两库连通形成水库的挡水建筑物级别及洪水标准探讨

2020-07-09罗琳严小龙

水利水电快报 2020年5期

关键词：重庆

罗琳严小龙

摘要：为探讨两库连通水库工程挡水建筑物级别及洪水标准确定的问题，深入分析了现行规范关于提高建筑物级别及洪水标准的应用条件。结合重庆酉阳县板溪水库工程设计，分析了建筑物级别、洪水标准提级对大坝设计方案的影响。计算结果表明：在分别提高建筑物级别、洪水标准时，均不同程度地增加坝顸高程和最大坝高，两者在一定程度上提高了大坝安全性和抗风险能力。但综合考虑安全性和经济性，建议工程等别按两库总库容相加确定，建筑物级别可提高，一般情况下洪水标准可不提高。

关键词：两库连通形成水库工程;挡水建筑物级别;洪水标准;板溪水库;重庆

中图法分类号：TV641

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.007

在某些地区，河流水系由流域面积小、来水量少的小河沟组成。单条河流受来水量制约，水资源开发利用难度大，难以发挥水资源承载能力对城市发展的支撑作用。水利设计者在设计过程中研究发现，按照“积少成多”的理念，多条河流作为整体来水量仍然是可观的。因此，提出了选取两条具备建设水库条件的河流分别建设规模较小的水库，再由连通隧洞连通，形成一座规模较大的水库，通过联合调度以增强水库的调节能力和供水保证能力，这种设计思路称为“两库连通形成水库工程”。在水利工程设计中，上述思路逐步得到了推广和应用，如重庆酉阳县板溪水库由小井溪主库和宋家溪副库两座小（1）型水库连通而成，连通隧洞长1.8km;重庆梁平县左柏水库由白滩河主库及龙河副库组成，连通隧洞长1.0 km。

1 问题提出

两库连通形成水库工程，要实现两库联合调度、水量互通共用，要求两库具有相同的正常蓄水位、可逆向过流及适当规模的连通隧洞，以保证充分利用两库的兴利库容。工程运行时，水库调节能力增强，发挥的供水效益大于两个单库供水效益之和。由工程调度方式可知，主库和副库联合实现水量调节，两者兴利库容紧密联系、不可分割，主库与副库是一个有机整体。因此，可将两个单库库容相加作为工程总库容。如重庆酉阳县板溪水库工程两库总库容1 128万m3（主库916万m3，副库212万m3），工程规模确定为中型。但与单库工程规模相比，工程等别提高了一级。

根据SL 252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》[1]建筑物级别、洪水标准的定义如下：水工建筑物级别是按水工建筑物所在工程的等别、作用和其重要性所划分的级别;洪水标准是为维护水工建筑物自身安全所需要防御的洪水大小（分为设计洪水标准和校核洪水标准）。针对两库连通形成水库工程，按两库总库容确定的工程等别确定的挡水建筑物级别及洪水标准，则是从增加工程安全冗度的角度考虑的，但由此可能引起的工程量和投资量增大。而从原则上分析，水库标准设计最好是通过安全与经济的全面分析，合理确定[2]。因此，如何合理确定两库连通形成水库工程的挡水建筑物级别及洪水标准，是有必要探讨的问题。

2 规范规定

为探讨两库连通形成水库工程挡水建筑物级别及洪水标准。查阅了GB50201-2014《防洪标准》[3]和SL 252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》。其中，规范对提高或降低建筑物级别、洪水标准做出的相关规定，具体论述如下。

2.1

GB 50201-2014《防洪标准》

（1）关于建筑物级别提高或降低的条文。11.2.2条规定失事后損失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2～5级主要永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，可提高一级，设计洪水标准相应提高;失事后造成损失不大的水利水电工程的1～4级主要永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，可降低一级。

