卧龙河水库大坝安全评价的防洪能力复核

王西瑶

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

0 前 言

水库大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄水、输水、过船等建筑物。水库大坝一旦存在质量问题，将会严重影响工程效益的发挥和水库的安全运行，制约下游工农业生产的发展，若造成溃坝其后果更是难以想象。因此，为保护人民生命财产的安全，巩固和发展水库的工程效益，根据水电站大坝安全运行管理有关规定，水库大坝需进行定期安全评价。

1 防洪标准复核

1.1 水文

1.1.1 流域概况

卧龙河发源于老爷岭山脉，从牡丹江右岸一级支流蛤蟆河左岸由南向北汇入蛤蟆河，为牡丹江二级支流。卧龙河流域北部为牡丹江与蛤蟆河形成的三角平原区，南部为老爷岭山脉，西邻牡丹江一级支流马莲河，东至蛤蟆河支流八道河。流域地理位置在E129°22'-129°28'，N43°56'-44°10'之间。卧龙河水库位于宁安市石岩镇南17km，地理位置位于E129°23'27.17″，N44°03'41.23″，卧龙河水库坝址以上集水面积120km2。

蛤蟆河流域地处寒温带季风气候区。由于受太平洋季风及西伯利亚高压影响，夏秋季湿热多雨，冬春季寒冷干燥，夏季最高气温达36.2℃，冬季最低气温-40.1℃，多年平均气温为3.5℃。卧龙河水库多年平均降水量为562.6mm，降雨主要集中在6月份-9月份。多年平均蒸发量为658.1mm(桦树川水库E601蒸发器)。

1.1.2 水文基本资料

卧龙河流域内只有一处水文站即水库专用水文站，具有建库后1977年-2018年实测坝上水位、泄量、降水量等资料，水库所在流域上游有一处水库专用雨量站。具有1977年-2018年降雨资料。

新农站位于蛤蟆河中下游，为国家基本水文站，具有1957年-1970年逐日观测资料。金坑站位于牡丹江一级支流马莲河上游，为国家基本水文站，具有1970年-1989年的逐日观测资料。

1.2 洪水

1.2.1 洪水特征

卧龙河流域受气候影响，洪水分为春夏两个汛期：春汛洪水一般发生在4、5月份，由融雪径流形成，峰量小、历时短；夏汛洪水一般发生在7、8月份，由暴雨形成，由于该水库属山区河流，河道比降陡，水库上游暴雨量大，其洪水陡涨陡落，峰高量小，历时较短，一般不足两天，过程线尖瘦。

1.2.2 设计洪水

1.2.2.1 洪水系列

1)实测洪水

①洪峰流量还原

洪峰还原计算按以下水量平衡公式：

Qm=(V2-V1)/△t+q

(1)

式中：V1、V2为时段始末库容，据水库实测坝上逐时水位查库容曲线确定，m3；Δt为时段长；q为时段平均泄流量，m3/s。

该水库仅有1987年、1991年两个大水年的洪水逐时观测资料，按现有资料还原了这两个大水年的洪峰流量及其过程线。

②洪量

本站洪量系列可根据水库还原的逐日平均流量进行统计，计算公式为：

W坝=[±△V+Q+(E+D-P)×10-1×f]
×(1+f/F)

(2)

式中：W坝为坝址天然来水量，104m3；△V为计算时段库容差，104m3；Q为日出库流量，包括溢洪道和输水洞流量，104m3；E为水库蒸发损失，mm；D为水库渗漏损失，mm；P为实测降水量，mm；f为计算时段平均库面面积，km2；F为坝址以上集水面积，km2。

2)洪水系列插补延长

水库附近各水文站均无与本站同步的1987年-2018年洪量系列，不能进行相关分析，只能利用上述水文站新农站、金坑站按面积比指数并进行暴雨量修正的方法衔接延长洪水系列。具体方案为由新农站、金坑站分别插补1957年—1970年、1971年—1985年的洪峰洪量；大水年用相应年份的最大1d暴雨量修正洪峰与1d洪量，用最大3d与最大1d降水的差值修正3d洪量，用最大3d暴雨量修正7d洪量。上述资料与水库站还原的1986-2018年洪量组成卧龙河水库站洪量系列。根据延长的1986年以前的和还原的1987年、1991年峰量系列绘制峰量关系图，按洪峰与1d洪量关系插补1986年—2018年的洪峰。计算公式如下：

(3)

