巴家嘴水库库容测量与防洪安全复核

(庆阳市巴家嘴水库管理所，甘肃 庆阳 745000)

1 工程概况

巴家嘴水库位于泾河一级支流蒲河中段，镇原、西峰交界处，地处黄土高原地区，坝址以上集雨面积3478km2，水库现状防洪标准为100年一遇洪水设计，设计洪水位1120.95m；2000年一遇洪水校核，校核洪水位1125.94m。正常蓄水位1115.00m，防洪限制水位1111.00m，死水位1095.00m。工程主要由大坝、溢洪道、输水洞、泄洪洞、增建泄洪洞组成。大坝为均质坝，最大坝高75.6m，坝顶高程1126.30m，坝顶长539m，宽6m。溢洪道布置在左坝肩，全长424.65m，最大下泄流量为4708.5m3/s，闸室共分2孔，单孔净宽13.0m，溢流堰为WES型实用堰，顶高程1106.00m。输水洞、泄洪洞、增建泄洪洞均布置在左岸山体内，输水洞设计引用流量35m3/s，断面直径为2.0m；泄洪洞为有压短管进口明流洞，最大泄流量103m3/s，断面直径为4.0m；增建泄洪洞最大泄流量514.5m3/s，为城门洞形，尺寸为5m×7.5m(宽×高)。总库容5.4亿m3，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级。巴家嘴是一座集防洪、供水、灌溉及发电于一体的大(2)型水库。1958年9月动工修建，1962年7月基本建成，后经3次加高达到现状规模。

2 库容测量与分析

2.1 库容测量

因巴家嘴水库为庆阳市城区供水主要水源地，为确保城区供水安全，多年来未按照水利部批复的“主汛期空库迎洪、敞泄排沙”的方式进行调度运用，导致当前水库淤积十分严重。2019年10月，庆阳市巴家嘴水库管理所委托黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局，采用断面法对巴家嘴水库库容进行了全断面测量，利用断面实测成果数据计算出最终各项成果。

根据1992年汛后施测的水库淤积断面情况，在水库原有固定基本断面基础上，将所有施测的断面设施全部恢复，在原断面线上每个断面两岸分别埋设1个断面控制桩。断面测验岸上主要采用GPS.RTK法定线定位测量，水下采用HI-MAX测深导航软件和回声测深仪或测深杆施测。两岸水面以上均测至1127.00m高程以上。

共计施测断面51个，其中蒲河干流断面32个，黑河断面15个，小黑河断面4个。各支流和干流河道累计施测长度56.6km，其中蒲河30.4km，黑河23.51km，小黑河2.69km。

2.2 测量成果分析

测量数据整理与分析主要工作包括外业数据传输、水下测量数据录入、原始资料整理、大断面成果计算、合理性分析、各项成果计算及资料校核等。资料整理计算采用编写开发的水库计算软件完成。2019年实测库容成果与2008年实测、2038年计算库容成果与库容曲线分别见表1与图1。

表1 巴家嘴水库历次水位—库容成果

注2038年计算的预计库容，为2004年黄河勘测规划设计有限公司编制的《甘肃省巴家嘴水库除险加固工程初步设计报告》中调洪计算采用的水库运行34年后的计算库容。

图1 巴家嘴水库历次库容曲线

由表1与图1可见，库水位1121.00m以下，2019年实测库容小于2038年计算库容；库水位1121.00m以上，2019年实测库容略大于2038年计算库容；2019年实测1104.30m以下库容为0，死库容(死水位1095.00m)已全部被侵占；正常蓄水位1115.00m以下库容为539万m3，仅为2008年实测兴利库容的20%。

当前汛限水位1111.00m以下对应库容仅64万m3，难以保证庆阳市城区供水需求；当前校核洪水位1125.94m以下总库容为1.3728亿m3，约为2008年实测总库容的67%，已十分接近2038年计算库容，库容淤积速度快。

2019年实测总库容已接近2038计算库容，主要因水库为确保庆阳城区供水，多年来未按照设计的泥沙调度方式运用，且影响库容淤积的边界条件、驱动因子较复杂，库容淤积计算模拟与实际情况会存在偏差。

