豫北山区某小型水库防洪能力复核

李洪涛

（新乡市水利科技推广中心，河南 新乡 453000）

1 基本情况

香泉水库位于河南省卫辉市太公泉镇神头村北1.50 km，属于海河流域卫河水系，水库控制流域面积37.80 km2，总库容546.08万m3，其中兴利库容388万m3。香泉水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉、水产养殖等综合利用的小（1）型水利枢纽工程。水库下游有2个乡镇、9个行政村、9 000余人口和0.08 hm2耕地，并有翟阳线、107 国道、京港澳高速公路、京广铁路等重要交通设施，南水北调中线工程总干渠从水库下游经过，水库地理位置十分重要。

水库1968 年10 月开工兴建，1969 年9 月主体工程竣工，1985 年至1988 年先后两次对大坝及溢洪道进行了加固加高，2007年5月完成了对香泉水库大坝的安全鉴定，2009年2月至7月完成了香泉水库除险加固工程施工。

2021年7月17日到22日，新乡出现特大暴雨，最大降水总量、最大小时雨强、最大两小时雨强、最强时段降水总量均为有气象记录以来最大值。本次洪水灾害造成挡水坝下游坝脚被冲毁，溢洪道下游至输水洞闸阀室道路（台阶）损坏。

2 防洪标准复核

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《防洪标准》，香泉水库总库容为546.08万m3，为小（I）型水库，工程等别为Ⅳ等，该水库属于山丘区水库，大坝为浆砌石斜墙堆石坝，故香泉水库原设计防洪标准50年一遇、校核防洪标准1000年一遇符合要求。

3 设计洪水复核计算

香泉水库流域位于山丘区，缺乏实测流量资料，根据《水利水电工程设计洪水计算规范》，此次复核计算采用河南省院1984 年10 月编制的《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（以下简称84 图集）及河南省水文水资源局2005 年12 月编制的《河南省暴雨参数图集》（以下简称05图集）等有关图集由设计暴雨推求设计洪水。

3.1 河道特征值复核、雨量资料搜集

根据1/10 000地形图复核香泉水库以上的流域面积、干流河道长度、河道比降等参数，复核结果流域面积F为37.80 km2，干流长度L 为13.80 km，干流平均坡降J 为0.013。另外，调查收集到香泉水库下游4.80 km 处东陈召站的1990—2021 年实测年最大6 h和年最大24 h雨量资料。

3.2 设计暴雨

分别采用《05 图集》计算、东陈召站实测雨量结合《05 图集》计算设计点雨量。

计算过程中分别查《05 图集》得年最大10 min、1 h、6 h、24 h 点雨量均值H10min、H1h、H6h、H24h以及变差系数CV10min、CV1h、CV6h、CV24h。并比较按《05图集》查得年最大10 min、1 h点雨量均值H10min、H1h和实测年最大6 h、24 h雨量H6h、H24h。

偏态系数Cs＝3.5 Cv。查P-Ⅲ型曲线的模比系数KP值表的设计标准分别为p=5%、p=0.1%的KP值。由Htp＝Ht·Kp，求得设计点雨量。

香泉水库流域面积为37.80 km2，小于50 km2，面雨量直接采用点雨量。按照历时关系计算n1、n2、n3。

根据推理公式计算各频率设计洪峰（见表1）

表1 各频率设计洪峰成果表

式中：Qm—设计洪峰流量（m3/s）；Ψ—洪峰径流系数；τ—洪峰汇流时间（h）；F—流域面积；L—干流长度；J—L 的平均坡度；S—设计最大1 h 雨量平均强度，即设计频率1 h 面雨量（mm/h）；n—设计暴雨递减系数；μ—平均入渗率，以mm/h 计，根据降雨及净雨深计算；m—汇流参数，由θ～m 图相关线查得。。

因实测雨量系列只有年最大6 h和24 h数据，缺少年最大1 h系列数据，采用实测雨量和《05图集》中数据结合计算洪峰流量，数据系列不一致，且计算洪峰流量较小，所以本次洪峰计算结果采用《05图集》计算结果。

3.3 洪水总量

洪水总量用24 h降雨量查《84图集》中山丘区次降雨径流关系P+Pa～R曲线得到。P为24 h设计面雨量，Pa为设计前期影响雨量，50 年一遇以上暴雨Pa=Imax，10—20 年一遇Pa=2/3Imax，Imax=60 mm。查降雨径流关系P+Pa～R 豫北山区Ⅵ-1 曲线，得净雨深成果（见表2），24 h 设计洪水总量用下述公式计算：W24=1 000×R×F，式中R 为24 h 净雨深（mm），F 为流域面积（km2）。

