某水库防洪能力复核分析

彭丹凤

（安福县河湖灌溉服务中心，江西 吉安 343200）

1 工程概况

大坝坝址控制流域面积31.83 km2，河长10.45 km，河道平均比降18.75‰，多年平均降雨量493.30 mm，多年平均来水量234×104m3。水泉沟水库为小（1）型水库，工程等级为Ⅳ等。水库20 年一遇设计洪水位501.56 m，200 年一遇校核洪水位502.80 m，溢洪道最大下泄流量527.27 m3/s，水库总库容93.7×104m3。水库枢纽由拦河坝、溢洪道、输水洞组成。

2 调洪计算

2.1 调洪原则

水库大坝为无闸门控制，水库水位超过499.65 m时洪水自由下泄。输水洞可作为汛前提前预泄，但不参与泄洪。

2.2 设计频率洪水调洪计算

简化三角形法调洪演算原理是水库水量平衡。

式中：QP为设计洪峰流量，m3/s；V防为防洪库容，104m3；W调P为洪水总量，104m3。水库不同5%设计频率洪水调洪过程见图1。

图1 水库不同5%设计频率洪水调洪过程图

2.3 设计洪水特征值复核

复核设计洪水特征值与原特征值比较见表1。

表1 复核设计洪水特征值与原特征值比较表

2010 年除险加固报告中，校核水位502.72 m 对应库容为100.22 万m3，与2010 年除险加固报告核定总库容113 万m3不一致，此次计算300年一遇洪水对应库容为97.04万m3，说明经过近10 年的淤积，水库库容已经不满足小（1）型水库库容标准，此次安全评价按照小（2）型水库进行评价。

2.4 设计洪水特征值复核结论

水库2010 年除险加固设计洪水标准30年一遇，校核洪水300 年一遇。复核后的最大坝高19.12 m，上下游最大水头差10.09 m，挡水高度大于15 m，上下游最大水头差大于10 m，洪水标准仍按山区、丘陵区确定。复核后水库特征值见表2。

表2 复核后水库特征值表

3 水库抗洪能力的复核

3.1 枢纽现状

①大坝：水库大坝为黏土心墙砂壳坝，长148 m，坝顶高程499.65 m，最大坝高19.12 m，坝顶宽度4 m。迎水侧坡比1∶2.60，背水侧戗台以上坡比1∶1.8，戗台以下坡比1∶2.0。

②溢洪道：水泉沟水库溢洪道位于大坝右端，为开敞式溢洪道，全长41.23 m，其中：铺盖长度15 m，齿墙伸入地下1.50 m，堰长4.50 m，泄槽段长17.51 m，溢洪道堰体为b型驼峰堰，堰宽50.30 m，堰顶高程为499.65 m，陡槽段i=0.34。溢洪道末端采用挑流消能，反弧段长4.22 m。溢洪道基岩为石灰岩，堰体及陡坡段均为钢筋混凝土衬砌，厚度为0.30 m。

③输水洞：输水洞在大坝左侧，为涵管型式，全长85 m，洞径为1.14 m，由80#浆砌石和壁厚为0.30 m的C20钢筋砼衬砌，进口高程493.32 m。启闭平台底高程为503.38 m。

3.2 坝顶高程复核

根据前面水库规模的确定，大坝建筑物级别为5级。坝顶超高按《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》规定取值。

根据规范规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，并按以下运用条件计算，取其最大值：①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高，②校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。

坝顶超高按《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》规定计算公式计算：Y=R+A （2）

式中：Y 为坝顶超高，m；R 为最大波浪在坝坡上的爬高，m；A为安全加高，m。

根据复核后坝顶及防渗体顶高程计算成果表及《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》坝体结构要求：

①现状防浪墙高度1 m，符合规范要求（1～1.2 m）；②大坝现状防浪墙墙顶高程504.12 m，大于本次复核墙顶高程504.10 m（校核水位），满足规范要求；③大坝现状坝顶高程503.12 m，大于正常运用条件下（设计工况），高出静水位（501.56 m）0.50 m（502.06 m）要求，同时大于非常运用条件下（校核工况）静水位（502.80 m），满足规范要求。

经洪水复核，大坝防浪墙顶及坝顶高程均满足规范。

3.3 溢洪道墙顶高程复核

3.3.1 控制段顶高程复核

计算工况：泄洪时：校核洪水位+A，挡水时：正常高水位（设计洪水位）+hm+hz+A。

式中：A为安全加高，m；hm为平均波高，m；hz为波浪中心线与设计水位的高差，m。

计算结果表明，泄水工况下溢洪道控制段两侧边墩顶部高程均高于复核计算顶高程，因此控制段顶高程满足规范要求。

3.3.2 泄槽边墙墙顶高程复核

泄槽水面线根据能量方程，采用分段求和法计算，公式为：

式中：Δl1-2为分段长度，m；h1，h2为分段始、末断面水深，m；v1，v2为分段始、末断面平均流速，m/s；α1，α2为流速分布不均匀系数，取1.05；θ为泄槽底坡角度，（°）；i 为泄槽底坡，i=tgθ；J 为段内平均摩阻坡降；n 为泄槽糙率系数，底板混凝土取0.015；v为分段平均流速，m/s；R为分段平均水力半径，m。

式中：h为断面设计水深；V为设计断面流速。

泄槽边墙顶高程按200年一遇校核洪水（596.50 m3/s）掺气水面线高程加安全超高计算，安全超高根据工程重要性取0.30 m。校核水位为502.80 m，对应的溢洪道泄量为596.50 m3/s。

溢洪道泄槽边墙墙顶高程技术结果可看出，泄槽边墙高度水面线超过边墙顶高程，边墙高度不满足规范要求。

3.4 输水洞平台顶高程复核

闸门、启闭机及电气设备工作平台高程根据《水利水电工程进水口设计规范》，进水口工作平台高程为特征挡水位加安全超高。为应对特殊工况（校核工况需开启输水洞保坝），仍要求输水洞平台具一定高程安全。

为保证特殊工况下能够开启闸门，要求平台安全加高满足：Y=hm+A （6）

式中：Y为平台超高，m；hm为波高，m；A 为安全加高，m。

波浪要素计算采用《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》莆田实验站公式。工作平台高程计算结果表明可以看出启闭平台顶高程满足要求。

4 结论

对水库调洪演算以及坝顶高程等进行复核计算结果表明：水库总库容93.70×104m3，工程规模为小（2）型水库，工程等别V等，主要水工建筑物等级5级。水泉沟水库复核后的最大坝高19.12 m，上下游最大水头差10.09 m，挡水高度大于15 m，上下游最大水头差大于10 m。大坝坝顶（防浪墙）大于现行有关规范要求；溢洪道边墙高度不满足泄洪要求，应采取相关措施。