某中型水库除险加固设计洪水分析研究

陈文蛟

（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南 平顶山 467000）

1 某中型水库除险加固概况

此水库于1959 年动工兴建，主要完成大坝填筑高程达197.00 m和输水洞两项工程；后经1966年大坝加高、1976年溢洪道扩宽等几次续建工程，于1979年12月竣工，以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖。

此水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3 级，设计防洪标准为50 年一遇，校核洪水标准为2000 年一遇。校核洪水位201.38 m，总库容5 690 万m3；设计洪水位200.04 m，相应库容4 680万m3；兴利水位198.00 m，兴利库容3 150万m3，死水位187.00 m，死库容300万m3。水库主要建筑物有主坝、副坝、溢洪道及输水洞等。

2001 年通过了水库三类坝鉴定成果核查意见表，2002 年水库除险加固工程初步设计通过上报审查并批复，水库除险加固工程于2002年12月开工，2004年1月完工通过验收。

2020年10月大坝安全鉴定领导小组和大坝安全评价项目组，对水库大坝和溢洪道等进行工程地质勘察和大坝质量检查。专家组评审鉴定后作出《大坝安全鉴定报告书》。2021年水利部大坝安全管理中心对此中型水库进行现场核查，大坝安全鉴定为“三类坝”。

此中型水库下游有312国道、焦枝铁路、宁西铁路、欧亚光缆、沪新光缆、南水北调中线总干渠等重要设施，并保护下游8个乡镇5.5万人民和5.2万亩耕地，地理位置十分重要，应尽快进行除险加固。

2 中型水库除险加固设计洪水标准的选定

2.1 防洪设计标准概念内涵的认识

中型水库除险加固设计洪水是防洪规划和防洪工程预计设防的最大洪水。水库防洪设计标准是防洪工程抗御洪水能力的规定限度。通常分为正常运用设计标准和非常运用设计标准。不同规模和不同重要性的工程分别采用不同的防洪设计标准。

2.2 水库除险加固设计洪水标准的选定

2002 年此中型水库除险加固初设批复防洪标准：50 年一遇洪水设计、2000年一遇洪水校核，符合《防洪标准》“山区、丘陵区土石坝永久性建筑物（3级）设计洪水标准为100～50年一遇，校核洪水标准为2000～1000年一遇”的规定。《水库大坝安全评价导则》规定“如果经批复的水库现状防洪标准符合或超过现行规范要求，宜沿用原水库防洪标准”，因此防洪标准沿用已批复的除险加固防洪标准，综合确定此中型水库除险加固设计洪水标准为50年一遇洪水设计、2000年一遇洪水校核。

3 中型水库除险加固所在流域设计暴雨推求

3.1 中型水库所在流域设计点雨量推求

式（1）中：Htp——t 时段设计频率为P 的点雨量（mm）；t——t 时段多年点雨量均值（mm）；Kp——频率为P 的模比系数，查P—Ⅲ型曲线Kp值求得。

3.2 中型水库所在流域设计面雨量

查短历时暴雨t～F～α关系图线，可得点面折减系数α值。此中型水库除险加固所在流域设计面雨量即可用α值乘以此水库设计点雨量求得。

3.3 中型水库所在流域设计暴雨递减指数

设计暴雨递减指数n按照暴雨历时关系分为三段：＜1 h为n1，1～6 h为n2、6～24 h为n3。

式（2）（3）（4）中：n1p、n2p、n3p分别为＜1 h、1～6 h、6～24 h三种时段各自对应的设计暴雨递减指数；H10p‘、H1p、H6p、H24p分别为同频率P的年最大10 min、1 h、6 h、24 h设计点雨量。

4 中型水库除险加固所在流域设计暴雨产流分析

由24 h降雨量查水库所在流域所在分区的次降雨径流关系P+Pa～R曲线得24 h净雨量。P为24 h设计面雨量，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上的稀遇频率Pa=Imax，10～20年一遇Pa=2/3Imax。水库流域属河南省的第Ⅱ水文分区，Imax=45 mm。中型水库除险加固所在流域24 h设计净雨量计算成果见表1。

表1 设计净雨分析计算成果表 单位：mm

5 中型水库除险加固设计洪水推演

5.1 设计洪峰流量计算

应用推理公式法可求洪峰流量。

式（5）（6）（7）中：Q—设计频率的洪峰流量（m3/s）；ψ—径流系数；τ—洪峰汇流时间（h）；F—流域面积（km2）；L—设计断面至主河分水岭的河长（km）；J—平均坡降；S—设计频率最大1 h降雨量（mm/h）；n—设计暴雨递减指数，当τ＜1 h，代入n1；τ＝1～6 h，代入n2；τ＝6～24h，代入n3。n1、n2、n3系分别按照设计频率下最大10 min～1 h、最大1～6 h、最大6～24 h的设计面雨量推算；μ—平均入渗率，由水文分区及下垫面特点据图集选定，取3 mm/h；m—汇流参数，由图集（θ～m相关线）查定。

5.2 设计洪量计算

式（8）中：W24—24 h 洪量（m3）；R—24 h 净雨深（mm）；F—集流面积（km2）。水库设计洪峰、洪量成果见表2。

表2 设计洪峰洪量计算成果表

5.3 水库除险加固防洪设计洪水过程线推求

设计洪水过程线采用概化过程线叠加方法计算。

6 中型水库除险加固设计洪水成果合理性分析

此次复核结果与2002年成果（水库除险加固成果）比较见表3。

从表3可知，此次复核的洪峰流量计算成果比2002年水库除险加固结果小15.73%～21.61%，但24 h洪量成果较除险加固成果大10.94%～20.64%，分析原因如下：05图集与84图集相比，参加统计的资料站增加了5倍，资料系列增加了二十年，系列长度平均延长一倍。尤其是“82.8”、“96.8”、“2000.8”这几场罕见特大暴雨的加入，使得05图集暴雨统计参数发生较大变化。

表3 与2002年成果比较表

05 图集充分利用了当前科学技术的一些成果，计算方法有了很大发展，特别是以地理信息系统为代表的计算机技术使计算、绘图更加客观、精确。该图集采用了目前河南省暴雨方面最全面最系统的资料和研究成果，所以将更系统和精确地反映暴雨的特性。因此，在缺少实测资料的情况下，此中型水库设计洪水可采用05图集推理公式法计算成果。

7 结语

经安全复核评价水库安全级别，综合考虑水库防洪保护重要地位，科学合理确定水库除险加固设计洪水标准，确定设计洪水计算内容：洪峰流量、洪水总量和洪水过程线，最后分析确认洪水计算成果的合理性，为除险加固设计提供科学依据。