某水庫防洪能力復核

劉小飛，信校陽，孫瑛潔，劉長垠

（1.平頂山市昭平臺水庫管理局，河南 平頂山，467300；2.開封市水務開發建設有限公司，河南 開封 475000；3.河南水利與環境職業學院，河南 鄭州 450008）

1 引言

以昭平臺水庫為研究對象，分析研究了不同因素對防洪能力復核結果的影響，為其他水庫防洪能力復核提供參考。

2 水庫防洪能力復核

2.1 水庫概況

昭平臺水庫始建于建國初期，后歷經1969、1979、1985、2005年多次續建或加固，為沙河上游首座大（2）型水庫。水庫樞紐工程主要由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、輸水洞及水電站等組成。主副壩頂高程均為181.80 m、防浪墻頂高程均為183 m、最大壩高均為35.50 m；主壩為黏土斜墻砂殼壩，壩頂長2 315 m；副壩為礫質土均質壩，壩頂長923 m。

2.2 水庫防洪能力復核

2.2.1 設計洪水復核

昭平臺水庫防洪標準為：設計洪水位為100年一遇，校核洪水位為5 000年一遇。根據水利水電工程等級劃分及洪水標準和防洪標準規范的相關規定，確定該水庫樞紐工程和主要建筑物均屬為2級。

由于1978-2016 年普遍偏枯，其中包含一些特枯年份，導致設計洪水成果大幅降低。設計洪水復核選取27年系列長度（1951-1977 年）實測洪水數據，選取年最大值法作為洪峰、時段洪量的數據統計分析數學方法，洪量的確定方法也選取年最大值法，但其根據水庫控制流域內的洪水特點和規劃及調洪演算步驟等選定在24 h、3 d、7 d的獨立固定時段。

1979 年頻率計算實測資料系列有27 年，調查歷史洪水有8 年，調查最遠年份為1884 年，包括歷史洪水在內，系列長度為93 年。水庫壩址附近以1956、1957 年洪水為最大，其余大洪水年分別為1884、1898、1943 年。上述大洪水年既有發生在調查系列中，也有發生在實測資料系列中的，并且數量上差別不大，因此長短系列資料的代表性較近似。由于調查歷史洪水系列不連續，主要精確掌握特大洪水，對次大、較大同量級的洪水存在遺漏，因此適線時經驗頻率采用短系列連續點據，并考慮到參數的地區平衡進行選線，計算成果詳見表1。

表1 水庫設計洪水成果表（1951-1977年）

設計洪水過程線選用各個時間段的洪量進行同頻率相包，并選擇洪量巨大且集中，洪峰偏后的年份作為典型年，即選用1955年8月15-22日的洪水過程進行典型年放大算，結果詳見圖1。

2.2.2 洪水調節演算

2.2.2.1 調洪運用方式

2005 年除險加固竣工驗收采用的調度運用方式：當庫水位為167～169 m時，入庫流量小于100 m3/s，控泄40 m3/s，入庫流量大于100 m3/s，控泄300 m3/s；當庫水位為169.00～174.44 m時，控泄300 m3/s；當庫水位為174.44～180.40 m 時，正常溢洪道泄洪全開；當庫水位大于180.40 m時，非常溢洪道全開。

目前主汛期采用的調度運用方式：當庫水位為167～169 m時，控泄40 m3/s；當庫水位為169.00～174.44 m時，控泄500 m3/s；當庫水位為174.44～180.40 m 時，正常溢洪道泄洪全開；當庫水位大于180.40 m時，非常溢洪道全開。

2.2.2.2 調洪演算結果

根據水庫泄流建筑物條件、防洪調度原則和要求、水庫調度運行方式、設計洪水成果等，采用靜庫容法進行調節計算。利用試算法聯立求解水庫的水量平衡方程和蓄泄方程。調洪復核正常溢洪道、輸水洞泄流仍采用設計泄量，非常溢洪道采用模型試驗泄量。調洪演算結果詳見表2。

