河村水库大坝防洪能力复核

余诗汉,林成东,胡琳琳

(1.淳安县水利水电局,浙江 淳安 311700;2.白溪水库管理局,浙江 宁海 315600;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

河村水库原设计总库容376万m3,根据现行国家标准GB 50201—1994《防洪标准》 及SL 252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》,其属于小 (1)型水库,为Ⅳ等工程,主要水工建筑物的级别为4级。水库坝址位于淳安县威坪镇河村,坝址距威坪镇政府18.6 km,工程保护下游河村等17个行政村,近1.78万人口和333.33 hm2农田,保证水库大坝安全运行十分重要。

1 水库概况

1.1 流域情况

六都源位于新安江水库西北的威坪镇境内,发源于长岭与妙石交界处的黄帽尖,自北向南流经水碓山、河村、叶家、方宅,至方宅桥流入新安江水库。主流长约20 km,流域面积82 km2,为坡度较大的山溪性河流。

河村水库位于六都源上游,坝址以上集雨面积15.5 km2,坝址至分水岭河长6.47 km,河道平均比降61.9‰。坝址以上属山区地形,坡降较大,植被一般,两岸山峰高程450～900 m,河谷呈 “U” 字形,谷底宽度 50～100 m。在水库以下,河谷较宽阔,坡降较缓,河道两岸一级堆积阶地发育。

1.2 水文气象

该流域位于浙江省西部,气候温和,雨量充沛,属亚热带季风气候区。流域内多年平均降水量1 855 mm,平均气温17.2℃,最高月平均气温29.3℃,最低月平均气温5℃。

春末夏初(4月16日—7月15日)太平洋副热带高压逐渐加强,与南下的冷空气相遇,静止峰徘徊,形成持续时间较长的锋面雨,俗称梅雨。夏秋季 (7月16日—10月15日),本地受太平洋副热带高压控制,受热带风暴和台风活动影响,有雷阵雨及短历时暴雨发生,称为台汛期。10月16日至翌年4月15日,受北方冷空气影响,天气寒冷干燥,基本少雨,称非汛期。

1.3 相关资料

(1)雨量站。六都源流域内没有设置雨量站,邻近的云源溪流域上游设有仙人潭站,下游设有双溪口站;进贤溪流域上游设有金竹岭、齐坑、塔上、秋源等站。其中,齐坑、塔上、秋源等3站于1995年撤站停测,其他3站观测系列均连续。

(2)流域特征值。分析采用浙江省测绘局于2000年12月测绘的最新版1∶1万航测地形图,量得河村水库集水面积为15.5 km2。水库坝址～分水岭长6.47 km,平均纵比降61.8‰。

2 设计暴雨

2.1 实测降雨资料排频计算

六都源流域的地理位置及降雨特点与邻近的云源溪流域相似,选取仙人潭站为代表站,来分析研究设计暴雨,并直接移用至该流域。设计暴雨按年最大24 h、3 d统计。

1996年6月30日,该流域附近普降梅雨期暴雨,这次暴雨历时长,降雨总量大,暴雨中心集中在分水江流域上游、进贤溪及云源溪流域上游,24 h及3 d雨量为该地区历年最大,尤其3 d暴雨为特大值,其中金竹岭站577.2 mm,为该站统计均值的3.2倍,仙人潭站539.8 mm,而位于流域下游的双溪口站略小,为333.8 mm。

采用仙人潭站雨量系列为1971—2007年共37 a,理论频率线型采用PⅢ频率曲线,将 “19960630”暴雨的3 d雨量作特大值处理,其重现期估计约200 a一遇。按矩法初估参数,再按经验频率适线法确定最佳适线参数,最终确定设计暴雨见表1。

2.2 图集计算

根据《浙江省短历时暴雨》的使用规定,查图求得设计流域60 min;6,24 h;3 d的平均点雨量均值、Cv值,再由点面系数转化为面雨量均值、Cv值,然后由各历时参数(Cs/Cv=3.5)查图得Kp值,从而求得各历时各频率的设计暴雨见表1。

2.3 合理性分析

将2种不同方法计算所得的设计暴雨成果与保坝设计阶段的设计暴雨一同列于表1。

表1 设计暴雨成果比较表 mm

从不同的计算方法来看,用仙人潭作单站频率分析的设计暴雨要明显高于图集查算的结果,特别是3 d设计暴雨,偏大幅度更多,这是因为在频率适线时加入了“19960630”暴雨,明显提高了Cv值,使得曲线上翘。由于图集等值线成果一般考虑地区的综合情况,不能准确反映局部地区的大暴雨特征,故用实测降雨资料分析应更加合理。

从表1列出的计算成果来看,仙人潭站实测雨量资料推求设计暴雨和图集法查算设计暴雨成果均小于保坝阶段设计暴雨。由于保坝阶段设计暴雨采用《浙江省可能最大暴雨图集》进行计算,根据实际工程经验,采用该法查算的设计暴雨成果应用于浙西地区往往偏大,而河村水库流域正位于浙西地区,综合考虑,此次计算河村水库流域设计暴雨采用仙人潭站实测雨量资料推求成果。

3 设计雨型

3.1 日程分配

暴雨日程分配,根据 《浙江省短历时暴雨》的常规办法,最大1 d排在第2天,第1天为(H3d-H24h)的60%,第3天为(H3d-H24h)的40%。

3.2 时程分配

由于仙人潭站缺乏短历时的大暴雨资料,故采用《浙江省短历时暴雨》图集,由各分段历时的设计暴雨来求得分段暴雨衰减指数。衰减指数计算成果见表2。

表2 暴雨衰减指数成果表

计算得各历时雨量,相邻历时(ti)雨量之差值,即为从大到小排列的时段雨量。24 h雨型按下列规则排列:时段雨量老大项末时刻排在18:00—21:00之间,时段雨量老2项排在老大项的左边;其余项从大到小奇数项排列在左边,偶数项排列在右边,当右边排满24:00后,余下各项时段雨量从大到小都排列在左边。其余2 d的24 h雨型同样按24 h雨型规则排列。

4 设计洪水及洪水演算

产流计算采用简易扣损法,汇流计算选用浙江省推理公式法。调洪计算采用静库容调洪计算方法,计算得设计及校核频率下最高库水位及相应库容见表3。

表3 河村水库调洪计算成果表

5 防洪安全分析

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001),坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:

式中:y为坝顶超高,m;R为波浪爬高,m;e为风壅水面高,m;A为安全加高,m。

计算得设计洪水位时坝顶超高需1.68 m,要求防浪墙顶高程220.62 m,校核洪水位时坝顶超高需1.05 m,要求防浪墙顶高程221.85 m。现有坝顶高程为224.10 m,防浪墙顶高程225.40 m,高于计算最高要求坝顶高程221.82 m,且具有较大的安全余地。

6 结 论

(1)分析采用仙人潭站(1971—2007年共37 a)实测资料及查图集2种方法推求设计暴雨,经比较分析,设计暴雨采用前者计算成果。产流计算采用简易扣损法,汇流计算选用浙江省推理公式法。计算方法基本合理。

(2)水库大坝等主要建筑物按设计洪水标准50 a一遇、校核洪水标准500 a一遇进行复核,计算得设计洪水位218.94m,校核洪水位220.77 m,同时考虑坝顶超高,现大坝坝顶及防浪墙顶高程符合现行规范的要求。