廣東省小型水庫大壩防洪能力復核有關問題實例分析

譚鑒利，王海元

1.廣東珠榮工程設計有限公司，廣東 廣州 510610

2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010

廣東省小型水庫占全省水庫總數的95%以上，主要特點為“數量多、分布廣、作用大”[1]。這些小型水庫大多修建于20世紀50年代至70年代，受歷史條件限制，其設計、施工技術相對落后，并且多為“三邊”工程，其大壩設計、施工、監測、運行管理等資料或缺乏或存疑[2]。相比大中型水庫，小型水庫的風險突出，如病險多、潰壩概率高等[3]。為了了解小型水庫大壩安全短板，對其進行安全鑒定。水庫大壩防洪能力復核是安全鑒定的重要內容。

小型水庫大壩防洪能力復核主要內容一般包括防洪標準復核、設計洪水復核計算、調洪計算及大壩抗洪能力復核等方面[4]。通過對博羅縣馬古坑水庫大壩防洪能力復核，分析影響水庫防洪安全評價該注意的問題，為其他小型水庫提供參考。

1 水庫概況

馬古坑水庫位于公莊鎮鵲樓村，于1968年10月竣工投入使用，壩址以上控制集水面積為4.61km2，總庫容97萬m3，工程等別為V等，是一座以灌溉為主，兼顧養殖的小（2）型水庫，防洪標準按丘陵區考慮，設計洪水為20年一遇，校核洪水為200年一遇。

水庫樞紐由大壩、溢洪道、灌溉涵管組成，主要建筑物包括均質土壩1座，壩頂長75m，最大壩高8.7m；開敞式寬頂堰溢洪道1座，堰頂寬為10m；灌溉涵管1座，磚砌方涵，斷面尺寸為0.3m×0.4m（建有直升啟閉閘門）。

水庫目前的主要任務和效益：（1）擔負鵲樓村150hm2農田灌溉供水；（2）下游捍衛耕地130hm2，人口1500人。水庫于2002年進行了除險加固，完成了迎水坡、背水坡、反濾體、閘門、溢洪道等工程。

2 小型水庫大壩防洪能力復核

2.1 防洪標準復核

水庫工程防洪標準根據其級別和壩型確定，工程級別根據工程規模、效益和在經濟社會中的重要性確定。

馬古坑水庫屬丘陵區，復核可得總庫容為97.06萬m3，最大壩高為8.7m，工程任務不變。

2002年除險加固中馬古坑水庫采用的工程級別、建筑物級別和防洪標準依然符合《防洪標準》（GB 50201—2014）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2017）規定，水庫沿用該標準，不作調整，即馬古坑水庫屬小（2）型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級，水庫設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為200年一遇，消能防沖建筑物設計洪水標準為10年一遇。

2.2 設計洪水復核計算

由于馬古坑水庫無實測流量資料，設計洪水由雨量資料推求。因為沒有收集到水庫附近實測降雨資料系列，所以設計暴雨按查圖計算所得。設計洪水采用廣東省綜合單位線方法以及推理公式方法進行協調分析。

（1）地理參數。2021年馬古坑水庫壩址地理參數按照1∶5000地形圖復核，集水面積為4.61km2、河長為4.45km、平均比降為0.021；2002年除險加固中，集水面積為3.90km2、河長為2.75km、平均比降為0.034。

（2）設計暴雨。通過查取水文圖集查取各歷時Ht、Cv計算可得設計頻率、校核頻率的暴雨。2021年復核依據新版《廣東省水文圖集》（2003）查取，而2002年除險加固依據《廣東省水文圖集》（1991）查取。

（3）產匯流參數。根據馬古坑水庫集水區域屬《廣東省暴雨徑流查算圖表》中的“Ⅳ東江中下游分區”，由此可查暴雨、產流、匯流分區。

（4）設計洪水計算。復核的設計洪峰比2002年除險加固成果小17%～18%，洪量比2002年除險加固成果大23%～32%。主要原因是復核的地理參數、暴雨參數、設計洪水計算方法發生了變化。復核成果如下：設計洪峰（P=5%）為97.88m3/s，1d洪量為117.20萬m3，3d洪量為143.85萬m3；校核洪峰（P=0.5%）為138.72m3/s，1d洪量為199.16萬m3，3d洪量為263.48萬m3。

2.3 調洪計算

（1）水庫防洪調度。根據博羅縣公莊鎮馬古坑水庫調度運用方案，水庫防洪調度運行原則如下：①馬古坑水庫泄洪建筑物由溢洪道承擔，輸水涵管不承擔泄洪任務；②馬古坑水庫溢洪道為開敞式溢洪道，起調水位為正常蓄水位，當水庫水位高于正常蓄水位時，溢洪道自由泄洪。