11.2.3条规定水库大坝的2级、3级永久性水工建筑物，坝高超过规定指标时，其级别可提高一级，但防洪标准可不提高。

（2）关于洪水标准提高或降低的条文。11.2.2条和11.2.3条对洪水标准的确定做出了相关论述，具体内容见上文。

11.2.4条规定当永久性水工建筑物基础的工程地质条件特别复杂或采用实践经验较少的新型结构时，对2-5级建筑物可提高一级设计，但防洪标准可不提高。

11.3.2条规定当山区、丘陵区的水库枢纽工程挡水建筑物的挡水高度低于15 m，且上下游最大水头差小于10 m时，其防洪保准宜按平原地区、滨海区的规定确定;当平原区、滨海区的水库枢纽工程挡水建筑物的挡水高度高于15 m，且上下游最大水头差大于10 m时，其防洪标准宜按山区、丘陵区的规定确定。

11.3.3条规定土石坝一旦失事将对下游造成特别重大的灾害时，1级建筑物的校核洪水标准应采用可能最大洪水或10 000 a一遇。

11.3.4条规定土石坝一旦失事将对下游造成特别重大的灾害时，2-4级建筑物的校核洪水标准可提高一级。

11.3.5条规定混凝土坝和浆砌石坝，洪水漫顶可能造成极其严重的损失时，1级挡水和泄水建筑物的校核洪水标准，经过专门论证并报主管部门批准后，可采用可能最大洪水或10 000 a-遇。

11.3.6条规定低水头或失事后损失不大的水库工程的1-4级及挡水和泄水建筑物，经专门论证并报主管部门批准后，其校核洪水标准可降低一级。

2.2 SL 252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》

（1）关于建筑物提高或降低的条文。4.1.3条规定失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2-5级主要永久性水工建筑物，经论证并报主管部门批准，建筑物级别可提高一级;水头低、失事后造成损失不大的水利水电工程的1-4级主要永久性水工建筑物，经论证并报主管部门批准，建筑物级别可降低一级。

（2）关于洪水标准提高或降低的条文。5.2.4条规定对土石坝，如失事后对下游将造成特别重大灾害时，1级永久性水工建筑物的校核洪水标准，应取可能最大洪水（PMF）或重现期10 000a -遇;2-4级永久性水工建筑物的校核洪水标准，可提高一级。

2.3 条文分析

从上述规范要求总体看来，当建筑物级别提高时，洪水标准不一定提高。其中，GB 50201-2014《防洪标准》11.2.2、11.3.3、11.3.4、11.3.5以及SL252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》5.2.4等条文均表明，当建筑物失事后，对下游造成特别重大影响时，洪水标准可提高一级，即确定洪水标准时，应当考虑下游危害对于洪水标准的影响[4]。GB 50201-2014《防洪标准》11.3.2条中，洪水标准提出了山区、丘陵区套用平原区的界定条件，当挡水建筑物的挡水高度小于15 m且上下游最大水头差小于10 m时，山区、丘陵区工程失事后造成的影响相对较小，实际上是对洪水标准提出了降级标准[5];当平原区、滨海区套用山区、丘陵区的界定条件时，则是由于平原区、滨海区工程失事后造成的影响可能较大，实际上是对洪水标准提出了提高标准。结合规范条文说明，建筑物级别是对建筑物结构设计重要性提出的要求，建筑物洪水标准是对建筑物面临洪水的风险及可能造成的严重损失提出的要求。两者是辩证统一的关系，而不是一一对应关系。

本文所探讨的两库连通水库工程，与单库工程相比，仅是通过改变调度方式，以达到最大可能发挥工程效益的目的，提高了工程所在地区国民经济和社会发展及江河治理开发总体布局中的地位和作用[6]。因此，按两库总库容确定工程等别，再确定挡水建筑物级别是合适的。但是，由于两个水库分属于两条河流，在单独运行和连通运行时，挡水建筑物所面临的外部条件基本一致。主要区别在于，两库连通运行遭遇洪水时，会通过连通隧洞互相影响洪水组成。其影响大小受连通隧洞过流能力决定，具备可控性和可预测性。在调洪计算时，两库分别叠加相应的连通隧洞过流流量即可。可见，两库连通运行并未在本质上增加建筑物面临洪水的风险。故笔者认为，一般情况下，当挡水建筑物下游无重大防洪因素时，两库连通水库工程更适合建筑物级别可提高、洪水标准可不提高的情况。

