某水库防洪能力复核分析

张晓兰

（山东省临沂市费县许家崖水库管理中心,山东 临沂 273400）

1 引言

水库防洪能力是水库的重要功能之一。水库防洪能力受到多个因素影响,包括水库的防洪设计标准、上游洪水量以及水库过流能力等[1-4]。各个参数的准确性对水库防洪能力的影响较大,因此,在水库防洪能力复核时需要将各参数调查和计算准确。目前,上游洪水量的调查是防洪能力复核分析的重要工作,设计洪水参数通常采用综合单位线法、推理公式法、经验公式3 种方法,不同方法对设计洪水有一定的影响,在防洪复核阶段需要准确选择合适的方法,从而获取可靠的数据,为防洪复核提供参考[5-8]。

2 工程概况

水库原设计总库容为60.0 万m3,设计洪水标准为20 年一遇,校核洪水标准为50 年一遇。水库为小（2）型水库,工程等别为Ⅴ等,主坝级别为5 级。水库防洪标准可按10 年一遇设计,50 年～20 年一遇校核,见表1。可见,水库原设计防洪标准满足《防洪标准》（GB 50201-2014）要求。防洪能力复核采用原防洪标准进行计算,即设计洪水标准为20 年一遇,校核洪水标准为50 年一遇。

表1 水库工程水工建筑物的防洪标准

3 设计洪水复核

3.1 集雨面积

水库坝址断面以上集雨面积,复核结果为0.72 km2,与原设计集雨面积（0.7158 km2）基本一致。从工程安全角度考虑,设计洪水复核计算采用复核后集雨面积。

3.2 设计暴雨

根据《省暴雨参数等值线图》（2003 年）,结合水库工程所在位置各历时点暴雨量统计参数Ht、Cv、Kp,Cs采用3.5 Cv,计算得到工程所在区域50 年、20 年一遇各历时设计暴雨值。由于水库集雨面积较小,区域内各点参数基本一致,因此,统计参数见表2。

表2 暴雨统计参数

3.3 设计洪水

结合周边工程经验,该区域水库工程设计洪水参数需要分别采用“综合单位线法”“推理公式法”和广东省洪峰流量经验公式三种方法进行计算,选取合适的设计洪水参数结果。

（1）综合单位线法

该方法采用以下参数[9]：

1）设计雨型；

2）暴雨低区的αt～t～F 关系图；

3）产流参数；

4）综合单位线法滞时m1～θ关系图中的大陆低区线（B线）；

5）采用综合单位线Ⅱ号无因次单位线。

（2）推理公式

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；SP为相应频率P%的面雨量的暴雨强度,mm；τ为汇流时间,h；L 为河长,km；J 为坡降；f 为平均损失率；F 为集雨面积,km2；m 为汇流参数,查推理公式汇流参数m～θ关系图。

两种方法计算成果有一定的差异,本着在综合单位线滞时m1和推理公式汇流参数m 弹性范围内原则,结合工程集水区域下垫面条件合理调整汇流参数,使两种方法的设计洪峰流量相差小于20%。

（3）洪峰流量经验公式

式中：Qp洪峰流量,m3/s；C1系数,当P=2%时,取0.067,当P=5%时,取0.064,当P=10%时,取0.06；H24P频率为P 的24 小时设计暴雨量,mm；F 集雨面积,km2。

根据水库坝址断面原设计集水面积及下垫面实际情况,根据上述公式计算得到不同设计频率下水库大坝坝址断面设计洪水参数,计算结果见表3。在各个频率下,综合单位线法和推理公式法计算所得最大洪峰流量差异均未超过20%,两种方法计算结果之间的误差在合理范围之内,可根据实际情况选取合适的计算方法。根据前述的设计洪水计算方法,水库设计入库洪水过程线见图1 和图2。考虑到本工程集雨面积小于10 km2,并对比广东省洪峰流量经验公式法计算成果。从工程安全角度考虑,水库防洪能力复核分析中可采用推理公式法所得结果。

