富水水庫防洪能力復(fù)核

徐成漢

（長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430212）

0 引言

富水水庫位于湖北省通山縣、 陽新縣境內(nèi)，是一座以防洪、發(fā)電為主，兼有灌溉、養(yǎng)殖、圍墾、滅螺、航運(yùn)等綜合效益的大（1）型水庫。 該工程由湖北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)、設(shè)計(jì)，湖北省水利工程二團(tuán)承建，工程從1958 年8 月動(dòng)工興建，1966 年3 月竣工。 由于該水庫屬于“三邊”工程（邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊修改工程），一些工程措施未能全部落實(shí)，建成后又經(jīng)歷幾次擴(kuò)建和加固， 水庫運(yùn)行60 多年來，出現(xiàn)問題較多，存在諸多安全隱患。

根據(jù)水利部《水庫大壩安全鑒定辦法》和《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的要求［1］，受湖北省富水水庫管理局的委托，項(xiàng)目組收集、整理了工程原勘測(cè)、設(shè)計(jì)、科研、施工、除險(xiǎn)加固及以往安全鑒定等資料［2－4］，通過對(duì)原設(shè)計(jì)資料及水庫現(xiàn)狀的分析、研究，并按照現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范，完成了該水庫的安全鑒定工作，以期為富水水庫的除險(xiǎn)加固工程提供理論依據(jù)［5－7］。本文主要探討富水水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)洪水復(fù)核、調(diào)洪計(jì)算、大壩抗洪能力復(fù)核等問題。

1 工程概況

富水水庫位于富水中游，壩址建于通山、陽新兩縣交界的陽辛鎮(zhèn)。 大壩以上承雨面積為2 450 km2，水庫總庫容為16.65 億m3，其中，興利庫容為5.48 億m3， 調(diào)洪庫容為8.08 億m3， 死庫容4.21 億m3；正常蓄水位為57.00 m，設(shè)計(jì)洪水位為62.10 m，校核洪水位為64.28 m，死水位為48.00 m。大壩壩頂高程為65.5 m，防浪墻頂高程為66.7 m，最大壩高為45.5 m，壩頂長為941.6 m，壩頂寬為6.5 m。 大壩按一級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇。

該工程于1958 年8 月動(dòng)工興建，1960 年1 月大壩合龍，1964 年3 月大壩壩體填筑基本完成，1966 年竣工蓄水。 水庫樞紐由大壩、溢洪道、發(fā)電引水管、電站和過壩滑道組成。 大壩在28.00 m 高程以下為均質(zhì)壩，28.00 m 高程以上為黏土心墻壩， 心墻上游壩殼料為沙質(zhì)黏土， 心墻下游壩殼料為溢洪道開挖的頁巖。溢洪道為開敞式寬項(xiàng)堰，位于大壩右岸山坡上， 邊墩與右壩段相連， 設(shè)有8 個(gè)12 m×9.3 m（寬×高）的弧形閘門，閘底高程為50.20 m，閘頂高程為59.50 m，最大泄洪能力為7 950 m3／s。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

依據(jù)現(xiàn)行的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》， 富水水庫防洪安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為：大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇， 校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇。

2.2 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

2.2.1 基本資料

富水水庫上游水文站有廈鋪站、通山站、橫石站、洪港站、富水站，其中，通山站、橫石站、洪港站為富水水庫管理局設(shè)立的入庫水文站。 富水站為出庫水文站， 在富水水庫大壩未合龍前， 稱陽辛（一）站，資料系列為1952～1959 年；水庫建成后，陽辛（一）站遷至下游2 500 m 處，稱陽辛（二）站，資料系列為1960～2020 年。 上述水文站均為正規(guī)站網(wǎng)，測(cè)驗(yàn)符合規(guī)范，結(jié)果精度高，能基本滿足本次水庫安全評(píng)估對(duì)水文計(jì)算的要求。 各水文站基本情況如表1 所示。

表1 富水水庫以上水文站一覽表Tab.1 Hydrological stations above Fushui reservoir

2.2.2 設(shè)計(jì)洪水成果

根據(jù)收集的洪峰流量系列及1 d 洪水總量、3 d洪水總量系列和特大洪水資料，分析、計(jì)算富水水庫設(shè)計(jì)洪水的頻率，推求設(shè)計(jì)洪水。計(jì)算時(shí)，洪峰流量、24 h 洪水總量、24 h 洪水總量相應(yīng)的變差系數(shù)Cv分別為0.62、0.59、0.57，偏態(tài)系數(shù)Cs＝3.0 Cv。 設(shè)計(jì)洪水結(jié)果如表2 所示。由表2 可知，富水水庫洪峰流量均值為3 023 m3／s， 千年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為13 700 m3／s，萬年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為17 800 m3／s。

