七一水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析

彭和平，王葵華

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330000）

1 工程概況

七一水庫位于鄱陽湖水系信江河玉山水支流金沙溪中游棠梨山西側(cè)，距玉山縣城約16.0 km，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的大(2)型水庫。水庫樞紐工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、灌溉發(fā)電引水隧洞及電站等。七一水庫總庫容為22800 萬m3，工程等級(jí)為Ⅴ等，按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）及《中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2017）》，確定七一水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇。

信江流域七一水庫運(yùn)行多年以來部分工程老化，病險(xiǎn)隱患頻現(xiàn)，急需除險(xiǎn)加固改造。本文根據(jù)水庫基本資料，對(duì)水庫動(dòng)工興建、加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)以及本次除險(xiǎn)加固等階段的設(shè)計(jì)暴雨洪水進(jìn)行分析與探討。

2 設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算

七一水庫無實(shí)測(cè)水文資料，采用無資料區(qū)域暴雨洪水設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行七一水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。水庫原暴雨洪水設(shè)計(jì)計(jì)算依照《萬安縣水文氣象手冊(cè)》（1958 年由萬安縣水文氣象站編制）計(jì)算。水庫加固擴(kuò)建階段重新進(jìn)行了暴雨洪水設(shè)計(jì)計(jì)算，主要依照1976 年由江西省水文總站編制出版的《江西省水文手冊(cè)》，本次除險(xiǎn)加固階段暴雨洪水設(shè)計(jì)計(jì)算主要依據(jù)2010 年江西省水文局編制出版的《江西省暴雨洪水計(jì)算方法查算手冊(cè)》。

2.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

七一水庫位于水文分區(qū)中的Ⅲ4 區(qū)，控制流域面積124.4 km2，河長(zhǎng)12.7 km，河道平均比降1∶114，彎曲系數(shù)0.75。以壩址以上集水面積為中心查閱不同時(shí)段暴雨等值線圖以及CV等值線圖[1]，七一水庫設(shè)計(jì)暴雨復(fù)核計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 七一水庫設(shè)計(jì)暴雨復(fù)核計(jì)算結(jié)果

七一水庫于1958 年7 月經(jīng)上級(jí)部門批準(zhǔn)動(dòng)工興建，1987年江西省計(jì)委批準(zhǔn)七一水庫加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)方案，擴(kuò)建后防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20 年一遇，2010 年七一水庫大壩再次進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目施工。所以表1 中同時(shí)進(jìn)行了七一水庫原設(shè)計(jì)暴雨成果、加固擴(kuò)建階段設(shè)計(jì)暴雨成果以及本次除險(xiǎn)加固階段設(shè)計(jì)暴雨成果的計(jì)算與對(duì)比，原設(shè)計(jì)階段成果較大，加固擴(kuò)建評(píng)價(jià)階段結(jié)果與本次比較接近。所以，本次除險(xiǎn)加固階段仍然采用水庫加固擴(kuò)建評(píng)價(jià)階段設(shè)計(jì)暴雨成果[2]。

2.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

1）設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算:

式中：Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；φp為徑流系數(shù)；F 為集水面積，m2；ip為匯流時(shí)間 τ 內(nèi)設(shè)計(jì)面的暴雨強(qiáng)度，mm/min；PτP面為匯流時(shí)間τ 的設(shè)計(jì)面暴雨雨量，mm；nlp和n2p為短歷時(shí)暴雨指數(shù)；L為河長(zhǎng)，km；J 為河道坡度均值；x、y 為河道匯流指數(shù)。

2）設(shè)計(jì)洪量計(jì)算

式中：W三P為不同頻率下三日洪量設(shè)計(jì)值，萬 m3；W（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量設(shè)計(jì)值，萬m3；W24P為不同頻率下主峰洪量設(shè)計(jì)值，萬m3；P三P面為不同頻率下三日雨量設(shè)計(jì)值，mm；P24P面為不同頻率下 24 h 雨量設(shè)計(jì)值，mm；α三P為不同頻率下三日洪量徑流系數(shù)；α（三-24）P為不同頻率下前鋒洪量徑流系數(shù)。

