某水庫防洪能力復(fù)核分析

李 影，劉 攀，王 朝

(1.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院，江蘇 徐州 221000； 2.徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，江蘇 徐州 221000)

1 概 述

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，針對這類水庫進(jìn)行防洪能力復(fù)核是十分必要的[1-5]。

水庫屬中型水庫，樞紐工程屬Ⅲ等工程，水庫的原防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為100年一遇，校核洪水重現(xiàn)期為1 000年一遇。水庫主要為防洪、供水功能，水庫工程特性見表1。

表1 水庫工程特性表

2 水庫防洪能力復(fù)核

2.1 水位-庫容-泄量關(guān)系

本次對水位-庫容進(jìn)行復(fù)核，鑒于水庫在除險(xiǎn)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(jìn)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(xiǎn)加固設(shè)計(jì)報(bào)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，距大壩直線距離為1 km，由進(jìn)口段、陡槽段、消力池、水平明渠段和下游尾水渠等組成。左壩肩為開敞式溢洪道，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12～14 m；明渠段末接五級跌水，長4～5 m，寬14 m，下游銜接水。不考慮輸水涵泄洪。經(jīng)復(fù)核，水庫的溢洪道水位-泄量關(guān)系見表2。

表2 水庫水位-泄量關(guān)系復(fù)核

2.2 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

2.2.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

將本次的設(shè)計(jì)暴雨成果與除險(xiǎn)加固成果進(jìn)行比較可知，本次計(jì)算成果較除險(xiǎn)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(jì)暴雨的時(shí)間序列延續(xù)到2016年，相關(guān)暴雨參數(shù)發(fā)生了輕微變化，因此設(shè)計(jì)暴雨成果選用本次復(fù)核成果。見表3。

表3 本次設(shè)計(jì)暴雨復(fù)核成果與除險(xiǎn)加固成果比較

2.2.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)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60～106 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=0.005 4。暴雨參數(shù)采用：暴雨低區(qū)的αt～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(biāo)高25～80 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(jì)洪水的計(jì)算按照本次復(fù)核地理參數(shù)成果，結(jié)合實(shí)測雨量站的設(shè)計(jì)暴雨成果，采用綜合單位線、推理公式法(1988年修訂)兩種方法分別計(jì)算，成果見表4。

表4 設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2.3 成果合理性分析

根據(jù)表5的計(jì)算成果可知，綜合單位線和推理公式兩種方法計(jì)算結(jié)果差值在20%以內(nèi)，表明本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是合理的。其中，綜合單位線法的計(jì)算成果大于推理公式法，偏安全考慮，水庫的設(shè)計(jì)洪水采用綜合單位線法的計(jì)算成果。

表5 本次設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果與2009年除險(xiǎn)加固成果對比表

將本次計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果與《除險(xiǎn)加固》成果進(jìn)行對照可知，本次復(fù)核成果與除險(xiǎn)加固成果非常接近，且略低于除險(xiǎn)加固成果。

3 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

3.1 水庫調(diào)洪演算

水庫溢洪道堰頂高程為33.086 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33.086 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。

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水成果，結(jié)合水庫的水位-庫容曲線和水位泄-量曲線進(jìn)行調(diào)洪演算，計(jì)算成果見表6。

表6 水庫調(diào)洪計(jì)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(xiǎn)加固》成果進(jìn)行對照可知，本次復(fù)核的成果與除險(xiǎn)加固成果非常接近，本次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水位為35.08 m，1 000年一遇校核洪水位為35.82 m，均較除險(xiǎn)加固成果(設(shè)計(jì)洪水位35.11和35.89 m)略低。其原因在于本次采用的水位泄流曲線較除險(xiǎn)加固成果略大，故導(dǎo)致調(diào)洪最高庫水位略低于除險(xiǎn)加固成果；本次復(fù)核的2 000年一遇的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)下的調(diào)洪成果因高于除險(xiǎn)加固的標(biāo)準(zhǔn)而不作比較。相關(guān)對比情況見表7、圖2-圖3。

圖2 100年一遇設(shè)計(jì)洪水過程下的入庫、出庫洪水過程及水位變化過程

圖3 1 000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

表7 本次調(diào)洪演算復(fù)核成果與2009年除險(xiǎn)加固成果對比表

當(dāng)調(diào)洪計(jì)算成果低于原設(shè)計(jì)或前次大壩安全鑒定確定的指標(biāo)時(shí)，宜仍沿用原特征水位和庫容指標(biāo)。因此，經(jīng)過復(fù)核，本次調(diào)洪演算成果最終采用除險(xiǎn)加固成果，并以該結(jié)果復(fù)核水庫大壩的安全超高。

4 壩頂高程復(fù)核

壩頂超高復(fù)核結(jié)果見表8。根據(jù)安全復(fù)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(yùn)用情況下，高出靜水位0.5 m以上；在非常運(yùn)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(yùn)用條件和非正常運(yùn)用工況里的正常蓄水位工程和1 000年一遇的校核洪水位工況，但不滿足2 000年一遇校核洪水的非正常工況。

表8 水庫壩頂超高復(fù)核成果(起調(diào)水位33.086 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(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)和1 000年一遇校核防洪標(biāo)準(zhǔn)；但現(xiàn)狀防浪墻高程無法滿足2 000年一遇校核防洪標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

安全評價(jià)經(jīng)復(fù)核后，水庫洪水計(jì)算采用F=20 km2，L=9.5 km，J=0.005 4。根據(jù)安全評價(jià)防洪復(fù)核成果，考慮水庫調(diào)洪條件下，水庫設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)時(shí)的壩頂高程為35.61 m、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1 000年一遇防洪要求。