深田水庫(kù)防洪能力復(fù)核

羅丹

（韶關(guān)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515040）

0 引 言

水庫(kù)工程建設(shè)可實(shí)現(xiàn)蓄水、發(fā)電、防洪等綜合效益，防洪工作是水庫(kù)建設(shè)的一個(gè)重要因素。為了保證水庫(kù)使用功能的正常發(fā)揮，應(yīng)注重水庫(kù)調(diào)洪和防洪能力復(fù)核，以改善水庫(kù)的防洪作用，保障下游居民的安全。下文將主要針對(duì)深田水庫(kù)進(jìn)行分析。

1 水庫(kù)概況

深田水庫(kù)于1958年竣工，原有設(shè)計(jì)資料已丟失，原設(shè)計(jì)集雨面積為0.97 km2，此次復(fù)核為0.98 km2，對(duì)比相差僅1%，不做修正，保留F=0.97 km2，河流長(zhǎng)度復(fù)核L=1.72 km，河道比降J=0.10。

2004 年原除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)報(bào)告中：正常蓄水位為166.67m（珠基），相應(yīng)庫(kù)容為47 萬(wàn)m3，20 年一遇設(shè)計(jì)水位為169.72 m，相應(yīng)庫(kù)容60 萬(wàn)m3；200 年一遇校核水位為170.68 m，相應(yīng)庫(kù)容65萬(wàn)m3。經(jīng)過(guò)復(fù)核計(jì)算，水庫(kù)死水位157.30 m，死庫(kù)容1.61萬(wàn)m3；正常蓄水位為166.67 m，庫(kù)容32.84萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位168.57 m（P=5%），相應(yīng)庫(kù)容44萬(wàn)m3；校核洪水位169.21 m（P=0.5%），相應(yīng)庫(kù)容48 萬(wàn)m3。此工程是一宗以防洪為主兼顧灌溉的小（2）型水庫(kù)。

2 防洪能力復(fù)核

2.1 水文氣象

深田水庫(kù)工程所在地屬亞熱帶海洋性氣候，是潮南區(qū)南山高丘冬冷多雨區(qū)，多年平均氣溫21.50 ℃，雨量充沛，多年平均降雨量為2 100 mm，雨季較長(zhǎng)，夏季多暴雨，降雨集中在4-9月份，無(wú)冰凍期，但冬季有輕霜出現(xiàn)。

2.2 計(jì)算方法

采用省水文局編制的《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》和《〈廣東省暴雨徑流查算圖表〉使用手冊(cè)》所查水文參數(shù)，借助電算程序，采用廣東省綜合單位線法（SUHM-lA）及推理公式法（TL-1A）推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

2.3 基本資料復(fù)核

深田水庫(kù)原有設(shè)計(jì)資料已丟失，原設(shè)計(jì)集雨面積為0.97 km2。2004 年深田水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的水文計(jì)算書(shū)資料已丟失，單從除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)報(bào)告中僅能得到復(fù)核后的集雨面積為0.97 km2。

此次安全評(píng)價(jià)按1：10 000 地形圖量測(cè)計(jì)算結(jié)果，區(qū)間集雨面積F=0.98 km2，河流長(zhǎng)度L=1.72 km，河道比降J=0.10，與原集雨面積對(duì)比相差僅0.01%，故采用原參數(shù)區(qū)間集雨面積F=0.97 km2，河流長(zhǎng)度L=1.72 km，河道比降J=0.10 進(jìn)行洪水計(jì)算。

此工程集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)的粵東沿海地區(qū)，分區(qū)應(yīng)采用Ⅱ區(qū)設(shè)計(jì)雨型。暴雨高區(qū)αt ～t ～f 關(guān)系圖，大陸山區(qū)匯流參數(shù)，廣東省綜合單位線滯時(shí)m1 ～Q關(guān)系線為A線，工程集雨面積F=平方公里＜500 km2，應(yīng)采用廣東省綜合單位線Ⅱ號(hào)無(wú)因次單位線。

此次安全評(píng)價(jià)無(wú)收集到2004年除險(xiǎn)加固時(shí)的水位庫(kù)容曲線，故此次對(duì)水庫(kù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，繪制水位庫(kù)容曲線見(jiàn)表1。

