劉玉黛,遲晉峰
(1.哈爾濱新龍水利水電建筑工程有限責(zé)任公司,哈爾濱150300;2.哈爾濱市西泉眼水庫管理處,哈爾濱150300)
西泉眼水庫位于黑龍江省哈爾濱市,總庫容4.78億m3,是一座以防洪、除澇、灌溉為主,兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚、城市供水等綜合利用的大(2)型水庫,下游防洪保護(hù)哈爾濱及阿城安全,地理位置極其重要。
工程于1992年9月27日正式開工建設(shè),1996年10月主體工程基本完工,1997年5月開始向下游供水投入初期試運(yùn)行。在近10 a的蓄水運(yùn)行過程中,水庫先后暴露出一些險(xiǎn)情或工程安全隱患,引起水庫主管部門和水庫管理單位對(duì)水庫大壩安全的高度關(guān)注。為徹底查清水庫大壩的安全狀況,2004年9月哈爾濱市水務(wù)局和西泉眼水庫管理處決定按照《水庫大壩安全鑒定辦法》和《水庫大壩全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》要求對(duì)水庫大壩安全進(jìn)行一次全面鑒定,并委托水利部大壩安全管理中心等單位共同對(duì)西泉眼水庫大壩安全進(jìn)行分析論證,本報(bào)告即是水庫防洪安全復(fù)核評(píng)價(jià)專題報(bào)告。
阿什河流域位于松花江右岸,是松花江一級(jí)支流,發(fā)源于尚志市帽兒山鎮(zhèn),流經(jīng)尚志、五常、阿城和哈爾濱等市,在哈爾濱水泥廠附近注入松花江,干流總長213 km,流域總面積3 581 km2。阿什河徑流主要由降雨形成,阿城站多年平均年降水量為565 mm,在年內(nèi)有明顯豐枯變化,6~9月份降水量占全年的77%,冬季為枯水期。年徑流深在40~240 mm,上游大,下游小。洪水主要發(fā)生在7~8月,一次洪水歷時(shí)7~10 d左右。1994年實(shí)測(cè)最大流量2 040 m3/s(阿城水文站)。
西泉眼水庫位于阿什河上游,距哈爾濱93 km,控制流域面積1 151 km2,壩址處無水文資料,壩址下游有阿城水文站,中游有馬鞍山水位站,上游有帽兒山水文站。
西泉眼水庫按庫容劃分為大(2)型水庫,大壩與溢洪道等主要水工建筑物級(jí)別為2級(jí)。初設(shè)階段考慮水庫下游有哈爾濱和阿城,經(jīng)潰壩損失論證,水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100 a一遇洪水設(shè)計(jì),10000 a一遇洪水校核。
在初設(shè)(含初設(shè)補(bǔ)充)推求壩址及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水時(shí),曾采用地區(qū)洪水參數(shù)綜合法、直接法和以壩址上、下游設(shè)計(jì)洪水面積綜合法推求壩址及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水??紤]到西~阿區(qū)間各法計(jì)算結(jié)果比較接近,阿城站為實(shí)測(cè)資料,設(shè)計(jì)成果精度較高,故采用直接法成果。西~新香坊區(qū)間,由于區(qū)間較大,直接法面積處理較大,故采用綜合法成果。見表1、表2。
表1 壩址、阿城站設(shè)計(jì)洪水成果
表2 區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果
本次設(shè)計(jì)洪水復(fù)核,將阿城站初設(shè)洪水系列由1950~1988年延長到2003年,并加入了1994年特大洪水。復(fù)核結(jié)果與原初設(shè)成果非常接近,因此仍采用原初設(shè)成果,見表3。
表3 各控制點(diǎn)不同頻率洪水控制泄量 m3/s
防洪調(diào)度原則為:
1)起調(diào)水位為正常蓄水位等高209.90 m。
2)溢洪道按三級(jí)控制泄流,控制泄量見表4,以將下游除澇標(biāo)準(zhǔn)由2 a一遇提高到5 a一遇;農(nóng)田防洪標(biāo)準(zhǔn)由不到10 a一遇提高到20 a一遇;阿城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)由20 a一遇提高到50 a一遇。
3)遭遇100 a一遇以上大洪水時(shí),溢洪道敞開閘門泄洪,不再控制泄量。調(diào)洪演算結(jié)果見表4。其中100 a一遇(P=1%)設(shè)計(jì)洪水位212.38 m,相應(yīng)庫容3.9億m3,相應(yīng)泄量1 254 m3/s;10000 a一遇(P=0.01%)校核洪水位214.23 m,總庫容4.78億m3,最大泄量1 539 m3/s。
表4 西泉眼水庫調(diào)洪演算成果表
在表4的調(diào)洪演算成果基礎(chǔ)上,考慮壩頂超高后,可得到對(duì)應(yīng)不同頻率設(shè)計(jì)洪水時(shí)所需要的最低防浪墻頂、壩頂及防滲心墻頂高程(見表5)??梢?,實(shí)際心墻頂高程213.10 m、壩頂高程215.10 m、防浪墻頂高程216.30 m均滿足防洪安全要求。
表5 西泉眼水庫防洪安全復(fù)核成果表m
潰壩流量采用波流堰流交匯法計(jì)算,按逐漸潰決考慮;洪水演進(jìn)計(jì)算首先建立流段下斷面的輔助曲線,利用輔助曲線求解進(jìn)段末流量,然后逐流段進(jìn)行演進(jìn)。壩址至河口行洪河長90.08 km,共展測(cè)14個(gè)大橫斷面。假設(shè)潰壩洪水與松花江50 a一遇洪水遭遇,哈爾濱市、阿城區(qū)控制點(diǎn)潰壩洪水特征值見表6。
表6 潰壩洪水計(jì)算成果表
根據(jù)潰壩洪水計(jì)算成果,按2004年經(jīng)濟(jì)水平估算淹沒區(qū)財(cái)產(chǎn)價(jià)值,見表7。
表7 潰壩淹沒區(qū)經(jīng)濟(jì)價(jià)值表億元
根據(jù)松花江流域規(guī)劃研究的洪水淹沒水深~財(cái)產(chǎn)損失率曲線,估算各區(qū)洪水淹沒損失值見表8。可以看出,西泉眼水庫屬于潰壩洪水損失特別嚴(yán)重的水利工程。
表8 潰壩洪水淹沒經(jīng)濟(jì)損失指標(biāo)比較表億元
西泉眼水庫地理位置特別重要,校核防洪標(biāo)準(zhǔn)提高一級(jí)并取1級(jí)建筑物的上限是合適的。本次鑒定將初設(shè)洪水系列由1950~1988年延長到2003年,并加入1994年特大洪水,設(shè)計(jì)洪水復(fù)核結(jié)果與原設(shè)計(jì)洪水成果接近,因此仍采用原初步設(shè)計(jì)成果。經(jīng)調(diào)洪演算和壩頂超高復(fù)核,現(xiàn)狀防浪墻頂、壩頂及心墻頂高程均滿足防洪安全要求。根據(jù)《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL258-2001),西泉眼水庫防洪安全性為“A”級(jí)。