3 防洪安全复核

3.1 设计洪水复核

在2004年加固设计报告设计洪水计算基础上，延长水文序列重新进行了排频计算。自2004年以来，巴家嘴水库以上流域未发生过特大洪水，延长洪水样本系列后，相关统计值计算成果稍有变化，不同频率设计也有所变化，整体设计成果与1981年巴家嘴水库增建泄洪洞工程初步设计以及2004年加固设计成果相当。为保持成果的一致性，本次防洪安全复核仍采用2004年加固设计洪水成果，即：100年一遇洪水，设计洪峰流量10100m3/s，三日洪量1.36亿m3；2000年一遇洪水，设计洪峰流量20300m3/s，三日洪量2.55亿m3。

3.2 洪水调节方式与起调水位

巴家嘴水库主汛期为7—8月，此期间当预报入库洪水流量大于50m3/s时，提前泄空水库前期蓄水量，空库迎洪，按死水位1095.00m开闸泄流，进行敞泄滞洪排沙运用。

起调水位为汛限水位，《水利部关于甘肃省巴家嘴水库除险加固工程初步设计报告的批复》(水总〔2005〕118号)确定的汛限水位为1111.00m。

3.3 泄流能力复核

对泄洪洞、增建泄洪洞、溢洪道泄流能力进行了复核计算(见图2和表2)。根据2004年巴家嘴水库除险加固工程设计报告，输水洞不再作为泄洪建筑物使用，因此，输水洞不参与调洪计算。

图2 总泄流能力对比

表2 泄流能力复核成果

由泄流能力复核成果可见，本次复核总泄流能力与除险加固设计总泄流能力几乎一致，大坝泄流能力未发生较大变化。

3.4 调洪计算成果

采用水量平衡方程式进行调洪计算，调洪过程线见图3和图4。

图3 巴家嘴水库设计洪水(P=1%)调洪过程线

图4 巴家嘴水库校核洪水(P=0.05%)调洪过程线

3.5 计算成果分析

根据调洪计算成果，起调水位1111.00m对应的水库设计洪水位为1120.63m，校核洪水位为1125.97m，与当前特征水位较接近，即2004年除险加固设计报告确定的特征水位：设计洪水位1120.95m，校核洪水位1125.94m(见表3)。

表3 调洪计算成果对比

由表3可见，在设计洪水、起调水位不变，库容与泄流能力未发生较大变化的前提下，本次复核特征水位与当前特征水位较接近，符合水量平衡一般规律，因此，本次复核计算成果合理可信。

3.6 坝顶超高复核

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，坝顶高程等于其各种运行工况下水库静水位加上相应坝顶超高，取其最大值。

各运行工况如下：设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再加地震安全超高。

坝顶超高计算公式为

y=R+e+A

式中y——坝顶超高，m；

R——计算最大波浪爬高，m；

e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，m。

与现有特征水位相比，本次复核特征水位变化较小，因此坝顶超高复核仍采用现有特征水位。坝址风区长度、多年平均最大风速取值仍沿用设计阶段成果。大坝为2级建筑物，在正常运用条件下，计算风速取多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下，计算风速取多年平均最大风速。安全加高A在设计工况下取1.0m，校核工况下取0.5m。

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，计算各工况下最大波浪爬高、最大风壅水面高度及坝顶高程(见表4)。

表4 坝顶高程复核成果

由表4可见，经复核大坝防浪墙顶计算高程为1127.54m，当前防浪墙顶高程为1127.50m，基本可满足规范要求。

4 结论与展望

在库容测量与泄流能力复核基础上，对巴家嘴水库大坝防洪能力进行了复核计算。当前大坝防洪能力经复核计算虽满足规范要求，但随着水库运行时间推移，库容将会进一步淤积，当前库容已十分接近加固设计调洪计算采用的库容，因此，水库防洪风险依然较大。建议巴家嘴水库应按照水利部批复的泥沙调度方式运用，7—8月主汛期开闸敞泄排沙，同时应开展水库清淤对策研究，适时开展机械清淤，缓解水库淤积问题，延长使用寿命，充分发挥其工程效益。꿻