某水库防洪能力复核

刘小飞，信校阳，孙瑛洁，刘长垠

（1.平顶山市昭平台水库管理局，河南 平顶山，467300；2.开封市水务开发建设有限公司，河南 开封 475000；3.河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450008）

1 引言

以昭平台水库为研究对象，分析研究了不同因素对防洪能力复核结果的影响，为其他水库防洪能力复核提供参考。

2 水库防洪能力复核

2.1 水库概况

昭平台水库始建于建国初期，后历经1969、1979、1985、2005年多次续建或加固，为沙河上游首座大（2）型水库。水库枢纽工程主要由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、输水洞及水电站等组成。主副坝顶高程均为181.80 m、防浪墙顶高程均为183 m、最大坝高均为35.50 m；主坝为黏土斜墙砂壳坝，坝顶长2 315 m；副坝为砾质土均质坝，坝顶长923 m。

2.2 水库防洪能力复核

2.2.1 设计洪水复核

昭平台水库防洪标准为：设计洪水位为100年一遇，校核洪水位为5 000年一遇。根据水利水电工程等级划分及洪水标准和防洪标准规范的相关规定，确定该水库枢纽工程和主要建筑物均属为2级。

由于1978-2016 年普遍偏枯，其中包含一些特枯年份，导致设计洪水成果大幅降低。设计洪水复核选取27年系列长度（1951-1977 年）实测洪水数据，选取年最大值法作为洪峰、时段洪量的数据统计分析数学方法，洪量的确定方法也选取年最大值法，但其根据水库控制流域内的洪水特点和规划及调洪演算步骤等选定在24 h、3 d、7 d的独立固定时段。

1979 年频率计算实测资料系列有27 年，调查历史洪水有8 年，调查最远年份为1884 年，包括历史洪水在内，系列长度为93 年。水库坝址附近以1956、1957 年洪水为最大，其余大洪水年分别为1884、1898、1943 年。上述大洪水年既有发生在调查系列中，也有发生在实测资料系列中的，并且数量上差别不大，因此长短系列资料的代表性较近似。由于调查历史洪水系列不连续，主要精确掌握特大洪水，对次大、较大同量级的洪水存在遗漏，因此适线时经验频率采用短系列连续点据，并考虑到参数的地区平衡进行选线，计算成果详见表1。

表1 水库设计洪水成果表（1951-1977年）

设计洪水过程线选用各个时间段的洪量进行同频率相包，并选择洪量巨大且集中，洪峰偏后的年份作为典型年，即选用1955年8月15-22日的洪水过程进行典型年放大算，结果详见图1。

2.2.2 洪水调节演算

2.2.2.1 调洪运用方式

2005 年除险加固竣工验收采用的调度运用方式：当库水位为167～169 m时，入库流量小于100 m3/s，控泄40 m3/s，入库流量大于100 m3/s，控泄300 m3/s；当库水位为169.00～174.44 m时，控泄300 m3/s；当库水位为174.44～180.40 m 时，正常溢洪道泄洪全开；当库水位大于180.40 m时，非常溢洪道全开。

目前主汛期采用的调度运用方式：当库水位为167～169 m时，控泄40 m3/s；当库水位为169.00～174.44 m时，控泄500 m3/s；当库水位为174.44～180.40 m 时，正常溢洪道泄洪全开；当库水位大于180.40 m时，非常溢洪道全开。

2.2.2.2 调洪演算结果

根据水库泄流建筑物条件、防洪调度原则和要求、水库调度运行方式、设计洪水成果等，采用静库容法进行调节计算。利用试算法联立求解水库的水量平衡方程和蓄泄方程。调洪复核正常溢洪道、输水洞泄流仍采用设计泄量，非常溢洪道采用模型试验泄量。调洪演算结果详见表2。

