大壩安全鑒定中防洪能力的復核計算

聶玉帥

（鄭州市常莊水庫管理處，河南 鄭州 450007）

0 前言

為確保水庫正常安全運行，最大限度地發揮防洪效能，依據新修訂的《水庫大壩安全鑒定辦法》和中華人民共和國行業標準《水庫大壩安全評價導則》等技術規定與行業標準，對水庫大壩實行定期安全鑒定制度。其中防洪能力復核是大壩安全鑒定中的重要環節，它對檢查水庫大壩采用的設計洪水標準是否合適，設計洪水計算成果是否可靠、現狀防洪能力是否達到現行有關規范要求具有重大意義。下面以常莊水庫為實例，在大壩安全鑒定過程中，對防洪能力復核中出現的問題進行深入分析探討，并在此基礎上做出科學合理的復核計算。

1 工程概況

常莊水庫始建于1959 年12 月，位于淮河流域潁河水系賈魯河支流賈峪河下游，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為2級，壩體為均質土壩，總庫容1 708 萬m3，興利庫容864 萬m3，控制流域面積82 km2，按100 年一遇洪水標準設計，5 000 年一遇洪水標準校核，是一座以防洪調度、城市應急供水、工程建設與管理以及水生態保護為主的重點中型水庫。由于常莊水庫緊臨鄭州西三環，毗鄰“四個中心”，地理位置異常重要。隨著鄭州城區不斷擴大，怎么讓西部美起來成為鄭州城市發展新的思路定位，常莊水庫作為一座城區水庫，其城市防洪的特點尤為明顯，因此，于2005年12月被河南省水利廳批準為按大型水庫管理。特別是在2014年12月南水北調中線工程通水之后，常莊水庫又成為南水北調鄭州段反季節調蓄水庫，其防洪工程安全更加關系到南水北調調蓄工程的輸水安全。

2 防洪能力復核的緊迫性

由于種種原因，常莊水庫僅在1984 年進行過1 次設計洪水復核，距今時間太長。另外，常莊水庫在除險加固前進行了安全鑒定，也進行了防洪標準復核，可是自2013年常莊水庫除險加固工程完成后，水庫的職能和設施規模都發生了不同程度的變化，也非常有必要對常莊水庫進行防洪能力復核。同時，隨著水文資料的延長和積累，所收集的數據愈加清晰準確，為防洪能力復核提供了更加安全可靠的原始數據。因此，重新對常莊水庫進行防洪能力復核計算，就顯得尤為必要和迫切。

3 防洪能力復核時應注意的問題

3.1 認真收集查閱分析相關資料

收集建庫以來的各類資料，主要收集查閱工程勘察設計、施工與運行資料，除險加固及地質勘查結果、有記錄以來的水文氣象資料和工程維修養護、滲流與變形觀測等等。對這些資料進行整理分析，查找問題，科學全面詳細了解水庫基本狀況，為下一步分析和復核計算提供重要的依據。

3.2 早期水文資料不全

在常莊水庫興建前，現壩址以上2.50 km處，于1954年6月設有常廟水文站，該水文站觀測到1960年6月撤銷。自水庫建成后，1961-1975年無水文觀測資料，1976-1980年有斷斷續續的水位記錄，1980 年7 月重設常莊水庫水文站至今，所有觀測資料齊全。另外，在歷史洪水資料中，因年代久遠，資料少，推算的流量精確度不高，勢必導致洪水頻率計算不準確。在這種情況下，計算所依據的水文資料系列的來源一定要真實，推求換算要可信，才能正確可靠地復核出設計洪水成果。

3.3 水庫淤積嚴重

由于水庫經過60余年運行，上游土質松軟，植被覆蓋相對較少，水土流失造成河水泥沙含量較高，大量泥沙沉積庫底。再加上庫區近壩沿岸不穩，庫水位時消時漲，致使庫岸坍塌，庫床淤積壅高，庫容曲線發生變化。所以，必須對庫容曲線重新進行校核，從而避免計算調洪校核時產生影響。

3.4 水庫除險加固后工程設施發生變化

2013 年常莊水庫完成除險加固工程后，在溢洪道上新增一座5 孔閘和交通橋，不能只復核溢洪道控制斷面的過水能力，而忽略下游斷面因阻水而造成實際過水能力減小等因素。同時輸水洞內南水北調工程充庫引水管從洞中穿過，該引水管直徑2.20 m，使該引水管兼具泄水與引水兩種功能，原澆筑的混凝土輸水洞實際上已成為水庫工作人員的檢修廊道，因此，在計算泄流曲線時要充分考量。

