豫北山區某小型水庫防洪能力復核

李洪濤

（新鄉市水利科技推廣中心，河南 新鄉 453000）

1 基本情況

香泉水庫位于河南省衛輝市太公泉鎮神頭村北1.50 km，屬于海河流域衛河水系，水庫控制流域面積37.80 km2，總庫容546.08萬m3，其中興利庫容388萬m3。香泉水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、水產養殖等綜合利用的?。?）型水利樞紐工程。水庫下游有2個鄉鎮、9個行政村、9 000余人口和0.08 hm2耕地，并有翟陽線、107 國道、京港澳高速公路、京廣鐵路等重要交通設施，南水北調中線工程總干渠從水庫下游經過，水庫地理位置十分重要。

水庫1968 年10 月開工興建，1969 年9 月主體工程竣工，1985 年至1988 年先后兩次對大壩及溢洪道進行了加固加高，2007年5月完成了對香泉水庫大壩的安全鑒定，2009年2月至7月完成了香泉水庫除險加固工程施工。

2021年7月17日到22日，新鄉出現特大暴雨，最大降水總量、最大小時雨強、最大兩小時雨強、最強時段降水總量均為有氣象記錄以來最大值。本次洪水災害造成擋水壩下游壩腳被沖毀，溢洪道下游至輸水洞閘閥室道路（臺階）損壞。

2 防洪標準復核

依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》及《防洪標準》，香泉水庫總庫容為546.08萬m3，為?。↖）型水庫，工程等別為Ⅳ等，該水庫屬于山丘區水庫，大壩為漿砌石斜墻堆石壩，故香泉水庫原設計防洪標準50年一遇、校核防洪標準1000年一遇符合要求。

3 設計洪水復核計算

香泉水庫流域位于山丘區，缺乏實測流量資料，根據《水利水電工程設計洪水計算規范》，此次復核計算采用河南省院1984 年10 月編制的《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》（以下簡稱84 圖集）及河南省水文水資源局2005 年12 月編制的《河南省暴雨參數圖集》（以下簡稱05圖集）等有關圖集由設計暴雨推求設計洪水。

3.1 河道特征值復核、雨量資料搜集

根據1/10 000地形圖復核香泉水庫以上的流域面積、干流河道長度、河道比降等參數，復核結果流域面積F為37.80 km2，干流長度L 為13.80 km，干流平均坡降J 為0.013。另外，調查收集到香泉水庫下游4.80 km 處東陳召站的1990—2021 年實測年最大6 h和年最大24 h雨量資料。

3.2 設計暴雨

分別采用《05 圖集》計算、東陳召站實測雨量結合《05 圖集》計算設計點雨量。

計算過程中分別查《05 圖集》得年最大10 min、1 h、6 h、24 h 點雨量均值H10min、H1h、H6h、H24h以及變差系數CV10min、CV1h、CV6h、CV24h。并比較按《05圖集》查得年最大10 min、1 h點雨量均值H10min、H1h和實測年最大6 h、24 h雨量H6h、H24h。

偏態系數Cs＝3.5 Cv。查P-Ⅲ型曲線的模比系數KP值表的設計標準分別為p=5%、p=0.1%的KP值。由Htp＝Ht·Kp，求得設計點雨量。

香泉水庫流域面積為37.80 km2，小于50 km2，面雨量直接采用點雨量。按照歷時關系計算n1、n2、n3。

根據推理公式計算各頻率設計洪峰（見表1）

表1 各頻率設計洪峰成果表

式中：Qm—設計洪峰流量（m3/s）；Ψ—洪峰徑流系數；τ—洪峰匯流時間（h）；F—流域面積；L—干流長度；J—L 的平均坡度；S—設計最大1 h 雨量平均強度，即設計頻率1 h 面雨量（mm/h）；n—設計暴雨遞減系數；μ—平均入滲率，以mm/h 計，根據降雨及凈雨深計算；m—匯流參數，由θ～m 圖相關線查得。。

因實測雨量系列只有年最大6 h和24 h數據，缺少年最大1 h系列數據，采用實測雨量和《05圖集》中數據結合計算洪峰流量，數據系列不一致，且計算洪峰流量較小，所以本次洪峰計算結果采用《05圖集》計算結果。

3.3 洪水總量

洪水總量用24 h降雨量查《84圖集》中山丘區次降雨徑流關系P+Pa～R曲線得到。P為24 h設計面雨量，Pa為設計前期影響雨量，50 年一遇以上暴雨Pa=Imax，10—20 年一遇Pa=2/3Imax，Imax=60 mm。查降雨徑流關系P+Pa～R 豫北山區Ⅵ-1 曲線，得凈雨深成果（見表2），24 h 設計洪水總量用下述公式計算：W24=1 000×R×F，式中R 為24 h 凈雨深（mm），F 為流域面積（km2）。

