清華水庫安全鑒定的防洪能力復核

王永偉

（婺源縣水利局，江西 婺源 333200）

1 工程概況

清華水庫壩址位于婺源縣清華鎮的浮溪村，是一座具有灌溉、發電、防洪和養殖等綜合利用的中型水庫。清華水庫工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道和引水隧洞等主要建筑物級別為3級，設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為500年一遇；泄水建筑物的消能防沖建筑按50年一遇洪水標準設計。水庫設計洪水最大洪峰流量1 131.80 m3/s，庫容為1 456.0×104m3；校核洪水最大洪峰流量1 697.30 m3/s，庫容為1 671.60×104m3。

2 設計洪水復核

按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，結合山地丘陵區域水利工程永久性建筑物洪水標準，其主要水工建筑物設計洪水標準應為50～100 年一遇，校核洪水標準為500～1 000 年一遇；水庫現狀防洪標準滿足規范，故防洪能力復核沿用該標準。

根據2010 年《江西省暴雨洪水查算手冊》，集水面積超出50 km2，且工程規模為中型，對設計洪水過程線精度要求較高的流域，應推薦瞬時單位線法進行設計洪水計算，故采用瞬時單位線法展開防洪能力復核，以經驗公式法結果作為比較參考。

2.1 瞬時單位線法

從《江西省暴雨洪水查算手冊》中偏差系數圖和暴雨等值線圖查出水庫所在流域各時段Cv和Cs關系，再根據水文圖查出1 h、6 h 和24 h 變差系數Cv值及暴雨均值，由P-Ⅲ型曲線模比系數表查得相應頻率下模比系數，通過模比系數與暴雨均值相乘得出設計頻率點暴雨量。結合設計暴雨參數值，在《江西省暴雨洪水圖集》水文圖中查出流域面積所對應的點面折算系數及流域綜合形狀修正系數，進而展開水庫壩址控制流域不同頻率設計暴雨面雨量推求。

根據《江西省暴雨洪水圖集》，以3 h主雨峰控制概化雨型為水庫壩址區分配雨型，進行不同設計頻率設計面暴雨量推求，結果見表1。以此為基礎，根據產流分區和水庫工程所屬流域，清華水庫位于產流Ⅵ區，據瞬時單位線計算分區圖及《江西省暴雨洪水查算手冊》，進行不同頻率下24 h凈雨過程計算。

表1 壩址區時程分配雨量表

在P=2%時，查表進行產流計算得，產流前第1～8 h時段雨量和為初損17.31 mm；在P=0.2%時，查表計算得產流前第1～8 h時段雨量和為初損28.94 mm，且產流期以后雨量全部入滲。

根據《江西省暴雨洪水圖集》所規定的瞬時單位線法進行匯流參數推算，公式如下：

式中：m1、m2—匯流系數；m1,10=0.9F0.18J-0.33；i—非線性外延臨界凈雨強，i≤15 mm/h；b—修正系數，b=0.28-0.05logF；F—壩址以上流域面積，km2；J—壩址以上河道比降均值，‰。通過式（1）和（2）求得匯流系數后，再通過以下公式進行瞬時單位線法其余參數計算：

式中：C—換算系數；Δt—計算時段；n、k—瞬時單位線參數；其余參數含義同前。將清華水庫所在流域相關數據代入對應公式中所得到的瞬時單位線法參數取值見表2。

表2 瞬時單位線法參數取值表

2.2 經驗公式法

結合《江西省水文圖集》所給出的樂安河支流清華水經驗公式，進行水庫設計洪水推求：

式中：q—具體頻率洪峰流量模數，m3/（s·km2）；C—具體頻率洪峰流量系數；F—集水面積，km2；Q—具體頻率設計洪峰流量，m3/s。將該水庫所在樂安河支流清華水相關數據代入式（6）和（7），可以得到水庫50 年一遇設計洪峰流量為338.46 m3/s，500年一遇設計洪峰流量為885.23 m3/s。

經驗公式法所用公式主要為《江西省水文圖集》中1985年以前的早期洪水資料所總結出的經驗公式，未考慮后期流域洪水資料，也不包括流域特征、下墊面參數等因素，計算精度很難保證，此次僅作為對比參考。瞬時單位線法則依托《江西省暴雨洪水圖集》所提供的區域實測暴雨洪水資料而總結出的暴雨洪水關系展開計算，計算方法成熟完整，并充分考慮了所在流域暴雨資料、經驗參數、特征值；計算結果能充分體現流域洪水共性及特性，結果精度有保證。綜上，文中以瞬時單位線法計算結果為復核依據，即50 年、500 年一遇流域洪峰流量分別為1 250 m3/s和1 521 m3/s。

3 調洪計算

結合水庫設計及運行實際，調洪驗算從溢洪道底板高程289.50 m開始起調，采用試算法列表計算，并根據1：1 000測量圖和1：50 000地形圖展開清華水庫庫容曲線復核。根據《溢洪道設計規范》所給出的寬頂堰流量公式推求水位與下泄流量關系曲線，公式如下：

式中：Q—溢流壩泄洪流量，m3/s；m—寬頂堰流量系數；ε—溢洪道進口側收縮系數；B—寬頂堰堰頂寬度，取2.3 m；H0—寬頂堰堰頂水頭，m。

按照以下公式展開清華水庫調洪成果試算：

式中：Q1—某時段來洪泄流量，m3/s；Q2—后一時段來洪泄流量，m3/s；Δt—時段長；q1—某時段泄流量，m3/s；q2—后一時段泄流量，m3/s；V1—某時段水庫庫容，m3；V2—后一時段水庫庫容，m3。將清華水庫相關參數及前述計算成果代入式（9）得出的水庫調洪計算成果見表3。

表3 水庫調洪計算成果表

將以上調洪驗算復核成果與清華水庫大壩設計成果進行比較，調洪驗算復核設計水位及校核洪水位分別為119.80 m和119.90 m，50 年一遇和500 年一遇洪水下，入庫洪峰流量最大值分別為1 250 m3/s和1 521 m3/s，僅入庫洪峰流量略微超出水庫設計洪水最大洪峰流量外，其余復核洪水并未超出設計洪，按照《水電站大壩運行安全評價導則》相關規定，清華水庫防洪安全等級為B級。

4 結語

清華水庫安全評價設計標準仍采用原成果中的50 年一遇、校核標準仍采用500年一遇；沿用原洪水計算成果，能保證水庫大壩運行安全，水庫防洪能力也滿足設計要求。分析結果可作為水庫防洪能力復核及安全性評價的基本依據，考慮到防洪能力復核只是水庫大壩安全鑒定的一部分，故為展開清華水庫大壩安全狀況全面評價，還必須結合工程運行質量、結構安全、滲流安全、金屬結構等情況，從而為水庫大壩安全穩定運行及管理提供可靠依據。