江西石峡山水库大坝防洪能力复核分析

高增财

(江西省水利水电建设集团有限公司，江西 南昌 330200)

水库防洪能力是水库大坝的一个重要功能，在水库使用中，受到淤积等影响导致水库防洪能力将发生变化，因此，针对水库防洪能力进行复核分析是十分必要的，可为水库除险加固可行性提供参考[1-3]。

1 基本概况

1.1 流域概况

石峡山水库位于龙南县龙南镇会龙村，坐落于桃江水系濂江一级支流东坑河下游，距县城7km。坝址控制流域面积62.2m2，主河长18.9km，河道加权平均坡降8.46‰。

东坑河发源于龙南县里仁镇与信丰交界处南岭山脉的三公石，河流自东向西南流经圳背、张古段、太坪、河子唇后流入石峡山水库，在马牯塘村汇入濂江。东坑河流域面积70.4km2，主河长21.6km，河道加权平均坡降8.75‰。流域呈扇形，区内多为中低山，山峦重叠，大部分为林木，少部分为茅草山及油茶山，植被较好。

1.2 水库流域特征参数

2015年石峡山水库除险加固初步设计阶段，根据2007年版1/10000比例地形图对水库流域面积、河床、河道加权平均坡降等特征参数进行了量算复核，量算成果经与1999年水库续建采用的成果综合比选确定，经本次复核，选用的成果较为合理，故本次安全评价沿用2015年水库除险加固采用的水库流域特征参数，结果见表1。

表1 水库流域特征参数比较表

1.3 水库库容曲线

1972年9月赣州地区水利电力勘测设计队编制了《石峡山水库工程初步设计书》。1999年7月龙南县水利水电勘测设计队和赣州市水利电力勘测设计研究院在原初步设计书基础上编制了《江西省龙南县石峡山水库工程初步设计报告》，库容曲线是根据1971年8月测绘的1/5000地形图量算。2015年水库除险加固初设根据2007年版1/10000航测地形图进行复核，并对水位库容进行了修正确定。

石峡山水库2015年加固设计采用黄海高程系统，本次水库安全评价仍采用黄海高程系统。因本次安全评价未对库区地形进行完整测量，通过1/10000航测图简易复核与2015年除险加固设计水位—面积—库容曲线成果基本一致，故本次安全评价仍采用2015年加固设计选定的石峡山水库库容曲线成果，详见表2。

表2 石峡山水库水位—库容曲线表

2 设计洪水

2.1 设计洪水计算方法

东坑河属于山区性小河流，全流域面积为70.4km2。石峡山水库坝址以上流域面积62.2km2，流域内及上、下游无实测流量资料，不能满足推流要求。石峡山水库1999年初步设计阶段坝址设计洪水采用水文比拟法计算，以杜头水文站洪峰流量按面积比0.64次方转换，通过流量途径频率法确定。对于实测流量资料缺失的小流域，一般宜采用暴雨途径推求设计洪水。因东坑河流域内无水文测站，仅附近流域的杜头水文站有1958—2012年共计55年的实测长系列洪水资料可供利用。根据2015年水库除险加固初步设计报告计算结果：采用流量法推求洪水成果比暴雨途径200年一遇小39%，30年一遇小67.8%，相差较大。主要原因分析为杜头站流域面积与本流域相差近7倍，且两流域形状系数和河道坡降相差较大，采用流量频率法洪水成果不合理。采用暴雨途径计算的洪水成果与1972年初设洪水成果比较，200年一遇洪峰流量偏大9.7%，20年一遇洪峰流量偏大7.5%，相差较小。故2015年除险加固采用暴雨途径推求的设计洪水成果。综上分析，本次复核采用暴雨途径推求坝址设计洪水。

工程坝址控制断面以上流域面积为62.2km2，因此，采用瞬时单位线法推求设计洪水。

2.2 坝址设计洪水

流域特征参数F=62.2km2，L=18.9km，J=8.46‰。根据《江西省暴雨洪水查算手册》推荐的以3h为时段的暴雨雨型进行暴雨时程分配。

瞬时单位线法净雨时段以3h控制，按手册推荐以3h为时段的暴雨雨型进行暴雨时程分配计算。计算设计24h净雨过程再推求出各设计频率设计洪水。经计算，石峡山水库设计洪水成果见表3，洪水过程线见表4和图1。

图1 石峡山水库设计洪水过程线

表3 石峡山水库坝址设计洪水成果表

表4 邻近工程设计暴雨与设计洪水计算成果对照表

本工程与邻近工程设计暴雨统计参数及设计洪水成果对比见表4。从表中可见，本次复核推求的设计暴雨统计参数洪峰、洪量模数适中，故可认为本次推求的坝址设计洪水成果基本上是合理的[4-5]。

