某水庫防洪能力復(fù)核分析

彭丹鳳

（安福縣河湖灌溉服務(wù)中心，江西 吉安 343200）

1 工程概況

大壩壩址控制流域面積31.83 km2，河長10.45 km，河道平均比降18.75‰，多年平均降雨量493.30 mm，多年平均來水量234×104m3。水泉溝水庫為小（1）型水庫，工程等級為Ⅳ等。水庫20 年一遇設(shè)計洪水位501.56 m，200 年一遇校核洪水位502.80 m，溢洪道最大下泄流量527.27 m3/s，水庫總庫容93.7×104m3。水庫樞紐由攔河壩、溢洪道、輸水洞組成。

2 調(diào)洪計算

2.1 調(diào)洪原則

水庫大壩為無閘門控制，水庫水位超過499.65 m時洪水自由下泄。輸水洞可作為汛前提前預(yù)泄，但不參與泄洪。

2.2 設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算

簡化三角形法調(diào)洪演算原理是水庫水量平衡。

式中：QP為設(shè)計洪峰流量，m3/s；V防為防洪庫容，104m3；W調(diào)P為洪水總量，104m3。水庫不同5%設(shè)計頻率洪水調(diào)洪過程見圖1。

圖1 水庫不同5%設(shè)計頻率洪水調(diào)洪過程圖

2.3 設(shè)計洪水特征值復(fù)核

復(fù)核設(shè)計洪水特征值與原特征值比較見表1。

表1 復(fù)核設(shè)計洪水特征值與原特征值比較表

2010 年除險加固報告中，校核水位502.72 m 對應(yīng)庫容為100.22 萬m3，與2010 年除險加固報告核定總庫容113 萬m3不一致，此次計算300年一遇洪水對應(yīng)庫容為97.04萬m3，說明經(jīng)過近10 年的淤積，水庫庫容已經(jīng)不滿足小（1）型水庫庫容標準，此次安全評價按照小（2）型水庫進行評價。

2.4 設(shè)計洪水特征值復(fù)核結(jié)論

水庫2010 年除險加固設(shè)計洪水標準30年一遇，校核洪水300 年一遇。復(fù)核后的最大壩高19.12 m，上下游最大水頭差10.09 m，擋水高度大于15 m，上下游最大水頭差大于10 m，洪水標準仍按山區(qū)、丘陵區(qū)確定。復(fù)核后水庫特征值見表2。

表2 復(fù)核后水庫特征值表

3 水庫抗洪能力的復(fù)核

3.1 樞紐現(xiàn)狀

①大壩：水庫大壩為黏土心墻砂殼壩，長148 m，壩頂高程499.65 m，最大壩高19.12 m，壩頂寬度4 m。迎水側(cè)坡比1∶2.60，背水側(cè)戧臺以上坡比1∶1.8，戧臺以下坡比1∶2.0。

②溢洪道：水泉溝水庫溢洪道位于大壩右端，為開敞式溢洪道，全長41.23 m，其中：鋪蓋長度15 m，齒墻伸入地下1.50 m，堰長4.50 m，泄槽段長17.51 m，溢洪道堰體為b型駝峰堰，堰寬50.30 m，堰頂高程為499.65 m，陡槽段i=0.34。溢洪道末端采用挑流消能，反弧段長4.22 m。溢洪道基巖為石灰?guī)r，堰體及陡坡段均為鋼筋混凝土襯砌，厚度為0.30 m。

③輸水洞：輸水洞在大壩左側(cè)，為涵管型式，全長85 m，洞徑為1.14 m，由80#漿砌石和壁厚為0.30 m的C20鋼筋砼襯砌，進口高程493.32 m。啟閉平臺底高程為503.38 m。

3.2 壩頂高程復(fù)核

根據(jù)前面水庫規(guī)模的確定，大壩建筑物級別為5級。壩頂超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定取值。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，并按以下運用條件計算，取其最大值：①設(shè)計洪水位加正常運用條件的壩頂超高，②校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高。

