七一水庫除險加固工程設(shè)計洪水計算分析

彭和平，王葵華

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院，江西 南昌 330000）

1 工程概況

七一水庫位于鄱陽湖水系信江河玉山水支流金沙溪中游棠梨山西側(cè)，距玉山縣城約16.0 km，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的大(2)型水庫。水庫樞紐工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、灌溉發(fā)電引水隧洞及電站等。七一水庫總庫容為22800 萬m3，工程等級為Ⅴ等，按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）及《中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2017）》，確定七一水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇。

信江流域七一水庫運行多年以來部分工程老化，病險隱患頻現(xiàn)，急需除險加固改造。本文根據(jù)水庫基本資料，對水庫動工興建、加固擴(kuò)建安全評價以及本次除險加固等階段的設(shè)計暴雨洪水進(jìn)行分析與探討。

2 設(shè)計暴雨洪水計算

七一水庫無實測水文資料，采用無資料區(qū)域暴雨洪水設(shè)計計算方法進(jìn)行七一水庫設(shè)計洪水計算。水庫原暴雨洪水設(shè)計計算依照《萬安縣水文氣象手冊》（1958 年由萬安縣水文氣象站編制）計算。水庫加固擴(kuò)建階段重新進(jìn)行了暴雨洪水設(shè)計計算，主要依照1976 年由江西省水文總站編制出版的《江西省水文手冊》，本次除險加固階段暴雨洪水設(shè)計計算主要依據(jù)2010 年江西省水文局編制出版的《江西省暴雨洪水計算方法查算手冊》。

2.1 設(shè)計暴雨計算

七一水庫位于水文分區(qū)中的Ⅲ4 區(qū)，控制流域面積124.4 km2，河長12.7 km，河道平均比降1∶114，彎曲系數(shù)0.75。以壩址以上集水面積為中心查閱不同時段暴雨等值線圖以及CV等值線圖[1]，七一水庫設(shè)計暴雨復(fù)核計算結(jié)果見表1。

表1 七一水庫設(shè)計暴雨復(fù)核計算結(jié)果

七一水庫于1958 年7 月經(jīng)上級部門批準(zhǔn)動工興建，1987年江西省計委批準(zhǔn)七一水庫加固擴(kuò)建安全評價方案，擴(kuò)建后防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 年一遇，2010 年七一水庫大壩再次進(jìn)行除險加固工程項目施工。所以表1 中同時進(jìn)行了七一水庫原設(shè)計暴雨成果、加固擴(kuò)建階段設(shè)計暴雨成果以及本次除險加固階段設(shè)計暴雨成果的計算與對比，原設(shè)計階段成果較大，加固擴(kuò)建評價階段結(jié)果與本次比較接近。所以，本次除險加固階段仍然采用水庫加固擴(kuò)建評價階段設(shè)計暴雨成果[2]。

2.2 設(shè)計洪水計算

1）設(shè)計洪峰流量計算:

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量，m3/s；φp為徑流系數(shù)；F 為集水面積，m2；ip為匯流時間 τ 內(nèi)設(shè)計面的暴雨強(qiáng)度，mm/min；PτP面為匯流時間τ 的設(shè)計面暴雨雨量，mm；nlp和n2p為短歷時暴雨指數(shù)；L為河長，km；J 為河道坡度均值；x、y 為河道匯流指數(shù)。

2）設(shè)計洪量計算

式中：W三P為不同頻率下三日洪量設(shè)計值，萬 m3；W（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量設(shè)計值，萬m3；W24P為不同頻率下主峰洪量設(shè)計值，萬m3；P三P面為不同頻率下三日雨量設(shè)計值，mm；P24P面為不同頻率下 24 h 雨量設(shè)計值，mm；α三P為不同頻率下三日洪量徑流系數(shù)；α（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量徑流系數(shù)。