表2 各頻率24 h設計洪水總量計算表

3.4 設計雨型及洪水過程線

由次降雨徑流關系查算出24 h設計凈雨量R24并按式W24=1 000×R×F計算24 h設計洪水總量W24，即P=2%時的24 h洪量為1 009.3萬m3，P=0.1%時的24 h洪量為1 886.2萬m3。

以設計暴雨遞減指數n2、n3為參數，查《84圖集》“24 h暴雨時程分配表”，計算逐時降雨量，以Ht-μt 計算逐時凈雨量；按《84 圖集》確定的方法，推算兩種頻率的洪水過程線。將設計洪峰Qm和τ，對應τ時段的最大平均凈雨強度，繪制出概化三角形，其頂高為Qm，底寬為2τ。

列表計算出主峰τ前后各個τ時段的凈雨量Rτ，當τ不夠整時段時，可按小時平均分配取值。以各個τ時段的凈雨平均強度計算各次峰流，等腰三角形對應于凈雨過程繪于圖上，疊加繪出24 h洪水過程線。過程線量算的洪量應與由凈雨計算得到的W24相等。

按上述步驟推算香泉水庫P=2%，P=0.1%兩種頻率的洪水過程線。

4 調洪計算

香泉水庫除險加固工程確定調度運行方式為：入庫洪水到來時，庫水位在正常蓄水位以下時，攔蓄洪水；當水庫水位高于溢洪道堰頂278.90 m時，溢洪道自由泄洪。

通過建立水位～面積之間的關系，由簡化式進行計算，從庫底逐層向上累加，求得各水位對應的庫容，從而繪制水庫容積特性曲線。

式中：F下、F上—相鄰兩等高線各自包括的水庫水面面積；△V—兩等高線之間的高程差。

4.1 水庫泄洪能力復核

香泉水庫泄水建筑物包括輸水洞和溢洪道。輸水洞用于灌溉，位于大壩右岸，為鋼筋混凝土壓力管，管徑Φ0.70 m，進口底部高程243 m，長45 m，出口處接一個φ40 cm 和兩個φ30 cm鋼管，輸水洞洞身為鋼筋混凝土壓力管，管內徑0.70 m。經復核，輸水洞在校核洪水位閘門全開狀態時的引水流量為6.77 m3/s。因輸水洞泄量小，計算水位～泄量關系曲線時，不考慮在內。

香泉水庫溢洪道為敞開式，位于大壩右側，進口寬46 m，出口寬32 m。由進口控制段、泄槽段和消能段組成，泄槽段為收縮式斷面，堰型為折線型實用堰體結構。

4.2 水庫洪水調節

入庫的流量過程線與經過水庫調蓄后的出庫流量過程線有如下關系：

經過調洪演算，起調水位為278.90 m，50 年一遇設計洪水位為283.43 m，最大泄量為729.93 m3/s，1000 年一遇校核洪水位為285.75 m，最大泄量為1 327.79 m3/s。

5 防洪能力復核

按照《砌石壩設計規范》規定，壩頂上游防浪墻墻頂的高程與正常蓄水位或校核洪水位的高差，應按下式計算，應選擇兩者中防浪墻墻頂高程的高者作為選定高程。

根據《砌石壩設計規范》附錄C.4，波高hb、波長按官廳水庫公式計算。

計算得：正常蓄水位時hz為0.31 m，設計hz為0.30 m，校核hz為0.27m。壩頂高程計算結果（見表3）。

表3 不同工況壩頂高程計算結果表

香泉水庫現狀壩頂高程為287.60 m，大于計算高程286.86 m。

6 防洪能力復核結論

此次復核香泉水庫死水位243 m、死庫容12 萬m3；正常蓄水位278.90 m，興利庫容400 萬m3；50 年一遇設計洪峰流量為818.90 m3/s，設計洪水位為283.43 m，相應庫容492.65萬m3，最大泄水量729.60 m3/s；1000 年一遇設計洪峰流量為1 525.90 m3/s，校核洪水位285.75 m，相應庫容546.08 萬m3，最大泄水量為1 352.50 m3/s。

根據《防洪標準》和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，水庫原設計防洪標準滿足規范要求；水庫泄洪建筑物的泄流能力滿足安全泄洪的要求；水庫洪水調度運行方式滿足水庫的特點，滿足大壩的安全運行；大壩現狀壩頂高程滿足規范要求。