王修春
(湖南省水务规划设计院有限公司,湖南 长沙 410005)
2021年4月2日国务院办公厅印发《关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》。《通知》指出,水库安全事关人民群众生命财产安全。党中央、国务院高度重视水库安全工作。近年来,各地区各有关部门按照党中央、国务院决策部署,集中开展了几轮大规模的病险水库除险加固,取得明显成效,但部分水库由于运行时间长、管理不到位等原因,安全隐患依然严重。《通知》明确,2022年年底前,有序完成2020年已到安全鉴定期限的水库的安全鉴定任务;对病险程度较高的水库,抓紧实施除险加固;探索实行小型水库专业化管护模式。
本文结合《通知》要求,对水库大坝开展防洪能力复核,供业内人士参考。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,评价大坝现状抗洪能力是否满足有关标准要求。
某水电站位于贵州省,坝址以上总流域面积3 346 km2,是一座具有改善水环境、防洪、发电、旅游、航运等多功能的综合性水利工程,电站为坝后式。水库调节性为日调节,正常蓄水位244.30 m,设计洪水位246.83 m(P=2%),校核洪水位250.91 m(P=0.2%),死水位243.50 m。总库容3 481万m3,电站装机3台,总装机容量21.00 MW(3×7 000 kW),属中型水库,枢纽建筑工程等别为三等,主要建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级。
该水电站1973建成,2009年进行改扩建,2012年首台机组投产发电,2014年主体工程全部完工,2015年3台机组全部投产发电。水利枢纽工程由闸坝、消力池、发电厂房、副厂房、安装场等建筑物组成。大坝为混凝土闸坝,全长252.00 m,坝顶高程252.50 m,非溢流坝段坝顶宽6.00 m,滚水坝段坝顶宽3.00 m,坝基最低高程为229.00 m,最大坝高23.50 m;溢流坝段布置于河流中间,长112.9 m,闸墩顶部高程253.00 m,堰顶高程234.30 m,设有7个13.50 m×10.50 m(宽×高)的弧形闸门,最大泄洪能力为9 970 m3/s。
依据现行《防洪标准》(GB 50201-2014)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2017),该水电站防洪安全评估标准为:大坝设计洪水标准为50年一遇(P=2%),校核洪水标准为500年一遇(P=0.2%)。原设计标准满足现行标准要求。
通过对历史洪水调查(1933年、1935年)、临近水文站资料(1953—2014年)和运行期(2015—2018年)洪水外延分析计算,组成66年不连续洪水系列,推求设计洪水。
复核计算时,洪峰流量、最大一日洪水总量、最大三日洪水总量相应的变差系数Cv分别为0.60、0.59、0.54,偏态系数Cs=3.5Cv。设计洪水结果如表1所示。由表1可知,洪峰流量较可研/初设阶段稍高,最大一日洪水流量和最大三日洪水流量较可研、初设阶段稍低。本次复核采用较高值进行复核,即洪峰流量采用本次复核成果,最大一日流量和最大三日流量采用可研/初步设计成果。
表1 设计洪水计算成果表
依据典型洪水过程线的选择原则,选取1964年的实测洪水过程作为典型洪水过程。该年洪水为双峰型,具有典型的流域洪水特点,且该次洪水具有峰高量大的特点。对此次洪水进行无量化处理后得到标准洪水过程线,并按照洪峰流量和峰现时间等对过程进行放大,同时控制最大一日洪量和最大三日洪量与设计值误差在5%以内,最后经修匀处理得到设计洪水过程线如图1所示。
图1 设计洪水过程线
该水电站主要功能以发电为主,防洪作用不明显。洪水调度原则为:当入库流量小于起调水库最大下泄流量时,按“来多少、泄多少”控制闸门开启孔数和开度使水库水位维持在起调水位(正常蓄水位244.30 m),从电站泄流曲线来看,当泄流量小于3 956.00 m3/s时,电站水库水位维持在244.30 m;当入库流量大于起调水位最大下泄流量时,7孔闸门全开,实行敞泄,直至入库流量与下泄流量相等,水库出现最高水位;之后水库水位下降,按相反程序调度洪水,直至水位降至正常蓄水位。见表2。
表2 调洪计算成果表
本次复核,校核洪水位251.02 m(P=0.2%),对应总库容3 481万m3;设计洪水位247.14 m(P=2%),对应库容2 009万m3。原设计校核洪水位250.91 m(P=0.2%),对应总库容3 433万m3;设计洪水位246.83 m(P=2%),对应库容1 917万m3。通过对比,校核水位与库容较原设计均有所变化,但误差都在5%范围内,为偏安全考虑,最终采用本次复核的洪峰和调洪成果。
根据《防洪标准》(GB 50201-2014)、《混凝土重力坝设计规范》(SL 319-2018),坝顶高程等于水库静水位(正常蓄水位、校核洪水位)加相应的超高△h,取其中大值。超高△h按如下公式确定:
△h=hb+hz+hc
式中 △h——坝顶与正常蓄水位或校核洪水位的高差(m);
hb——波高(m),可采用鹤地水库公式计算;
hc——安全加高(m);根据SL 319-2018该水库安全加高值在正常蓄水位时为0.4 m,在校核洪水位为0.3 m。
根据上述公式计算大坝坝顶高程,成果见表3。
由表3可知,计算所需坝顶高程为252.43 m,经现场检查复核,现状坝顶高程为252.30~252.50 m,局部低于计算所需坝顶高程;鉴于该段长度仅5 m且坝顶最低高程252.30 m高于静水位251.02 m,且临水侧设有高1.2 m钢筋混凝土防撞墙嵌入山体,可拦挡波浪等,本次评价该电站大坝现状坝顶高程可满足现行相关规范要求。
通过对大坝开展防洪能力复核,依据相关水文资料、设计洪水等判断大坝防洪标准是否满足规范要求,坝体结构是否满足防洪要求等,为大坝后期开展安全评价提供依据。根据本次复核,得出如下结论:
1)本工程规模为中型水库,工程等别为三等,洪水标准按50年一遇洪水设计(P=2.0%)、500年一遇洪水校核(P=0.2%),符合《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2017)及《防洪标准》(GB 50201-2014)的要求。
2)经复核,现状溢流堰泄流能力满足泄洪要求。
3)现状坝顶高程或防浪墙高程满足规范要求。
4)建议尽快启用水情测报系统,为后期水库运行提供水文资料。