七一水庫除險加固工程設計洪水計算分析

彭和平，王葵華

（江西省水利規劃設計研究院，江西 南昌 330000）

1 工程概況

七一水庫位于鄱陽湖水系信江河玉山水支流金沙溪中游棠梨山西側，距玉山縣城約16.0 km，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發電、養殖等綜合效益的大(2)型水庫。水庫樞紐工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、灌溉發電引水隧洞及電站等。七一水庫總庫容為22800 萬m3，工程等級為Ⅴ等，按照《防洪標準》（GB50201-2014）及《中華人民共和國水利行業標準：水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2017）》，確定七一水庫設計標準為20 年一遇，校核標準為200 年一遇。

信江流域七一水庫運行多年以來部分工程老化，病險隱患頻現，急需除險加固改造。本文根據水庫基本資料，對水庫動工興建、加固擴建安全評價以及本次除險加固等階段的設計暴雨洪水進行分析與探討。

2 設計暴雨洪水計算

七一水庫無實測水文資料，采用無資料區域暴雨洪水設計計算方法進行七一水庫設計洪水計算。水庫原暴雨洪水設計計算依照《萬安縣水文氣象手冊》（1958 年由萬安縣水文氣象站編制）計算。水庫加固擴建階段重新進行了暴雨洪水設計計算，主要依照1976 年由江西省水文總站編制出版的《江西省水文手冊》，本次除險加固階段暴雨洪水設計計算主要依據2010 年江西省水文局編制出版的《江西省暴雨洪水計算方法查算手冊》。

2.1 設計暴雨計算

七一水庫位于水文分區中的Ⅲ4 區，控制流域面積124.4 km2，河長12.7 km，河道平均比降1∶114，彎曲系數0.75。以壩址以上集水面積為中心查閱不同時段暴雨等值線圖以及CV等值線圖[1]，七一水庫設計暴雨復核計算結果見表1。

表1 七一水庫設計暴雨復核計算結果

七一水庫于1958 年7 月經上級部門批準動工興建，1987年江西省計委批準七一水庫加固擴建安全評價方案，擴建后防洪標準提高到20 年一遇，2010 年七一水庫大壩再次進行除險加固工程項目施工。所以表1 中同時進行了七一水庫原設計暴雨成果、加固擴建階段設計暴雨成果以及本次除險加固階段設計暴雨成果的計算與對比，原設計階段成果較大，加固擴建評價階段結果與本次比較接近。所以，本次除險加固階段仍然采用水庫加固擴建評價階段設計暴雨成果[2]。

2.2 設計洪水計算

1）設計洪峰流量計算:

式中：Qp為設計洪峰流量，m3/s；φp為徑流系數；F 為集水面積，m2；ip為匯流時間 τ 內設計面的暴雨強度，mm/min；PτP面為匯流時間τ 的設計面暴雨雨量，mm；nlp和n2p為短歷時暴雨指數；L為河長，km；J 為河道坡度均值；x、y 為河道匯流指數。

2）設計洪量計算

式中：W三P為不同頻率下三日洪量設計值，萬 m3；W（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量設計值，萬m3；W24P為不同頻率下主峰洪量設計值，萬m3；P三P面為不同頻率下三日雨量設計值，mm；P24P面為不同頻率下 24 h 雨量設計值，mm；α三P為不同頻率下三日洪量徑流系數；α（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量徑流系數。

將數據代入式（1）～（4），不同頻率下設計洪峰洪量、最大24 h 洪量和三日洪量計算結果見表2。

表2 七一水庫設計洪水計算成果

上表有關七一水庫原設計洪水成果、加固擴建安全評價階段設計洪水成果以及本次除險加固階段設計洪水成本計算結果表明，原設計成果較大，加固擴建安全評價階段設計成果與本次相差不大。考慮到加固擴建評價階段使用《江西省水文手冊》（1976）計算，本次除險加固階段使用《江西省暴雨洪水計算方法查算手冊》（2010）計算，同時在水庫加固擴建評價階段選定采用本階段已通過審查的設計洪水復核成果，所以，本次采用成果仍為加固擴建安全評價階段設計洪水成果。

2.3 設計洪水分析及安全評價

七一水庫本次除險加固階段設計暴雨和設計洪水計算方法與加固擴建安全評價階段相同，但是點面折減系數等取值略有不同，導致設計暴雨和設計洪水計算結果不同[3]。通過比較七一水庫原設計階段暴雨洪水成果和加固擴建安全評價階段暴雨洪水成果可以看出，原設計成果偏大，而加固擴建安全評價階段與本次除險加固階段成果較為接近。所以，為保證水庫除險加固工程的順利安全進行，本次除險加固工程采用加固擴建安全評價階段設計暴雨和洪水的計算成果。

2.4 設計洪水合理性分析

根據所采用的設計洪水計算成果，并采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法所求得的不同頻率設計洪水過程線，進而可以計算出不同頻率洪水所對應的基流量，在不同頻率洪水過程線的各個時段上加上相應頻率洪水所對應基流量，便可得到工程所在流域設計洪水過程線[4]。

將信江上游玉山水上饒站和信江中游弋陽站由實測洪水資料所計算的設計洪峰值及三日設計洪量值分別與七一水庫無資料地區設計暴雨洪水所計算的設計洪峰值、三日設計洪量進行地區分布的分析，具體情況見圖1 和圖2。

圖1 七一水庫與水上繞站和弋陽站設計洪峰Q與面積F 關系圖

圖2 七一水庫與水上繞站和弋陽站設計三日洪量W與面積F 關系圖

從圖1 結果可知，相同頻率下七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設計洪峰地區分布關系，具體呈面積比的2/3 次方；從圖2 則可以得知，相同頻率下，七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設計三日洪量地區分布關系，具體呈面積比的1 次方。上述關系基本符合信江流域洪水的地域分布規律，也表明本文對七一水庫無資料地區設計暴雨洪水計算結果的合理性。

3 結論

通過對信江流域七一水庫除險加固工程設計暴雨洪水的計算與分析可以得知該地區洪水的分布及變化規律，結果表明，采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法對于七一水庫除險加固工程設計洪水計算與分析的適用性和合理性，此外，根據本工程設計暴雨洪水的相關經驗，除險加固的設計洪水計算所采用資料系列的可靠性與代表性必須有充分保證，并且依據水庫所處流域洪水的特點，選擇恰當的設計計算思路，保證設計過程和計算結果的合理性，為除險加固工程提供切實可行的設計依據。通過本文設計暴雨洪水的計算及分析為七一水庫除險加固工程的實施以及工程加固后防洪、生態改善、為經濟社會發展服務等功能的發揮提供了翔實的數據支撐，也為類似工程建設提供了借鑒與參考。