景德镇市昌江区杨湾水库防洪能力复核

庄 军

(景德镇市昌江区农业农村水利局，江西 景德镇 333000)

0 引 言

根据水利部颁布的《水库大坝安全鉴定办法》(2003[271]号)和有关安全鉴定事项的文件内容，在对大坝安全进行科学鉴定时，需要实施制度内容，并且在竣工后五年时间里完成首次鉴定任务，而后以六年或十年作为鉴定周期，进而全面把控大坝运行动态，有效评价杨湾水库大坝的安全状况，了解大坝的运行性态，充分发挥工程效益，本人对杨湾水库大坝防洪能力进行复核。

1 工程概况

杨湾水库地处景德镇市昌江区荷塘乡境内，饶河水系昌江支流双溪水上，大坝坝址座落在荷塘乡陈湾村上游约1.0km处，其地理位置为E117°11′，N29°13′，距景德镇市中心15km。坝址以上控制集雨面积14.0km2，水库正常蓄水位88.90m(黄海系统高程，下同)，相应库容为145万m3；设计洪水位(P=3.3%)91.37m，校核洪水位(p=0.5%)92.06m，水库总库容198.9万m3。杨湾水库于1965年开始建设，1967年正式投入运行，是一座以灌溉为主，兼有养殖的小(1)型水库。

2 基础资料复核

2.1 水库流域特征参数复核

杨湾水库位于位于流域内皆为山地，植被茂密，地势较陡，水土保持良好。杨湾水库历次流域特征参数复核成果详见表1。在对大坝运行安全进行科学鉴定时，应当参照河道建设图(1∶10000)航测图，进一步优化复核效果，此时最终获取的结果与2015年除险加固复核成果基本一致。本次采用控制流域面积14.00km2，主河道长度4.53km，主河道平均比降51‰。

表1 杨湾水库流域特征参数

2.2 气象特征

工程所在地处东亚季风区，属亚热带温暖湿润性气候，光照充足，雨量充沛，气候温和，四季更替明显。多年平均降雨量1805mm,降雨年内分配不均，降雨年际变化也较大。多年平均蒸发量956mm，年平均相对湿度80%。多年最大平均风速为12.5m/s。

2.3 水文测站

杨湾水库坝址以上流域及其坝址下游附近无水文测站和雨量站。水文部门在本水库附近的昌江干流上设有渡峰坑水文站，临近流域荷塘水上建有荷塘水文站。各测站基本情况如下：

1)渡峰坑水文站：

渡峰坑水文站位于景德镇市新枫街道庄屋下村(渡峰坑河对岸)，属饶河水系昌江，距坝址直线里程约12km。该水文站1952年迁至渡峰坑村，于1957年改名称为渡峰坑水文站。该水文站集水面积5013 km2，为国家基本站，且是饶河流域昌江的控制站，观测水位、流量、降水量、泥沙至今。

2)荷塘水文站：

该站于1978年1月设立，位于昌江区荷塘乡童坊村陆家岭小组，属饶河水系荷塘水，距坝址直线里程约4km。该水文站集水面积16.3km2，站址以上主河道长度L=5.35km，站址以上主河道平均比降J=18.01‰，观测水位、流量、降水量至今。

3 设计洪水

3.1 原设计洪水情况

2015年，景德镇市水利规划设计院编制了《江西省昌江区杨湾坞水库除险加固工程初设报告》，设计洪水标准为30a一遇，校核洪水标准为200a一遇。

3.2 洪水标准

杨湾水库属于小(一)型水库，大坝为浆砌石重力坝。根据GB50201-2014《防洪标准》与2017年公布的洪水划分标准相关内容，能够认定景德镇市大坝构筑物，本身属于四级建筑物，而且还包含五级临时建筑物。此时，需要设定30a一遇洪水标准。经过核对后，即可达成200a一遇防洪标准，其中杨湾水库不作为短期防洪标准予以设计[1-2]。

3.3 洪水推求方法

杨湾水库附近未设置观测站，此次研究中汇总的暴雨相关文件信息，需要对其实施合理推演。该水库位于江西省地区，依据相关查算规范，在复核时可以借助公式推演形式知晓洪水标准，而后在复核中以此为主，进行设计洪水计算。

