英房水庫防洪標準復核分析

孫佳竹，袁克光

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺112000)

1 基本情況

英房水庫位于海城市馬風鎮朱紅峪村附近，在海城河右側的腰嶺子支流上。英房水庫是海城市馬風鎮海城河上游的控制性工程，主要是以灌溉為主，結合防洪、養殖、供水等綜合利用的水庫。英房水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫工程規模屬于小(1)型水庫。海城河流域為暖溫帶季風氣候區，春暖秋爽，夏熱東寒，春季偏旱，少雨多風，蒸發量大;夏季多東南風，氣候炎熱，濕潤多雨;四季冷暖干濕分明。多年平均降水量780.3 mm;多年平均蒸發量1 265 mm;多年平均氣溫8.4 ℃，氣溫由北向南遞增;最大凍土深度1.2 m。多年平均最大風速20 m/s。

2 設計洪水標準復核

2.1 設計暴雨

海城地區屬于南近渤海，為溫暖帶季風氣候區，此次進行各種標準計算時，采用無資料地區設計暴雨計算方法(遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法——遼寧省水文水資源勘測局1998年8 月編)，其計算結果見表1，英房水庫原計算結果見表2。

2.2 設計洪水

本流域洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1 d之內，最長可達3 d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪河流。一次降水即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型。從以上各表可以看出，原設計與復核所分析的英房水庫設計洪水成果兩者基本一致。

表1 英房水庫設計面雨量計算表

表2 英房水庫原設計面雨量計算表

2.3 計算成果及成果分析

英房水庫設計洪水計算成果見表3。

表3 英房水庫典型頻率設計洪量計算表

兩頻率的原設計洪水過程線和本次復核的設計洪水過程線經過對比，可以看出洪水總量兩者比較接近。

2.4 設計洪水復核結論

通過以上分析，本次復核的設計洪水與原設計洪水兩者在設計洪量的計算方法有所不同，經對比，前者總體上略大于后者。建議采用本次復核的設計洪水結果。

3 防洪標準復核

3.1 基本資料

英房水庫實際的控制運用條件為超過防洪限制水位114.5 m時為自由泄流。本次大壩安全評價中僅對洪水規模進行復核，防洪限制水位仍采用114.5 m。英房水庫各頻率設計入庫洪水均采用本次安全評價中分析的成果。水庫水位～庫容曲線采用實際測量成果，成果詳見表4;溢洪道的水位～泄量關系曲線采用重新復核計算成果，成果詳見表5;水庫水位～庫容曲線見圖1，溢洪道的水位～泄量關系曲線見圖2。

圖1 水庫水位～庫容曲線圖

表4 英房水庫水位～庫容關系曲線表

表5 英房水庫溢洪道水位～泄流量關系曲線表

圖2 溢洪道的水位～泄量關系曲線圖

3.2 復核計算

英房水庫現狀工程規模為:工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4 級。水庫的設計標準是50 a一遇，校核標準是500 a一遇。現水庫實際的控制運用條件是超過防洪限制水位114.5 m時為自由泄流。本次大壩安全評價中防洪限制水位仍采用114.5 m。輸水洞不參加調洪計算。水庫調洪計算采用簡易調洪方法，推求出各頻率洪水所對應的庫容、最大泄量［1］。英房水庫洪水調節計算成果見表6。

表6 英房水庫典型頻率設計調洪演算成果

3.3 水庫規模復核結論

通過英房水庫本次復核計算表明:水庫在各設計標準情況下，水庫的相應防洪庫容、最高洪水位、最大下泄流量均較原設計值小，是能夠滿足防洪的要求。

4 溢洪道現狀

溢洪道在大壩的右側，為河岸開敝式，系在弱風化巖石上開鑿而成，未作任何襯砌，巖石節理、裂縫甚多，溢洪較大時曾有局部沖刷，坍、塌現象。寬頂堰凈寬度21 m，堰頂高程114.5 m，下游未作消能設施。

