深田水库防洪能力复核

2023-03-22罗丹

河南水利与南水北调 2023年1期

关键词：坝顶库容溢洪道

罗丹

（韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司汕头分公司，广东汕头 515040）

0 引言

水库工程建设可实现蓄水、发电、防洪等综合效益，防洪工作是水库建设的一个重要因素。为了保证水库使用功能的正常发挥，应注重水库调洪和防洪能力复核，以改善水库的防洪作用，保障下游居民的安全。下文将主要针对深田水库进行分析。

1 水库概况

深田水库于1958年竣工，原有设计资料已丢失，原设计集雨面积为0.97 km2，此次复核为0.98 km2，对比相差仅1%，不做修正，保留F=0.97 km2，河流长度复核L=1.72 km，河道比降J=0.10。

2004 年原除险加固设计报告中：正常蓄水位为166.67m（珠基），相应库容为47 万m3，20 年一遇设计水位为169.72 m，相应库容60 万m3；200 年一遇校核水位为170.68 m，相应库容65万m3。经过复核计算，水库死水位157.30 m，死库容1.61万m3；正常蓄水位为166.67 m，库容32.84万m3；设计洪水位168.57 m（P=5%），相应库容44万m3；校核洪水位169.21 m（P=0.5%），相应库容48 万m3。此工程是一宗以防洪为主兼顾灌溉的小（2）型水库。

2 防洪能力复核

2.1 水文气象

深田水库工程所在地属亚热带海洋性气候，是潮南区南山高丘冬冷多雨区，多年平均气温21.50 ℃，雨量充沛，多年平均降雨量为2 100 mm，雨季较长，夏季多暴雨，降雨集中在4-9月份，无冰冻期，但冬季有轻霜出现。

2.2 计算方法

采用省水文局编制的《广东省暴雨参数等值线图》和《〈广东省暴雨径流查算图表〉使用手册》所查水文参数，借助电算程序，采用广东省综合单位线法（SUHM-lA）及推理公式法（TL-1A）推求设计洪水过程线。

2.3 基本资料复核

深田水库原有设计资料已丢失，原设计集雨面积为0.97 km2。2004 年深田水库除险加固设计的水文计算书资料已丢失，单从除险加固设计报告中仅能得到复核后的集雨面积为0.97 km2。

此次安全评价按1：10 000 地形图量测计算结果，区间集雨面积F=0.98 km2，河流长度L=1.72 km，河道比降J=0.10，与原集雨面积对比相差仅0.01%，故采用原参数区间集雨面积F=0.97 km2，河流长度L=1.72 km，河道比降J=0.10 进行洪水计算。

此工程集水区域位于《广东省暴雨径流查算图表》分区的粤东沿海地区，分区应采用Ⅱ区设计雨型。暴雨高区αt ～t ～f 关系图，大陆山区汇流参数，广东省综合单位线滞时m1 ～Q关系线为A线，工程集雨面积F=平方公里＜500 km2，应采用广东省综合单位线Ⅱ号无因次单位线。

此次安全评价无收集到2004年除险加固时的水位库容曲线，故此次对水库进行实地测量，绘制水位库容曲线见表1。

表1 深田水位库容曲线表

2.4 设计洪水复核

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》有关规定，此工程规模为小（2）型，工程等别为Ⅴ等，相应主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级，设计标准30—20年一遇，校核标准为300—200 年一遇。2004 年除险加固设计按20 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核，此次安全评价标准复核按20年一遇设计（P=5%），200年一遇校核（P=0.5%），能满足规范要求。

计算成果：深田水库推求各频率（10%、P=5%、P=0.5%）洪水过程线，计算成果见表2。

表2 综合单位线及推理公式法计算成果对比表

由表2，设计洪水计算采用广东省综合单位线法和推理公式法进行电算得出的设计洪峰流量相差不超过20%（以数值大者为分母），按《广东省暴雨径流查算图表》使用手册说明，原则上应采用广东省综合单位线方法的计算成果，水库各频率的设计洪峰流量、设计暴雨量见表3。

表3 水库各频率的洪峰流量、设计洪水总量表

此次复核洪水标准为20 年一遇设计，200 年一遇校核，2004 年除险加固工程设计洪水成果无各频率的洪峰流量、设计洪水总量参数，仅有各频率下的水位特征值。此次采用深田水库复核成果，P=5%设计洪水Q=35.73 m3/s，P=0.5%校核洪水Q=50.43 m3/s。

2.5 调洪演算

2.5.1 溢洪道泄流能力计算

深田水库堰顶高程166.67 m，起调水位按正常蓄水位166.67 m。

泄流计算：现复核水库溢洪道的水位～流量关系，根据《溢洪道设计规范》附录A中宽顶堰非淹没出流时泄流能力

式中：Q—流量，m3/s；B—总净宽，m；H0—计入行进流速水头的堰上总水头，m；行近流速水头暂按/2g=0；m—二元水流宽顶堰流量系数，与相对上游堰高P1/H与堰头形式有关，查表可知m；ε—闸墩侧收缩系数。

