某水庫工程大壩防洪能力復核分析

唐 垚

（貴定縣水務局,貴州 貴定 551300）

1 引言

水庫防洪能力是水庫工程建設的重要功能之一。隨著發展建設、水庫工程淤積,可能導致水庫現狀防洪能力無法滿足防洪要求[1-3]。針對這種情況,采取水庫防洪加固處理是非常必要的。因此,復核分析水庫現狀防洪能力是十分重要的。影響水庫防洪能力的因素眾多,主要包括：防洪標準、洪水流量、泄洪能力等[4-6]。在水庫防洪能力復核分析中,需要充分調查各種因素,從而獲取準確的結果,為下一步工作提供參考[7-9]。

2 工程概況

水庫控制流域面積338 km2,控制流域長度26.6 km,流域平均寬度12.7 km,縱坡19.2‰,流域內石山區面積70 km2,占流域的20.7%,黃土丘陵區面積268 km2,占流域面積的79.3%。河床大部分為泥巖,兩岸低處有三疊二疊紀的砂巖頁巖互層出露,基巖露出水平寬度一般為20 m～40 m,高出河床0～30 m左右,兩岸崖高100 m左右,沖溝縱橫交錯且發育,以至流域十分破碎,同時植被稀疏,所以水土流失較為嚴重。

水庫壩址以上分為兩個流域,一個水文站控制流域面積105 km2,距壩址7.5 km,另一個水文站控制流域面積191 km2,距壩址7.1 km。上述兩水文測站具有1960年～1984年計25年實測資料。水庫壩址處設有出庫水文站,具有1960 年以來的實測庫水位及出庫水量資料。

水庫工程等別為Ⅲ等,工程規模為中型水庫,主要建筑物級別為3級,次要建筑物級別為4級。設計洪水標準應采用50年一遇,校核洪水標準應采用1000年一遇。

3 水庫設計洪水成果

自1998年至今,僅2003年10月～2004年3月,水庫蓄水位保持在677.4 m左右,其余時間因各種原因皆為低水位運行,現有的資料無法滿足利用實測庫水位和出庫流量記錄及水位～庫容曲線反推求算入庫洪水系列。故本次安全評價采用《水文計算手冊》中的方法進行某水庫設計洪水復核,將本次洪水復核結果與2012 年除險加固洪水成果進行比較選用。分別使用流域模型法和推理公式法計算的各頻率的洪水成果,流域模型法比推理公式法計算的洪水成果大,但兩種方法計算的洪水成果都比2012 年《水庫除險加固工程技施設計報告》洪水成果小。通過比較,采用原2012年除險加固設計洪水過程線成果,設計洪水過程線詳見圖1；50年一遇洪峰流量為1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量為2800 m3/s。

圖1 設計洪水過程線

3.1 洪水成果合理性分析

把流域水文模型法和推理公式法計算的洪水成果與2012年除險加固洪水結果進行比較,各頻率洪水成果比較見表1。

表1 洪峰、洪量成果比較表

由表1可知,采用流域模型、推理公式兩種方法計算得到的不同頻率下洪峰流量結果數值相差不大,在允許范圍內。使用流域模型法計算的各頻率的洪水成果比推理公式法計算的洪水成果大,但兩種方法計算的洪水成果都比2012年《除險加固工程報告》洪水成果小。根據《水庫大壩安全評價導則》（SL 274-2017）,“如設計洪水復核計算成果小于原設計洪水成果,宜沿用原設計洪水成果進行調洪計算”,故本次水庫大壩防洪能力復核分析中仍采用2012年水庫除險加固設計洪水成果。

3.2 設計洪水過程線成果

根據前述分析,此次水庫防洪能力評價仍然采用原2012年除險加固設計洪水過程線成果,設計洪水過程線見圖1,50年一遇洪峰流量為1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量為2800 m3/s。

4 水庫調洪演算

4.1 水位～庫容關系曲線

此次水庫防洪能力復核分析,主要根據2012 年除險加固后水庫的運行情況確定,通過現狀水庫淤積情況,對水庫的水位～庫容曲線進行了復核。

自2012年水庫除險加固至今,流域內干旱少雨,未發生過洪水,水庫未增加新的淤積,故水庫防洪復核評價時,水庫壩前淤積高程仍采用2012年除險加固時的665.5 m,水庫水位～庫容曲線采用除險加固時的庫曲線,防洪能力復核時進行了修正（不包含淤積庫容）,修正后水位庫容曲線見圖2。

圖2 水位～庫容～面積關系曲線

4.2 水位～泄量關系曲線

水庫主要泄洪設施有溢洪道和泄洪洞,灌溉洞參與泄洪。本次安全評價對水庫泄洪洞、溢洪道的泄流能力,按設計尺寸進行了復核計算,溢洪道泄流能力按寬頂堰計算,當溢洪道和泄洪洞同時泄洪時水庫水文～泄量關系見圖3。

圖3 水位～泄量關系曲線

4.3 調洪計算

1）調洪計算原理及公式本次調洪起調水位采用水庫汛前水位,即676.3 m。根據計算所得設計洪水過程、水庫水位～庫容關系曲線、泄洪洞和溢洪道的水位～泄量關系曲線,依據水量平衡方程的基本原理,進行水庫調洪計算。

據上述調洪原則,對水庫進行調洪演算。

2）調洪演算成果

根據建筑物泄流量及考慮未來30年淤積確定的庫容曲線,起調水位為汛限水位676.3 m,調洪計算成果見表2。

表2 調洪成果表

根據調洪計算成果可知,本次調洪計算的成果小于2012年《水庫除險加固工程技施設計報告》調洪計算成果。根據《水庫大壩安全評價導則》（SL 274-2017）,“當調洪計算結果低于原設計確定的指標時,宜仍沿用原特征水位和庫容指標”,故本次安全評價仍采用除險加固設計調洪成果。

5 大壩抗洪能力復核

壩頂超高根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2020）和《水工建筑物抗震設計標準》（GB 51247-2018）,壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式計算：

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,正常0.7 m,非常0.4 m。

水庫壩址地震基本烈度為8度,地震涌浪高度為0.5 m～1.5 m,取1.0 m。壩體和地基在地震作用下的附加沉陷,按壩基截水槽高程以上基礎及壩體總高度的1%計算,附加沉陷安全超高為0.49 m。地震壩頂沉陷及涌浪高度合計為1.49 m。

壩頂高程復核計算結果見表3。

表3 壩頂高程計算成果表

由表3可知,水庫計算最大壩頂高程為682.18 m,比現狀壩頂高程682.5 m低0.32 m,水庫計算最大防浪墻頂高程683.67 m,比現狀防浪墻頂高程683.70 m低0.03 m,現狀壩頂及防浪墻頂高程均滿足規范要求,故大壩抗洪能力滿足防洪安全要求。

6 結論

經復核計算,水庫流域面積為338 km2,50年一遇洪峰流量為1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量為2800 m3/s。水庫計算壩頂高程為682.18 m,比現狀壩頂高程682.5 m低0.32 m,水庫計算防浪墻頂高程683.67 m,比現狀防浪墻頂高程683.70 m低0.03 m,現狀壩頂及防浪墻頂高程均滿足規范要求,故大壩抗洪能力滿足防洪安全要求。溢洪道與泄洪洞均為閘門控制,在水庫設計洪水位678.18 m時,最大下泄流量為797 m3/s；在水庫校核洪水位681.77 m時,最大下泄流量為1200 m3/s,泄洪能力滿足安全泄洪要求。