图2 水库设计入库洪水过程线（推理公式法）

表3 水库设计洪水计算成果表

3.4 合理性分析

根据以往工作经验及水库附近已建工程分析本次设计洪水成果的合理性。片区另一水库集雨面积为1.192 km2,20 年一遇洪峰流量为20.5 m3/s,洪峰流量模数为17.21。在此次水库防洪能力复核分析中,计算得到水库20 年一遇洪峰流量为13.9 m3/s,洪峰流量模数为19.31,该参数高于水库临近人工湖洪峰流量模数。考虑到水库集雨区内山地面积占比较高,且地面落差较大,认为水库洪峰流量模数高于人工湖洪峰流量模数是合理的。因此,认为设计洪水计算成果是合理的。

4 大坝抗洪能力复核

4.1 坝高复核

静水位以上的超高计算如下：

式中：y 坝顶超高,m；R 波浪爬高,m；e 风壅水面高度,m；A 安全加高,m,按表4 选取。

表4 安全加高A 值 单位：m

（1）最大风壅水面高度计算方法

式中：W 计算风速,m/s；D 风区长,m；K 综合摩阻系数,取3.6×10-6；β计算风向与坝轴线法线的夹角,取9°；Hm水域平均水深,m。

等效风区长度计算公式：

式中：De等效风区长度,m；Di计算点至水域边界的距离,m,i取0,±1,±2,±3,±4,±5,±6；i第i 条射线与主射线的夹角,等于i×7.5°。

（2）波浪爬高计算公式

食品药品检验机构是食品、药品、化妆品、医疗器械、保健品检验的法定检验检测机构，其最终产品为检验报告[1]。检验报告数据的真实、可靠事关人民群众饮食用药安全和食品药品行政监督管理的顺利实施[2]。检验检测机构的能力建设除了基本设施、环境、检验检测设备之外，人力资源是其强化自身功能、实现可持续发展的关键。如何加强检验检测人才队伍建设是各检验检测机构亟待解决的问题。本文通过对广西8家地市级食品药品检验检测机构人力资源现状进行调查，了解广西市级食品药品检测机构人员状况，发现存在问题，并提出相应措施。

波浪爬高计算公式如下：

式中：hm平均波高,m；W 计算风速,m/s；D 风区长,m；Hm水域平均水深,m；Tm平均波周期,s。

平均波长计算公式如下：

式中：Lm平均波长,m；H 坝迎水面前水深,m。

正向来波在单坡上的平均波浪爬高计算公式如下：

1）当m=1.5～5.0 时

2）当m ≤1.25 时

3）当1.25＜m＜1.5 时,由m=1.25 和m=1.5 的计算值内插确定。

式中：Rm平均波浪爬高,m；m 单坡的坡度系数,弱坡脚为α,即等于cotα；KΔ斜坡的糙率渗透性系数；KW经验系数。

根据以上公式计算结果,结合水库测量资料计算得水等效库风区长度为288.1 m,水库上游坝坡坡度系数m=2.5,KΔ取0.90,根据计算,水库大坝坝顶高程计算结果见表5。

表5 坝顶高程计算成果表

根据表5 水库坝顶高程计算结果可知,水库大坝顶部的高程按要求不得低于24.539 m,现有大坝防浪墙顶高程25.00 m,高出规范要求约0.46 m,满足规范要求。

4.2 溢洪道顶高程复核

水库为开敞式溢洪道,溢洪道顶高程为24.25 m。水库校核洪水位为23.23 m,加上安全超高值0.3 m 为23.53 m,低于溢洪道控制段顶高程,满足规范要求。

5 结论

结合某水库实际情况,获取水库坝址区水文参数,对水库防洪能力进行复核分析,主要结论如下：

（1）根据水库大坝实际情况,从安全方面考虑采用推理公式方法获取的设计洪水参数进行水库防洪能力复核分析。

（2）从复核成果来看,现状坝顶高程（防浪墙顶高程）满足防洪要求。

（3）现状溢洪道能够满足安全下泄的要求。

（4）根据水库大坝安全复核分析结果,水库大坝防洪安全性等级评定为“A 级”。