清华水库安全鉴定的防洪能力复核

王永伟

（婺源县水利局，江西 婺源 333200）

1 工程概况

清华水库坝址位于婺源县清华镇的浮溪村，是一座具有灌溉、发电、防洪和养殖等综合利用的中型水库。清华水库工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道和引水隧洞等主要建筑物级别为3级，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇；泄水建筑物的消能防冲建筑按50年一遇洪水标准设计。水库设计洪水最大洪峰流量1 131.80 m3/s，库容为1 456.0×104m3；校核洪水最大洪峰流量1 697.30 m3/s，库容为1 671.60×104m3。

2 设计洪水复核

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》，结合山地丘陵区域水利工程永久性建筑物洪水标准，其主要水工建筑物设计洪水标准应为50～100 年一遇，校核洪水标准为500～1 000 年一遇；水库现状防洪标准满足规范，故防洪能力复核沿用该标准。

根据2010 年《江西省暴雨洪水查算手册》，集水面积超出50 km2，且工程规模为中型，对设计洪水过程线精度要求较高的流域，应推荐瞬时单位线法进行设计洪水计算，故采用瞬时单位线法展开防洪能力复核，以经验公式法结果作为比较参考。

2.1 瞬时单位线法

从《江西省暴雨洪水查算手册》中偏差系数图和暴雨等值线图查出水库所在流域各时段Cv和Cs关系，再根据水文图查出1 h、6 h 和24 h 变差系数Cv值及暴雨均值，由P-Ⅲ型曲线模比系数表查得相应频率下模比系数，通过模比系数与暴雨均值相乘得出设计频率点暴雨量。结合设计暴雨参数值，在《江西省暴雨洪水图集》水文图中查出流域面积所对应的点面折算系数及流域综合形状修正系数，进而展开水库坝址控制流域不同频率设计暴雨面雨量推求。

根据《江西省暴雨洪水图集》，以3 h主雨峰控制概化雨型为水库坝址区分配雨型，进行不同设计频率设计面暴雨量推求，结果见表1。以此为基础，根据产流分区和水库工程所属流域，清华水库位于产流Ⅵ区，据瞬时单位线计算分区图及《江西省暴雨洪水查算手册》，进行不同频率下24 h净雨过程计算。

表1 坝址区时程分配雨量表

在P=2%时，查表进行产流计算得，产流前第1～8 h时段雨量和为初损17.31 mm；在P=0.2%时，查表计算得产流前第1～8 h时段雨量和为初损28.94 mm，且产流期以后雨量全部入渗。

根据《江西省暴雨洪水图集》所规定的瞬时单位线法进行汇流参数推算，公式如下：

式中：m1、m2—汇流系数；m1,10=0.9F0.18J-0.33；i—非线性外延临界净雨强，i≤15 mm/h；b—修正系数，b=0.28-0.05logF；F—坝址以上流域面积，km2；J—坝址以上河道比降均值，‰。通过式（1）和（2）求得汇流系数后，再通过以下公式进行瞬时单位线法其余参数计算：

式中：C—换算系数；Δt—计算时段；n、k—瞬时单位线参数；其余参数含义同前。将清华水库所在流域相关数据代入对应公式中所得到的瞬时单位线法参数取值见表2。

表2 瞬时单位线法参数取值表

2.2 经验公式法

结合《江西省水文图集》所给出的乐安河支流清华水经验公式，进行水库设计洪水推求：

式中：q—具体频率洪峰流量模数，m3/（s·km2）；C—具体频率洪峰流量系数；F—集水面积，km2；Q—具体频率设计洪峰流量，m3/s。将该水库所在乐安河支流清华水相关数据代入式（6）和（7），可以得到水库50 年一遇设计洪峰流量为338.46 m3/s，500年一遇设计洪峰流量为885.23 m3/s。

经验公式法所用公式主要为《江西省水文图集》中1985年以前的早期洪水资料所总结出的经验公式，未考虑后期流域洪水资料，也不包括流域特征、下垫面参数等因素，计算精度很难保证，此次仅作为对比参考。瞬时单位线法则依托《江西省暴雨洪水图集》所提供的区域实测暴雨洪水资料而总结出的暴雨洪水关系展开计算，计算方法成熟完整，并充分考虑了所在流域暴雨资料、经验参数、特征值；计算结果能充分体现流域洪水共性及特性，结果精度有保证。综上，文中以瞬时单位线法计算结果为复核依据，即50 年、500 年一遇流域洪峰流量分别为1 250 m3/s和1 521 m3/s。

3 调洪计算

结合水库设计及运行实际，调洪验算从溢洪道底板高程289.50 m开始起调，采用试算法列表计算，并根据1：1 000测量图和1：50 000地形图展开清华水库库容曲线复核。根据《溢洪道设计规范》所给出的宽顶堰流量公式推求水位与下泄流量关系曲线，公式如下：

式中：Q—溢流坝泄洪流量，m3/s；m—宽顶堰流量系数；ε—溢洪道进口侧收缩系数；B—宽顶堰堰顶宽度，取2.3 m；H0—宽顶堰堰顶水头，m。

按照以下公式展开清华水库调洪成果试算：

式中：Q1—某时段来洪泄流量，m3/s；Q2—后一时段来洪泄流量，m3/s；Δt—时段长；q1—某时段泄流量，m3/s；q2—后一时段泄流量，m3/s；V1—某时段水库库容，m3；V2—后一时段水库库容，m3。将清华水库相关参数及前述计算成果代入式（9）得出的水库调洪计算成果见表3。

表3 水库调洪计算成果表

将以上调洪验算复核成果与清华水库大坝设计成果进行比较，调洪验算复核设计水位及校核洪水位分别为119.80 m和119.90 m，50 年一遇和500 年一遇洪水下，入库洪峰流量最大值分别为1 250 m3/s和1 521 m3/s，仅入库洪峰流量略微超出水库设计洪水最大洪峰流量外，其余复核洪水并未超出设计洪，按照《水电站大坝运行安全评价导则》相关规定，清华水库防洪安全等级为B级。

4 结语

清华水库安全评价设计标准仍采用原成果中的50 年一遇、校核标准仍采用500年一遇；沿用原洪水计算成果，能保证水库大坝运行安全，水库防洪能力也满足设计要求。分析结果可作为水库防洪能力复核及安全性评价的基本依据，考虑到防洪能力复核只是水库大坝安全鉴定的一部分，故为展开清华水库大坝安全状况全面评价，还必须结合工程运行质量、结构安全、渗流安全、金属结构等情况，从而为水库大坝安全稳定运行及管理提供可靠依据。