小型水庫洪水復核方法探討

路偉亭

（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 233000）

小型水庫洪水復核方法探討

路偉亭

（安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 233000）

本文采用《安徽省暴雨系數等值線圖、山丘區產匯流分析成果和山丘區中、小面積設計洪水計算辦法》，由設計暴雨推求設計洪水，給小型水庫安全評估或安全鑒定提供依據，希望能為小型水庫的除險加固起到一定的借鑒、指導作用。

水庫 設計洪水 頻率

1 基本情況

鳳陽縣某水庫位于鳳陽縣殷澗鎮，該水庫屬淮河流域，濠河水系，集水面積1.7km2。本次按20年一遇設計、300年一遇校核標準對該水庫洪水進行復核。該水庫工程級別為Ⅴ等，主要永久建筑物級別為5級。樞紐工程由大壩、溢洪道及放水涵洞組成。大壩為均質土壩，全長120m，壩頂寬3m，壩頂高程65.3m，最大壩高8m，迎水坡坡比1∶2.0，背水坡坡比1∶2.0。大壩為人工施工。水庫溢洪道為寬頂堰式，現有寬度12m，底高程63.9m，最大流量11.0m3/s。

2 洪水復核

2.1 基本資料

2.1 .1 流域特性

根據萬分之一地形圖對該水庫總流域參數進行了復核，流域面積1.70 km2，河道長度2.4 km，流域平均寬度0.87 km，河道平均坡度9.8‰,流域形狀系數0.30。

2.1 .2 氣象水文

該水庫位于江淮之間，屬丘陵區地形，氣候屬南北過渡帶，梅雨季節明顯，雨熱同季，降雨集中，冷暖氣團交鋒頻繁、進退多變。降雨時空分布不均，年際和年內降雨量變化較大，洪旱災害頻繁，主汛期在7～9月。

根據鳳陽縣氣象站觀測資料顯示，本地區氣候溫和、四季分明，實測多年平均氣溫14.9℃，最高平均氣溫20.2℃，最低年平均氣溫10.5℃。風向多為偏東風，西北風次之，冬季盛行偏北風，夏季偏南風，多年平均風速為2.7m/s，實測多年平均最大風速為11.4m/s。

該水庫流域上游未設水文測站，建庫前后均沒有任何實測徑流和洪水資料。根據鳳陽氣象站多年觀測資料統計分析，多年平均年降水量為918mm，主汛期7～9月，多年平均3個月降水量為472.6mm，1日最大暴雨均值94.8mm，3日最大暴雨量多年平均值119.5mm，是1日最大暴雨量的

1.26倍。由于降水時空分布不均勻，夏季晴熱多雨，暴雨強度大，歷時短，地勢較陡，匯流較快，水澇災害頻繁發生。

2.2 設計洪水

2.2 .1 設計暴雨計算

該水庫壩址處自建庫前后均無實測流量資料，根據《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL44—2006），可由設計暴雨推求設計洪水。

表1 該水庫各種頻率設計洪水過程線

根據鳳陽氣象站降雨資料統計，多年平均最大1日暴雨為94.8mm。而根據《安徽省暴雨系數等值線圖、山丘區產匯流分析成果和山丘區中、小面積設計洪水計算辦法》（以下簡稱“84辦法”）及《安徽省長短歷時年最大暴雨統計參數等值線圖》（1995年版），查得該水庫所在流域最大24小時暴雨均值為100mm。

根據以上兩種方法計算所得的設計暴雨均值基本一致。由于“84辦法”中的暴雨等值線圖是根據安徽省近600多個雨量站觀測資料繪制的，且對地形條件、高低值地區變化規律、抽樣誤差及各種歷時參數圖之間的協調等作了全面考慮，因此選用“84辦法”暴雨成果更為合理，設計暴雨參數：年最大24小時點雨量均值100mm，年最大1小時點雨量均值49mm，變差系數CV24=0.6，變差系數CV1=0.5，偏差系數CS=3.5CV。

