廣東省小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的有關(guān)問題

牟萍 袁明道,2 曾錦輝

（1. 廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東廣州 510610；2. 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 湖北武漢 430072）

1 引言

據(jù)有關(guān)資料顯示，廣東省現(xiàn)有各類水庫6562座，其中大中型水庫324座，小型水庫6238座，小型水庫的數(shù)量占 95.06%。這些水庫絕大多數(shù)修建于20世紀(jì)50至70年代，由于當(dāng)時歷史條件的限制，設(shè)計、施工技術(shù)落后，并且大多水庫為“三邊”工程。水庫大壩的設(shè)計、施工、監(jiān)測、運行管理等資料缺乏或不完備，資料的可靠性存疑，給水庫大壩安全鑒定帶來了很多難題。防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是結(jié)構(gòu)安全評價、大壩滲流安全評價的前提，本文就廣東省小型水庫大壩安全鑒定中防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核應(yīng)注意的問題進(jìn)行討論。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是根據(jù)大壩設(shè)計階段洪水計算的水文資料和運行期延長的水文資料，考慮建壩后上游地區(qū)人類活動的影響和大壩工程現(xiàn)狀，進(jìn)行設(shè)計洪水的復(fù)核和調(diào)洪計算，評價大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。因此，洪水標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計洪水、調(diào)洪演算和壩頂超高是水庫大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的關(guān)鍵。

2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)

在水庫大壩安全鑒定中，確定洪水標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)為《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）和《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180-2003）。理論上，只要嚴(yán)格按照由水庫大壩的工程等別和水工建筑物的級別確定的洪水標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計進(jìn)行比較，就可以回答原設(shè)計的大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)是否需要修改的問題。然而，廣東省大部分小型水庫大壩是20世紀(jì)50～70年代群眾性的水利工程，限于當(dāng)時的歷史條件，缺乏設(shè)計資料，或設(shè)計資料殘缺不全，無法判斷原設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

此外，實際洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核中還會遇到設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)偏高或偏低的現(xiàn)象。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)偏高主要有兩方面的原因：（1）小型水庫的校核防洪標(biāo)準(zhǔn)采用可能最大洪水（PMF），特別是“75.8”洪水后，很多小型水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)整，采用 PMF作為校核防洪標(biāo)準(zhǔn)；（2）平原區(qū)、濱海區(qū)的水庫大壩采用了山區(qū)、丘陵區(qū)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。如佛山市南海區(qū)的羊子崗、水渦、海靈王、九馬松、鐘坑五宗水庫，其最大壩高均小于10m，而洪水標(biāo)準(zhǔn)卻按山區(qū)、丘陵區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)選取的。

設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低的原因主要是隨著社會經(jīng)濟(jì)及城市化的發(fā)展，水庫保護(hù)范圍的擴(kuò)大、保護(hù)區(qū)的重要程度增加，原設(shè)計的洪水標(biāo)準(zhǔn)不能滿足現(xiàn)狀需求。

2.2 設(shè)計洪水

設(shè)計洪水的計算包括設(shè)計洪水總量、設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪水過程線。一般情況下，可采用由流量資料推求設(shè)計洪水和由暴雨資料推求設(shè)計洪水兩種方法。無論是由流量資料推求設(shè)計洪水，還是由暴雨資料推求設(shè)計洪水，都是概率論的角度來推理的，只有樣本數(shù)量足夠大時，樣本的分布才能以某種概率代表整體。根據(jù)水文學(xué)者多年的研究及實際工程經(jīng)驗，用于推求設(shè)計洪水的流量或暴雨資料系列一般應(yīng)具有 30年以上。很多小型水庫，沒有流量、雨量站，或者建站時間較短，不能滿足 30年以上的要求。因此，廣東省大多數(shù)小型水庫的設(shè)計洪水多采用綜合單位線和推理公式法。利用綜合單位線和推理公式推求設(shè)計洪水時，將涉及到集水面積、河長、坡降等地理參數(shù)及產(chǎn)、匯流參數(shù)。

2.2.1 工程集水區(qū)域地理參數(shù)

工程集水區(qū)域的地理參數(shù)包括集水面積、干流河長、干流坡降以及集水區(qū)域的平均高程。無論采用綜合單位線法還是推理公式法，工程集水區(qū)域的地理參數(shù)都是必選參數(shù)，這些參數(shù)關(guān)系到流域產(chǎn)、匯流的計算，直接影響到水庫的設(shè)計洪水。

對于一些運行幾十年的小型水庫，特別是一些城市的水庫，房地產(chǎn)的大量開發(fā)、城市雨污管線的修建，現(xiàn)狀的集水區(qū)域和產(chǎn)、匯流條件變化較大。如佛山市南海區(qū)水渦水庫，原設(shè)計的集雨面積為 1.2km2，2012年進(jìn)行安全鑒定時復(fù)核的集雨面積僅 1.07km2，集雨面積減少了 10.8%，在其他地形參數(shù)、產(chǎn)匯流條件相同的情況下，百年一遇的設(shè)計洪峰流量減少了 12.94%。集雨面積的減少，會使洪峰流量、洪水總量減少，從而使計算的設(shè)計水位降低，進(jìn)一步影響大壩的壩頂高程和滲流、結(jié)構(gòu)的計算。因此，在防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時，應(yīng)采用最新的地形圖來復(fù)核工程集水區(qū)域的地理參數(shù)。

