亭下水庫(kù)防洪預(yù)泄能力提升研究

許 璐

（寧波原水有限公司亭下水庫(kù)分公司，浙江 寧波 315500）

水庫(kù)作為調(diào)蓄河川徑流最為主要的工程措施在流域防洪中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著河流水資源開(kāi)發(fā)利用率的提高，水庫(kù)開(kāi)發(fā)建設(shè)越來(lái)越受到水資源紅線的剛性約束。因此，通過(guò)防洪預(yù)泄措施，優(yōu)化水庫(kù)群調(diào)度，進(jìn)一步發(fā)掘已建水庫(kù)的防洪潛力已成為提升流域防洪能力建設(shè)體系的重要手段[1-2］。本文以亭下水庫(kù)為研究對(duì)象，對(duì)已建水庫(kù)提升防洪能力措施進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1 工程概況

亭下水庫(kù)是寧波市內(nèi)的一座大型水庫(kù)。壩址集水面積為176 km2，亭下水庫(kù)壩址至溪口水文站區(qū)間流域面積164 km2，水庫(kù)集水面積占溪口水文站以上集水面積的51.8%，水庫(kù)控制了剡江的主要洪水，對(duì)上游來(lái)水起到了有效調(diào)控。亭下水庫(kù)現(xiàn)有泄洪設(shè)施僅為泄洪閘，在庫(kù)水位81.05 m 時(shí)泄流能力為0 m3／s，在庫(kù)水位82.05 m 時(shí)的泄流能力為80 m3／s。前期泄洪能力的欠缺，直接導(dǎo)致有效防洪庫(kù)容被擠占，削弱了水庫(kù)洪峰期的攔蓄能力，水庫(kù)洪水調(diào)度不夠靈活。亭下水庫(kù)所在流域及地理位置見(jiàn)圖1。

圖1 亭下水庫(kù)地理位置

2 防洪能力提升方案研究

初步設(shè)想通過(guò)改造現(xiàn)有放空洞或新開(kāi)泄洪洞，使水庫(kù)在汛限水位81.05 m 時(shí)具備足夠的泄流能力，擬定下述3 個(gè)方案。

2.1 方案初定

（1）放空洞改造為泄洪洞

本方案考慮對(duì)放空洞所在壩段（9#壩段）進(jìn)行局部加固改造，放空洞出口新建事故閘門，功能調(diào)整為泄洪放空洞，使水庫(kù)在汛限水位時(shí)具備167 m3／s 的泄流能力。

（2）左岸新開(kāi)泄洪洞（260 m3／s）

本方案結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)條件，考慮在水庫(kù)左岸新開(kāi)泄洪洞，達(dá)到提高預(yù)泄功能的目的，使得水庫(kù)在汛限水位具備260 m3／s的泄流能力。

（3）左岸新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s）

水庫(kù)左岸新開(kāi)泄洪洞，使得水庫(kù)在汛限水位具備280 m3／s的泄流能力。

2.2 方案比選

根據(jù)擬定的方案從納雨能力、降低校核洪水位等方面進(jìn)行比較。

（1）納雨能力分析

按照寧波市大中型水庫(kù)洪水防御總體思路，具備預(yù)泄功能的水庫(kù)，應(yīng)在洪水來(lái)臨前盡可能實(shí)施預(yù)泄，降低起調(diào)水位。考慮提前預(yù)泄24 h、48 h，達(dá)到防洪高水位、歷史最高洪水位前實(shí)現(xiàn)洪水全攔，計(jì)算水庫(kù)納雨能力，成果分析見(jiàn)表1、表2。

表1 提前24h 預(yù)泄各方案納雨能力計(jì)算表

表2 提前48h 預(yù)泄各方案納雨能力計(jì)算表

從表1 分析可知，方案1 放空洞改造為泄洪洞后，水庫(kù)在汛限水位具備167 m3／s 的預(yù)泄能力，24 小時(shí)最多可預(yù)泄水量1401 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量302 mm，實(shí)現(xiàn)5 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量364 mm，實(shí)現(xiàn)5 年一遇洪水全攔。

方案2 新開(kāi)泄洪洞（260 m3／s），24 小時(shí)最多可預(yù)泄水量2164 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量346 mm，實(shí)現(xiàn)5 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量422 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔。

方案3 新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s），24 小時(shí)最多可預(yù)泄水量2308 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量354 mm，實(shí)現(xiàn)5 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量430 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔。

從表2 分析可知，方案1 放空洞改造為泄洪洞后，水庫(kù)在汛限水位具備167 m3／s 的預(yù)泄能力，48 小時(shí)最多可預(yù)泄水量2721 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量377 mm，實(shí)現(xiàn)5 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量453 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔。

方案2 新開(kāi)泄洪洞（260 m3／s），48 小時(shí)最多可預(yù)泄水量4151 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量459 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量534 mm，實(shí)現(xiàn)50 年一遇洪水全攔。

方案3 新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s），48 小時(shí)最多可預(yù)泄水量4445 萬(wàn)m3，至歷史最高水位全攔可納雨量476 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔；至防洪高水位全攔可納雨量551 mm，實(shí)現(xiàn)50 年一遇洪水全攔。