將數(shù)據(jù)代入式（1）～（4），不同頻率下設(shè)計洪峰洪量、最大24 h 洪量和三日洪量計算結(jié)果見表2。

表2 七一水庫設(shè)計洪水計算成果

上表有關(guān)七一水庫原設(shè)計洪水成果、加固擴(kuò)建安全評價階段設(shè)計洪水成果以及本次除險加固階段設(shè)計洪水成本計算結(jié)果表明，原設(shè)計成果較大，加固擴(kuò)建安全評價階段設(shè)計成果與本次相差不大。考慮到加固擴(kuò)建評價階段使用《江西省水文手冊》（1976）計算，本次除險加固階段使用《江西省暴雨洪水計算方法查算手冊》（2010）計算，同時在水庫加固擴(kuò)建評價階段選定采用本階段已通過審查的設(shè)計洪水復(fù)核成果，所以，本次采用成果仍為加固擴(kuò)建安全評價階段設(shè)計洪水成果。

2.3 設(shè)計洪水分析及安全評價

七一水庫本次除險加固階段設(shè)計暴雨和設(shè)計洪水計算方法與加固擴(kuò)建安全評價階段相同，但是點面折減系數(shù)等取值略有不同，導(dǎo)致設(shè)計暴雨和設(shè)計洪水計算結(jié)果不同[3]。通過比較七一水庫原設(shè)計階段暴雨洪水成果和加固擴(kuò)建安全評價階段暴雨洪水成果可以看出，原設(shè)計成果偏大，而加固擴(kuò)建安全評價階段與本次除險加固階段成果較為接近。所以，為保證水庫除險加固工程的順利安全進(jìn)行，本次除險加固工程采用加固擴(kuò)建安全評價階段設(shè)計暴雨和洪水的計算成果。

2.4 設(shè)計洪水合理性分析

根據(jù)所采用的設(shè)計洪水計算成果，并采用無資料地區(qū)設(shè)計暴雨洪水計算方法所求得的不同頻率設(shè)計洪水過程線，進(jìn)而可以計算出不同頻率洪水所對應(yīng)的基流量，在不同頻率洪水過程線的各個時段上加上相應(yīng)頻率洪水所對應(yīng)基流量，便可得到工程所在流域設(shè)計洪水過程線[4]。

將信江上游玉山水上饒站和信江中游弋陽站由實測洪水資料所計算的設(shè)計洪峰值及三日設(shè)計洪量值分別與七一水庫無資料地區(qū)設(shè)計暴雨洪水所計算的設(shè)計洪峰值、三日設(shè)計洪量進(jìn)行地區(qū)分布的分析，具體情況見圖1 和圖2。

圖1 七一水庫與水上繞站和弋陽站設(shè)計洪峰Q與面積F 關(guān)系圖

圖2 七一水庫與水上繞站和弋陽站設(shè)計三日洪量W與面積F 關(guān)系圖

從圖1 結(jié)果可知，相同頻率下七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設(shè)計洪峰地區(qū)分布關(guān)系，具體呈面積比的2/3 次方；從圖2 則可以得知，相同頻率下，七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設(shè)計三日洪量地區(qū)分布關(guān)系，具體呈面積比的1 次方。上述關(guān)系基本符合信江流域洪水的地域分布規(guī)律，也表明本文對七一水庫無資料地區(qū)設(shè)計暴雨洪水計算結(jié)果的合理性。

3 結(jié)論

通過對信江流域七一水庫除險加固工程設(shè)計暴雨洪水的計算與分析可以得知該地區(qū)洪水的分布及變化規(guī)律，結(jié)果表明，采用無資料地區(qū)設(shè)計暴雨洪水計算方法對于七一水庫除險加固工程設(shè)計洪水計算與分析的適用性和合理性，此外，根據(jù)本工程設(shè)計暴雨洪水的相關(guān)經(jīng)驗，除險加固的設(shè)計洪水計算所采用資料系列的可靠性與代表性必須有充分保證，并且依據(jù)水庫所處流域洪水的特點，選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計計算思路，保證設(shè)計過程和計算結(jié)果的合理性，為除險加固工程提供切實可行的設(shè)計依據(jù)。通過本文設(shè)計暴雨洪水的計算及分析為七一水庫除險加固工程的實施以及工程加固后防洪、生態(tài)改善、為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展服務(wù)等功能的發(fā)揮提供了翔實的數(shù)據(jù)支撐，也為類似工程建設(shè)提供了借鑒與參考。