表1 深田水位庫(kù)容曲線表

2.4 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定，此工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅴ等，相應(yīng)主要建筑物級(jí)別為5級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30—20年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為300—200 年一遇。2004 年除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)按20 年一遇洪水設(shè)計(jì)，200 年一遇洪水校核，此次安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核按20年一遇設(shè)計(jì)（P=5%），200年一遇校核（P=0.5%），能滿足規(guī)范要求。

計(jì)算成果：深田水庫(kù)推求各頻率（10%、P=5%、P=0.5%）洪水過(guò)程線，計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 綜合單位線及推理公式法計(jì)算成果對(duì)比表

由表2，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用廣東省綜合單位線法和推理公式法進(jìn)行電算得出的設(shè)計(jì)洪峰流量相差不超過(guò)20%（以數(shù)值大者為分母），按《廣東省暴雨徑流查算圖表》使用手冊(cè)說(shuō)明，原則上應(yīng)采用廣東省綜合單位線方法的計(jì)算成果，水庫(kù)各頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)暴雨量見(jiàn)表3。

表3 水庫(kù)各頻率的洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量表

此次復(fù)核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇設(shè)計(jì)，200 年一遇校核，2004 年除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水成果無(wú)各頻率的洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量參數(shù)，僅有各頻率下的水位特征值。此次采用深田水庫(kù)復(fù)核成果，P=5%設(shè)計(jì)洪水Q=35.73 m3/s，P=0.5%校核洪水Q=50.43 m3/s。

2.5 調(diào)洪演算

2.5.1 溢洪道泄流能力計(jì)算

深田水庫(kù)堰頂高程166.67 m，起調(diào)水位按正常蓄水位166.67 m。

泄流計(jì)算：現(xiàn)復(fù)核水庫(kù)溢洪道的水位～流量關(guān)系，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A中寬頂堰非淹沒(méi)出流時(shí)泄流能力

式中：Q—流量，m3/s；B—總凈寬，m；H0—計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭，m；行近流速水頭暫按/2g=0；m—二元水流寬頂堰流量系數(shù)，與相對(duì)上游堰高P1/H與堰頭形式有關(guān)，查表可知m；ε—閘墩側(cè)收縮系數(shù)。

溢洪道泄流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 深田水庫(kù)溢洪道泄流計(jì)算表

2.5.2 調(diào)洪計(jì)算

此工程為開(kāi)敞式溢洪道，采用自由溢流方式，起調(diào)水位166.67 m。由水庫(kù)洪水計(jì)算稿摘取入庫(kù)洪水過(guò)程線有關(guān)資料，見(jiàn)表5。

表5 復(fù)核調(diào)洪演算成果表

2004年調(diào)洪演算無(wú)電算計(jì)算稿，僅有最終成果。經(jīng)過(guò)復(fù)核驗(yàn)算，2004年調(diào)洪演算與此次調(diào)洪演算成果差距較大，重復(fù)分析計(jì)算資料（實(shí)測(cè)庫(kù)容曲線、計(jì)算參數(shù)等），認(rèn)為此次計(jì)算無(wú)誤。

推測(cè)造成庫(kù)容及特征水位相差較大的原因有三：一是受當(dāng)時(shí)測(cè)量技術(shù)限制，庫(kù)容圈算區(qū)較大值偏安全考慮；二是除險(xiǎn)加固后水庫(kù)運(yùn)行17年底層淤積，從而減少庫(kù)容；三是原除險(xiǎn)加固圖紙為假定高程，此次是以溢洪道堰頂高程不變對(duì)應(yīng)原有溢洪道假定高程換算，但水庫(kù)施工條件困難，土法上馬，可能存在誤差較大的情況。

故采用此次調(diào)洪演算成果進(jìn)行壩頂高程復(fù)核，即深田水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）為168.52 m，校核洪水位（P=0.5%）為169.27 m。

2.5.3 調(diào)洪結(jié)論

水庫(kù)正常蓄水位166.67 m，相應(yīng)庫(kù)容32.80萬(wàn)m3；水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位168.52 m，相應(yīng)庫(kù)容44萬(wàn)m3；水庫(kù)校核洪水位169.27 m，相應(yīng)庫(kù)容48萬(wàn)m3。

2.6 大壩抗洪能力復(fù)核

2.6.1 壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，壩頂超高以下式計(jì)算：

式中：Y—壩頂超高，m；R—波浪沿著壩坡的最大爬高，m；A—安全加高，m，正常運(yùn)用條件取A=0.50 m，非常運(yùn)用條件取A=0.30 m。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》地震工況涌浪高度取0.80 m，壩體和地基的沉陷取0.20 m。

