大坝安全鉴定中防洪能力的复核计算

2021-01-09聂玉帅

河南水利与南水北调 2021年12期

聂玉帅

（郑州市常庄水库管理处，河南郑州 450007）

0 前言

为确保水库正常安全运行，最大限度地发挥防洪效能，依据新修订的《水库大坝安全鉴定办法》和中华人民共和国行业标准《水库大坝安全评价导则》等技术规定与行业标准，对水库大坝实行定期安全鉴定制度。其中防洪能力复核是大坝安全鉴定中的重要环节，它对检查水库大坝采用的设计洪水标准是否合适，设计洪水计算成果是否可靠、现状防洪能力是否达到现行有关规范要求具有重大意义。下面以常庄水库为实例，在大坝安全鉴定过程中，对防洪能力复核中出现的问题进行深入分析探讨，并在此基础上做出科学合理的复核计算。

1 工程概况

常庄水库始建于1959 年12 月，位于淮河流域颍河水系贾鲁河支流贾峪河下游，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为2级，坝体为均质土坝，总库容1 708 万m3，兴利库容864 万m3，控制流域面积82 km2，按100 年一遇洪水标准设计，5 000 年一遇洪水标准校核，是一座以防洪调度、城市应急供水、工程建设与管理以及水生态保护为主的重点中型水库。由于常庄水库紧临郑州西三环，毗邻“四个中心”，地理位置异常重要。随着郑州城区不断扩大，怎么让西部美起来成为郑州城市发展新的思路定位，常庄水库作为一座城区水库，其城市防洪的特点尤为明显，因此，于2005年12月被河南省水利厅批准为按大型水库管理。特别是在2014年12月南水北调中线工程通水之后，常庄水库又成为南水北调郑州段反季节调蓄水库，其防洪工程安全更加关系到南水北调调蓄工程的输水安全。

2 防洪能力复核的紧迫性

由于种种原因，常庄水库仅在1984 年进行过1 次设计洪水复核，距今时间太长。另外，常庄水库在除险加固前进行了安全鉴定，也进行了防洪标准复核，可是自2013年常庄水库除险加固工程完成后，水库的职能和设施规模都发生了不同程度的变化，也非常有必要对常庄水库进行防洪能力复核。同时，随着水文资料的延长和积累，所收集的数据愈加清晰准确，为防洪能力复核提供了更加安全可靠的原始数据。因此，重新对常庄水库进行防洪能力复核计算，就显得尤为必要和迫切。

3 防洪能力复核时应注意的问题

3.1 认真收集查阅分析相关资料

收集建库以来的各类资料，主要收集查阅工程勘察设计、施工与运行资料，除险加固及地质勘查结果、有记录以来的水文气象资料和工程维修养护、渗流与变形观测等等。对这些资料进行整理分析，查找问题，科学全面详细了解水库基本状况，为下一步分析和复核计算提供重要的依据。

3.2 早期水文资料不全

在常庄水库兴建前，现坝址以上2.50 km处，于1954年6月设有常庙水文站，该水文站观测到1960年6月撤销。自水库建成后，1961-1975年无水文观测资料，1976-1980年有断断续续的水位记录，1980 年7 月重设常庄水库水文站至今，所有观测资料齐全。另外，在历史洪水资料中，因年代久远，资料少，推算的流量精确度不高，势必导致洪水频率计算不准确。在这种情况下，计算所依据的水文资料系列的来源一定要真实，推求换算要可信，才能正确可靠地复核出设计洪水成果。

3.3 水库淤积严重

由于水库经过60余年运行，上游土质松软，植被覆盖相对较少，水土流失造成河水泥沙含量较高，大量泥沙沉积库底。再加上库区近坝沿岸不稳，库水位时消时涨，致使库岸坍塌，库床淤积壅高，库容曲线发生变化。所以，必须对库容曲线重新进行校核，从而避免计算调洪校核时产生影响。

3.4 水库除险加固后工程设施发生变化

2013 年常庄水库完成除险加固工程后，在溢洪道上新增一座5 孔闸和交通桥，不能只复核溢洪道控制断面的过水能力，而忽略下游断面因阻水而造成实际过水能力减小等因素。同时输水洞内南水北调工程充库引水管从洞中穿过，该引水管直径2.20 m，使该引水管兼具泄水与引水两种功能，原浇筑的混凝土输水洞实际上已成为水库工作人员的检修廊道，因此，在计算泄流曲线时要充分考量。

