六六溪水库除险加固工程设计洪水复核计算

熊继斌，刘莎莎，任高珊，刘爱丽

(1.德州市水利勘察设计研究院，山东德州253014；2.德州市丁东水库管理处,山东 德州253014)

1 概 述

六六溪水库所在河流位于福建省寿宁县境内蟾溪流域的城关溪支流上，坝址以上流域面积14.6 km2，主河道长度5.60 km，河道比降60.13‰。水库坝址位于寿宁县鳌阳镇六六村，距六六村0.8 km，距寿宁县4 km。水库现状总库容168.84万m3，是1座以城区供水为主的公益性水利工程，供水规模2万t/d。

水库大坝一期工程施工时存在质量和安全隐患，虽经一定措施处理后整体质量基本能达到设计要求；但大坝已服役20余年，在水流侵蚀、材料老化等作用下坝面已出现游离钙析出挂白、褐色沉淀物流出等现象，尤其在非溢流坝段还存在喷、射流且日益恶化等问题。根据现场踏勘和钻探分析，水库目前存在库内淤积严重、下游坝面勾缝脱落游离钙析出、坝肩渗漏、岸坡滑坡等问题，如不尽快采取工程措施进行加固处理，大坝安全蓄水与安全泄洪势必会受到严重威胁。

为了给水库大坝除险加固规划设计提供详细数据支撑，确保除险加固后拱坝及水库防洪调度安全，运用无实测推理公式法和地区综合法开展全面水文分析[1]，以获得与坝址所处城关溪流域实际相匹配的设计洪水复核计算成果，确保水库除险加固工程安全高效的规划建设。

2 流域概况

寿宁县蟾溪属交溪流域东溪干流的1条支流，发源于县境内大熟村，经茗溪、安章、山枣坑、布罗林，在叠石溪处流入福安市境。溪流坡降陡峻，水流急，径流量大，洪水时暴涨暴落。流域内地形属山区性类型，地势由北渐向东南倾斜，流域面积227 km2，主河道长45.5 km，总落差1 003 m，平均坡降17.0‰。六六溪水库位于寿宁县境内蟾溪流域的城关溪支流上，流域内地势西北高，东南低。复核水库坝址以上流域面积14.65 km2，主河道长5.60 km，平均坡降60.13‰。

六六溪水库流域内无实测径流资料，无实测洪水资料。水库所在区域属亚热带气候，雨量充沛，温度较大；多年平均降雨量1 909.0 mm，年内雨量分布不均，4～9月汛期雨量占全年的71.9%，11～12月份最少，仅占5.3%。多年平均气温14.8 ℃，多年平均最大风速18.0 m/s，年平均风速2.9 m/s。

3 加固前设计洪水分析

水库坝址以上流域面积14.6 km2，多年平均径流量1 945万m3，总库容169万m3，工程为小(1)型水库，四等工程。大坝设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为200年一遇。拦河坝为对数螺线型砌石双曲拱坝，坝顶高程864.0 m，河床开挖高程823.0 m，最大坝高41.0 m，正常蓄水位860.0 m，死水位839.1 m。正常蓄水位以下库容137万m3，兴利库容123.1万m3，死库容13.9万m3。大坝采用坝顶自由溢流、挑流消能的泄洪方式。坝址所在流域内无实测洪水资料，原设计采用推理公式法、查宁德地区简易水文计算手册法和地区综合法进行推求[2_4]，分析得坝址原设计洪水成果(见表1)。

表1 坝址原设计洪水分析成果

从表1可知，为确保水库安全，选择大值即查简易水文计算手册法成果作为设计依据,其30年一遇设计洪水洪峰流量和200年一遇校核洪水洪峰流量分别为165 m3/s和257 m3/s。

4 加固后设计洪水分析

4.1 暴雨特性

六六溪水库坝址以上流域面积14.65 km2，河道长5.60 km，平均坡降60.13‰。水库所在城关溪流域内无水文站，无实测洪水资料。安评复核时，由于水库属于流域内集雨面积小于30 km2的流域，采用推理公式法和华东地区特小流域法(Ⅱ_2型)进行推求。通过暴雨途径推求设计洪水[5]，查宁德市水文水资源勘测分局编制的2004年版《宁德暴雨等值线图集》，六六溪水库坝址以上中心处H1h、H6h、H24h雨量参数成果如下所示(见表2)。

