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(shè)計洪水重現(xiàn)期為100 年一遇,校核洪水重現(xiàn)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(guān)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(qū)范圍內(nèi)的地形地質(zhì)條件穩(wěn)定,且未進行具備規(guī)模的開發(fā)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)系復核

2.2 設(shè)計洪水復核

2.2.1設(shè)計暴雨計算

將本次的設(shè)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(nèi)。表明區(qū)域內(nèi)的暴雨參數(shù)沒有發(fā)生劇烈變化,考慮到本次設(shè)計暴雨的時間序列延續(xù)到了2016 年,相關(guān)暴雨參數(shù)發(fā)生了輕微變化,因此,設(shè)計暴雨成果選用本次復核成果。

表3 本次設(shè)計暴雨復核成果與除險加固成果比較

2.2.2設(shè)計洪水計算

庫區(qū)周圍屬低山區(qū),地形較陡。庫區(qū)分水嶺高程在海拔60 m～106 m 之間,庫區(qū)內(nèi)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(shù)為：F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。暴雨參數(shù)采用：珠江三角洲設(shè)計雨型,暴雨低區(qū)的t-t-F。

庫區(qū)集雨面積內(nèi)大部分屬低山丘陵,山體較緩,庫區(qū)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(qū)類選用匯流參數(shù)。

水庫設(shè)計洪水的計算按照本次復核地理參數(shù)成果,結(jié)合實測雨量站的設(shè)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(shè)計洪水成果表

2.2.3成果合理性分析

根據(jù)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(jié)果差值在20%以內(nèi),表明本次設(shè)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(shè)計洪水采用綜合單位線法的計算成果。

將本次計算設(shè)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(shè)計洪水復核成果與2009 年除險加固成果對比表

3 洪水調(diào)節(jié)計算成果

3.1 水庫調(diào)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(diào)水位,來水通過溢洪道溢洪,輸水涵不參與泄洪。

設(shè)計洪水成果,結(jié)合水庫的水位～庫容曲線和水位泄～量曲線進行調(diào)洪演算,計算成果見表6。

表6 水庫調(diào)洪計算成果

3.2 成果合理性分析

將本次調(diào)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(shè)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(shè)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(diào)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(diào)洪成果因高于除險加固的標準而不作比較。相關(guān)對比情況見表6。

當調(diào)洪計算成果低于原設(shè)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(jīng)過復核,本次調(diào)洪演算成果最終采用除險加固成果,并以此結(jié)果復核水庫大壩的安全超高。

表7 本次調(diào)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(shè)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(jié)果見表8。根據(jù)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(jīng)過比較,現(xiàn)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(guī)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(diào)水位33.09 m）

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

5 結(jié)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(shù)據(jù),對水庫安全評價,經(jīng)復核后,水庫洪水計算采用F=20 km2,L=9.5 km,J=0.0054。根據(jù)安全評價防洪復核成果,考慮水庫調(diào)洪條件下,水庫設(shè)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。現(xiàn)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。