某水庫大壩安全鑒定防洪能力復(fù)核分析

文章依托烏蘇市某水庫大壩為工程背景，對其洪水調(diào)節(jié)、壩頂超高以及泄流能力進行復(fù)核，分析結(jié)果表明，水庫大壩現(xiàn)狀可承擔200年一遇的洪水;其壩體超高滿足要求;水庫放水涵洞、泄洪涵洞以及溢洪道最大泄水能力均大于原設(shè)計流量，滿足泄流要求，并最終確定該水庫防洪標準復(fù)核安全等級為A級。

水庫大壩; 防洪能力; 調(diào)洪計算; 超高復(fù)核; 泄洪能力

TV62B

[定稿日期]2021-08-06

[基金項目]新疆兵團科技計劃項目（項目編號：2020AB003）

[作者簡介]夏明海（1965～），男， 碩士，高級工程師，主要從事水利工程運行管理工作。

水庫作為調(diào)節(jié)水流和攔洪蓄水的水利工程建筑物，具有防洪抗旱、供水發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能，科學的建設(shè)水庫可有效的減輕水旱災(zāi)害對人民群眾生命財產(chǎn)帶來的威脅。與此同時，根據(jù)《2019年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示，2019年我國洪澇災(zāi)害直接經(jīng)濟損失達1922.7×108元，占當年GDP的0.19 %，其中水利設(shè)施直接損失為409.4×108元，全國農(nóng)作物受災(zāi)面積達6 680.4 kha，受災(zāi)人口為4 766.6×104人。此外，水利部規(guī)定水庫大壩需進行定期安全鑒定， 大壩于工程竣工驗收后5年內(nèi)應(yīng)進行首次安全鑒定，此后每間隔6～10年定期進行。

防洪標準復(fù)核作為水庫大壩安全鑒定的重要組成部分，通常是基于水庫大壩于設(shè)計階段洪水計算的水文資料以及運行期延長水文資料，考慮建壩后上游地區(qū)人類活動的影響和大壩工程現(xiàn)狀，進行設(shè)計洪水的復(fù)核和調(diào)洪計算，評價大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。有鑒于此，水庫大壩若防洪能力不滿足要求，一旦發(fā)生汛情甚至垮壩失事，將造成難以估量的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此水庫大壩建成竣工后需定期對其防洪能力進行復(fù)核鑒定。

1 工程及流域概況

1.1 工程概況

烏蘇市某水庫為Ⅲ等中型水庫，始建于1956年，水庫工程主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，該水庫主要攔蓄奎屯河水，設(shè)計洪水為30年一遇，校核洪水為200年一遇。

2002年進行水庫除險加固后設(shè)計庫容為5 000×104 m3，對應(yīng)正常蓄水位為318.0 m，水庫淹沒面積為13.89 km2，水庫年調(diào)蓄水量2.2×108～2.3×108 m3，與其下游的車排子水庫聯(lián)合調(diào)度向下游奎屯灌區(qū)的123團、126團、127團及車排子鄉(xiāng)（地方）配水，控制下游灌區(qū)40 kha灌溉面積及保護灌區(qū)15萬人口。

1.2 流域概況

奎屯河流域有奎屯河、古爾圖河和四棵樹河，三河年徑流量為12.86×108 m3，其中奎屯河年平均徑流量為6.50×108 m3?？秃恿髦饕杀ㄈ谘?、融冰水補給，其次是降水。根據(jù)徑流資料統(tǒng)計，多年平均流量20.6 m3/s，多年平均徑流總量6.50×108 m3。徑流年際變化不大，年內(nèi)分配不均，徑流主要集中在6～8月，徑流量為4.21×108 m3，占全年徑流量的64.7 %?？菟?～4月，徑流量為0.36×108 m3，占徑流總量的5.5 %。最小年徑流4.80×108 m3（1992年），是年均徑流的0.74倍;最大年徑流8.63×108 m3（1999年），是年均徑流的1.33倍。最大年徑流是最小年徑流的1.80倍。

2 防洪標準復(fù)核

2.1 調(diào)洪計算

進入該水庫的洪水除去蓄入水庫的部分外，其余洪水通過水庫東泄水閘、西泄水閘輸往下游灌區(qū)及車排子水庫。其中東泄水閘設(shè)計流量為25? m3/s，為下游灌區(qū)輸水閘;西泄水閘洪水進入車排子水庫，設(shè)計流量分別為26 m3/s。該水庫和車排子水庫聯(lián)合調(diào)度奎屯河洪水，水庫東閘與車排子水庫東閘在下游接通，設(shè)計流量30 m3/s。因此，當水庫充分放水（25 m3/s）時，車排子水庫實際放水流量為5 m3/s。該水庫汛限水位為317.26 m，對應(yīng)庫容為3 300×104 m3，車排子水庫汛限水位為307.88 m，對應(yīng)庫容為3 000×104 m3。