表2 水庫調洪演算成果對照表

研究分析可知，2005 年除險加固竣工驗收以及2016 年復核計算結果存在一定的差異，2016 年復核的各特征洪水位和庫容均小于2005年除險加固竣工驗收時的復核計算結果，100年一遇設計洪水位和相應庫容分別減小0.39%、5.29%，5 000年一遇校核洪水位和相應庫容分別減小0.06%、0.74%，100 年一遇的調洪計算成果降幅大于5 000 年一遇的調洪計算成果。通過分析調洪計算過程發現，主要原因在于選用的水庫調度運行方式不同，且當庫水位小于174.44 m時，水庫調度運行方式變幅較大。考慮汛期調度方式的改變，水庫選用特征水位177.19 m 和180.71 m 分別作為設計洪水位和校核洪水位。

2.2.3 壩頂高程復核計算

①當水庫多年平均最大風速為17.50 m/s時，設計情況W=26.30 m/s，校核情況W=17.50 m/s，主副壩KΔ分別為0.90、0.75時，水庫主、副壩的計算壩頂高程詳見表3。②當水庫多年平均最大風速增大為18.70 m/s 時，增幅為6.86%，設計情況W=28.10 m/s，校核情況W=18.70 m/s，主副壩KΔ分別為0.90、0.75時，水庫主副壩的計算壩頂高程詳見表3。③當主副壩KΔ均為0.75 時，水庫多年平均最大風速為17.50 m/s 時，設計情況W=26.30 m/s，校核情況W=17.50 m/s，水庫主、副壩的計算壩頂高程詳見表3。

表3 水庫主副壩壩頂高程計算結果表

由表3 分析可知，當水庫多年平均最大風速增大時，水庫的風浪爬高和風壅高度增大，導致計算壩頂高程增大，但是風壅高度的增幅極小。經水庫主副壩風浪爬高計算分析，水庫主壩的風浪爬高增幅在11.30%～14.91%，約為風速增幅的1.60～2.20 倍，水庫副壩的風浪爬高增幅在13.85%～17.61%，約為風速增幅的2.00～2.60 倍。分析研究發現，由于主壩迎水坡糙率滲透性系數大于副壩迎水坡糙率滲透性系數，導致主壩風浪爬高值大于副壩風浪爬高值，而水庫主副壩風浪爬高增值基本相同，致使水庫副壩的風浪爬高增幅大于水庫主壩的風浪爬高增幅。當水庫迎水坡的護坡形式改變時，根據規范發現水庫迎水坡糙率滲透性系數KΔ隨之變化，即糙率滲透性系數KΔ降低時，水庫的風浪爬高同比例降低，導致計算壩頂高程減小。而且規范附表中的護坡形式僅有6種，當實際水庫工程中的護坡形式不在其中時，需進行大壩護坡消能物理模型試驗，反演水庫迎水坡糙率滲透性系數KΔ。

3 結論

①在水庫運行過程中，需重視水庫區域的風速數據采集統計整理工作，在水庫區域實測風速數據更新延續過程中，實時更新水庫多年平均最大風速，當發現水庫多年平均最大風速明顯增大時，要及時進行壩頂高程復核工作，當存在因風速增大導致波浪越壩的風險時，制定相應的應急處理方案和除險加固方案，保障水庫防洪安全。②水庫進行除險加固工程時，如涉及改變水庫迎水坡的護坡形式，可能引起水庫迎水坡糙率滲透性系數KΔ改變時，需在設計階段進行水庫防洪能力分析計算，在竣工驗收階段進行水庫防洪能力復核計算。③水庫的設計洪水位和校核洪水位是水庫壩頂計算高程的主要組成部分，水庫的調度運行方式是水庫的設計洪水位和校核洪水位的主要影響因素之一，因此改變水庫的調度運行方式時，需進行水庫防洪能力復核工作，當發現水庫大壩壩頂高程不滿足規范要求時，調整水庫的調度運行方式，降低汛限水位和增加下泄流量是有效的應急處理措施。④文章主要針對水庫的調度運行方式、水庫風速和水庫大壩迎水坡護坡形式對水庫防洪能力復核結果的影響，針對上述因素提出了水庫防洪能力復核工作適時啟動條件，同時根據相關規定，當水庫大壩運行間隔6-10 a、擴建、改建、遭遇特大洪水、強烈地震、工程發生重大事故或出現影響安全的異常現象后，也應進行水庫防洪能力復核工作。