表2 各频率24 h设计洪水总量计算表

3.4 设计雨型及洪水过程线

由次降雨径流关系查算出24 h设计净雨量R24并按式W24=1 000×R×F计算24 h设计洪水总量W24，即P=2%时的24 h洪量为1 009.3万m3，P=0.1%时的24 h洪量为1 886.2万m3。

以设计暴雨递减指数n2、n3为参数，查《84图集》“24 h暴雨时程分配表”，计算逐时降雨量，以Ht-μt 计算逐时净雨量；按《84 图集》确定的方法，推算两种频率的洪水过程线。将设计洪峰Qm和τ，对应τ时段的最大平均净雨强度，绘制出概化三角形，其顶高为Qm，底宽为2τ。

列表计算出主峰τ前后各个τ时段的净雨量Rτ，当τ不够整时段时，可按小时平均分配取值。以各个τ时段的净雨平均强度计算各次峰流，等腰三角形对应于净雨过程绘于图上，叠加绘出24 h洪水过程线。过程线量算的洪量应与由净雨计算得到的W24相等。

按上述步骤推算香泉水库P=2%，P=0.1%两种频率的洪水过程线。

4 调洪计算

香泉水库除险加固工程确定调度运行方式为：入库洪水到来时，库水位在正常蓄水位以下时，拦蓄洪水；当水库水位高于溢洪道堰顶278.90 m时，溢洪道自由泄洪。

通过建立水位～面积之间的关系，由简化式进行计算，从库底逐层向上累加，求得各水位对应的库容，从而绘制水库容积特性曲线。

式中：F下、F上—相邻两等高线各自包括的水库水面面积；△V—两等高线之间的高程差。

4.1 水库泄洪能力复核

香泉水库泄水建筑物包括输水洞和溢洪道。输水洞用于灌溉，位于大坝右岸，为钢筋混凝土压力管，管径Φ0.70 m，进口底部高程243 m，长45 m，出口处接一个φ40 cm 和两个φ30 cm钢管，输水洞洞身为钢筋混凝土压力管，管内径0.70 m。经复核，输水洞在校核洪水位闸门全开状态时的引水流量为6.77 m3/s。因输水洞泄量小，计算水位～泄量关系曲线时，不考虑在内。

香泉水库溢洪道为敞开式，位于大坝右侧，进口宽46 m，出口宽32 m。由进口控制段、泄槽段和消能段组成，泄槽段为收缩式断面，堰型为折线型实用堰体结构。

4.2 水库洪水调节

入库的流量过程线与经过水库调蓄后的出库流量过程线有如下关系：

经过调洪演算，起调水位为278.90 m，50 年一遇设计洪水位为283.43 m，最大泄量为729.93 m3/s，1000 年一遇校核洪水位为285.75 m，最大泄量为1 327.79 m3/s。

5 防洪能力复核

按照《砌石坝设计规范》规定，坝顶上游防浪墙墙顶的高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差，应按下式计算，应选择两者中防浪墙墙顶高程的高者作为选定高程。

根据《砌石坝设计规范》附录C.4，波高hb、波长按官厅水库公式计算。

计算得：正常蓄水位时hz为0.31 m，设计hz为0.30 m，校核hz为0.27m。坝顶高程计算结果（见表3）。

表3 不同工况坝顶高程计算结果表

香泉水库现状坝顶高程为287.60 m，大于计算高程286.86 m。

6 防洪能力复核结论

此次复核香泉水库死水位243 m、死库容12 万m3；正常蓄水位278.90 m，兴利库容400 万m3；50 年一遇设计洪峰流量为818.90 m3/s，设计洪水位为283.43 m，相应库容492.65万m3，最大泄水量729.60 m3/s；1000 年一遇设计洪峰流量为1 525.90 m3/s，校核洪水位285.75 m，相应库容546.08 万m3，最大泄水量为1 352.50 m3/s。

根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》，水库原设计防洪标准满足规范要求；水库泄洪建筑物的泄流能力满足安全泄洪的要求；水库洪水调度运行方式满足水库的特点，满足大坝的安全运行；大坝现状坝顶高程满足规范要求。