3.5 復核計算應科學合理

由于一些資料的缺失，相關參數不準確，未按現行規范要求的計算工況進行驗算，采用簡化方法驗算，或采用的自編軟件、商業軟件未經認可和未經使用者認真校驗，會出現計算結果不合理或違反力學原理的現象。所以，在實事求是的前提下，盡可能不用軟件，按照水利水電計算規范，認真進行科學精準計算，避免出現所謂偏差。

另外，根據《碾壓式土壩設計規范》，壩頂（防滲體）高程應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂高程應高于波浪頂高程。不能一味盲目地將調洪得到的最高靜水位與原設計成果中最高靜水位進行比較，據此得出安全與否的結論。在復核計算水庫防浪墻高程時，應當注意在正常運用條件下，壩前風速取值參數也要合理，才能獲得真實有效的復核結果。

3.6 切忌盲目提高或降低防洪標準

自從“75.8”特大洪水后，一些人無形中想夸大防洪標準，再加上水庫除險加固后，管理者思想上有所麻痹，精神上有所懈怠，意識上有所放松，有意或無意提高防洪標準，給上級領導以高枕無憂的印象。也有某些水庫主要領導一心想推卸責任，故意將防洪標準降低，規避風險，回避問責，逃避處罰，這兩種極端表現都是不可取的。作為水利工程技術人員，既不能直接簡單地照搬原設計成果，還要排除人為干擾，根據工程的實際規模和變化情況，對防洪標準做出科學準確的復核計算。

4 防洪能力復核計算

鑒于常莊水庫水文監測資料斷檔，同時，由于尖崗水庫和常莊水庫同屬流域水系內的兩座水庫，直線距離僅3.50 km，因此，可以利用尖崗水庫的水文資料來推求常莊水庫的缺失數據。參照1984年河南省水利勘測設計院所編制的復核報告內容，此次常莊水庫設計洪水復核采用流量資料與雨量資料這兩種途徑來推求設計洪水。

1954-1959年由賈峪河常廟站實測資料統計，其中1955年缺測流量，依據該年實測水位，利用1956年水位流量關系查得洪峰流量和時段洪量。1960年常廟水文站撤銷，導致1960-1980年無資料，此段流量采用以下2種方法推算：一是用常莊水庫、尖崗水庫面積比法將尖崗水庫流量逐年換算為常莊水庫流量；二是用尖崗水庫長短系列比，將常莊水庫短系列的均值換算為長系列均值。經過分析，兩地的氣象因素是一致的，而下墊面因素則有一定差別，故采用長、短系列均值比換算得成果。

賈魯河尖崗水庫洪峰和時段流量，1954-1970年直接由賈魯河常廟水文站資料統計，1971-1980年由尖崗水庫實測資料推算，資料系列從1954-1980年，共計27年連續系列，1971-1980年水庫建成后，入庫洪峰由庫水位反推而得，但由于水位觀測時間間隔過長，推算的洪峰流量是時段流量的平均值，不是瞬時流量，因此建立建庫前常廟站實測洪峰與不同時段平均流量及觀測時段關系線，將時段平均流量修正為瞬時洪峰流量。常莊水庫根據尖崗水庫洪水系列延長后其峰量系列從1954-1980 年共計27 年，加入1915 年和1927 年所調查洪水資料，從而求得水庫各頻率設計洪水成果。在此基礎上又進行庫容曲線、泄流能力曲線等調洪計算以及波浪要素、壩頂超高計算等壩頂高程復核。

根據這兩種途徑計算出的結果，與鄰近流域水庫設計洪水及原設計采用的成果比較，綜合分析后，認為根據流量資料推求的設計洪水，基本上反映了中小規模洪水的實際情況，故推薦采用流量資料計算成果，考慮到水庫控制流域面積小，洪水變幅大，實測系列短等因素，當采用頻率洪水作為校核洪水時，則建議再適當加20%安全保證值。

經過復核計算，水庫輸水洞和溢洪道泄流能力均能滿足水庫防洪安全要求。通過調洪演算，水庫100年一遇設計洪水位和5 000年一遇校核洪水位低于原設計確定的特征水位，故仍采用原設計成果，即100年一遇洪水標準設計，5 000年一遇洪水標準校核。壩頂超高計算表明，大壩壩頂高程也滿足規范要求。

5 結語

通過此次防洪能力復核計算，全面系統地對水庫進行防洪安全科學評價，充分掌握和了解除險加固后抵御洪水的能力，準確把握大壩安全運行狀況，從而為水庫的防洪調度和安全運行提供必要可靠的理論依據和技術支撐，也對類似除險加固后的水庫大壩安全鑒定起到一定的指導與借鑒作用。