溢洪道泄流计算结果见表4。

表4 深田水库溢洪道泄流计算表

2.5.2 调洪计算

此工程为开敞式溢洪道，采用自由溢流方式，起调水位166.67 m。由水库洪水计算稿摘取入库洪水过程线有关资料，见表5。

表5 复核调洪演算成果表

2004年调洪演算无电算计算稿，仅有最终成果。经过复核验算，2004年调洪演算与此次调洪演算成果差距较大，重复分析计算资料（实测库容曲线、计算参数等），认为此次计算无误。

推测造成库容及特征水位相差较大的原因有三：一是受当时测量技术限制，库容圈算区较大值偏安全考虑；二是除险加固后水库运行17年底层淤积，从而减少库容；三是原除险加固图纸为假定高程，此次是以溢洪道堰顶高程不变对应原有溢洪道假定高程换算，但水库施工条件困难，土法上马，可能存在误差较大的情况。

故采用此次调洪演算成果进行坝顶高程复核，即深田水库的设计洪水位（P=5%）为168.52 m，校核洪水位（P=0.5%）为169.27 m。

2.5.3 调洪结论

水库正常蓄水位166.67 m，相应库容32.80万m3；水库设计洪水位168.52 m，相应库容44万m3；水库校核洪水位169.27 m，相应库容48万m3。

2.6 大坝抗洪能力复核

2.6.1 坝顶高程复核

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》规定，坝顶超高以下式计算：

式中：Y—坝顶超高，m；R—波浪沿着坝坡的最大爬高，m；A—安全加高，m，正常运用条件取A=0.50 m，非常运用条件取A=0.30 m。根据《水工建筑物抗震设计标准》地震工况涌浪高度取0.80 m，坝体和地基的沉陷取0.20 m。

坝顶高程复核计算结果见6。

表6 坝顶高程复核计算成果表

根据坝顶高程计算成果，坝顶高程由校核工况控制，计算坝顶高程为169.95 m。现水库坝顶高程最低处171.87 m 比计算坝顶高程169.95高出1.92 m。因此，大坝坝顶高程能满足规范要求。

2.6.2 溢洪道泄流能力复核

溢流堰为宽顶堰，堰顶高程为166.67 m，单孔宽度为3 m，无闸门控制，开敞式溢流，泄流计算采用《溢洪道设计规范》。

宽顶堰非淹没出流时泄流能力公式：

式中：Q—流量，m3/s；B—总净宽，m；H0—计入行进流速水头的堰上总水头，m；行近流速水头暂按/2g=0；m—二元水流宽顶堰流量系数，与相对上游堰高P1/H与堰头形式有关，查表可知m=0.385；ε—闸墩侧收缩系数；B1—堰上游引水渠的宽度；b—堰孔宽度；K—闸墩形状影响系数，矩形取0.19，圆弧取0.10。

溢洪道泄流能力复核计算结果见表7。

表7 深田水库溢洪道泄流能力复核计算表

深田水库在设计工况（P=5%）和校核工况（P=0.5%）下根据调洪验算结果，泄洪流量分别为12 m3/s、19.90 m3/s。复核计算后，设计工况（P=5%）下水位为168.52 m 的泄流能力可达12.00 m3/s，校核工况（P=0.5%）下水位为169.27 m 的泄流能力可达19.96 m3/s。溢洪道泄流能力能满足设计洪水和校核洪水条件下的下泄最大流量。

2.6.3 下泄洪水对大坝和下游影响

溢洪道建设在原有山坡上，尾部为挑坎式消能，浆砌石结构，挑坎砌石结构距大坝坡脚棱体脚约30 m，泄洪时对大坝影响很小。挑坎砌石结构接下游土渠，有防冲抛石消能措施，下游渠道无冲刷塌陷，目前消能工运行情况良好，故溢洪道泄洪对大坝和下游渠道无影响。

2.7 防洪能力复核结论

深田水库于1958 年竣工，其大坝设计洪水标准为20 年一遇，校核洪水标准为200年一遇；2004年水库进行了除险加固，大坝设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇；此次复核，确定深田水库大坝设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200 年一遇，总库容为48 万m3，经复核，设计洪水位（P=5%）168.57 m，校核洪水位（P=0.5%）169.21 m。

此次安全评价复核计算得到的设计洪水位（P=5%）168.57 m，校核洪水位（P=0.5%）169.21 m，加波浪爬高、安全超高后，坝顶高程应不可低于169.95，现有坝顶高程最低处为171.87 m，可以满足200 年一遇校核洪水的标准，不需要进行安全加高处理。

溢洪道泄流能力满足要求，消能防冲满足要求，洪水能安全下泄水库洪水调度运用方式符合水库的特点，能满足大坝安全运行。

深田水库防洪标准及大坝抗洪能力均满足规范要求，洪水能够安全下泄，大坝防洪安全性评定为A级。