某水庫防洪能力復(fù)核分析

張曉蘭

（山東省臨沂市費縣許家崖水庫管理中心,山東 臨沂 273400）

1 引言

水庫防洪能力是水庫的重要功能之一。水庫防洪能力受到多個因素影響,包括水庫的防洪設(shè)計標準、上游洪水量以及水庫過流能力等[1-4]。各個參數(shù)的準確性對水庫防洪能力的影響較大,因此,在水庫防洪能力復(fù)核時需要將各參數(shù)調(diào)查和計算準確。目前,上游洪水量的調(diào)查是防洪能力復(fù)核分析的重要工作,設(shè)計洪水參數(shù)通常采用綜合單位線法、推理公式法、經(jīng)驗公式3 種方法,不同方法對設(shè)計洪水有一定的影響,在防洪復(fù)核階段需要準確選擇合適的方法,從而獲取可靠的數(shù)據(jù),為防洪復(fù)核提供參考[5-8]。

2 工程概況

水庫原設(shè)計總庫容為60.0 萬m3,設(shè)計洪水標準為20 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇。水庫為小（2）型水庫,工程等別為Ⅴ等,主壩級別為5 級。水庫防洪標準可按10 年一遇設(shè)計,50 年～20 年一遇校核,見表1。可見,水庫原設(shè)計防洪標準滿足《防洪標準》（GB 50201-2014）要求。防洪能力復(fù)核采用原防洪標準進行計算,即設(shè)計洪水標準為20 年一遇,校核洪水標準為50 年一遇。

表1 水庫工程水工建筑物的防洪標準

3 設(shè)計洪水復(fù)核

3.1 集雨面積

水庫壩址斷面以上集雨面積,復(fù)核結(jié)果為0.72 km2,與原設(shè)計集雨面積（0.7158 km2）基本一致。從工程安全角度考慮,設(shè)計洪水復(fù)核計算采用復(fù)核后集雨面積。

3.2 設(shè)計暴雨

根據(jù)《省暴雨參數(shù)等值線圖》（2003 年）,結(jié)合水庫工程所在位置各歷時點暴雨量統(tǒng)計參數(shù)Ht、Cv、Kp,Cs采用3.5 Cv,計算得到工程所在區(qū)域50 年、20 年一遇各歷時設(shè)計暴雨值。由于水庫集雨面積較小,區(qū)域內(nèi)各點參數(shù)基本一致,因此,統(tǒng)計參數(shù)見表2。

表2 暴雨統(tǒng)計參數(shù)

3.3 設(shè)計洪水

結(jié)合周邊工程經(jīng)驗,該區(qū)域水庫工程設(shè)計洪水參數(shù)需要分別采用“綜合單位線法”“推理公式法”和廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式三種方法進行計算,選取合適的設(shè)計洪水參數(shù)結(jié)果。

（1）綜合單位線法

該方法采用以下參數(shù)[9]：

1）設(shè)計雨型；

2）暴雨低區(qū)的αt～t～F 關(guān)系圖；

3）產(chǎn)流參數(shù)；

4）綜合單位線法滯時m1～θ關(guān)系圖中的大陸低區(qū)線（B線）；

5）采用綜合單位線Ⅱ號無因次單位線。

（2）推理公式

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；SP為相應(yīng)頻率P%的面雨量的暴雨強度,mm；τ為匯流時間,h；L 為河長,km；J 為坡降；f 為平均損失率；F 為集雨面積,km2；m 為匯流參數(shù),查推理公式匯流參數(shù)m～θ關(guān)系圖。

兩種方法計算成果有一定的差異,本著在綜合單位線滯時m1和推理公式匯流參數(shù)m 彈性范圍內(nèi)原則,結(jié)合工程集水區(qū)域下墊面條件合理調(diào)整匯流參數(shù),使兩種方法的設(shè)計洪峰流量相差小于20%。

（3）洪峰流量經(jīng)驗公式

式中：Qp洪峰流量,m3/s；C1系數(shù),當(dāng)P=2%時,取0.067,當(dāng)P=5%時,取0.064,當(dāng)P=10%時,取0.06；H24P頻率為P 的24 小時設(shè)計暴雨量,mm；F 集雨面積,km2。

根據(jù)水庫壩址斷面原設(shè)計集水面積及下墊面實際情況,根據(jù)上述公式計算得到不同設(shè)計頻率下水庫大壩壩址斷面設(shè)計洪水參數(shù),計算結(jié)果見表3。在各個頻率下,綜合單位線法和推理公式法計算所得最大洪峰流量差異均未超過20%,兩種方法計算結(jié)果之間的誤差在合理范圍之內(nèi),可根據(jù)實際情況選取合適的計算方法。根據(jù)前述的設(shè)計洪水計算方法,水庫設(shè)計入庫洪水過程線見圖1 和圖2。考慮到本工程集雨面積小于10 km2,并對比廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式法計算成果。從工程安全角度考慮,水庫防洪能力復(fù)核分析中可采用推理公式法所得結(jié)果。

