某水庫防洪能力復核分析

張曉蘭

（山東省臨沂市費縣許家崖水庫管理中心,山東 臨沂 273400）

1 引言

水庫防洪能力是水庫的重要功能之一。水庫防洪能力受到多個因素影響,包括水庫的防洪設計標準、上游洪水量以及水庫過流能力等[1-4]。各個參數的準確性對水庫防洪能力的影響較大,因此,在水庫防洪能力復核時需要將各參數調查和計算準確。目前,上游洪水量的調查是防洪能力復核分析的重要工作,設計洪水參數通常采用綜合單位線法、推理公式法、經驗公式3 種方法,不同方法對設計洪水有一定的影響,在防洪復核階段需要準確選擇合適的方法,從而獲取可靠的數據,為防洪復核提供參考[5-8]。

2 工程概況

水庫原設計總庫容為60.0 萬m3,設計洪水標準為20 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇。水庫為小（2）型水庫,工程等別為Ⅴ等,主壩級別為5 級。水庫防洪標準可按10 年一遇設計,50 年～20 年一遇校核,見表1。可見,水庫原設計防洪標準滿足《防洪標準》（GB 50201-2014）要求。防洪能力復核采用原防洪標準進行計算,即設計洪水標準為20 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇。

表1 水庫工程水工建筑物的防洪標準

3 設計洪水復核

3.1 集雨面積

水庫壩址斷面以上集雨面積,復核結果為0.72 km2,與原設計集雨面積（0.7158 km2）基本一致。從工程安全角度考慮,設計洪水復核計算采用復核后集雨面積。

3.2 設計暴雨

根據《省暴雨參數等值線圖》（2003 年）,結合水庫工程所在位置各歷時點暴雨量統計參數Ht、Cv、Kp,Cs采用3.5 Cv,計算得到工程所在區域50 年、20 年一遇各歷時設計暴雨值。由于水庫集雨面積較小,區域內各點參數基本一致,因此,統計參數見表2。

表2 暴雨統計參數

3.3 設計洪水

結合周邊工程經驗,該區域水庫工程設計洪水參數需要分別采用“綜合單位線法”“推理公式法”和廣東省洪峰流量經驗公式三種方法進行計算,選取合適的設計洪水參數結果。

（1）綜合單位線法

該方法采用以下參數[9]：

1）設計雨型；

2）暴雨低區的αt～t～F 關系圖；

3）產流參數；

4）綜合單位線法滯時m1～θ關系圖中的大陸低區線（B線）；

5）采用綜合單位線Ⅱ號無因次單位線。

（2）推理公式

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；SP為相應頻率P%的面雨量的暴雨強度,mm；τ為匯流時間,h；L 為河長,km；J 為坡降；f 為平均損失率；F 為集雨面積,km2；m 為匯流參數,查推理公式匯流參數m～θ關系圖。

兩種方法計算成果有一定的差異,本著在綜合單位線滯時m1和推理公式匯流參數m 彈性范圍內原則,結合工程集水區域下墊面條件合理調整匯流參數,使兩種方法的設計洪峰流量相差小于20%。

（3）洪峰流量經驗公式

式中：Qp洪峰流量,m3/s；C1系數,當P=2%時,取0.067,當P=5%時,取0.064,當P=10%時,取0.06；H24P頻率為P 的24 小時設計暴雨量,mm；F 集雨面積,km2。

根據水庫壩址斷面原設計集水面積及下墊面實際情況,根據上述公式計算得到不同設計頻率下水庫大壩壩址斷面設計洪水參數,計算結果見表3。在各個頻率下,綜合單位線法和推理公式法計算所得最大洪峰流量差異均未超過20%,兩種方法計算結果之間的誤差在合理范圍之內,可根據實際情況選取合適的計算方法。根據前述的設計洪水計算方法,水庫設計入庫洪水過程線見圖1 和圖2。考慮到本工程集雨面積小于10 km2,并對比廣東省洪峰流量經驗公式法計算成果。從工程安全角度考慮,水庫防洪能力復核分析中可采用推理公式法所得結果。

