兩庫連通形成水庫的擋水建筑物級別及洪水標準探討

羅琳 嚴小龍

摘要：為探討兩庫連通水庫工程擋水建筑物級別及洪水標準確定的問題，深入分析了現(xiàn)行規(guī)范關于提高建筑物級別及洪水標準的應用條件。結(jié)合重慶酉陽縣板溪水庫工程設計，分析了建筑物級別、洪水標準提級對大壩設計方案的影響。計算結(jié)果表明：在分別提高建筑物級別、洪水標準時，均不同程度地增加壩頇高程和最大壩高，兩者在一定程度上提高了大壩安全性和抗風險能力。但綜合考慮安全性和經(jīng)濟性，建議工程等別按兩庫總庫容相加確定，建筑物級別可提高，一般情況下洪水標準可不提高。

關鍵詞：兩庫連通形成水庫工程;擋水建筑物級別;洪水標準;板溪水庫;重慶

中圖法分類號：TV641

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.007

在某些地區(qū)，河流水系由流域面積小、來水量少的小河溝組成。單條河流受來水量制約，水資源開發(fā)利用難度大，難以發(fā)揮水資源承載能力對城市發(fā)展的支撐作用。水利設計者在設計過程中研究發(fā)現(xiàn)，按照“積少成多”的理念，多條河流作為整體來水量仍然是可觀的。因此，提出了選取兩條具備建設水庫條件的河流分別建設規(guī)模較小的水庫，再由連通隧洞連通，形成一座規(guī)模較大的水庫，通過聯(lián)合調(diào)度以增強水庫的調(diào)節(jié)能力和供水保證能力，這種設計思路稱為“兩庫連通形成水庫工程”。在水利工程設計中，上述思路逐步得到了推廣和應用，如重慶酉陽縣板溪水庫由小井溪主庫和宋家溪副庫兩座?。?）型水庫連通而成，連通隧洞長1.8km;重慶梁平縣左柏水庫由白灘河主庫及龍河副庫組成，連通隧洞長1.0 km。

1 問題提出

兩庫連通形成水庫工程，要實現(xiàn)兩庫聯(lián)合調(diào)度、水量互通共用，要求兩庫具有相同的正常蓄水位、可逆向過流及適當規(guī)模的連通隧洞，以保證充分利用兩庫的興利庫容。工程運行時，水庫調(diào)節(jié)能力增強，發(fā)揮的供水效益大于兩個單庫供水效益之和。由工程調(diào)度方式可知，主庫和副庫聯(lián)合實現(xiàn)水量調(diào)節(jié)，兩者興利庫容緊密聯(lián)系、不可分割，主庫與副庫是一個有機整體。因此，可將兩個單庫庫容相加作為工程總庫容。如重慶酉陽縣板溪水庫工程兩庫總庫容1 128萬m3（主庫916萬m3，副庫212萬m3），工程規(guī)模確定為中型。但與單庫工程規(guī)模相比，工程等別提高了一級。

根據(jù)SL 252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[1]建筑物級別、洪水標準的定義如下：水工建筑物級別是按水工建筑物所在工程的等別、作用和其重要性所劃分的級別;洪水標準是為維護水工建筑物自身安全所需要防御的洪水大?。ǚ譃樵O計洪水標準和校核洪水標準）。針對兩庫連通形成水庫工程，按兩庫總庫容確定的工程等別確定的擋水建筑物級別及洪水標準，則是從增加工程安全冗度的角度考慮的，但由此可能引起的工程量和投資量增大。而從原則上分析，水庫標準設計最好是通過安全與經(jīng)濟的全面分析，合理確定[2]。因此，如何合理確定兩庫連通形成水庫工程的擋水建筑物級別及洪水標準，是有必要探討的問題。

2 規(guī)范規(guī)定

為探討兩庫連通形成水庫工程擋水建筑物級別及洪水標準。查閱了GB50201-2014《防洪標準》[3]和SL 252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》。其中，規(guī)范對提高或降低建筑物級別、洪水標準做出的相關規(guī)定，具體論述如下。

2.1

GB 50201-2014《防洪標準》

（1）關于建筑物級別提高或降低的條文。11.2.2條規(guī)定失事后損失巨大或影響十分嚴重的水利水電工程的2～5級主要永久性水工建筑物，經(jīng)過論證并報主管部門批準，可提高一級，設計洪水標準相應提高;失事后造成損失不大的水利水電工程的1～4級主要永久性水工建筑物，經(jīng)過論證并報主管部門批準，可降低一級。

