核計算仍采用初設階段的設計洪水成果。

6調洪演算及泄流能力計算

調洪演算方法采用陳守煜提出的水庫水量平衡微分方程[4]：

(2)

式中f為水庫水面面積，是水位z的函數；z為水位，是時間t的函數；Q為入庫流量，是時間t的函數；S為出庫流量，是水位z的函數。

結合河道地形地質條件，金華電航工程采用全閘方案，布置17孔平底開敞式水閘，每孔凈寬12 m，閘底板高程為340 m，建基面高程為336 m，布置長度為258 m，泄流能力按以下公式計算[5]：

(3)

式中σ為淹沒系數；ε為側收縮系數；m為流量系數，本工程取0.385；B0為閘孔總凈寬，m；g為重力加速度，取9.81 m/s2；H0為計入行近流速水頭的堰上水深，m。

圖1　金華電航工程泄水建筑物水位下泄流量關系曲線圖

金華電航工程泄水建筑物水位下泄流量關系曲線見圖1。金華電航工程調洪演算成果見表4。

表4　金華電航工程調洪演算成果表

7工程防洪評價

(1)金華電航工程根據三臺水文站1952～2012年實測及增補延長得到的洪水系列進行洪水復核計算并經面積修正后用于設計斷面。復核計算結果表明：延長洪水資料系列后工程壩址處的復核設計洪水成果相比初步設計階段設計洪水成果有所減小，初步設計階段設計洪水成果計算方法正確、計算成果可行。從工程安全考慮，本次工程安全復核仍采用初步設計階段設計洪水成果。

(2)金華電航工程泄洪設施由17孔平底開敞式攔河閘組成，經復核計算，能夠安全下泄設計、校核洪水，泄洪能力滿足防洪要求。

參考文獻：

[1]王國慶,李迷，等.涪江流域徑流變化趨勢及其對氣候變化的響應[J]. 水文,2012,32(1):22-28.

[2]陳海山.歷史洪水調查方法[J]. 農業科技與裝備,2013,35(5):51-52.

[3]宋孝玉,馬細霞. 工程水文學[M]. 鄭州:黃河水利出版社,2009.

[4]陳守煜.水庫調洪數值-解析解法[J]. 大連理工大學學報,1996,36(6):721-724.

[5]李煒.水力計算手冊[M]. 北京:中國水利水電出版社,2006.

胡錦蘅(1991-),男，四川射洪人，在讀碩士研究生，研究方向：水利水電工程及自動化、仿真技術；

余波(1965-),男，四川西昌人，教授,碩士生導師,研究方向：水利水電工程及自動化、仿真技術；

田明豐(1968-),男,四川射洪人,高級工程師,學士,從事水利水電工程運行、檢修技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

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收稿日期:2015-03-08

文章編號:1001-2184(2015)03-0075-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV22;TV12

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