泄量能力采用《溢洪道設計規范》SL253—2000的實用堰泄流公式計算:

式中:Q 為流量，m3/s;B 為溢流堰總凈寬，B =21 m;H0為計入行進流速水頭的堰上總水頭，m，H0=H+v2/2g;g 為重力加速度，g=9.8 m/s2;c 為上游堰坡影響系數，上游堰面為鉛直時，c=1;σs為淹沒系數;m 為流量系數;ε 為閘墩側收縮系數。

經計算，溢洪最大泄量為428 m3/s，從水位～泄量關系曲線查得，水位為120.31 m 時下泄流量為435 m3/s，二者比較結果相差不大，因此溢洪道泄量滿足要求。

5 壩頂高程復核

5.1 計算風速的確定

英房水庫多年最大平均風速達20 m/s，根據大壩洪水標準復核后的各種特征水位，按《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)的規定，復核壩頂高程。

5.2 壩頂高程復核

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)及水庫運用方式，分別按以下兩種運用情況計算，取其最大值:設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高;校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。

5.2.1 壩頂高程計算公式

式中:y 為壩頂超高，m;R 為最大波浪在壩坡上的爬高，m;e 為最大風壅水面高度，m;A 為安全加高，m。

5.2.2 波浪爬高R 計算

本次壩頂超高復核風浪要素的計算采用莆田試驗站公式。

5.2.2.1 平均波高h 計算

式中:g 為重力加速度，g=9.81 m/s2;H 為水域平均水深;D 為由計算點逆風向量到對岸的距離，m;W為設計洪水位取1.5 倍的多年平均年最大風速，校核洪水位取多年平均年最大風速。

5.2.2.2 平均波長λ 計算公式

式中:T 為平均波周期，按公式T=4.438 h0.5計算;H 為水域平均水深。

5.2.2.3 波浪爬高RP計算

式中:K△為斜坡的糙率滲透性系數，護面類型為砌石護坡，K△=0.8;KW為經驗系數;m 為斜坡坡率，土壩m坡前波浪的平均波高，m;λ 為壩前波浪的波長，m;設計波浪爬高RP，按爬高分布進行換算，該工程為4級建筑物，確定波高累積頻率P=1%。

5.2.2.4 風壅水面高度e 計算公式

式中:K 為綜合摩阻系數，K=3.6×10－6;β 為風向與水域中線的夾角，取β=0°;W 為水面上10 m處的風速，m/s;D 為從計算點作水域中線(或壩軸中線)的平行線與對岸的交點到計算點的距離，m;H 為水域的平均水深，m;安全加高A。

根據《碾壓式土石壩設計規范》(S274—2001)表5.3.1 取用:設計水位時，A =0.5 m，校核水位時，A=0.3 m。

經計算，設計洪水位:d =119.58 m;校核洪水位:d=121.21 m。

大壩現狀壩頂高程為119.9 m，防浪墻頂高程為120.9 m，小于計算出的最大壩頂高程，即現狀壩頂高程不滿足現行規范的要求。

6 防洪標準復核結論

結記:①英房水庫原大壩防洪設計標準為50 a一遇，校核標準為500 a校核。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)規定，水庫工程規模屬于小(1)型水庫，水庫的設計標準是50 a一遇，校核標準是500 a一遇;②本次英房水庫大壩安全評價采用1998 年省水文局編輯《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》對設計洪水復核，復核后設計洪水位為118.47 m，相應庫容為486 萬m3;校核洪水位為120.31 m，相應庫容為614 萬m3。均較原設計值低;③本次大壩安全評價計算壩頂高程高于現狀壩頂高程;④溢洪道最大泄量435.39 m3/s，滿足最大設計洪水時安全下泄。

綜上所述，英房水庫大壩防洪安全性分級為C 級。

［1］張云，侯鍇.鬧德海水庫防洪標準復核評價分析［J］.黑龍江水利科技，2009，37(03):134－136.