3 洪水调节

3.1 泄流建筑物

现状大坝为浆砌石双曲拱坝，坝顶高程为262.30m，坝顶宽3m，坝顶弧长65m。溢流坝位于大坝中部，溢流堰为WES堰，堰顶高程257.00m，溢流前缘宽度为30m，泄流净宽28m。溢流堰边墙及底板均采用钢筋砼衬砌加固，末端设有连续式挑流鼻坎。

结合2015年除险加固计算方法，溢洪道泄流按实用堰堰流公式计算，本次复核的水位—泄流量曲线如图2所示，经与原除险加固初步设计泄流曲线比较相对较小，分析主要原因是流量系数选取的不同，故从偏安全性考虑洪水调节采用本次复核的泄流曲线成果。

图2 石峡山水库溢流坝泄流曲线图

3.2 水库洪水调节

石峡山水库现状正常蓄水位为257.00m，与2015年除险加固一致。洪水调节计算时，不考虑放空孔泄流，仅采用溢流坝泄洪。当库水位高于257.00m时，溢流坝开始泄洪。调洪演算采用瞬态法，调洪成果见表5。

表5 石峡山水库调洪成果表(本次复核)

将本次安全评价复核调洪成果与2015年加固设计时调洪成果进行对比，详见表6。

表6 石峡山水库调洪演算成果对比表

根据表6，本次推算的水库调洪水位略小于2015年加固设计成果，经综合分析主要为本次推算的洪峰流量略小于原加固设计成果，故本次复核仍采用2015年加固设计时的调洪演算成果，石峡山水库设计洪水位为260.58m(P=3.33%)，相应库容92万m3，最大下泄流量433m3/s；校核洪水位261.58m(P=0.5%)，相应库容110万m3，最大下泄流量592m3/s。

4 水库防洪能力复核

4.1 大坝抗洪能力复核

根据SL 25—2006《砌石坝设计规范》规定分别计算不同运用情况的坝顶超高。坝顶超高按下式计算：

Δh=hb+hz+hc

(1)

式中，hb—波浪高，m；hz—波浪中心线至水库静水位高度，m；hc—安全超高，m。

计算按设计和校核两种情况进行，计算结果见表7。

表7 大坝坝顶高程计算成果表 单位：m

本次复核计算成果对比2015年除险加固成果基本一致，计算所需最大坝顶高程262.30m，现状大坝非溢流坝段坝顶高程262.30m，能满足规范要求的抗洪高度[6]。根据最近一次除险加固设计资料，大坝非溢流坝段加高采用C20混凝土并与原上游面混凝土防渗面板形成了有机的整体，故大坝上游防渗面板顶高程取非溢流坝段坝顶高程262.30m大于校核水位261.58m，满足规范要求。

4.2 泄洪安全性复核

石峡山水库泄水建筑物为开敞式溢流坝，采用挑流消能。经复核，现状溢流坝能安全下泄最大流量。溢流堰两侧边墙在2015年除险加固中已加高满足泄洪要求，现场检查溢流堰堰体、两侧边墙混凝土结构外观完好，未发现明显破损、裂缝现象。结合2015年除险加固初设，经复核，挑流消能挑距较远、冲坑远离坝脚，现场检查冲坑岩体较完整，根据调查反馈情况冲坑规模自水库建成以来较为稳定，未出现明显扩大、加深现象；针对溢流坝宣泄小流量洪水对坝脚、下游坝面冲刷隐患，2015年除险加固已对大坝下游坝脚设置有护脚混凝土防护，现场检查混凝土结构外观完好，未发现明显破损、裂缝现象。

5 结语

(1)本次复核的水库设计洪水成果与2015年加固设计相比稍低，从资料的一致性考虑，本次设计洪水成果仍采用原设计洪水成果。调洪演算复核计算的特征水位稍低于原设计成果，基于资料一致性及偏安全考虑，仍采用2015年加固设计成果，即30年一遇设计洪水位260.58m，200年一遇设计洪水位261.58m。

(2)经复核，现状溢流坝泄流能力能够满足安全泄洪要求。石峡山水库防洪调度采用溢流坝自由泄洪，满足大坝安全运行要求。水库大坝坝顶高程满足规范要求；大坝防渗体顶高程满足规范要求。

(3)水库大坝防洪能力复合参数来自水文站的一段时间序列，在常规状态下，大坝运行安全。但为避免突发险情的发生，应加强日常监测预警机制，避免突发险情的发生。