3.4 设计暴雨

设计暴雨采用《手册》图表查得的统计参数特征值计算。在对杨湾水库防洪能力展开复核时，还要知晓该河道建设区域内的相关信息，并且可以查找相关文件，知晓年度暴雨平均值(1h)与年最大降雨量(6h)，之后由有关人员按照相关规范顺利求取相关数值，最终凭借对模比系数的求取，以及下述公式知晓具体值，其中模比系数为暴雨设计值(H)与平均值的商值，即HP=H×KP，其余数值利用(3.1)、(3.2)进行计算：

H3P=H1P·31-n2

(1)

(2)

3.5 洪水设计方法

3.5.1 产流

3.5.2 汇流

按《手册》公式(3)、(4)列表计算Qt-t、Qτ-τ对应关系，其中：

Qt=0.278F∑ht/t

(3)

(4)

式中：Q为流量；t和τ、L、F、ht为时间、长度(主河道)、流域面积以及多时段净雨量；M为水库汇流；J为比降均值。在推算杨湾水库的汇流特征时，还应当依据第Ⅶ区对应的关系式，求出汇流参数值。

即：

m=0.100(L/J1/3)0.417。计算后需要围绕各参数的分布关系进行绘图，而后从曲线图中分析各参数的相关性。包括绘制Qt-t、Qτ-τ曲线图，Qt-t、Qτ-τ对应的交点，能够指示具体汇流的时间点与流量值，此两个数值是Qm地下与τ。其中可以用作“%”记录转折点数值。至于洪峰值的求取，可以按Qm地下=R下·F/3.6T计算，为Qm地下对应的“结束点”，此时在了解径流过程时，可以利用Qm地下定点对应的三角形面积推测变化规律。经过三角形变化情况的分析，能够推算出200%时间可以充当三角形的底宽数值，而R下代表的是深度值，T代表底宽(径流过程线)，以T=9.67W/Qm地面进行分析W=0.1h24F(104m3)是属于24h时段净雨量。

径流过程中，时段的增减往往伴随着流量的降低(△t=1h)，降低幅度为△=Qm地下=Qm地下·△t/T式中的T值表示的是底宽。对于洪峰流量值的计算可从径流过程线中进行求和分析。

图1 杨湾设计洪水过程线

3.5.3 设计洪水成果的选用

本次复核采用推理公式法分别推求设计洪水。本次推理公式法推求的校核洪峰流量较2015年初设成果偏小，故本次采用2015年初设的洪水成果。

表3 设计洪水成果表

4 调洪计算

4.1 水库泄洪能力与库容曲线复核

在此部分中需要汇总泄流变化趋势以及库容量与水位指标的关联图、洪水设计值等相关资料。

1)设计洪水过程线：

因本次推理公式法推求的设计及校核洪峰流量较2015年初设成果偏小。故设计洪水采用本次复核的洪水成果复核，然后与2015年初设成果进行比较选定校核及设计洪水位。

2)水位库容曲线复核：

本次对杨湾水库的水位库容关系曲线进行了复核，并与原设计资料进行了对比复核。经复核发现，与2015年除险加固成果基本一致，水位库容关系曲线详见表4。

表4 水位-库容关系表

3)泄流曲线复核：

杨湾水库现有的泄水设施有溢洪道及输水涵管。本次复核的调洪计算中，仅考虑溢洪道泄洪。此次调洪演算起调水位为正常蓄水位88.9 m。

明渠水流适用条件为：δ/H>10，宽顶堰适用条件为2.5<δ/H<10

其中：δ为堰长，m；H为堰上水深，m。

由上可知，杨湾水库溢洪道按宽顶堰水流计算，堰上水头及下泄流量关系表可按SL253-2000《溢洪道设计规范》公式(A.2.3)计算溢流堰的泄流曲线：

(5)

式中：Q为流量，m3/s；B为溢流堰总净宽，B=10m；m为流量系数，取m=0.32；H0为计入行近流速水头的堰上总水头，H0=H+v2/2g；g为重力加速度，g=9.81m/s2；ε为闸墩侧收缩系数。

根据上式，可求得堰上水位与溢洪道泄量关系，然后加上堰顶高程即是相应的库水位，最后得到库水位与溢洪道泄流量关系。结果见表4。

表4 杨湾水库库水位-溢洪道泄流量关系表

4.2 调洪计算原则

本次复核的调洪计算中，仅考虑溢洪道泄洪。杨湾水库溢流坝位于大坝中间偏向左岸，采用溢流坝型式，分三孔溢流，堰面曲线为克奥Ⅰ型，溢流总净宽18.8m，控制段采用曲线型实用堰，堰顶高程为88.90m。杨湾水库洪水调度规则为：