將數(shù)據(jù)代入式（1）～（4），不同頻率下設(shè)計(jì)洪峰洪量、最大24 h 洪量和三日洪量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 七一水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

上表有關(guān)七一水庫原設(shè)計(jì)洪水成果、加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段設(shè)計(jì)洪水成果以及本次除險(xiǎn)加固階段設(shè)計(jì)洪水成本計(jì)算結(jié)果表明，原設(shè)計(jì)成果較大，加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段設(shè)計(jì)成果與本次相差不大?？紤]到加固擴(kuò)建評(píng)價(jià)階段使用《江西省水文手冊(cè)》（1976）計(jì)算，本次除險(xiǎn)加固階段使用《江西省暴雨洪水計(jì)算方法查算手冊(cè)》（2010）計(jì)算，同時(shí)在水庫加固擴(kuò)建評(píng)價(jià)階段選定采用本階段已通過審查的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果，所以，本次采用成果仍為加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段設(shè)計(jì)洪水成果。

2.3 設(shè)計(jì)洪水分析及安全評(píng)價(jià)

七一水庫本次除險(xiǎn)加固階段設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法與加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段相同，但是點(diǎn)面折減系數(shù)等取值略有不同，導(dǎo)致設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果不同[3]。通過比較七一水庫原設(shè)計(jì)階段暴雨洪水成果和加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段暴雨洪水成果可以看出，原設(shè)計(jì)成果偏大，而加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段與本次除險(xiǎn)加固階段成果較為接近。所以，為保證水庫除險(xiǎn)加固工程的順利安全進(jìn)行，本次除險(xiǎn)加固工程采用加固擴(kuò)建安全評(píng)價(jià)階段設(shè)計(jì)暴雨和洪水的計(jì)算成果。

2.4 設(shè)計(jì)洪水合理性分析

根據(jù)所采用的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，并采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法所求得的不同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線，進(jìn)而可以計(jì)算出不同頻率洪水所對(duì)應(yīng)的基流量，在不同頻率洪水過程線的各個(gè)時(shí)段上加上相應(yīng)頻率洪水所對(duì)應(yīng)基流量，便可得到工程所在流域設(shè)計(jì)洪水過程線[4]。

將信江上游玉山水上饒站和信江中游弋陽站由實(shí)測(cè)洪水資料所計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰值及三日設(shè)計(jì)洪量值分別與七一水庫無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水所計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰值、三日設(shè)計(jì)洪量進(jìn)行地區(qū)分布的分析，具體情況見圖1 和圖2。

圖1 七一水庫與水上繞站和弋陽站設(shè)計(jì)洪峰Q與面積F 關(guān)系圖

圖2 七一水庫與水上繞站和弋陽站設(shè)計(jì)三日洪量W與面積F 關(guān)系圖

從圖1 結(jié)果可知，相同頻率下七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設(shè)計(jì)洪峰地區(qū)分布關(guān)系，具體呈面積比的2/3 次方；從圖2 則可以得知，相同頻率下，七一水庫與水上繞站和弋陽站擁有較好的設(shè)計(jì)三日洪量地區(qū)分布關(guān)系，具體呈面積比的1 次方。上述關(guān)系基本符合信江流域洪水的地域分布規(guī)律，也表明本文對(duì)七一水庫無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算結(jié)果的合理性。

3 結(jié)論

通過對(duì)信江流域七一水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)暴雨洪水的計(jì)算與分析可以得知該地區(qū)洪水的分布及變化規(guī)律，結(jié)果表明，采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法對(duì)于七一水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析的適用性和合理性，此外，根據(jù)本工程設(shè)計(jì)暴雨洪水的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算所采用資料系列的可靠性與代表性必須有充分保證，并且依據(jù)水庫所處流域洪水的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算思路，保證設(shè)計(jì)過程和計(jì)算結(jié)果的合理性，為除險(xiǎn)加固工程提供切實(shí)可行的設(shè)計(jì)依據(jù)。通過本文設(shè)計(jì)暴雨洪水的計(jì)算及分析為七一水庫除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施以及工程加固后防洪、生態(tài)改善、為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)等功能的發(fā)揮提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，也為類似工程建設(shè)提供了借鑒與參考。