水庫(kù)的調(diào)洪作用及防洪能力復(fù)核分析

陸洪昌

(黑龍江省農(nóng)墾總局牡丹江管理局雙峰農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江密山158308)

0 引言

河流上修建水庫(kù)，通過(guò)興利調(diào)節(jié)計(jì)算，規(guī)劃出適當(dāng)?shù)乃缼?kù)容和興利庫(kù)容，調(diào)節(jié)枯水季節(jié)或枯水年的流量，以滿(mǎn)足各用水部門(mén)設(shè)計(jì)的需水要求，但只設(shè)置這兩種庫(kù)容是不夠的。其中主要原因之一是為滿(mǎn)足用水要求，管理上常使水庫(kù)有盡可能多的機(jī)會(huì)保持在正常蓄水位附近，這時(shí)若遇大洪水，水庫(kù)將會(huì)因?yàn)闆](méi)有泄洪設(shè)施而使大壩出事故，會(huì)給下游地區(qū)帶來(lái)危害，從這方面說(shuō)，為保證水工建筑物的安全，還必須設(shè)置調(diào)洪庫(kù)容和修建泄洪建筑物;合理地定出泄洪建筑物的類(lèi)型、尺寸和調(diào)洪庫(kù)容、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、壩高等。

1 水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

為減輕下游一定河段的洪水危害而修建的水庫(kù)，承擔(dān)著下游防洪安全的任務(wù)，需要明確所進(jìn)行防御的洪水標(biāo)準(zhǔn)，并把該標(biāo)淮的設(shè)計(jì)洪水經(jīng)過(guò)水庫(kù)的調(diào)蓄，使下游可以達(dá)到安全泄量，并以此確定水庫(kù)需承擔(dān)的防洪庫(kù)容。

如來(lái)水超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水，這時(shí)水庫(kù)就不再承擔(dān)對(duì)下游的防洪任務(wù)。但水庫(kù)大壩仍然要確定一個(gè)建筑物本身能抗御洪水的標(biāo)準(zhǔn)，以避免建筑物本身的損害，甚至垮壩。即使是不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，單純興利的水庫(kù)，水工建筑物本身也同樣需要一個(gè)防洪安全標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)、經(jīng)過(guò)水庫(kù)的調(diào)蓄，大壩可以安然無(wú)恙，這就是水庫(kù)防洪計(jì)算的內(nèi)容。當(dāng)然，在多數(shù)情況下，建筑物本身的防洪安全標(biāo)準(zhǔn)要比水庫(kù)承擔(dān)的對(duì)下游防洪安全標(biāo)準(zhǔn)高得多。

2 水庫(kù)的調(diào)洪作用

修建一座水庫(kù)通常有興利和防洪兩種調(diào)節(jié)作用。為了保證水庫(kù)防洪安全，防止或減輕下游洪水災(zāi)害的調(diào)節(jié)，稱(chēng)為防洪調(diào)節(jié)。水庫(kù)所以能調(diào)節(jié)洪水，是因?yàn)樗鼪](méi)有調(diào)洪庫(kù)容。當(dāng)入庫(kù)洪水很大時(shí)，為確保水庫(kù)大壩安全和下游地區(qū)免受洪災(zāi)，臨時(shí)將部分洪水?dāng)r蓄在水庫(kù)中，待到洪峰過(guò)后再陸續(xù)放出，這就是水庫(kù)的調(diào)洪作用。無(wú)閘門(mén)控制時(shí)一次洪水的蓄洪過(guò)程和庫(kù)水位變化過(guò)程見(jiàn)圖1。

這是一座無(wú)閘門(mén)控制的開(kāi)敞式溢洪道，其設(shè)計(jì)堰頂高程通常與正常蓄水位齊平，圖l中Q～t為入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水流量過(guò)程，q～t為水庫(kù)下泄流量過(guò)程，Z～t為水庫(kù)水位變化過(guò)程。