壩頂高程復(fù)核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)6。

表6 壩頂高程復(fù)核計(jì)算成果表

根據(jù)壩頂高程計(jì)算成果，壩頂高程由校核工況控制，計(jì)算壩頂高程為169.95 m?，F(xiàn)水庫(kù)壩頂高程最低處171.87 m 比計(jì)算壩頂高程169.95高出1.92 m。因此，大壩壩頂高程能滿足規(guī)范要求。

2.6.2 溢洪道泄流能力復(fù)核

溢流堰為寬頂堰，堰頂高程為166.67 m，單孔寬度為3 m，無(wú)閘門(mén)控制，開(kāi)敞式溢流，泄流計(jì)算采用《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》。

寬頂堰非淹沒(méi)出流時(shí)泄流能力公式：

式中：Q—流量，m3/s；B—總凈寬，m；H0—計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭，m；行近流速水頭暫按/2g=0；m—二元水流寬頂堰流量系數(shù)，與相對(duì)上游堰高P1/H與堰頭形式有關(guān)，查表可知m=0.385；ε—閘墩側(cè)收縮系數(shù)；B1—堰上游引水渠的寬度；b—堰孔寬度；K—閘墩形狀影響系數(shù)，矩形取0.19，圓弧取0.10。

溢洪道泄流能力復(fù)核計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 深田水庫(kù)溢洪道泄流能力復(fù)核計(jì)算表

深田水庫(kù)在設(shè)計(jì)工況（P=5%）和校核工況（P=0.5%）下根據(jù)調(diào)洪驗(yàn)算結(jié)果，泄洪流量分別為12 m3/s、19.90 m3/s。復(fù)核計(jì)算后，設(shè)計(jì)工況（P=5%）下水位為168.52 m 的泄流能力可達(dá)12.00 m3/s，校核工況（P=0.5%）下水位為169.27 m 的泄流能力可達(dá)19.96 m3/s。溢洪道泄流能力能滿足設(shè)計(jì)洪水和校核洪水條件下的下泄最大流量。

2.6.3 下泄洪水對(duì)大壩和下游影響

溢洪道建設(shè)在原有山坡上，尾部為挑坎式消能，漿砌石結(jié)構(gòu)，挑坎砌石結(jié)構(gòu)距大壩坡腳棱體腳約30 m，泄洪時(shí)對(duì)大壩影響很小。挑坎砌石結(jié)構(gòu)接下游土渠，有防沖拋石消能措施，下游渠道無(wú)沖刷塌陷，目前消能工運(yùn)行情況良好，故溢洪道泄洪對(duì)大壩和下游渠道無(wú)影響。

2.7 防洪能力復(fù)核結(jié)論

深田水庫(kù)于1958 年竣工，其大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；2004年水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；此次復(fù)核，確定深田水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇，總庫(kù)容為48 萬(wàn)m3，經(jīng)復(fù)核，設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）168.57 m，校核洪水位（P=0.5%）169.21 m。

此次安全評(píng)價(jià)復(fù)核計(jì)算得到的設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）168.57 m，校核洪水位（P=0.5%）169.21 m，加波浪爬高、安全超高后，壩頂高程應(yīng)不可低于169.95，現(xiàn)有壩頂高程最低處為171.87 m，可以滿足200 年一遇校核洪水的標(biāo)準(zhǔn)，不需要進(jìn)行安全加高處理。

溢洪道泄流能力滿足要求，消能防沖滿足要求，洪水能安全下泄水庫(kù)洪水調(diào)度運(yùn)用方式符合水庫(kù)的特點(diǎn)，能滿足大壩安全運(yùn)行。

深田水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)及大壩抗洪能力均滿足規(guī)范要求，洪水能夠安全下泄，大壩防洪安全性評(píng)定為A級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次防洪能力復(fù)核計(jì)算，全面系統(tǒng)地對(duì)深田水庫(kù)進(jìn)行防洪安全科學(xué)評(píng)價(jià)，充分掌握和了解除險(xiǎn)加固后抵御洪水的能力，從而為水庫(kù)的防洪調(diào)度和安全運(yùn)行提供必要可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。從復(fù)核成果來(lái)看，現(xiàn)狀壩頂高程滿足防洪要求，按《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，大壩防洪安全性為A級(jí)。