某水库工程大坝防洪能力复核分析

唐 垚

（贵定县水务局,贵州 贵定 551300）

1 引言

水库防洪能力是水库工程建设的重要功能之一。随着发展建设、水库工程淤积,可能导致水库现状防洪能力无法满足防洪要求[1-3]。针对这种情况,采取水库防洪加固处理是非常必要的。因此,复核分析水库现状防洪能力是十分重要的。影响水库防洪能力的因素众多,主要包括：防洪标准、洪水流量、泄洪能力等[4-6]。在水库防洪能力复核分析中,需要充分调查各种因素,从而获取准确的结果,为下一步工作提供参考[7-9]。

2 工程概况

水库控制流域面积338 km2,控制流域长度26.6 km,流域平均宽度12.7 km,纵坡19.2‰,流域内石山区面积70 km2,占流域的20.7%,黄土丘陵区面积268 km2,占流域面积的79.3%。河床大部分为泥岩,两岸低处有三叠二叠纪的砂岩页岩互层出露,基岩露出水平宽度一般为20 m～40 m,高出河床0～30 m左右,两岸崖高100 m左右,冲沟纵横交错且发育,以至流域十分破碎,同时植被稀疏,所以水土流失较为严重。

水库坝址以上分为两个流域,一个水文站控制流域面积105 km2,距坝址7.5 km,另一个水文站控制流域面积191 km2,距坝址7.1 km。上述两水文测站具有1960年～1984年计25年实测资料。水库坝址处设有出库水文站,具有1960 年以来的实测库水位及出库水量资料。

水库工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型水库,主要建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级。设计洪水标准应采用50年一遇,校核洪水标准应采用1000年一遇。

3 水库设计洪水成果

自1998年至今,仅2003年10月～2004年3月,水库蓄水位保持在677.4 m左右,其余时间因各种原因皆为低水位运行,现有的资料无法满足利用实测库水位和出库流量记录及水位～库容曲线反推求算入库洪水系列。故本次安全评价采用《水文计算手册》中的方法进行某水库设计洪水复核,将本次洪水复核结果与2012 年除险加固洪水成果进行比较选用。分别使用流域模型法和推理公式法计算的各频率的洪水成果,流域模型法比推理公式法计算的洪水成果大,但两种方法计算的洪水成果都比2012 年《水库除险加固工程技施设计报告》洪水成果小。通过比较,采用原2012年除险加固设计洪水过程线成果,设计洪水过程线详见图1；50年一遇洪峰流量为1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量为2800 m3/s。

图1 设计洪水过程线

3.1 洪水成果合理性分析

把流域水文模型法和推理公式法计算的洪水成果与2012年除险加固洪水结果进行比较,各频率洪水成果比较见表1。

表1 洪峰、洪量成果比较表

由表1可知,采用流域模型、推理公式两种方法计算得到的不同频率下洪峰流量结果数值相差不大,在允许范围内。使用流域模型法计算的各频率的洪水成果比推理公式法计算的洪水成果大,但两种方法计算的洪水成果都比2012年《除险加固工程报告》洪水成果小。根据《水库大坝安全评价导则》（SL 274-2017）,“如设计洪水复核计算成果小于原设计洪水成果,宜沿用原设计洪水成果进行调洪计算”,故本次水库大坝防洪能力复核分析中仍采用2012年水库除险加固设计洪水成果。

3.2 设计洪水过程线成果

根据前述分析,此次水库防洪能力评价仍然采用原2012年除险加固设计洪水过程线成果,设计洪水过程线见图1,50年一遇洪峰流量为1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量为2800 m3/s。

4 水库调洪演算

4.1 水位～库容关系曲线

此次水库防洪能力复核分析,主要根据2012 年除险加固后水库的运行情况确定,通过现状水库淤积情况,对水库的水位～库容曲线进行了复核。

自2012年水库除险加固至今,流域内干旱少雨,未发生过洪水,水库未增加新的淤积,故水库防洪复核评价时,水库坝前淤积高程仍采用2012年除险加固时的665.5 m,水库水位～库容曲线采用除险加固时的库曲线,防洪能力复核时进行了修正（不包含淤积库容）,修正后水位库容曲线见图2。

图2 水位～库容～面积关系曲线

4.2 水位～泄量关系曲线

水库主要泄洪设施有溢洪道和泄洪洞,灌溉洞参与泄洪。本次安全评价对水库泄洪洞、溢洪道的泄流能力,按设计尺寸进行了复核计算,溢洪道泄流能力按宽顶堰计算,当溢洪道和泄洪洞同时泄洪时水库水文～泄量关系见图3。

图3 水位～泄量关系曲线

4.3 调洪计算

1）调洪计算原理及公式本次调洪起调水位采用水库汛前水位,即676.3 m。根据计算所得设计洪水过程、水库水位～库容关系曲线、泄洪洞和溢洪道的水位～泄量关系曲线,依据水量平衡方程的基本原理,进行水库调洪计算。

据上述调洪原则,对水库进行调洪演算。

2）调洪演算成果

根据建筑物泄流量及考虑未来30年淤积确定的库容曲线,起调水位为汛限水位676.3 m,调洪计算成果见表2。

表2 调洪成果表

根据调洪计算成果可知,本次调洪计算的成果小于2012年《水库除险加固工程技施设计报告》调洪计算成果。根据《水库大坝安全评价导则》（SL 274-2017）,“当调洪计算结果低于原设计确定的指标时,宜仍沿用原特征水位和库容指标”,故本次安全评价仍采用除险加固设计调洪成果。

5 大坝抗洪能力复核

坝顶超高根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2020）和《水工建筑物抗震设计标准》（GB 51247-2018）,坝顶在水库静水位以上的超高按下式计算：

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,正常0.7 m,非常0.4 m。

水库坝址地震基本烈度为8度,地震涌浪高度为0.5 m～1.5 m,取1.0 m。坝体和地基在地震作用下的附加沉陷,按坝基截水槽高程以上基础及坝体总高度的1%计算,附加沉陷安全超高为0.49 m。地震坝顶沉陷及涌浪高度合计为1.49 m。

坝顶高程复核计算结果见表3。

表3 坝顶高程计算成果表

由表3可知,水库计算最大坝顶高程为682.18 m,比现状坝顶高程682.5 m低0.32 m,水库计算最大防浪墙顶高程683.67 m,比现状防浪墙顶高程683.70 m低0.03 m,现状坝顶及防浪墙顶高程均满足规范要求,故大坝抗洪能力满足防洪安全要求。

6 结论

经复核计算,水库流域面积为338 km2,50年一遇洪峰流量为1210 m3/s,1000年一遇洪峰流量为2800 m3/s。水库计算坝顶高程为682.18 m,比现状坝顶高程682.5 m低0.32 m,水库计算防浪墙顶高程683.67 m,比现状防浪墙顶高程683.70 m低0.03 m,现状坝顶及防浪墙顶高程均满足规范要求,故大坝抗洪能力满足防洪安全要求。溢洪道与泄洪洞均为闸门控制,在水库设计洪水位678.18 m时,最大下泄流量为797 m3/s；在水库校核洪水位681.77 m时,最大下泄流量为1200 m3/s,泄洪能力满足安全泄洪要求。