1)当库水位低于正常蓄水位88.9m时，水库继续蓄水。

2)当库水位上升超过正常蓄水位88.9m后，溢洪道按泄流能力自由泄洪。若入库流量大于溢洪道泄流能力，库水位继续上涨；若入库流量低于溢洪道泄流能力，库水位逐渐回落。

3)当库水位回落至正常蓄水位88.9m，溢洪道停止泄洪。

4.3 计算调洪

于此阶段计算调洪时需要参照下述公式求值：

(6)

式中：对应的△t为计算时段；q1、q2与Q1、Q2以及V1、V2数值分别代表的是计算时段内的初末下泄流量、入库流量、库容量。而库存与下泄水流量关系如下：

q=f(H)=f(V)

(7)

通过试算法，联解上两式可求得水库最高洪水位。

4.4 调洪演算成效

在复核中通过各项资料的整理，可以按照洪水频率变化情况进行推演试算，也要参照调度规则等有用信息，其中获取的最终结果见表5。

表5 杨湾水库调洪计算成果表

《杨湾初设》中，校核洪水位为92.06m，设计洪水位为91.37m，本次复核的洪水过程线计算的特征水位小于原初设成果。依据SL258-2017《水库大坝评价导则》及《江西省大中型水库大坝定期安全鉴定实施办法》，特征水位采用原初设成果就，即校核洪水位92.06m，相应库容198.9m3；设计洪水位91.37m，相应库容187.9m3[3]。

表6 杨湾水库调洪计算成果对比表 m

5 水库大坝抗洪能力复核

按SL258-2017《水库大坝安全评价导则》[6]要求，需进行大坝抗洪能力复核。根据《砌石坝设计规范》[8](SL25-2006)中的规定分别计算88.9m起调水位下需要的坝顶超高，坝顶超高按下式计算：在风速指标确定上，可以将其控制在150%年风速极限均值。而在非常运用条件下，可以假设其数值为吹程1000m，在计算坝顶超高(y)时，需要以下列公式进行求值：y=R+e+A，对应的各项指标含义为R、e、A为最大波浪在坝坡上的爬高、风壅水面极限高度与安全加高，计算后得出对应结果，可对其进行客观复核。选值时，其基础单位均为“m”

1)平均波高及平均波长：

根据规范SL274-2001，波浪波高h0.5%杨湾均波长Lm采用采用莆田实验站公式：

(8)

2)风壅水面高度：

(9)

式中：K为综合摩阻系数，K=3.6×10-6；D为风区长度，1000m；β为风向与水域中线的夹角，β=0°。

3)平均波浪爬高：

(10)

式中：m为斜坡的坡度系数；取m=1.31K△为斜坡的糙率渗透性系数，根据表A.1.12-1查得K△=0.8；KW为经验系数，按表A.1.12-2查得。hm为平均波高，m；Lm为波长，m；

对于4级浆砌石坝，设计波浪爬高取累积频率为0.5%的爬高值R0.5%，即R=R0.5%=1.84Rm。

大坝顶超高计算结果和坝顶高程计算值见表7。

表7 大坝顶高程复核计算表

由表7可以看出，杨湾水库大坝的坝顶高程均能满足在校核工况下(P=0.5%)及设计工况下(P=3.33%)洪水安全运行要求，且杨湾水库坝顶设有1.0m高的防浪墙，在以上两种工况下不会漫坝，均满足规范要求。

6 泄洪安全性复核

杨湾水库溢流坝位于大坝中间偏向左岸，采用溢流坝型式，分三孔溢流，堰面曲线为克奥Ⅰ型，溢流总净宽18.8m，控制段采用曲线型实用堰，堰顶高程为88.90m，采用差动式挑流消能。经现场检查，溢流坝段结构基本完好。

1)经复核，溢洪道能够安全下泄最大流量。

2)溢流坝位于大坝中间偏向左岸，泄水时对大坝无不良影响。

3)下泄洪水时对下游河道无影响。

7 结 论

1)杨湾水库在的洪水标准设计值符合实际防洪要求以及相关规范规定。

2)经复核，本次计算的特征水位小于原初设成果，按SL258-2017《水库大坝评价导则》要求，选用原特征水位值。

3)在泄洪复核上也得出达标结果。

4)杨湾水库在调度作业上依然存在匹配性，可以提升水库运行安全性。

5)杨湾水库在复核后，确定各项参数均符合实际设计规定，且按照对安全等级评价标准的分析，认定杨湾水库大坝防洪安全性为A级。