大壩安全評價之防洪能力復核淺析

王修春

（湖南省水務規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410005）

引 言

2021年4月2日國務院辦公廳印發《關于切實加強水庫除險加固和運行管護工作的通知》。《通知》指出，水庫安全事關人民群眾生命財產安全。黨中央、國務院高度重視水庫安全工作。近年來，各地區各有關部門按照黨中央、國務院決策部署，集中開展了幾輪大規模的病險水庫除險加固，取得明顯成效，但部分水庫由于運行時間長、管理不到位等原因，安全隱患依然嚴重。《通知》明確，2022年年底前，有序完成2020年已到安全鑒定期限的水庫的安全鑒定任務；對病險程度較高的水庫，抓緊實施除險加固；探索實行小型水庫專業化管護模式。

本文結合《通知》要求，對水庫大壩開展防洪能力復核，供業內人士參考。防洪能力復核的目的是根據水庫設計階段采用的水文資料和運行期延長的水文資料，并考慮建壩后上下游地區人類活動的影響以及水庫工程現狀，進行設計洪水復核和調洪計算，評價大壩現狀抗洪能力是否滿足有關標準要求。

1 工程概況

某水電站位于貴州省，壩址以上總流域面積3 346 km2，是一座具有改善水環境、防洪、發電、旅游、航運等多功能的綜合性水利工程，電站為壩后式。水庫調節性為日調節，正常蓄水位244.30 m，設計洪水位246.83 m（P=2%），校核洪水位250.91 m（P=0.2%），死水位243.50 m。總庫容3 481萬m3，電站裝機3臺，總裝機容量21.00 MW（3×7 000 kW），屬中型水庫，樞紐建筑工程等別為三等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。

該水電站1973建成，2009年進行改擴建，2012年首臺機組投產發電，2014年主體工程全部完工，2015年3臺機組全部投產發電。水利樞紐工程由閘壩、消力池、發電廠房、副廠房、安裝場等建筑物組成。大壩為混凝土閘壩，全長252.00 m，壩頂高程252.50 m，非溢流壩段壩頂寬6.00 m，滾水壩段壩頂寬3.00 m，壩基最低高程為229.00 m，最大壩高23.50 m；溢流壩段布置于河流中間，長112.9 m，閘墩頂部高程253.00 m，堰頂高程234.30 m，設有7個13.50 m×10.50 m（寬×高）的弧形閘門，最大泄洪能力為9 970 m3/s。

2 防洪標準及設計洪水復核

2.1 防洪標準復核

依據現行《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），該水電站防洪安全評估標準為：大壩設計洪水標準為50年一遇（P=2%），校核洪水標準為500年一遇（P=0.2%）。原設計標準滿足現行標準要求。

2.2 設計洪水成果

通過對歷史洪水調查（1933年、1935年）、臨近水文站資料（1953—2014年）和運行期（2015—2018年）洪水外延分析計算，組成66年不連續洪水系列，推求設計洪水。

復核計算時，洪峰流量、最大一日洪水總量、最大三日洪水總量相應的變差系數Cv分別為0.60、0.59、0.54，偏態系數Cs=3.5Cv。設計洪水結果如表1所示。由表1可知，洪峰流量較可研/初設階段稍高，最大一日洪水流量和最大三日洪水流量較可研、初設階段稍低。本次復核采用較高值進行復核，即洪峰流量采用本次復核成果，最大一日流量和最大三日流量采用可研/初步設計成果。

表1 設計洪水計算成果表

依據典型洪水過程線的選擇原則，選取1964年的實測洪水過程作為典型洪水過程。該年洪水為雙峰型，具有典型的流域洪水特點，且該次洪水具有峰高量大的特點。對此次洪水進行無量化處理后得到標準洪水過程線，并按照洪峰流量和峰現時間等對過程進行放大，同時控制最大一日洪量和最大三日洪量與設計值誤差在5%以內，最后經修勻處理得到設計洪水過程線如圖1所示。

圖1 設計洪水過程線

3 調洪計算

該水電站主要功能以發電為主，防洪作用不明顯。洪水調度原則為：當入庫流量小于起調水庫最大下泄流量時，按“來多少、泄多少”控制閘門開啟孔數和開度使水庫水位維持在起調水位（正常蓄水位244.30 m），從電站泄流曲線來看，當泄流量小于3 956.00 m3/s時，電站水庫水位維持在244.30 m；當入庫流量大于起調水位最大下泄流量時，7孔閘門全開，實行敞泄，直至入庫流量與下泄流量相等，水庫出現最高水位；之后水庫水位下降，按相反程序調度洪水，直至水位降至正常蓄水位。見表2。

表2 調洪計算成果表

本次復核，校核洪水位251.02 m（P=0.2%），對應總庫容3 481萬m3；設計洪水位247.14 m（P=2%），對應庫容2 009萬m3。原設計校核洪水位250.91 m（P=0.2%），對應總庫容3 433萬m3；設計洪水位246.83 m（P=2%），對應庫容1 917萬m3。通過對比，校核水位與庫容較原設計均有所變化，但誤差都在5%范圍內，為偏安全考慮，最終采用本次復核的洪峰和調洪成果。

4 大壩抗洪能力復核

根據《防洪標準》（GB 50201-2014）、《混凝土重力壩設計規范》（SL 319-2018），壩頂高程等于水庫靜水位（正常蓄水位、校核洪水位）加相應的超高△h，取其中大值。超高△h按如下公式確定：

△h=hb+hz+hc

式中 △h——壩頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；

hb——波高（m），可采用鶴地水庫公式計算；

hc——安全加高（m）；根據SL 319-2018該水庫安全加高值在正常蓄水位時為0.4 m，在校核洪水位為0.3 m。

根據上述公式計算大壩壩頂高程，成果見表3。

由表3可知，計算所需壩頂高程為252.43 m，經現場檢查復核，現狀壩頂高程為252.30～252.50 m，局部低于計算所需壩頂高程；鑒于該段長度僅5 m且壩頂最低高程252.30 m高于靜水位251.02 m，且臨水側設有高1.2 m鋼筋混凝土防撞墻嵌入山體，可攔擋波浪等，本次評價該電站大壩現狀壩頂高程可滿足現行相關規范要求。

5 結論及建議

通過對大壩開展防洪能力復核，依據相關水文資料、設計洪水等判斷大壩防洪標準是否滿足規范要求，壩體結構是否滿足防洪要求等，為大壩后期開展安全評價提供依據。根據本次復核，得出如下結論：

1）本工程規模為中型水庫，工程等別為三等，洪水標準按50年一遇洪水設計（P=2.0%）、500年一遇洪水校核（P=0.2%），符合《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）及《防洪標準》（GB 50201-2014）的要求。

2）經復核，現狀溢流堰泄流能力滿足泄洪要求。

3）現狀壩頂高程或防浪墻高程滿足規范要求。

4）建議盡快啟用水情測報系統，為后期水庫運行提供水文資料。