圖2 水庫設計入庫洪水過程線（推理公式法）

表3 水庫設計洪水計算成果表

3.4 合理性分析

根據以往工作經驗及水庫附近已建工程分析本次設計洪水成果的合理性。片區另一水庫集雨面積為1.192 km2,20 年一遇洪峰流量為20.5 m3/s,洪峰流量模數為17.21。在此次水庫防洪能力復核分析中,計算得到水庫20 年一遇洪峰流量為13.9 m3/s,洪峰流量模數為19.31,該參數高于水庫臨近人工湖洪峰流量模數。考慮到水庫集雨區內山地面積占比較高,且地面落差較大,認為水庫洪峰流量模數高于人工湖洪峰流量模數是合理的。因此,認為設計洪水計算成果是合理的。

4 大壩抗洪能力復核

4.1 壩高復核

靜水位以上的超高計算如下：

式中：y 壩頂超高,m；R 波浪爬高,m；e 風壅水面高度,m；A 安全加高,m,按表4 選取。

表4 安全加高A 值 單位：m

（1）最大風壅水面高度計算方法

式中：W 計算風速,m/s；D 風區長,m；K 綜合摩阻系數,取3.6×10-6；β計算風向與壩軸線法線的夾角,取9°；Hm水域平均水深,m。

等效風區長度計算公式：

式中：De等效風區長度,m；Di計算點至水域邊界的距離,m,i取0,±1,±2,±3,±4,±5,±6；i第i 條射線與主射線的夾角,等于i×7.5°。

（2）波浪爬高計算公式

食品藥品檢驗機構是食品、藥品、化妝品、醫療器械、保健品檢驗的法定檢驗檢測機構，其最終產品為檢驗報告[1]。檢驗報告數據的真實、可靠事關人民群眾飲食用藥安全和食品藥品行政監督管理的順利實施[2]。檢驗檢測機構的能力建設除了基本設施、環境、檢驗檢測設備之外，人力資源是其強化自身功能、實現可持續發展的關鍵。如何加強檢驗檢測人才隊伍建設是各檢驗檢測機構亟待解決的問題。本文通過對廣西8家地市級食品藥品檢驗檢測機構人力資源現狀進行調查，了解廣西市級食品藥品檢測機構人員狀況，發現存在問題，并提出相應措施。

波浪爬高計算公式如下：

式中：hm平均波高,m；W 計算風速,m/s；D 風區長,m；Hm水域平均水深,m；Tm平均波周期,s。

平均波長計算公式如下：

式中：Lm平均波長,m；H 壩迎水面前水深,m。

正向來波在單坡上的平均波浪爬高計算公式如下：

1）當m=1.5～5.0 時

2）當m ≤1.25 時

3）當1.25＜m＜1.5 時,由m=1.25 和m=1.5 的計算值內插確定。

式中：Rm平均波浪爬高,m；m 單坡的坡度系數,弱坡腳為α,即等于cotα；KΔ斜坡的糙率滲透性系數；KW經驗系數。

根據以上公式計算結果,結合水庫測量資料計算得水等效庫風區長度為288.1 m,水庫上游壩坡坡度系數m=2.5,KΔ取0.90,根據計算,水庫大壩壩頂高程計算結果見表5。

表5 壩頂高程計算成果表

根據表5 水庫壩頂高程計算結果可知,水庫大壩頂部的高程按要求不得低于24.539 m,現有大壩防浪墻頂高程25.00 m,高出規范要求約0.46 m,滿足規范要求。

4.2 溢洪道頂高程復核

水庫為開敞式溢洪道,溢洪道頂高程為24.25 m。水庫校核洪水位為23.23 m,加上安全超高值0.3 m 為23.53 m,低于溢洪道控制段頂高程,滿足規范要求。

5 結論

結合某水庫實際情況,獲取水庫壩址區水文參數,對水庫防洪能力進行復核分析,主要結論如下：

（1）根據水庫大壩實際情況,從安全方面考慮采用推理公式方法獲取的設計洪水參數進行水庫防洪能力復核分析。

（2）從復核成果來看,現狀壩頂高程（防浪墻頂高程）滿足防洪要求。

（3）現狀溢洪道能夠滿足安全下泄的要求。

（4）根據水庫大壩安全復核分析結果,水庫大壩防洪安全性等級評定為“A 級”。