表2 水库调洪演算成果对照表

研究分析可知，2005 年除险加固竣工验收以及2016 年复核计算结果存在一定的差异，2016 年复核的各特征洪水位和库容均小于2005年除险加固竣工验收时的复核计算结果，100年一遇设计洪水位和相应库容分别减小0.39%、5.29%，5 000年一遇校核洪水位和相应库容分别减小0.06%、0.74%，100 年一遇的调洪计算成果降幅大于5 000 年一遇的调洪计算成果。通过分析调洪计算过程发现，主要原因在于选用的水库调度运行方式不同，且当库水位小于174.44 m时，水库调度运行方式变幅较大。考虑汛期调度方式的改变，水库选用特征水位177.19 m 和180.71 m 分别作为设计洪水位和校核洪水位。

2.2.3 坝顶高程复核计算

①当水库多年平均最大风速为17.50 m/s时，设计情况W=26.30 m/s，校核情况W=17.50 m/s，主副坝KΔ分别为0.90、0.75时，水库主、副坝的计算坝顶高程详见表3。②当水库多年平均最大风速增大为18.70 m/s 时，增幅为6.86%，设计情况W=28.10 m/s，校核情况W=18.70 m/s，主副坝KΔ分别为0.90、0.75时，水库主副坝的计算坝顶高程详见表3。③当主副坝KΔ均为0.75 时，水库多年平均最大风速为17.50 m/s 时，设计情况W=26.30 m/s，校核情况W=17.50 m/s，水库主、副坝的计算坝顶高程详见表3。

表3 水库主副坝坝顶高程计算结果表

由表3 分析可知，当水库多年平均最大风速增大时，水库的风浪爬高和风壅高度增大，导致计算坝顶高程增大，但是风壅高度的增幅极小。经水库主副坝风浪爬高计算分析，水库主坝的风浪爬高增幅在11.30%～14.91%，约为风速增幅的1.60～2.20 倍，水库副坝的风浪爬高增幅在13.85%～17.61%，约为风速增幅的2.00～2.60 倍。分析研究发现，由于主坝迎水坡糙率渗透性系数大于副坝迎水坡糙率渗透性系数，导致主坝风浪爬高值大于副坝风浪爬高值，而水库主副坝风浪爬高增值基本相同，致使水库副坝的风浪爬高增幅大于水库主坝的风浪爬高增幅。当水库迎水坡的护坡形式改变时，根据规范发现水库迎水坡糙率渗透性系数KΔ随之变化，即糙率渗透性系数KΔ降低时，水库的风浪爬高同比例降低，导致计算坝顶高程减小。而且规范附表中的护坡形式仅有6种，当实际水库工程中的护坡形式不在其中时，需进行大坝护坡消能物理模型试验，反演水库迎水坡糙率渗透性系数KΔ。

3 结论

①在水库运行过程中，需重视水库区域的风速数据采集统计整理工作，在水库区域实测风速数据更新延续过程中，实时更新水库多年平均最大风速，当发现水库多年平均最大风速明显增大时，要及时进行坝顶高程复核工作，当存在因风速增大导致波浪越坝的风险时，制定相应的应急处理方案和除险加固方案，保障水库防洪安全。②水库进行除险加固工程时，如涉及改变水库迎水坡的护坡形式，可能引起水库迎水坡糙率渗透性系数KΔ改变时，需在设计阶段进行水库防洪能力分析计算，在竣工验收阶段进行水库防洪能力复核计算。③水库的设计洪水位和校核洪水位是水库坝顶计算高程的主要组成部分，水库的调度运行方式是水库的设计洪水位和校核洪水位的主要影响因素之一，因此改变水库的调度运行方式时，需进行水库防洪能力复核工作，当发现水库大坝坝顶高程不满足规范要求时，调整水库的调度运行方式，降低汛限水位和增加下泄流量是有效的应急处理措施。④文章主要针对水库的调度运行方式、水库风速和水库大坝迎水坡护坡形式对水库防洪能力复核结果的影响，针对上述因素提出了水库防洪能力复核工作适时启动条件，同时根据相关规定，当水库大坝运行间隔6-10 a、扩建、改建、遭遇特大洪水、强烈地震、工程发生重大事故或出现影响安全的异常现象后，也应进行水库防洪能力复核工作。