表2 六六溪水库设计暴雨量分析成果

4.2 设计洪水计算

设计洪水采用华东地区特小流域法和推理公式法推求，从工程偏安全角度出发，也取两种计算成果大者。推理公式法和华东地区特小流域推理公式法原理相同，不同的是参数取值[6_7]，其函数表达为：

(1)

经实地查勘，坝址以上植被、地形、河道组成及河道所在地地理位置，对照“华东地区特小流域洪水参数汇流m值分类综合图表”，流域植被以灌木林和高密草坡为主，岩石裸露和少量耕地，土层不厚，河道两岸杂草丛生，下垫面类型应为Ⅱ_2类。经计算得不同频率设计洪峰流量成果(见表3)。

表3 不同频率设计洪峰流量分析成果

4.3 设计洪水成果合理性分析

设计洪水复核计算采用《小流域设计洪水》(简称推理公式法)[8]，暴雨资料采用《宁德市短历时暴雨等值线图》的暴雨资料，推理公式中θ～m关系参考为《水利水电工程设计洪水计算手册》中“全国推理公式参数地区综合公式一览表”中的成果[9]，并采用华东特小参数法进行分析比较。

从表3可知：推理公式计算的洪峰流量比华东特小参数法推求的洪峰流量成果来得大，从安全性考虑，选用推理公式法计算洪峰流量，即30年一遇洪峰流量为201.76 m3/s，200年一遇洪峰流量为281.91 m3/s,20年一遇洪峰流量为184.54 m3/s。计算洪水成果基本与加固前水库设计洪水成果接近，成果基本合理。

4.4 设计洪水过程线

设计洪水过程线推求应先计算出过程线形状系数，然后查《福建省概化过程线表》即可求出每个时段的Qi和Ti，最终得到洪水过程线[10]。经推算确定，六六溪水库不同频率设计洪水过程线如下所示(见图1)。

图1六六溪水库不同频率洪水过程线

4.5 调洪演算成果

六六溪水库正常蓄水位859.90 m，拦河坝为对数螺线型砌石双曲拱坝，大坝采用坝顶自由溢流、挑流消能的泄洪方式,堰顶高程859.90 m。根据水库设计、校核洪水过程线，水库水位～库容曲线以及溢流堰与下泄流量关系曲线，采用试算法进行调洪演算，得到各不同频率水库调洪计算成果(见表4)。

表4 六六溪水库调洪演算成果

从表4可知，经水库调洪计算，六六溪水库20年一遇洪水位862.26 m，洪水入库洪峰184.54 m3/s，最大泄流量152.47 m3/s；30年一遇设计洪水位862.41 m，洪水入库洪峰201.76 m3/s，最大泄流量167.33 m3/s；200年一遇校核洪水位863.09 m，洪水入库洪峰281.91 m3/s,最大泄流量237.41 m3/s，水库总库容168.55万m3。

经复核，加固前与加固后的设计洪水计算方法相同，水库坝址处设计洪水分析成果及调洪演算成果一致、可信。结合计算成果，确定水库除险加固的正常蓄水位为859.9 m；设计洪水位为862.41 m(溢洪道相应最大下泄流量167.33 m3/s)；校核洪水位为863.09 m(溢洪道相应最大下泄流量237.41 m3/s)。

5 结 论

六六溪水库除险加固工程是合理利用城关溪流域水资源、优化寿宁县城供水水源结构、确保大坝蓄水泄洪安全、保障可靠供水和促进区域经济可持续稳定发展的再创造过程。按无实测洪水资料，采用华东地区特小流域法和推理公式法，对水库坝址处的设计洪水进行推演计算。分析获得水库坝址处的设计洪水及调洪演算成果，为水库除险加固工程设计和兴利调度提供详实的数据支撑，确保水库高位蓄水、防洪泄洪、供水和改善生态环境等综合效益得到正常稳定发挥。