假設(shè)在發(fā)生洪水t1時(shí)，水庫(kù)已蓄水至正常蓄水位，起調(diào)水位等于正常蓄水位，下泄流量q=0。隨后，入庫(kù)洪水流量Q增大，水庫(kù)水位上升，溢洪道泄量q也逐漸增加。t2為入庫(kù)洪峰流量Qm出現(xiàn)時(shí)間，t2以后入庫(kù)流量雖然減少，但仍大于下泄流量，因而庫(kù)水位繼續(xù)升高，水庫(kù)繼續(xù)攔蓄洪水，直到t3時(shí)刻以后，由于Q＜q，水庫(kù)水位下降，q也隨之減小。t4時(shí)刻水庫(kù)水位降到正常蓄水位，本次洪水調(diào)節(jié)結(jié)束。圖中陰影部分W蓄是本次洪水?dāng)r蓄在水庫(kù)中的水量。該水量在 t3至 t4時(shí)刻逐漸泄出，如圖 1所示中的W泄。

上述情況是在溢洪道尺寸已定條件下得出的，當(dāng)溢洪道尺寸改變時(shí)，調(diào)洪庫(kù)容Vm和最大泄洪量qm也將改變。同理當(dāng)設(shè)計(jì)洪水改變時(shí)，其他值也會(huì)改變。這說(shuō)明設(shè)計(jì)洪水、溢洪道尺寸、調(diào)洪庫(kù)容和最大泄流量之間是相互聯(lián)系，互為影響的。

圖1 一次洪水通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)過(guò)程圖

3 防洪能力復(fù)核

為了確保已建水庫(kù)的安全和充分發(fā)揮其防洪作用，對(duì)于運(yùn)用中的水庫(kù)，還要有計(jì)劃有步驟地根據(jù)新積累的資料、經(jīng)驗(yàn)和情況，定期復(fù)核其實(shí)際防洪能力，看它是否滿(mǎn)足當(dāng)今規(guī)范規(guī)定的防洪要求，若不能滿(mǎn)足，則應(yīng)提出臨時(shí)的和長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決措施，使之迅速達(dá)到規(guī)定的防洪要求;如果已能滿(mǎn)足，則可挖掘潛力，盡可能地增加其效益，水庫(kù)防洪能力復(fù)核包括3個(gè)方面的內(nèi)容。

3.1 復(fù)核水庫(kù)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)核包括樞紐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，校核標(biāo)準(zhǔn)和下游防護(hù)地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn)，一般都比過(guò)去有所提高，尤其是規(guī)定了“失事后對(duì)下游造成較大災(zāi)害的大型水庫(kù)、重要的中型水庫(kù)以及特別重要的小型水庫(kù)的大壩，當(dāng)采用土石壩時(shí)，應(yīng)以可能最大洪水作為校核洪水”，因此，首先要審查原設(shè)計(jì)所采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)是否與現(xiàn)行的規(guī)范相符合。若發(fā)現(xiàn)不符，尤其偏低時(shí)，則應(yīng)按現(xiàn)在的規(guī)范確定防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 按新標(biāo)準(zhǔn)推求各種設(shè)計(jì)洪水

原設(shè)計(jì)使用的水文系列較短，復(fù)核計(jì)算時(shí)，必須補(bǔ)充建庫(kù)后新增加的觀(guān)測(cè)資料，按復(fù)核審定的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的、校核標(biāo)準(zhǔn)的以及防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水，為水庫(kù)控制運(yùn)用提供依據(jù)。視水文資料和復(fù)核的要求，設(shè)計(jì)洪水可采用由流量資料推求或由暴雨資料推求，可能最大洪水多采用由可能最大暴雨推求。其計(jì)算方法與規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法基本相同，以下僅就不同之處作一些說(shuō)明。

3.2.1 由流量資料推求復(fù)核使用的各種設(shè)計(jì)洪水

規(guī)劃設(shè)計(jì)階段所用的流量資料多是壩址洪水資料，水庫(kù)洪水復(fù)核階段所用的流量資料，則包括兩個(gè)部分:①建庫(kù)前的壩址洪水資料;②水庫(kù)建成后，根據(jù)庫(kù)水位和出庫(kù)流量記錄。

