某水庫防洪能力復核分析

彭丹鳳

（安?？h河湖灌溉服務中心，江西 吉安 343200）

1 工程概況

大壩壩址控制流域面積31.83 km2，河長10.45 km，河道平均比降18.75‰，多年平均降雨量493.30 mm，多年平均來水量234×104m3。水泉溝水庫為?。?）型水庫，工程等級為Ⅳ等。水庫20 年一遇設計洪水位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，水庫總庫容93.7×104m3。水庫樞紐由攔河壩、溢洪道、輸水洞組成。

2 調洪計算

2.1 調洪原則

水庫大壩為無閘門控制，水庫水位超過499.65 m時洪水自由下泄。輸水洞可作為汛前提前預泄，但不參與泄洪。

2.2 設計頻率洪水調洪計算

簡化三角形法調洪演算原理是水庫水量平衡。

式中：QP為設計洪峰流量，m3/s；V防為防洪庫容，104m3；W調P為洪水總量，104m3。水庫不同5%設計頻率洪水調洪過程見圖1。

圖1 水庫不同5%設計頻率洪水調洪過程圖

2.3 設計洪水特征值復核

復核設計洪水特征值與原特征值比較見表1。

表1 復核設計洪水特征值與原特征值比較表

2010 年除險加固報告中，校核水位502.72 m 對應庫容為100.22 萬m3，與2010 年除險加固報告核定總庫容113 萬m3不一致，此次計算300年一遇洪水對應庫容為97.04萬m3，說明經過近10 年的淤積，水庫庫容已經不滿足?。?）型水庫庫容標準，此次安全評價按照?。?）型水庫進行評價。

2.4 設計洪水特征值復核結論

水庫2010 年除險加固設計洪水標準30年一遇，校核洪水300 年一遇。復核后的最大壩高19.12 m，上下游最大水頭差10.09 m，擋水高度大于15 m，上下游最大水頭差大于10 m，洪水標準仍按山區、丘陵區確定。復核后水庫特征值見表2。

表2 復核后水庫特征值表

3 水庫抗洪能力的復核

3.1 樞紐現狀

①大壩：水庫大壩為黏土心墻砂殼壩，長148 m，壩頂高程499.65 m，最大壩高19.12 m，壩頂寬度4 m。迎水側坡比1∶2.60，背水側戧臺以上坡比1∶1.8，戧臺以下坡比1∶2.0。

②溢洪道：水泉溝水庫溢洪道位于大壩右端，為開敞式溢洪道，全長41.23 m，其中：鋪蓋長度15 m，齒墻伸入地下1.50 m，堰長4.50 m，泄槽段長17.51 m，溢洪道堰體為b型駝峰堰，堰寬50.30 m，堰頂高程為499.65 m，陡槽段i=0.34。溢洪道末端采用挑流消能，反弧段長4.22 m。溢洪道基巖為石灰巖，堰體及陡坡段均為鋼筋混凝土襯砌，厚度為0.30 m。

③輸水洞：輸水洞在大壩左側，為涵管型式，全長85 m，洞徑為1.14 m，由80#漿砌石和壁厚為0.30 m的C20鋼筋砼襯砌，進口高程493.32 m。啟閉平臺底高程為503.38 m。

3.2 壩頂高程復核

根據前面水庫規模的確定，大壩建筑物級別為5級。壩頂超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》規定取值。

根據規范規定，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，并按以下運用條件計算，取其最大值：①設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高，②校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高。

壩頂超高按《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》規定計算公式計算：Y=R+A （2）

式中：Y 為壩頂超高，m；R 為最大波浪在壩坡上的爬高，m；A為安全加高，m。

根據復核后壩頂及防滲體頂高程計算成果表及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》壩體結構要求：

①現狀防浪墻高度1 m，符合規范要求（1～1.2 m）；②大壩現狀防浪墻墻頂高程504.12 m，大于本次復核墻頂高程504.10 m（校核水位），滿足規范要求；③大壩現狀壩頂高程503.12 m，大于正常運用條件下（設計工況），高出靜水位（501.56 m）0.50 m（502.06 m）要求，同時大于非常運用條件下（校核工況）靜水位（502.80 m），滿足規范要求。

經洪水復核，大壩防浪墻頂及壩頂高程均滿足規范。

3.3 溢洪道墻頂高程復核

3.3.1 控制段頂高程復核

計算工況：泄洪時：校核洪水位+A，擋水時：正常高水位（設計洪水位）+hm+hz+A。

式中：A為安全加高，m；hm為平均波高，m；hz為波浪中心線與設計水位的高差，m。

計算結果表明，泄水工況下溢洪道控制段兩側邊墩頂部高程均高于復核計算頂高程，因此控制段頂高程滿足規范要求。

3.3.2 泄槽邊墻墻頂高程復核

泄槽水面線根據能量方程，采用分段求和法計算，公式為：

式中：Δl1-2為分段長度，m；h1，h2為分段始、末斷面水深，m；v1，v2為分段始、末斷面平均流速，m/s；α1，α2為流速分布不均勻系數，取1.05；θ為泄槽底坡角度，（°）；i 為泄槽底坡，i=tgθ；J 為段內平均摩阻坡降；n 為泄槽糙率系數，底板混凝土取0.015；v為分段平均流速，m/s；R為分段平均水力半徑，m。

式中：h為斷面設計水深；V為設計斷面流速。

泄槽邊墻頂高程按200年一遇校核洪水（596.50 m3/s）摻氣水面線高程加安全超高計算，安全超高根據工程重要性取0.30 m。校核水位為502.80 m，對應的溢洪道泄量為596.50 m3/s。

溢洪道泄槽邊墻墻頂高程技術結果可看出，泄槽邊墻高度水面線超過邊墻頂高程，邊墻高度不滿足規范要求。

3.4 輸水洞平臺頂高程復核

閘門、啟閉機及電氣設備工作平臺高程根據《水利水電工程進水口設計規范》，進水口工作平臺高程為特征擋水位加安全超高。為應對特殊工況（校核工況需開啟輸水洞保壩），仍要求輸水洞平臺具一定高程安全。

為保證特殊工況下能夠開啟閘門，要求平臺安全加高滿足：Y=hm+A （6）

式中：Y為平臺超高，m；hm為波高，m；A 為安全加高，m。

波浪要素計算采用《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》莆田實驗站公式。工作平臺高程計算結果表明可以看出啟閉平臺頂高程滿足要求。

4 結論

對水庫調洪演算以及壩頂高程等進行復核計算結果表明：水庫總庫容93.70×104m3，工程規模為?。?）型水庫，工程等別V等，主要水工建筑物等級5級。水泉溝水庫復核后的最大壩高19.12 m，上下游最大水頭差10.09 m，擋水高度大于15 m，上下游最大水頭差大于10 m。大壩壩頂（防浪墻）大于現行有關規范要求；溢洪道邊墻高度不滿足泄洪要求，應采取相關措施。