广东省小型水库大坝防洪能力复核有关问题实例分析

谭鉴利，王海元

1.广东珠荣工程设计有限公司，广东 广州 510610

2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010

广东省小型水库占全省水库总数的95%以上，主要特点为“数量多、分布广、作用大”[1]。这些小型水库大多修建于20世纪50年代至70年代，受历史条件限制，其设计、施工技术相对落后，并且多为“三边”工程，其大坝设计、施工、监测、运行管理等资料或缺乏或存疑[2]。相比大中型水库，小型水库的风险突出，如病险多、溃坝概率高等[3]。为了了解小型水库大坝安全短板，对其进行安全鉴定。水库大坝防洪能力复核是安全鉴定的重要内容。

小型水库大坝防洪能力复核主要内容一般包括防洪标准复核、设计洪水复核计算、调洪计算及大坝抗洪能力复核等方面[4]。通过对博罗县马古坑水库大坝防洪能力复核，分析影响水库防洪安全评价该注意的问题，为其他小型水库提供参考。

1 水库概况

马古坑水库位于公庄镇鹊楼村，于1968年10月竣工投入使用，坝址以上控制集水面积为4.61km2，总库容97万m3，工程等别为V等，是一座以灌溉为主，兼顾养殖的小（2）型水库，防洪标准按丘陵区考虑，设计洪水为20年一遇，校核洪水为200年一遇。

水库枢纽由大坝、溢洪道、灌溉涵管组成，主要建筑物包括均质土坝1座，坝顶长75m，最大坝高8.7m；开敞式宽顶堰溢洪道1座，堰顶宽为10m；灌溉涵管1座，砖砌方涵，断面尺寸为0.3m×0.4m（建有直升启闭闸门）。

水库目前的主要任务和效益：（1）担负鹊楼村150hm2农田灌溉供水；（2）下游捍卫耕地130hm2，人口1500人。水库于2002年进行了除险加固，完成了迎水坡、背水坡、反滤体、闸门、溢洪道等工程。

2 小型水库大坝防洪能力复核

2.1 防洪标准复核

水库工程防洪标准根据其级别和坝型确定，工程级别根据工程规模、效益和在经济社会中的重要性确定。

马古坑水库属丘陵区，复核可得总库容为97.06万m³，最大坝高为8.7m，工程任务不变。

2002年除险加固中马古坑水库采用的工程级别、建筑物级别和防洪标准依然符合《防洪标准》（GB 50201—2014）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）规定，水库沿用该标准，不作调整，即马古坑水库属小（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，水库设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，消能防冲建筑物设计洪水标准为10年一遇。

2.2 设计洪水复核计算

由于马古坑水库无实测流量资料，设计洪水由雨量资料推求。因为没有收集到水库附近实测降雨资料系列，所以设计暴雨按查图计算所得。设计洪水采用广东省综合单位线方法以及推理公式方法进行协调分析。

（1）地理参数。2021年马古坑水库坝址地理参数按照1∶5000地形图复核，集水面积为4.61km2、河长为4.45km、平均比降为0.021；2002年除险加固中，集水面积为3.90km2、河长为2.75km、平均比降为0.034。

（2）设计暴雨。通过查取水文图集查取各历时Ht、Cv计算可得设计频率、校核频率的暴雨。2021年复核依据新版《广东省水文图集》（2003）查取，而2002年除险加固依据《广东省水文图集》（1991）查取。

（3）产汇流参数。根据马古坑水库集水区域属《广东省暴雨径流查算图表》中的“Ⅳ东江中下游分区”，由此可查暴雨、产流、汇流分区。

（4）设计洪水计算。复核的设计洪峰比2002年除险加固成果小17%～18%，洪量比2002年除险加固成果大23%～32%。主要原因是复核的地理参数、暴雨参数、设计洪水计算方法发生了变化。复核成果如下：设计洪峰（P=5%）为97.88m3/s，1d洪量为117.20万m3，3d洪量为143.85万m3；校核洪峰（P=0.5%）为138.72m3/s，1d洪量为199.16万m3，3d洪量为263.48万m3。

2.3 调洪计算

（1）水库防洪调度。根据博罗县公庄镇马古坑水库调度运用方案，水库防洪调度运行原则如下：①马古坑水库泄洪建筑物由溢洪道承担，输水涵管不承担泄洪任务；②马古坑水库溢洪道为开敞式溢洪道，起调水位为正常蓄水位，当水库水位高于正常蓄水位时，溢洪道自由泄洪。