用水量平衡法推求的入庫(kù)洪水資料，統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，為了保證整個(gè)系列的一致性，應(yīng)將壩址洪水換算為入庫(kù)洪水，從而得到一個(gè)前后一致的入庫(kù)洪水系列進(jìn)行頻率計(jì)算，求得符合復(fù)核要求的設(shè)計(jì)洪峰、洪量、洪水過(guò)程線(xiàn)。

3.2.2 由暴雨資料推求復(fù)核使用的各種設(shè)計(jì)洪水

建庫(kù)后，由于形成洪水的產(chǎn)、匯流條件與建庫(kù)前有所不同。因此，用暴雨資料推求復(fù)核用的設(shè)計(jì)洪水時(shí)，不能再原封不動(dòng)地使用原來(lái)的產(chǎn)、匯流計(jì)算方案，而應(yīng)考慮新的產(chǎn)、匯流條件，用建庫(kù)后的資料制定新的產(chǎn)、匯流計(jì)算方案，例如建庫(kù)條件的暴雨徑流相關(guān)團(tuán)和入庫(kù)洪水單位線(xiàn)，設(shè)計(jì)暴雨應(yīng)考慮新積累的水文氣象資料和計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，按復(fù)核審定的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推求。然后，由此推算出各種設(shè)計(jì)洪水。

3.2.3 審定水庫(kù)的允許最高洪水位

設(shè)計(jì)時(shí)所確定的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，在已建成水庫(kù)的運(yùn)用中，可能由于某些原因，例如庫(kù)區(qū)移民沒(méi)有完成，大壩變形異常尚未處理等，而不允許達(dá)到。這時(shí)，應(yīng)分析當(dāng)時(shí)的具體情況，參照原設(shè)計(jì)，定出水庫(kù)目前允許達(dá)到的最高洪水位，并采取積極措施，例如加快移民、消除大壩隱患等，使之盡快達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高洪水位。

3.3 復(fù)核水庫(kù)防洪能力

在各種設(shè)計(jì)洪水及水庫(kù)允許最高洪水位確定之后，即可通過(guò)調(diào)洪計(jì)算，分析出目前的水庫(kù)狀況是否能夠滿(mǎn)足防洪要求，若現(xiàn)有泄洪設(shè)施不能在規(guī)定的允許最高洪水位下宣泄校核洪水，則應(yīng)針對(duì)造成防洪能力不足的原因，采取相應(yīng)對(duì)策予以解決。例如，壩體存在隱患，使允許最高洪水位達(dá)不到設(shè)計(jì)的最高洪水位，則可采取臨時(shí)降低防洪限制水位(當(dāng)然也降低了興利標(biāo)準(zhǔn))和限期消除隱患的辦法來(lái)解決;若是由于校核洪水大大提高所致，則應(yīng)擬定若干擴(kuò)建改建泄洪設(shè)施或增設(shè)非常溢洪道的方案，進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，分別推求出相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、泄洪建筑物類(lèi)型和尺寸以及工程費(fèi)用等，并考慮地形、地質(zhì)等因素，從中選定一個(gè)合理的方案來(lái)解決。

復(fù)核中的調(diào)洪計(jì)算工作與規(guī)劃設(shè)計(jì)階段基本一樣，不同的是要考慮已建成水庫(kù)的現(xiàn)狀，在充分總結(jié)水庫(kù)管理運(yùn)行實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考原設(shè)計(jì)來(lái)確定防洪限制水位、下游防洪要求和水庫(kù)泄洪方式等，溢洪道及泄洪桐的泄流曲線(xiàn)應(yīng)采用經(jīng)過(guò)率定的流量系數(shù)或水位—流量關(guān)系曲線(xiàn)，水位—庫(kù)容曲線(xiàn)也應(yīng)采用最新的測(cè)量成果?？傊?，要盡可能地利用已建成水庫(kù)的有利條件進(jìn)行這項(xiàng)工作。

［1］張亞文.運(yùn)行水電站的大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核［J］.湖北水力發(fā)電，1997(01):5-6.

［2］游文蓀，許新發(fā).湖塘水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)安全復(fù)核［J］.江西水利科技，2001(S1):61-64.

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