壩頂超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定計算公式計算：Y=R+A （2）

式中：Y 為壩頂超高，m；R 為最大波浪在壩坡上的爬高，m；A為安全加高，m。

根據(jù)復(fù)核后壩頂及防滲體頂高程計算成果表及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》壩體結(jié)構(gòu)要求：

①現(xiàn)狀防浪墻高度1 m，符合規(guī)范要求（1～1.2 m）；②大壩現(xiàn)狀防浪墻墻頂高程504.12 m，大于本次復(fù)核墻頂高程504.10 m（校核水位），滿足規(guī)范要求；③大壩現(xiàn)狀壩頂高程503.12 m，大于正常運用條件下（設(shè)計工況），高出靜水位（501.56 m）0.50 m（502.06 m）要求，同時大于非常運用條件下（校核工況）靜水位（502.80 m），滿足規(guī)范要求。

經(jīng)洪水復(fù)核，大壩防浪墻頂及壩頂高程均滿足規(guī)范。

3.3 溢洪道墻頂高程復(fù)核

3.3.1 控制段頂高程復(fù)核

計算工況：泄洪時：校核洪水位+A，擋水時：正常高水位（設(shè)計洪水位）+hm+hz+A。

式中：A為安全加高，m；hm為平均波高，m；hz為波浪中心線與設(shè)計水位的高差，m。

計算結(jié)果表明，泄水工況下溢洪道控制段兩側(cè)邊墩頂部高程均高于復(fù)核計算頂高程，因此控制段頂高程滿足規(guī)范要求。

3.3.2 泄槽邊墻墻頂高程復(fù)核

泄槽水面線根據(jù)能量方程，采用分段求和法計算，公式為：

式中：Δl1-2為分段長度，m；h1，h2為分段始、末斷面水深，m；v1，v2為分段始、末斷面平均流速，m/s；α1，α2為流速分布不均勻系數(shù)，取1.05；θ為泄槽底坡角度，（°）；i 為泄槽底坡，i=tgθ；J 為段內(nèi)平均摩阻坡降；n 為泄槽糙率系數(shù)，底板混凝土取0.015；v為分段平均流速，m/s；R為分段平均水力半徑，m。

式中：h為斷面設(shè)計水深；V為設(shè)計斷面流速。

泄槽邊墻頂高程按200年一遇校核洪水（596.50 m3/s）摻氣水面線高程加安全超高計算，安全超高根據(jù)工程重要性取0.30 m。校核水位為502.80 m，對應(yīng)的溢洪道泄量為596.50 m3/s。

溢洪道泄槽邊墻墻頂高程技術(shù)結(jié)果可看出，泄槽邊墻高度水面線超過邊墻頂高程，邊墻高度不滿足規(guī)范要求。

3.4 輸水洞平臺頂高程復(fù)核

閘門、啟閉機及電氣設(shè)備工作平臺高程根據(jù)《水利水電工程進水口設(shè)計規(guī)范》，進水口工作平臺高程為特征擋水位加安全超高。為應(yīng)對特殊工況（校核工況需開啟輸水洞保壩），仍要求輸水洞平臺具一定高程安全。

為保證特殊工況下能夠開啟閘門，要求平臺安全加高滿足：Y=hm+A （6）

式中：Y為平臺超高，m；hm為波高，m；A 為安全加高，m。

波浪要素計算采用《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》莆田實驗站公式。工作平臺高程計算結(jié)果表明可以看出啟閉平臺頂高程滿足要求。

4 結(jié)論

對水庫調(diào)洪演算以及壩頂高程等進行復(fù)核計算結(jié)果表明：水庫總庫容93.70×104m3，工程規(guī)模為小（2）型水庫，工程等別V等，主要水工建筑物等級5級。水泉溝水庫復(fù)核后的最大壩高19.12 m，上下游最大水頭差10.09 m，擋水高度大于15 m，上下游最大水頭差大于10 m。大壩壩頂（防浪墻）大于現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求；溢洪道邊墻高度不滿足泄洪要求，應(yīng)采取相關(guān)措施。