起調水位對水庫泄洪風險影響較大，2002年除險加固及公莊鎮馬古坑水庫調度運用方案中，起調水位為49.20m，而2021年測量復核得出，溢洪道底高程為50.10m，相差較大。調洪計算中起調水位采用2021復核溢洪道底高程。

（2）水位-庫容關系。①水位-庫容關系曲線復核。馬古坑水庫水位-庫容關系復核依據2021年1月實測地形圖，水庫庫容計算方法采用方便高效的等高線法。②水位-庫容關系成果分析。根據復核可知，現狀水庫庫容與2002除險加固成果相差較大（最大相差16.1萬m3），對比分析見表1。

表1 馬古坑水庫水位-庫容關系對比分析表

因為缺少水庫1968年初步設計相關水位-庫容資料，同時缺少2002年除險加固成果中計算依據基本資料，所以不能完整分析庫容變化原因。2021年復核所采用2021年實測地形圖，可以反映水庫最新的水位-庫容關系曲線。

（3）水位-泄量關系。①溢洪道概況。馬古坑水庫溢洪道位于大壩左肩，堰頂高程為50.10m，為開敞式溢洪道，凈寬10m，復核堰頂高程為50.10m（2002年除險加固為49.20m）。②溢洪道水位-泄量關系。溢洪道泄為單孔寬頂堰，過流能力根據寬頂堰非淹沒出流計算。

堰流公式復核的溢洪道水深-泄量關系與2002年成果基本一致（相差在3.4%以下），但溢洪道堰頂高程與2002年除險加固相差較大，因此復核的溢洪道水位-泄量關系變化較大。

（4）調洪計算。根據水庫的調度原則、復核的設計洪水、最新水位-庫容-泄量關系曲線，采用靜庫容法進行調洪計算，復核水庫特征水位及特征庫容，并與已有成果對比分析（見表2）。①復核成果。設計洪水位（P=5%）為52.18m，設計洪水位以下庫容為78.35萬m3；校核洪水位（P=0.5%）為52.83m，校核洪水位以下庫容為97.06萬m3。P=10%情況下，最大泄量流量為37.5m3/s。②結果分析。2002年除險加固的洪水位成果：設計洪水位（P=5%）為51.66m，校核洪水位（P=0.5%）為52.25m。2021年復核特征水位高于2001年除險加固特征水位，其中設計洪水位高0.52m，校核洪水位低高0.58m。主要原因：2002年除險加固采用的集水面積較小；2002年除險加固查取的暴雨參數Ht（6h）、Ht（24h）、Ht（72h）值較小；2002年除險加固設計洪量較2021年復核成果較小；2002年除險加固溢洪道堰頂高程采用49.20m，2021年復核為50.10m，即起調水位（也是正常蓄水位）發生較大變化時，水位-泄量關系也將發生較大變化。

表2 調洪計算結果對比分析表

2021年復核所采用的調度原則、水位-泄量-庫容關系曲線（2021年1月實測），皆能反映工程現狀，且成果安全、合理。

2.4 大壩抗洪能力復核

（1）壩頂高程復核。馬古坑水庫大壩屬均質土壩，壩頂超高計算公式如下：

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，m[5]。

復核可得水庫壩頂高程計算值為53.80m，而現狀壩頂高程為52.62～52.85m，防浪墻頂高程為52.29～52.39m，現狀壩頂高程低于規范要求。

（2）防洪能力復核。①水庫原設計防洪標準滿足規范要求，不需要調整。②水庫設計洪水成果需要調整。復核地理參數、暴雨參數，設計洪水計算方法后，確定馬古坑水庫設計洪峰（P=5%）為97.88m3/s，校核洪峰（P=0.5%）為138.72m3/s。③復核馬古坑水庫大壩壩頂高程，不滿足規范要求。

綜上所述，馬古坑水庫大壩防洪安全性應評為C級，大壩應評為三類壩。

3 結論

影響小型水庫大壩安全評價的因素較多，文章以博羅縣馬古坑水庫為例，總結防洪能力復核中需注意的問題。

（1）小型水庫由暴雨資料推求設計洪水時，采用綜合單位線法、推理公式法等多種方法協調分析結果與原單一方法計算結果相差較大。

（2）小型水庫原設計洪水計算結果根據暴雨資料的延長將發生變化。

（3）受原設計時條件限制，水庫地理參數可能誤差較大。

（4）小型水庫起調水位一般為正常蓄水位（溢洪道堰頂高程），原設計時可能采用假定高程且測量誤差較大，需認真復核。

（5）最新水庫水位-庫容-泄量關系曲線與原設計相比，可能已發生較大變化，對調洪計算結果影響較大。

（6）因設計洪水變化、水庫水位-庫容-泄量關系曲線變化，進而影響壩頂高程計算值，可能導致現狀壩頂高程不滿足規范要求。