經(jīng)調(diào)洪計算，該水庫30年一遇設(shè)計洪水下防洪庫容為1 446×104 m3，設(shè)計洪水位為3 71.82 m;200年一遇校核洪水下水庫調(diào)洪庫容為1 819×104 m3，校核洪水位為318.08 m，與水庫原設(shè)計相同;此外，水庫的泄洪不影響下游車排子水庫運行。綜上所述，水庫現(xiàn)狀能滿足防洪需求。

2.2 水庫超高復(fù)核

根據(jù)規(guī)范標準確定大壩為3級建筑物，正常運用情況安全加高值取0.7 m，非常情況取0.5 m。水庫水位設(shè)計洪水位317.82 m，校核洪水位318.08 m，正常蓄水位318.0 m。3級壩正常運用條件下設(shè)計風速取多年平均最大風速的1.5倍，庫區(qū)多年平均最大風速為12.9 m/s，則設(shè)計風速為19.35 m/s。非常運用條件下設(shè)計風速為多年平均最大風速12.9 m/s。對地震設(shè)防烈度Ⅶ的3級壩，地震涌高度為0.5 m～1.5 m，本設(shè)計取0.5 m。

采用莆田試驗站公式計算波浪的平均波高和平均波周期，再根據(jù)上游坡及護坡情況計算波浪爬高，3級壩設(shè)計風浪爬高取累積頻率為1 %的爬高值。波浪的平均波高及波長根據(jù)式（1）計算。

ghmW2=0.13th[0.7gHmW20.7]th0.0018gDW20.450.13th[0.7gHmW20.7]

Tm=4.438h0.5mLm=gT2m2πth2πHLm

式中：g為重力加速度，取9.81m/s2;hm為平均波高，m;W為計算風速，m/s;Hm為水域平均水深，m;D為風區(qū)長度，m;Tm為平均波周期，s;Lm為平均波長，m;H為大壩迎水面波長，m。

正向來波在單坡上的平均波浪爬高按下式計算

Rm=KΔKW1+m2hmLm

式中：Rm為平均波浪爬高，m;K△為斜坡的糙率滲透系數(shù)，混凝土護坡參照取0.90;Kw為經(jīng)驗系數(shù)，按SL 274-2020《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》查得;m為單波的波度系數(shù)。

水庫按正常蓄水位318.0 m，結(jié)合壩軸線走向及風向，根據(jù)壩頂超高復(fù)核計算，水庫壩頂超高均滿足超高要求。

2.3 泄洪能力復(fù)核

放水涵洞與泄洪涵洞均為八字墻進水口，壁厚50 cm，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu)。其中放水涵洞尺寸2.5 m×2.5 m×24 m，原設(shè)計泄流能力為25 m3/s;泄洪涵洞尺寸為2.5 m×2.5 m×32 m，原設(shè)計泄流能力為26 m3/s。

溢洪道位于大壩西壩，為開敞式寬頂堰，溢洪道全長105.0 m，控制段堰型為寬頂堰，堰凈寬15.0 m，堰頂高程317.24 m。泄槽段長4.74 m，消力池長15 m，消力池底高程316.34 m，均為混凝土結(jié)構(gòu)，消力池后接原奎屯河老河床。

如表1所示，根據(jù)《土石壩水庫設(shè)計》、SL253-2018《溢洪道設(shè)計規(guī)范》對放水、泄洪涵洞以及溢洪道的泄流能力進行復(fù)核。放水涵洞最大泄水能力為43.62 m3/s;泄洪涵洞最大泄水能力為54.72 m3/s;此外，溢洪道在水庫水位位于校核洪水位318.08 m時，最大下泄流量19.13 m3/s，位于正常蓄水位318.0 m時，最大下泄流量16.48 m3/s，大于設(shè)計下泄流量14.0 m3/s，以上均滿足要求。

3 結(jié)論

參照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，該水庫為Ⅲ型水庫，水工建筑物級別為3級，設(shè)計洪水為30年一遇，校核洪水為200年一遇。根據(jù)防洪標準進行復(fù)核，獲得如下結(jié)論：

（1）水庫大壩現(xiàn)狀可承擔200年一遇的洪水，滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求。

（2）水庫現(xiàn)狀壩體超高滿足要求。

（3）水庫放水涵洞、泄洪涵洞以及溢洪道泄流能力復(fù)核最大泄水能力分別為43.62 m3/s、54.72 m3/s和19.13 m3/s，均大于原設(shè)計流量，滿足泄流要求。

綜上所述，該水庫防洪標準復(fù)核安全等級定為A級。

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