圖2 水庫設(shè)計入庫洪水過程線（推理公式法）

表3 水庫設(shè)計洪水計算成果表

3.4 合理性分析

根據(jù)以往工作經(jīng)驗及水庫附近已建工程分析本次設(shè)計洪水成果的合理性。片區(qū)另一水庫集雨面積為1.192 km2,20 年一遇洪峰流量為20.5 m3/s,洪峰流量模數(shù)為17.21。在此次水庫防洪能力復(fù)核分析中,計算得到水庫20 年一遇洪峰流量為13.9 m3/s,洪峰流量模數(shù)為19.31,該參數(shù)高于水庫臨近人工湖洪峰流量模數(shù)。考慮到水庫集雨區(qū)內(nèi)山地面積占比較高,且地面落差較大,認為水庫洪峰流量模數(shù)高于人工湖洪峰流量模數(shù)是合理的。因此,認為設(shè)計洪水計算成果是合理的。

4 大壩抗洪能力復(fù)核

4.1 壩高復(fù)核

靜水位以上的超高計算如下：

式中：y 壩頂超高,m；R 波浪爬高,m；e 風(fēng)壅水面高度,m；A 安全加高,m,按表4 選取。

表4 安全加高A 值 單位：m

（1）最大風(fēng)壅水面高度計算方法

式中：W 計算風(fēng)速,m/s；D 風(fēng)區(qū)長,m；K 綜合摩阻系數(shù),取3.6×10-6；β計算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角,取9°；Hm水域平均水深,m。

等效風(fēng)區(qū)長度計算公式：

式中：De等效風(fēng)區(qū)長度,m；Di計算點至水域邊界的距離,m,i取0,±1,±2,±3,±4,±5,±6；i第i 條射線與主射線的夾角,等于i×7.5°。

（2）波浪爬高計算公式

食品藥品檢驗機構(gòu)是食品、藥品、化妝品、醫(yī)療器械、保健品檢驗的法定檢驗檢測機構(gòu)，其最終產(chǎn)品為檢驗報告[1]。檢驗報告數(shù)據(jù)的真實、可靠事關(guān)人民群眾飲食用藥安全和食品藥品行政監(jiān)督管理的順利實施[2]。檢驗檢測機構(gòu)的能力建設(shè)除了基本設(shè)施、環(huán)境、檢驗檢測設(shè)備之外，人力資源是其強化自身功能、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如何加強檢驗檢測人才隊伍建設(shè)是各檢驗檢測機構(gòu)亟待解決的問題。本文通過對廣西8家地市級食品藥品檢驗檢測機構(gòu)人力資源現(xiàn)狀進行調(diào)查，了解廣西市級食品藥品檢測機構(gòu)人員狀況，發(fā)現(xiàn)存在問題，并提出相應(yīng)措施。

波浪爬高計算公式如下：

式中：hm平均波高,m；W 計算風(fēng)速,m/s；D 風(fēng)區(qū)長,m；Hm水域平均水深,m；Tm平均波周期,s。

平均波長計算公式如下：

式中：Lm平均波長,m；H 壩迎水面前水深,m。

正向來波在單坡上的平均波浪爬高計算公式如下：

1）當(dāng)m=1.5～5.0 時

2）當(dāng)m ≤1.25 時

3）當(dāng)1.25＜m＜1.5 時,由m=1.25 和m=1.5 的計算值內(nèi)插確定。

式中：Rm平均波浪爬高,m；m 單坡的坡度系數(shù),弱坡腳為α,即等于cotα；KΔ斜坡的糙率滲透性系數(shù)；KW經(jīng)驗系數(shù)。

根據(jù)以上公式計算結(jié)果,結(jié)合水庫測量資料計算得水等效庫風(fēng)區(qū)長度為288.1 m,水庫上游壩坡坡度系數(shù)m=2.5,KΔ取0.90,根據(jù)計算,水庫大壩壩頂高程計算結(jié)果見表5。

表5 壩頂高程計算成果表

根據(jù)表5 水庫壩頂高程計算結(jié)果可知,水庫大壩頂部的高程按要求不得低于24.539 m,現(xiàn)有大壩防浪墻頂高程25.00 m,高出規(guī)范要求約0.46 m,滿足規(guī)范要求。

4.2 溢洪道頂高程復(fù)核

水庫為開敞式溢洪道,溢洪道頂高程為24.25 m。水庫校核洪水位為23.23 m,加上安全超高值0.3 m 為23.53 m,低于溢洪道控制段頂高程,滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

結(jié)合某水庫實際情況,獲取水庫壩址區(qū)水文參數(shù),對水庫防洪能力進行復(fù)核分析,主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)水庫大壩實際情況,從安全方面考慮采用推理公式方法獲取的設(shè)計洪水參數(shù)進行水庫防洪能力復(fù)核分析。

（2）從復(fù)核成果來看,現(xiàn)狀壩頂高程（防浪墻頂高程）滿足防洪要求。

（3）現(xiàn)狀溢洪道能夠滿足安全下泄的要求。

（4）根據(jù)水庫大壩安全復(fù)核分析結(jié)果,水庫大壩防洪安全性等級評定為“A 級”。