2.2 .2 設計洪水推求

該水庫流域面積1.7km2，暴雨點面系數α24＝α1＝1，形狀系數f=0.30，洪峰修正系數0.90，需進行洪峰修正。

表2 該水庫各種頻率設計洪水復核成果表

2.3 調洪演算

2.3 .1 泄洪設施及運用方式

現狀泄洪設施有溢洪道一座，為無閘控制款頂堰結構。底高程為63.9m，凈寬12m。水庫現狀正常蓄水位為63.9m，故水庫調洪演算起調水位為63.9m，即當庫水位超過63.9m時正常溢洪道開始溢流泄洪。

該水庫泄洪設施水位～泄量關系表如表3所示。

2.3 .2 調洪演算

（1）調洪演算基本方程

Q1、Q2為時段 Δt始、末入庫流量，q1、q2為時段 Δt始、末出庫流量，V1、V2為時段Δt始、末的水庫庫容。

（2）調洪演算方法及成果

本次根據水庫現狀防汛控制運用原則、現狀泄流能力曲線和水庫現狀水位庫容曲線，和水庫水量平衡基本方程，采用水庫壩址洪水靜庫容法，對各頻率設計洪水進行調洪演算，調洪演算成果見表4。

3 壩頂高程復核

3.1 壩頂超高計算

根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）（以下簡稱“導則”），壩頂超高按下式確定：

式中：Y——壩頂在靜水位以上的超高（m）；

R——風浪沿著壩坡的最大爬高（m），由計算確定；

A——安全加高，正常運用情況和非常運用情況分別為0.50m和0.3m。

（1）波高和波長計算

根據“導則”第6.1.6條，計算大壩波浪爬高時，所采用設計風速：正常運用條件下為多年平均最大風速的1.5倍，非常運用條件下，采用多年平均最大風速，該水庫多年平均最大風速為11.4m/s，根據庫區地形，由萬分之一地形圖量得風區長度D=150m。

參照《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001）（以下簡稱“規范”）附錄A.1.6規定，該水庫屬于丘陵、平原區水庫，又W<26.5m/s，D<7500m，故其波高及波長采用鶴地公式計算，計算公式如下：

式中：w——計算風速（m/s）；

D——風區長度（m）；

h2%——累積頻率為2%的波高（m）。

表3 該水庫泄洪設施水位～泄量關系表

（2）平均波浪爬高計算

平均波浪爬高Rm參照“規范”附錄A.1.12計算。

該水庫大壩上游壩坡為2，故波浪平均爬高為

式中：KΔ——斜坡的糙率滲透性系數，護面類型為草皮護面確定KΔ=0.85。

m——斜坡的坡度系數。

（3）設計爬高R值計算

設計爬高R值按5級土石壩取累積概率P=5%爬高值R5%。

（4）壩頂超高y值計算正常運用條件下壩頂超高：y=0.4972+0.0013+0.5=1.00m，非常運用條件下壩頂超高：y=0.268+0.0005+0.3=0.57m。

3.2 地震安全加高復核

根據《中國地震參數區劃圖》（GB18306—2001），該水庫壩址地震動峰值加速度值為0.1g，相應地震基本烈為7°，該工程地震設防烈度為7°。按《水工建筑物抗震設計規范》（SL203—97）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96），該水庫地震涌浪高度確定為0.5m，不計地震沉降。

3.3 壩頂高程復核

根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）第6.1.2條規定，壩頂高程分別按以下運用情況計算取其最大值。

設計水位+正常運用情況壩頂超高：65.7m；

校核水位+非常運用情況壩頂超高：66.0m；

正常蓄水位加非常運用情況的壩頂超高和地震涌浪高度：65.0m；

取以上條件的最大值，壩頂高程為52.58m。

以上計算結果表明，該水庫壩頂高程由校核情況控制，要求最小壩頂高程為66.0m。水庫現有壩頂高程為65.30 m，故現有壩頂高程不滿足規范要求。

4 結論

通過對水庫洪水復核及壩頂高程復核結果，該水庫現狀壩頂高程不滿足水庫300年一遇洪水要求，可通過拓寬溢洪道加大泄洪能力或加高大壩，以保證水庫安全運行