11.2.3條規(guī)定水庫大壩的2級、3級永久性水工建筑物，壩高超過規(guī)定指標時，其級別可提高一級，但防洪標準可不提高。

（2）關于洪水標準提高或降低的條文。11.2.2條和11.2.3條對洪水標準的確定做出了相關論述，具體內(nèi)容見上文。

11.2.4條規(guī)定當永久性水工建筑物基礎的工程地質(zhì)條件特別復雜或采用實踐經(jīng)驗較少的新型結(jié)構(gòu)時，對2-5級建筑物可提高一級設計，但防洪標準可不提高。

11.3.2條規(guī)定當山區(qū)、丘陵區(qū)的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差小于10 m時，其防洪保準宜按平原地區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定確定;當平原區(qū)、濱海區(qū)的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度高于15 m，且上下游最大水頭差大于10 m時，其防洪標準宜按山區(qū)、丘陵區(qū)的規(guī)定確定。

11.3.3條規(guī)定土石壩一旦失事將對下游造成特別重大的災害時，1級建筑物的校核洪水標準應采用可能最大洪水或10 000 a一遇。

11.3.4條規(guī)定土石壩一旦失事將對下游造成特別重大的災害時，2-4級建筑物的校核洪水標準可提高一級。

11.3.5條規(guī)定混凝土壩和漿砌石壩，洪水漫頂可能造成極其嚴重的損失時，1級擋水和泄水建筑物的校核洪水標準，經(jīng)過專門論證并報主管部門批準后，可采用可能最大洪水或10 000 a-遇。

11.3.6條規(guī)定低水頭或失事后損失不大的水庫工程的1-4級及擋水和泄水建筑物，經(jīng)專門論證并報主管部門批準后，其校核洪水標準可降低一級。

2.2 SL 252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》

（1）關于建筑物提高或降低的條文。4.1.3條規(guī)定失事后損失巨大或影響十分嚴重的水利水電工程的2-5級主要永久性水工建筑物，經(jīng)論證并報主管部門批準，建筑物級別可提高一級;水頭低、失事后造成損失不大的水利水電工程的1-4級主要永久性水工建筑物，經(jīng)論證并報主管部門批準，建筑物級別可降低一級。

（2）關于洪水標準提高或降低的條文。5.2.4條規(guī)定對土石壩，如失事后對下游將造成特別重大災害時，1級永久性水工建筑物的校核洪水標準，應取可能最大洪水（PMF）或重現(xiàn)期10 000a -遇;2-4級永久性水工建筑物的校核洪水標準，可提高一級。

2.3 條文分析

從上述規(guī)范要求總體看來，當建筑物級別提高時，洪水標準不一定提高。其中，GB 50201-2014《防洪標準》11.2.2、11.3.3、11.3.4、11.3.5以及SL252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》5.2.4等條文均表明，當建筑物失事后，對下游造成特別重大影響時，洪水標準可提高一級，即確定洪水標準時，應當考慮下游危害對于洪水標準的影響[4]。GB 50201-2014《防洪標準》11.3.2條中，洪水標準提出了山區(qū)、丘陵區(qū)套用平原區(qū)的界定條件，當擋水建筑物的擋水高度小于15 m且上下游最大水頭差小于10 m時，山區(qū)、丘陵區(qū)工程失事后造成的影響相對較小，實際上是對洪水標準提出了降級標準[5];當平原區(qū)、濱海區(qū)套用山區(qū)、丘陵區(qū)的界定條件時，則是由于平原區(qū)、濱海區(qū)工程失事后造成的影響可能較大，實際上是對洪水標準提出了提高標準。結(jié)合規(guī)范條文說明，建筑物級別是對建筑物結(jié)構(gòu)設計重要性提出的要求，建筑物洪水標準是對建筑物面臨洪水的風險及可能造成的嚴重損失提出的要求。兩者是辯證統(tǒng)一的關系，而不是一一對應關系。

本文所探討的兩庫連通水庫工程，與單庫工程相比，僅是通過改變調(diào)度方式，以達到最大可能發(fā)揮工程效益的目的，提高了工程所在地區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展及江河治理開發(fā)總體布局中的地位和作用[6]。因此，按兩庫總庫容確定工程等別，再確定擋水建筑物級別是合適的。但是，由于兩個水庫分屬于兩條河流，在單獨運行和連通運行時，擋水建筑物所面臨的外部條件基本一致。主要區(qū)別在于，兩庫連通運行遭遇洪水時，會通過連通隧洞互相影響洪水組成。其影響大小受連通隧洞過流能力決定，具備可控性和可預測性。在調(diào)洪計算時，兩庫分別疊加相應的連通隧洞過流流量即可?？梢?，兩庫連通運行并未在本質(zhì)上增加建筑物面臨洪水的風險。故筆者認為，一般情況下，當擋水建筑物下游無重大防洪因素時，兩庫連通水庫工程更適合建筑物級別可提高、洪水標準可不提高的情況。