同樣，選擇峰高量大、主峰在后的1994 年洪水作為典型洪水，對(duì)典型洪水的洪峰流量（5 070 m3／s）和1 d 洪水總量（2.29×108m3）、3 d 洪水總量（3.18×108m3）進(jìn)行同頻率放大，使放大后的洪峰、1 d 洪水總量、3 d 洪水總量分別等于設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪量，所得設(shè)計(jì)洪水過程線如圖1 所示。

表2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表Tab.2 Calculation results of design flood

圖1 富水水庫設(shè)計(jì)洪水過程線Fig.1 Design flood hygrograph of Fushui reservoir

3 調(diào)洪計(jì)算

3.1 洪水調(diào)節(jié)原則及方式

根據(jù)《湖北省大型水庫調(diào)試規(guī)程》，在設(shè)計(jì)或保壩條件下，當(dāng)遭遇二十年一遇以下洪水（6 910 m3／s）時(shí)，庫水位不超過防洪高水位58.6 m，控制泄流量為1 300 m3／s；當(dāng)遭遇二十年一遇以上洪水時(shí)，若水庫水位在58.6 m 以下，控制下泄流量為2 000 m3／s；一旦水庫水位超過58.6 m，下游防洪必須服從大壩安全，自由泄流，此時(shí)任由水庫水位上升，直至最高水位。

3.2 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

根據(jù)水庫洪水調(diào)節(jié)原則和方式、水庫容積、泄流曲線，分別對(duì)千年一遇洪水、萬年一遇洪水及保壩洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，結(jié)果如表3 所示。

從表3 可以看出， 當(dāng)富水水庫遭遇千年一遇的設(shè)計(jì)洪水時(shí)，經(jīng)過水庫的調(diào)蓄，最大泄流量由13 700 m3／s 調(diào)整為5 950 m3／s，相應(yīng)庫水位為61.82 m。 當(dāng)富水水庫遭遇萬年一遇的設(shè)計(jì)洪水， 經(jīng)過水庫的調(diào)蓄，最大泄量由17 800 m3／s 調(diào)整為7 120 m3／s，相應(yīng)庫水位為63.31m。

表3 調(diào)洪計(jì)算成果表Tab.3 Calculation results of flood regulation

4 大壩抗洪能力復(fù)核

4.1 壩頂高程計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和。 壩頂超高等于最大波浪爬高、最大風(fēng)壅水面高度和安全加高之和。所以，確定壩頂高程時(shí)，應(yīng)分別按設(shè)計(jì)洪水位＋正常運(yùn)用條件、正常蓄水位＋正常運(yùn)用條件、校核洪水位＋非常運(yùn)用條件、 正常高水位＋非常運(yùn)用條件4 種情況進(jìn)行計(jì)算，并取最大值。 經(jīng)計(jì)算，在設(shè)計(jì)洪水位＋正常運(yùn)用條件下，所需壩頂高程＝65.10 m；在正常蓄水位＋正常運(yùn)用條件下， 所需壩頂高程＝59.42 m；在校核洪水位＋非常運(yùn)用條件下，所需壩頂高程＝65.78 m；在正常高水位＋非常運(yùn)用條件下，遇地震時(shí)，所需壩頂高程＝60.98 m。

4.2 復(fù)核結(jié)果

由以上計(jì)算結(jié)果可知， 所需壩頂最大高程為65.78 m，壩頂實(shí)際高程為65.5 m，防浪墻頂高程為66.7 m， 所以富水水庫大壩的抗洪能力滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

富水水庫為一等工程， 大壩等主要建筑物為1級(jí)建筑物。本次富水水庫防洪能力復(fù)核根據(jù)現(xiàn)行《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）的有關(guān)規(guī)定，采用的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位61.82 m；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇，相應(yīng)校核洪水位63.31 m。 水文系列延長后，原設(shè)計(jì)洪水成果不需要調(diào)整。 經(jīng)綜合分析，富水水庫防洪能力復(fù)核結(jié)論如下：（1）水庫泄洪建筑物的泄洪能力滿足安全泄洪的要求， 但須盡快完善泄洪設(shè)施。（2）水庫洪水調(diào)度運(yùn)用方式符合水庫的特點(diǎn)，滿足大壩安全運(yùn)行的要求，不需進(jìn)行修訂。（3）大壩現(xiàn)狀壩頂高程或防浪墻高程以及防滲體頂高程均滿足規(guī)范要求。