3 规范应用

由上述规范条文可知，目前水利行业规范尚未明确规定两库连通水库工程设计中挡水建筑物级别及洪水标准选择标准，在实际工程设计中按提级或不提级设计的情况均有。本文以实际工程设计为例，并结合类似工程的设计经验，按照下述4种情况，分析建筑物级别、洪水标准变化对大坝设计方案的影响：

（1）挡水建筑物级别及洪水标准均不提高;

（2）挡水建筑物级别提高、洪水标准不提高;

（3）挡水建筑物级别提高、校核洪水标准提高、设计洪水标准不提高;

（4）挡水建筑物级别提高、校核洪水及设计洪水标准均提高。

以重庆酉阳县板溪水库工程为例，该工程是一座集城镇供水、农业灌溉及农村人畜饮水等综合利用的水利工程。水库由小井溪主库和宋家溪副库连通而成，主坝、副坝分别座落于氽河一级支流小井溪和宋家溪上，连通隧洞长1.8 km。由于主坝、副坝下游均无重要防护对象及制约因素，故工程无防洪任务。经可行性研究报告论证，推荐主坝、副坝均采用混凝土面板堆石坝，水库正常蓄水位为926.8 m。

按上述4种不同工况分析，大坝设计特性参数见表1。从表1可以看出，按单库库容确定的建筑物级别及洪水标准，大坝坝顶高程及最大坝高最低;当提高挡水建筑物级别、不提高洪水标准时，由于最大波浪爬高及安全加高随建筑物级别的提高而增大，相应的坝顶高程、最大坝高也会增加;当进一步提高校核洪水标准、但不提高设计洪水标准时，主坝坝顶高程没有增加（受设计洪水位高程控制）、副坝坝顶高程进一步增加;进一步提高设计洪水标准时，主坝坝顶高程、最大坝高相应增加，副坝坝顶高程、最大坝高不变。由此可见，在分别提高建筑物级别（不含5级提到4级）、洪水标准时，均不同程度增加了坝顶高程和最大坝高，在一定程度上均提高了大坝安全性和抗风险能力。但是，随着坝顶高程的增加，工程量增加，工程造价也会提高，工程经济效益费用比有所降低。

无防浪墙坝顶高程计算公式如下，其中建筑物级别及洪水标准是确定坝顶高程的关键因素。

本文所举实例为两个小（1）型水库连通形成中型水库工程，若由两个中型水库连通形成大型水库时，工程建筑物级别及洪水标准提高后的安全冗度将进一步增大，经济性将进一步降低。

综上所述，提高建筑物级别在一定程度上已经提高了大坝设计的安全冗度，再提高洪水标准则是进一步增加了安全性。因此，从安全性和经济性综合考虑，建议两库连通水库的工程等别按两库总库容相加确定，建筑物级别可提高，一般情况下洪水标准可不提高。

4 结论

本文分析了现行规范关于建筑物级别及洪水标准的相关规定，讨论了提高建筑物级别及洪水标准的应用条件，并应用到重庆酉阳县板溪水库工程设计中，探讨了两库连通水库工程挡水建筑物级别及洪水标准的确定问题，总结如下。

（1）由现行规范规定分析可知，在水利工程设计中，当建筑物级别提高时，洪水标准不一定提高。

（2）提高洪水标准时，应当考虑对下游的危害影响程度，即对下游造成特别重大影响时，洪水标准可提高一级。

（3）针对两库连通水库工程的运行方式和工程总布置方案特点，从安全性和经济性分析，建议工程等别按两库总库容相加确定，建筑物级别可提高，一般情况下洪水标准可不提高。

参考文献：

[1] SL252-2017水利水电工程等级划分及洪水标准[Sl.

[2]王国安，中国设计洪水及标准问题[J"水利学报，1991（4）：68-76.

[3]