3 規(guī)范應用

由上述規(guī)范條文可知，目前水利行業(yè)規(guī)范尚未明確規(guī)定兩庫連通水庫工程設計中擋水建筑物級別及洪水標準選擇標準，在實際工程設計中按提級或不提級設計的情況均有。本文以實際工程設計為例，并結(jié)合類似工程的設計經(jīng)驗，按照下述4種情況，分析建筑物級別、洪水標準變化對大壩設計方案的影響：

（1）擋水建筑物級別及洪水標準均不提高;

（2）擋水建筑物級別提高、洪水標準不提高;

（3）擋水建筑物級別提高、校核洪水標準提高、設計洪水標準不提高;

（4）擋水建筑物級別提高、校核洪水及設計洪水標準均提高。

以重慶酉陽縣板溪水庫工程為例，該工程是一座集城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)村人畜飲水等綜合利用的水利工程。水庫由小井溪主庫和宋家溪副庫連通而成，主壩、副壩分別座落于氽河一級支流小井溪和宋家溪上，連通隧洞長1.8 km。由于主壩、副壩下游均無重要防護對象及制約因素，故工程無防洪任務。經(jīng)可行性研究報告論證，推薦主壩、副壩均采用混凝土面板堆石壩，水庫正常蓄水位為926.8 m。

按上述4種不同工況分析，大壩設計特性參數(shù)見表1。從表1可以看出，按單庫庫容確定的建筑物級別及洪水標準，大壩壩頂高程及最大壩高最低;當提高擋水建筑物級別、不提高洪水標準時，由于最大波浪爬高及安全加高隨建筑物級別的提高而增大，相應的壩頂高程、最大壩高也會增加;當進一步提高校核洪水標準、但不提高設計洪水標準時，主壩壩頂高程沒有增加（受設計洪水位高程控制）、副壩壩頂高程進一步增加;進一步提高設計洪水標準時，主壩壩頂高程、最大壩高相應增加，副壩壩頂高程、最大壩高不變。由此可見，在分別提高建筑物級別（不含5級提到4級）、洪水標準時，均不同程度增加了壩頂高程和最大壩高，在一定程度上均提高了大壩安全性和抗風險能力。但是，隨著壩頂高程的增加，工程量增加，工程造價也會提高，工程經(jīng)濟效益費用比有所降低。

無防浪墻壩頂高程計算公式如下，其中建筑物級別及洪水標準是確定壩頂高程的關鍵因素。

本文所舉實例為兩個?。?）型水庫連通形成中型水庫工程，若由兩個中型水庫連通形成大型水庫時，工程建筑物級別及洪水標準提高后的安全冗度將進一步增大，經(jīng)濟性將進一步降低。

綜上所述，提高建筑物級別在一定程度上已經(jīng)提高了大壩設計的安全冗度，再提高洪水標準則是進一步增加了安全性。因此，從安全性和經(jīng)濟性綜合考慮，建議兩庫連通水庫的工程等別按兩庫總庫容相加確定，建筑物級別可提高，一般情況下洪水標準可不提高。

4 結(jié)論

本文分析了現(xiàn)行規(guī)范關于建筑物級別及洪水標準的相關規(guī)定，討論了提高建筑物級別及洪水標準的應用條件，并應用到重慶酉陽縣板溪水庫工程設計中，探討了兩庫連通水庫工程擋水建筑物級別及洪水標準的確定問題，總結(jié)如下。

（1）由現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定分析可知，在水利工程設計中，當建筑物級別提高時，洪水標準不一定提高。

（2）提高洪水標準時，應當考慮對下游的危害影響程度，即對下游造成特別重大影響時，洪水標準可提高一級。

（3）針對兩庫連通水庫工程的運行方式和工程總布置方案特點，從安全性和經(jīng)濟性分析，建議工程等別按兩庫總庫容相加確定，建筑物級別可提高，一般情況下洪水標準可不提高。

參考文獻：

[1] SL252-2017水利水電工程等級劃分及洪水標準[Sl.

[2]王國安，中國設計洪水及標準問題[J"水利學報，1991（4）：68-76.

[3]

GB 50201-2014防洪標準[S].

[4] 肖義，郭生練，周芬，等.基于風險分析的大壩設計洪水標準研究[J].水利發(fā)電，2003（11）：6-9.

[5]黨勇，李怡芬.關于建筑物降級和洪水標準降低問題的討論[J].水利規(guī)劃與設計，2015（5）：11-13.

[6] SL 618-2013水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程 [S].

作者簡介：羅琳，女，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。E-mail：4374162lO@qq.com