某水庫防洪能力復核分析

郝增勝

（山西省汾河灌溉管理局,山西 晉中 030600）

1 引言

水庫防洪是水庫的重要效益之一,在水庫長期使用過程中,淤積、沖刷等原因造成水庫防洪能力有所改變,針對這一類型水庫進行防洪能力復核是十分必要的[1-5]。

某水庫屬中型水庫,樞紐工程屬Ⅲ等工程,水庫的原防洪標準設計洪水重現期為100 年一遇,校核洪水重現期為1000 年一遇。水庫主要為防洪、供水功能,庫工程特性見表1。

表1 水庫工程特性表

2 水庫防洪能力復核

2.1 水位-庫容-泄量關系

本次對水位-庫容進行復核,鑒于水庫在除險加固后,其庫區范圍內的地形地質條件穩定,且未進行具備規模的開發利用,水庫淤積程度較小,因此水庫水位-庫容曲線沿用除險加固設計報告資料,見圖1。

圖1 水庫水位-庫容曲線

水庫主要泄（輸）水建筑物為溢洪道和壩下輸水涵。水庫溢洪道位于水庫東南面,距大壩直線為1 km,由進口段、陡槽段、消力池、水平明渠段和下游尾水渠等組成,溢洪道下游向燕川排洪渠并排入茅洲河。左壩肩為開敞式溢洪道,溢洪道為開敞式,寬頂堰,堰頂高程33.085 m,凈寬10 m,長10 m,堰下接一級陡槽段,陡槽段長53 m,寬10 m,陡槽底坡1/4,陡槽下游接一級消力池,消力池長9.4 m,寬10 m。一級消力池下平面轉30 °角后,接190.3 m 明渠段,明渠段寬12 m～14 m。明渠段末接五級跌水,長4 m～5 m,寬14 m。不考慮輸水涵泄洪,水庫的溢洪道水位-泄量曲線見表2。

表2 羅田水庫水位-泄量關系復核

2.2 設計洪水復核

2.2.1設計暴雨計算

將本次的設計暴雨成果與除險加固成果進行比較（見表2）可知,本次計算成果較除險加固成果基本一致,相對偏差在5%以內。表明區域內的暴雨參數沒有發生劇烈變化,考慮到本次設計暴雨的時間序列延續到了2016 年,相關暴雨參數發生了輕微變化,因此,設計暴雨成果選用本次復核成果。

表3 本次設計暴雨復核成果與除險加固成果比較

2.2.2設計洪水計算

庫區周圍屬低山區,地形較陡。庫區分水嶺高程在海拔60 m～106 m 之間,庫區內林木并不茂盛,植被不佳。水庫是一座以供水為主,兼有防洪等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫地理參數為：F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。暴雨參數采用：珠江三角洲設計雨型,暴雨低區的t-t-F。

庫區集雨面積內大部分屬低山丘陵,山體較緩,庫區山體地表標高25 m～80 m,植被茂盛,土壤透水性及植被情況均屬中等,可考慮作為高丘區類選用匯流參數。

水庫設計洪水的計算按照本次復核地理參數成果,結合實測雨量站的設計暴雨成果,采用廣東省綜合單位線、推理公式法（1988 年修訂）兩種方法分別計算,成果見表4。

表4 設計洪水成果表

2.2.3成果合理性分析

根據表4 的計算成果可知,綜合單位線和推理公式兩種方法計算結果差值在20%以內,表明本次設計洪水計算成果是合理的。其中,綜合單位線法的計算成果大于推理公式法,偏安全考慮,水庫的設計洪水采用綜合單位線法的計算成果。

將本次計算設計洪水成果與《除險加固》成果進行對照,可知本次復核的成果較除險加固成果非常接近,且略低于除險加固成果。

表5 本次設計洪水復核成果與2009 年除險加固成果對比表

3 洪水調節計算成果

3.1 水庫調洪演算

水庫溢洪道堰頂高程為33.09 m,且溢洪道為無閘門控制的寬頂堰型式,水庫水位高于堰頂高程后自由泄流,因此,以正常蓄水位33.09 m 作為起調水位,來水通過溢洪道溢洪,輸水涵不參與泄洪。

設計洪水成果,結合水庫的水位～庫容曲線和水位泄～量曲線進行調洪演算,計算成果見表6。

表6 水庫調洪計算成果

3.2 成果合理性分析

將本次調洪演算成果與《除險加固》成果進行對照,可知本次復核的成果較除險加固成果非常接近,本次復核的設計洪水位為35.08 m,1000 年一遇校核洪水位為35.82 m,均較除險加固成果（設計洪水位35.11 m 和35.89 m）略低,原因在于本次采用的水位泄流曲線較除險加固成果略大,故導致調洪最高庫水位略低于除險加固成果,本次復核的2000 年一遇的校核洪水標準下的調洪成果因高于除險加固的標準而不作比較。相關對比情況見表6。

當調洪計算成果低于原設計或前次大壩安全鑒定確定的指標時,宜仍沿用原特征水位和庫容指標。因此,經過復核,本次調洪演算成果最終采用除險加固成果,并以此結果復核水庫大壩的安全超高。

表7 本次調洪演算復核成果與2009 年除險加固成果對比表

圖2 100 年一遇設計洪水過程下的入庫、出庫洪水過程及水位變化過程

圖3 1000 年一遇校核洪水過程下的入庫、出庫洪水過程及水位變化過程

4 壩頂高程復核

壩頂超高復核結果見表8。根據安全復核測量顯示,水庫的壩頂高程為36.70 m,防浪墻高程為37.75 m。因此,經過比較,現狀水庫的壩頂高程在正常運用情況下,高出靜水位0.5 m 以上；在非常運用情況下,壩頂不低于靜水位,壩頂高程滿足規范要求。此外,防浪墻高程37.75 m 均滿足正常運用條件和非正常運用工況里面的正常蓄水位工程和1000 年一遇的校核洪水位工況,但不滿足2000 年一遇校核洪水的非正常工況。

表8 水庫壩頂超高復核成果（起調水位33.09 m）

因此,水庫的現狀防浪墻頂高程能滿足100 年一遇設計防洪標準和1000 年一遇校核防洪標準,但現狀防浪墻高程無法滿足2000 年一遇校核防洪標準。

5 結論

水庫防洪是水庫的重要效益之一,在水庫長期使用過程中,淤積、沖刷等原因造成水庫防洪能力有所改變。以某中型水庫為研究對象,通過收集數據,對水庫安全評價,經復核后,水庫洪水計算采用F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。根據安全評價防洪復核成果,考慮水庫調洪條件下,水庫設計洪水位（P=1%）時的壩頂高程為35.61m、防浪墻頂高程為37.58 m?，F狀大壩壩頂高程36.70 m,防浪墻頂高程37.75 m；大壩的壩頂高程、防浪墻頂滿足1000 年一遇防洪要求。