3.5 复核计算应科学合理

由于一些资料的缺失，相关参数不准确，未按现行规范要求的计算工况进行验算，采用简化方法验算，或采用的自编软件、商业软件未经认可和未经使用者认真校验，会出现计算结果不合理或违反力学原理的现象。所以，在实事求是的前提下，尽可能不用软件，按照水利水电计算规范，认真进行科学精准计算，避免出现所谓偏差。

另外，根据《碾压式土坝设计规范》，坝顶（防渗体）高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶高程应高于波浪顶高程。不能一味盲目地将调洪得到的最高静水位与原设计成果中最高静水位进行比较，据此得出安全与否的结论。在复核计算水库防浪墙高程时，应当注意在正常运用条件下，坝前风速取值参数也要合理，才能获得真实有效的复核结果。

3.6 切忌盲目提高或降低防洪标准

自从“75.8”特大洪水后，一些人无形中想夸大防洪标准，再加上水库除险加固后，管理者思想上有所麻痹，精神上有所懈怠，意识上有所放松，有意或无意提高防洪标准，给上级领导以高枕无忧的印象。也有某些水库主要领导一心想推卸责任，故意将防洪标准降低，规避风险，回避问责，逃避处罚，这两种极端表现都是不可取的。作为水利工程技术人员，既不能直接简单地照搬原设计成果，还要排除人为干扰，根据工程的实际规模和变化情况，对防洪标准做出科学准确的复核计算。

4 防洪能力复核计算

鉴于常庄水库水文监测资料断档，同时，由于尖岗水库和常庄水库同属流域水系内的两座水库，直线距离仅3.50 km，因此，可以利用尖岗水库的水文资料来推求常庄水库的缺失数据。参照1984年河南省水利勘测设计院所编制的复核报告内容，此次常庄水库设计洪水复核采用流量资料与雨量资料这两种途径来推求设计洪水。

1954-1959年由贾峪河常庙站实测资料统计，其中1955年缺测流量，依据该年实测水位，利用1956年水位流量关系查得洪峰流量和时段洪量。1960年常庙水文站撤销，导致1960-1980年无资料，此段流量采用以下2种方法推算：一是用常庄水库、尖岗水库面积比法将尖岗水库流量逐年换算为常庄水库流量；二是用尖岗水库长短系列比，将常庄水库短系列的均值换算为长系列均值。经过分析，两地的气象因素是一致的，而下垫面因素则有一定差别，故采用长、短系列均值比换算得成果。

贾鲁河尖岗水库洪峰和时段流量，1954-1970年直接由贾鲁河常庙水文站资料统计，1971-1980年由尖岗水库实测资料推算，资料系列从1954-1980年，共计27年连续系列，1971-1980年水库建成后，入库洪峰由库水位反推而得，但由于水位观测时间间隔过长，推算的洪峰流量是时段流量的平均值，不是瞬时流量，因此建立建库前常庙站实测洪峰与不同时段平均流量及观测时段关系线，将时段平均流量修正为瞬时洪峰流量。常庄水库根据尖岗水库洪水系列延长后其峰量系列从1954-1980 年共计27 年，加入1915 年和1927 年所调查洪水资料，从而求得水库各频率设计洪水成果。在此基础上又进行库容曲线、泄流能力曲线等调洪计算以及波浪要素、坝顶超高计算等坝顶高程复核。

根据这两种途径计算出的结果，与邻近流域水库设计洪水及原设计采用的成果比较，综合分析后，认为根据流量资料推求的设计洪水，基本上反映了中小规模洪水的实际情况，故推荐采用流量资料计算成果，考虑到水库控制流域面积小，洪水变幅大，实测系列短等因素，当采用频率洪水作为校核洪水时，则建议再适当加20%安全保证值。

经过复核计算，水库输水洞和溢洪道泄流能力均能满足水库防洪安全要求。通过调洪演算，水库100年一遇设计洪水位和5 000年一遇校核洪水位低于原设计确定的特征水位，故仍采用原设计成果，即100年一遇洪水标准设计，5 000年一遇洪水标准校核。坝顶超高计算表明，大坝坝顶高程也满足规范要求。