起调水位对水库泄洪风险影响较大，2002年除险加固及公庄镇马古坑水库调度运用方案中，起调水位为49.20m，而2021年测量复核得出，溢洪道底高程为50.10m，相差较大。调洪计算中起调水位采用2021复核溢洪道底高程。

（2）水位-库容关系。①水位-库容关系曲线复核。马古坑水库水位-库容关系复核依据2021年1月实测地形图，水库库容计算方法采用方便高效的等高线法。②水位-库容关系成果分析。根据复核可知，现状水库库容与2002除险加固成果相差较大（最大相差16.1万m3），对比分析见表1。

表1 马古坑水库水位-库容关系对比分析表

因为缺少水库1968年初步设计相关水位-库容资料，同时缺少2002年除险加固成果中计算依据基本资料，所以不能完整分析库容变化原因。2021年复核所采用2021年实测地形图，可以反映水库最新的水位-库容关系曲线。

（3）水位-泄量关系。①溢洪道概况。马古坑水库溢洪道位于大坝左肩，堰顶高程为50.10m，为开敞式溢洪道，净宽10m，复核堰顶高程为50.10m（2002年除险加固为49.20m）。②溢洪道水位-泄量关系。溢洪道泄为单孔宽顶堰，过流能力根据宽顶堰非淹没出流计算。

堰流公式复核的溢洪道水深-泄量关系与2002年成果基本一致（相差在3.4%以下），但溢洪道堰顶高程与2002年除险加固相差较大，因此复核的溢洪道水位-泄量关系变化较大。

（4）调洪计算。根据水库的调度原则、复核的设计洪水、最新水位-库容-泄量关系曲线，采用静库容法进行调洪计算，复核水库特征水位及特征库容，并与已有成果对比分析（见表2）。①复核成果。设计洪水位（P=5%）为52.18m，设计洪水位以下库容为78.35万m3；校核洪水位（P=0.5%）为52.83m，校核洪水位以下库容为97.06万m3。P=10%情况下，最大泄量流量为37.5m3/s。②结果分析。2002年除险加固的洪水位成果：设计洪水位（P=5%）为51.66m，校核洪水位（P=0.5%）为52.25m。2021年复核特征水位高于2001年除险加固特征水位，其中设计洪水位高0.52m，校核洪水位低高0.58m。主要原因：2002年除险加固采用的集水面积较小；2002年除险加固查取的暴雨参数Ht（6h）、Ht（24h）、Ht（72h）值较小；2002年除险加固设计洪量较2021年复核成果较小；2002年除险加固溢洪道堰顶高程采用49.20m，2021年复核为50.10m，即起调水位（也是正常蓄水位）发生较大变化时，水位-泄量关系也将发生较大变化。

表2 调洪计算结果对比分析表

2021年复核所采用的调度原则、水位-泄量-库容关系曲线（2021年1月实测），皆能反映工程现状，且成果安全、合理。

2.4 大坝抗洪能力复核

（1）坝顶高程复核。马古坑水库大坝属均质土坝，坝顶超高计算公式如下：

式中：y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m[5]。

复核可得水库坝顶高程计算值为53.80m，而现状坝顶高程为52.62～52.85m，防浪墙顶高程为52.29～52.39m，现状坝顶高程低于规范要求。

（2）防洪能力复核。①水库原设计防洪标准满足规范要求，不需要调整。②水库设计洪水成果需要调整。复核地理参数、暴雨参数，设计洪水计算方法后，确定马古坑水库设计洪峰（P=5%）为97.88m3/s，校核洪峰（P=0.5%）为138.72m3/s。③复核马古坑水库大坝坝顶高程，不满足规范要求。

综上所述，马古坑水库大坝防洪安全性应评为C级，大坝应评为三类坝。

3 结论

影响小型水库大坝安全评价的因素较多，文章以博罗县马古坑水库为例，总结防洪能力复核中需注意的问题。

（1）小型水库由暴雨资料推求设计洪水时，采用综合单位线法、推理公式法等多种方法协调分析结果与原单一方法计算结果相差较大。

（2）小型水库原设计洪水计算结果根据暴雨资料的延长将发生变化。

（3）受原设计时条件限制，水库地理参数可能误差较大。

（4）小型水库起调水位一般为正常蓄水位（溢洪道堰顶高程），原设计时可能采用假定高程且测量误差较大，需认真复核。

（5）最新水库水位-库容-泄量关系曲线与原设计相比，可能已发生较大变化，对调洪计算结果影响较大。

（6）因设计洪水变化、水库水位-库容-泄量关系曲线变化，进而影响坝顶高程计算值，可能导致现状坝顶高程不满足规范要求。