（2）降低亭下水庫(kù)校核水位、征地水位效益

亭下水庫(kù)預(yù)泄設(shè)施改造不同方案泄流能力見(jiàn)表3。

表3 不同方案泄流能力表 單位：m3／s

根據(jù)擬定的方案進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，由表4 分析可知，方案1通過(guò)放空洞改造泄洪洞后萬(wàn)年一遇校核洪水位91.69 m，與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低0.07 m；20 年一遇防洪高水位與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低1.07 m。

表4 不同方案調(diào)洪計(jì)算成果表

方案2 新開(kāi)泄洪洞（260 m3／s），萬(wàn)年一遇校核洪水位91.69 m，與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低0.07 m；20 年一遇防洪高水位與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低1.12 m。

方案3 新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s），萬(wàn)年一遇校核洪水位91.69 m，與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低0.07 m；20 年一遇防洪高水位與水庫(kù)加固改造初設(shè)階段相比，降低1.12 m。

從提升水庫(kù)預(yù)泄能力角度上看，方案1 放空洞改造為泄洪洞方案，48 h 可預(yù)泄水量2721 萬(wàn)m3，至防洪高水位全攔可納雨量453 mm，實(shí)現(xiàn)20 年一遇洪水全攔；方案2 新開(kāi)泄洪洞（260 m3／s），48 h 可預(yù)泄水量4151 萬(wàn)m3，至防洪高水位全攔可納雨量534 mm，實(shí)現(xiàn)50 年一遇洪水全攔；方案3 新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s），48 h 可預(yù)泄水量4445 萬(wàn)m3，至防洪高水位全攔可納雨量551 mm，實(shí)現(xiàn)50 年一遇洪水全攔。方案2 與方案3 均能有效解決現(xiàn)狀水庫(kù)預(yù)泄能力不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)50 年一遇洪水全攔，但由于水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中歷史最高洪水位為86.93 m，較20 年一遇防洪高水位89.26 m 差距較大，防洪庫(kù)容相對(duì)壓縮，同時(shí)考慮到水庫(kù)大壩安全問(wèn)題，方案3 提升水庫(kù)預(yù)泄效果更為有效，方便水庫(kù)靈活調(diào)度，有利緩解氣象預(yù)報(bào)不準(zhǔn)帶來(lái)后期無(wú)雨無(wú)法回蓄至汛限水位的矛盾。

從降低水庫(kù)校核水位角度來(lái)講，三個(gè)方案均能有效降低防洪高水位、校核水位。

綜上所述， 在滿足下游河道安全泄量的前提下， 應(yīng)盡可能增大水庫(kù)預(yù)泄能力， 本階段建議方案3 新開(kāi)泄洪洞（280 m3／s）為推薦方案。

2.3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)亭下水庫(kù)樞紐地形條件，右岸為水庫(kù)管理處、且已建欽寸水庫(kù)引水隧洞，為不影響水庫(kù)運(yùn)行管理，新建泄洪隧洞考慮布置在攔河壩左岸。根據(jù)規(guī)范中對(duì)泄洪洞軸線平順的要求，盡可能使隧洞軸線順直。

在攔河壩左岸山體內(nèi)新建一條泄洪隧洞，隧洞軸線水平長(zhǎng)度409 m。其中砼襯段300.0 m，開(kāi)挖尺寸6.2 m～6.4 m，C30 W6F50 鋼筋砼襯砌，襯后圓形洞徑5.0 m；鋼襯段80.0 m，開(kāi)挖尺寸6.2 m～6.4 m，鋼管材質(zhì)采用Q345 R，壁厚25 mm，內(nèi)徑4.5 m。隧洞進(jìn)口底板頂高程52.00 m，出口底板頂高程32.80m。

隧洞上游設(shè)豎井式事故檢修閘，設(shè)一扇平板鋼閘門，閘門尺寸4.5 m×4.5 m-40.0 m，底檻高程52.00 m，采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉；隧洞出口設(shè)置工作閘門1 道，采用弧形鋼閘門，閘門尺寸4.5 m×4.0 m-62.0 m，底檻高程32.80 m。出口消能防沖設(shè)施（挑流）由上游護(hù)底段、沖刷坑段和下游護(hù)坡段組成。

進(jìn)洞口可選施工方案為巖塞爆破、水下控制爆破或者新建土石圍堰。巖塞爆破技術(shù)要求較高，施工難度大，不易控制；若采用土石圍堰，則須放空水庫(kù)，將庫(kù)水位降低至68.50 m 以下方可施工，對(duì)水資源是一種極大的浪費(fèi)，且必須在非汛期施工，汛期庫(kù)水位上漲則無(wú)法施工；水下控制爆破方案技術(shù)成熟，使用廣泛，不存在技術(shù)制約。故新建泄洪隧洞方案的施工難度一般、工期較長(zhǎng)（主要為隧洞開(kāi)挖及襯護(hù)）。泄流能力≥280 m3／s，達(dá)到50 年一遇全攔，且對(duì)水庫(kù)正常運(yùn)行不產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)施亭下水庫(kù)預(yù)泄能力提升工程，在左岸山體新建泄洪隧洞，設(shè)置事故檢修閘門和工作閘門各一扇，使水庫(kù)具備在庫(kù)水位81.05 m 高程以下的泄洪能力，保障和完善了下游防洪安全和流域預(yù)報(bào)調(diào)度體系，并為優(yōu)化流域洪水調(diào)度部署、完善流域防洪體系布局創(chuàng)造了有利條件。