2.2.2 產(chǎn)流計算

設(shè)計暴雨的計算步驟可以歸納為：設(shè)計點暴雨量→設(shè)計面暴雨量→設(shè)計毛雨過程→設(shè)計凈雨過程。廣東省小型水庫設(shè)計暴雨計算一般采用2003版《廣東省水文圖集》來查算，因此，在防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時設(shè)計點暴雨量的選取、點面換算系數(shù)和設(shè)計毛雨扣損對產(chǎn)流計算有特別大的影響。首先，設(shè)計點暴雨的選取，應(yīng)能夠代表流域的平均情況，一般在查圖時選取流域中心點的雨量來表示；其次，點面換算系數(shù)，不同區(qū)域、不同集雨面積、不同歷時的點面換算系數(shù)不同；再次，設(shè)計雨型的選擇，不同雨型對應(yīng)的設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪水過程線不同。

2.2.3 匯流計算

匯流是指降水扣除損失后，從流域各處向流域出口斷面匯集的過程；匯流計算則是計算出口斷面的洪水過程線。廣東省綜合單位線法采用逐時段線性疊加來計算地表徑流形成過程，可以同時推求設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪水過程線；推理公式法則是先計算設(shè)計洪峰流量，再推求設(shè)計洪水過程線。兩種方法均可以用于小型水庫設(shè)計洪水的推求，如何協(xié)調(diào)廣東省綜合單位線法的匯流參數(shù)m1和推理公式法的匯流參數(shù)m，則是匯流計算的關(guān)鍵。在兩者的協(xié)調(diào)與選取上，除了根據(jù)工程經(jīng)驗外，還應(yīng)結(jié)合工程所在地的地形條件，若匯流參數(shù)選取不當(dāng)，將會影響到設(shè)計洪水過程線的形狀。

2.3 調(diào)洪演算

調(diào)洪演算的目的是求出不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水的水位、庫容，是防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核必不可少的環(huán)節(jié)。影響調(diào)洪演算成果的因素有起調(diào)水位、水庫調(diào)度運行方式、水位～庫容曲線和泄流能力曲線。

（1）起調(diào)水位。一般情況下，起調(diào)水位是指防洪限制水位，即水庫的調(diào)洪演算從防洪限制水位開始進(jìn)行。然而，很多小型水庫大壩工程，沒有防洪限制水位，或水位無法降到防洪限制水位。這種情況下，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時，起調(diào)水位應(yīng)根據(jù)工程的實際情況進(jìn)行選取。

（2）水庫調(diào)度運行方式。水庫調(diào)度運行方式是調(diào)洪演算的依據(jù)，然而很多小型水庫沒有調(diào)度運行方式，或雖然有調(diào)度運行方案，但其有不可操作性。防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時，應(yīng)根據(jù)水庫汛期能達(dá)到的最低水位及泄洪建筑物實際尺寸進(jìn)行調(diào)洪演算。

（3）水位～庫容曲線。運行多年的小型水庫，由于泥沙淤積、養(yǎng)殖、房地產(chǎn)開發(fā)等原因，經(jīng)常會出現(xiàn)庫底高程增大、庫容減小的現(xiàn)象。因此，在水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時，應(yīng)根據(jù)最新測量的地形圖資料，重新復(fù)核水位～庫容曲線，并與原水位～庫容曲線進(jìn)行對比。

（4）泄流能力曲線。泄流能力曲線是根據(jù)泄流建筑物的形式、尺寸，擬定不同的上下游水位進(jìn)行計算得到的。然而，一些小型水庫的泄洪建筑物很復(fù)雜，如水渦水庫的泄洪建筑物為一涵管，進(jìn)口段為4.67m×2.80m（寬×高）的方涵，長約50m，方涵后接混凝土圓涵，直徑為1.2m，這時計算泄流能力曲線時要特別注意控制段的選取及泄洪建筑物邊界對泄流能力的影響。

2.4 壩頂超高

壩頂超高復(fù)核的關(guān)鍵是波浪、風(fēng)浪要素的計算，風(fēng)速的大小及風(fēng)區(qū)長度直接影響到波浪爬高和風(fēng)雍水面高度。由于小型水庫一般沒有風(fēng)速測定儀器，很難確定設(shè)計風(fēng)速的大小及風(fēng)區(qū)長度和風(fēng)區(qū)內(nèi)水域的平均水深。因此，在壩頂超高復(fù)核時，應(yīng)盡量根據(jù)工程實際情況，結(jié)合相似工程條件，選取合理的設(shè)計風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長度及風(fēng)向，從而為壩頂高程計算提供一個可靠的參數(shù)值。

3 結(jié)束語

水庫大壩安全鑒定的目的是對水庫大壩工程做一次“全身體檢”，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核則是“全身體檢”的一個重要方面，也是其他環(huán)節(jié)的前提和條件，因此，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核在水庫大壩安全鑒定中具有不可替代的作用。本文對廣東省小型水庫大壩安全鑒定防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時，經(jīng)常遇到的問題進(jìn)行了總結(jié)，旨在為未來小型水庫大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核提供借鑒。

1 陳朝輝. 廣東小型水庫整治 勢在必行[N].科學(xué)時報,2009.03.10.

2 SL258-2000水庫大壩安全評價導(dǎo)則[S]. 北京: 中國水利水電出版社, 2001.

3 蔣金平. 水庫大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核中存在的不足與問題[J].水利建設(shè)與管理, 2003.04: 43-44.