式中：F为水库坝址集水面积，km2；F参为新农站、金坑站集水面积，km2；i为洪量时段，i取1、3、7；n为面积比指数，按图集分析成果，1、3、7d洪量分别为0.83、0.85、0.87；Km为洪峰雨量修正系数；Ki为洪量雨量修正系数。

3)历史洪水

调查的历史洪水年份为1928年和1960年，坝址处洪峰流量分别为273m3/s和345.2m3/s。历史洪水洪量可按水库站洪峰与1d洪量关系插补而得。

综上，水库坝址洪水系列由还原、面积比指数转换、相关和调查历史洪水组成62年不连续系列。

1.2.2.2 频率分析

根据上述洪水样本系列和处理方案，采用1957年-2018年洪峰、洪量系列和1928年、1960年历史特大洪水组成不连续系列进行频率分析，历史洪水作为特大值进行处理。采用P-Ⅲ型频率曲线Cs=2.25Cv，尽量照顾点群趋势，以大、中洪水经验点据与理论曲线拟合较优为原则进行适线，确定洪水特征值统计参数。洪水成果见表1。

m3/s、104m3

本次洪水复核与原设计洪水成果比较，成果见表2。

从表中可以看出，延长洪水系列至2018年后本次设计洪水成果比原设计洪水洪峰及洪量基本均偏小；从安全角度出发，本次仍采原设计推求的设计洪水值。

1.2.3 设计洪水过程线

设计洪水过程线采用典型洪水过程线按同频率控制放大。典型年采用1987年水库实测洪水的还原过程线，洪水历时3d，时段为2h。以此为典型缩放的设计洪水过程线见图1。

1.3 调洪计算

1.3.1 工程任务及规模

根据《防洪标准》(GB50201-2014)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)，该水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，山区永久性水工建筑物洪水标准为50a一遇洪水设计，1000a一遇洪水校核。

1.3.2 洪水调度原则

卧龙河水库下游约3km处有一处村落，其防洪安全问题可由水库解决。将防洪控制断面选在此村落下游，20a一遇情况下，区间洪峰为34.1m3/s，因此水库控制流量采用70m3/s。根据水库下游防洪要求，调洪按一级控制调度。20a一遇洪水时，水库控制泄洪，下泄流量不超过70m3/s；50a一遇洪水先按20a一遇洪水操作，当水库水位超过20a一遇水位时，敞开闸门按泄流能力自由泄流，但水库的泄流量不能超过入库的洪峰值，1000a一遇校核洪水调度原则与设计洪水时相同。

表2 卧龙河水库设计洪水成果对比表

图1卧龙河水库设计洪水过程线

1.3.4 泄流曲线

水库溢洪道泄流能力复核按下式计算：

Q=MBH3/2

式中：M为流量系数(M=1.45)；B为溢洪道净宽(B=12m)；H为堰顶水头，m。

1.3.5 起调水位

起调水位采用水库的汛期限制水位409.65m。

1.3.6 调洪计算

根据上述洪水调度原则和泄洪建筑物泄流能力，进行洪水调节计算，调洪计算实用公式如下：

本次水库洪水调洪成果见表3。

表3 卧龙河水库调洪成果表

2 设计洪水评价与调洪结论

与原设计相比，本次的资料系列已延长到2018年，设计洪水计算时，为了保证水库的安全，洪水参数频率计算和适线时重点考虑历史洪水和较大实测洪水年份，通过本次延长系列后计算的设计洪水成果来看，洪峰流量各频率的设计值比消险加固成果小7.6%；1d洪量各频率的设计值比消险加固成果小0.6%-2.2%；3d洪量各频率的设计值比消险加固成果小4.1%-4.7%；7d洪量各频率的设计值比消险加固成果小7.4%。《中华人民共和国水库大坝安全评价导则(SL258-2017)条文说明》中规定：“如延长洪水系列后计算结果比原来的更小时，为安全起见，仍采用原设计洪水系列”，故本次设计洪水仍采用原设计成果。由此看来，水库设计采用的设计洪水是安全的。通过调洪成果对比表可知，本次设计成果与原设计成果基本相同，采用原设计成果。水库洪水调度运用方式符合卧龙河水库的特点、满足大坝安全运行的要求。

3 结 论

防洪能力复核的目的是根据水库设计阶段采用的水文资料和运行期延长的水文资料，并考虑建成大坝后上下游地区人类活动的影响以及水库工程现状，进行设计洪水复核和调洪计算，评价大坝现状防洪能力是否满足现行有关标准要求。