牟萍 袁明道,2 曾錦輝

（1. 廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東廣州 510610；2. 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 湖北武漢 430072）

1 引言

據(jù)有關(guān)資料顯示，廣東省現(xiàn)有各類(lèi)水庫(kù)6562座，其中大中型水庫(kù)324座，小型水庫(kù)6238座，小型水庫(kù)的數(shù)量占 95.06%。這些水庫(kù)絕大多數(shù)修建于20世紀(jì)50至70年代，由于當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)落后，并且大多水庫(kù)為“三邊”工程。水庫(kù)大壩的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、運(yùn)行管理等資料缺乏或不完備，資料的可靠性存疑，給水庫(kù)大壩安全鑒定帶來(lái)了很多難題。防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)、大壩滲流安全評(píng)價(jià)的前提，本文就廣東省小型水庫(kù)大壩安全鑒定中防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行討論。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是根據(jù)大壩設(shè)計(jì)階段洪水計(jì)算的水文資料和運(yùn)行期延長(zhǎng)的水文資料，考慮建壩后上游地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)的影響和大壩工程現(xiàn)狀，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的復(fù)核和調(diào)洪計(jì)算，評(píng)價(jià)大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿(mǎn)足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。因此，洪水標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)洪水、調(diào)洪演算和壩頂超高是水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的關(guān)鍵。

2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)

在水庫(kù)大壩安全鑒定中，確定洪水標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)為《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）和《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180-2003）。理論上，只要嚴(yán)格按照由水庫(kù)大壩的工程等別和水工建筑物的級(jí)別確定的洪水標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，就可以回答原設(shè)計(jì)的大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)是否需要修改的問(wèn)題。然而，廣東省大部分小型水庫(kù)大壩是20世紀(jì)50～70年代群眾性的水利工程，限于當(dāng)時(shí)的歷史條件，缺乏設(shè)計(jì)資料，或設(shè)計(jì)資料殘缺不全，無(wú)法判斷原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)是否滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

此外，實(shí)際洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核中還會(huì)遇到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)偏高或偏低的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)偏高主要有兩方面的原因：（1）小型水庫(kù)的校核防洪標(biāo)準(zhǔn)采用可能最大洪水（PMF），特別是“75.8”洪水后，很多小型水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)整，采用 PMF作為校核防洪標(biāo)準(zhǔn)；（2）平原區(qū)、濱海區(qū)的水庫(kù)大壩采用了山區(qū)、丘陵區(qū)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。如佛山市南海區(qū)的羊子崗、水渦、海靈王、九馬松、鐘坑五宗水庫(kù)，其最大壩高均小于10m，而洪水標(biāo)準(zhǔn)卻按山區(qū)、丘陵區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)選取的。

設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低的原因主要是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市化的發(fā)展，水庫(kù)保護(hù)范圍的擴(kuò)大、保護(hù)區(qū)的重要程度增加，原設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)狀需求。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算包括設(shè)計(jì)洪水總量、設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。一般情況下，可采用由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水和由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水兩種方法。無(wú)論是由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，還是由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水，都是概率論的角度來(lái)推理的，只有樣本數(shù)量足夠大時(shí)，樣本的分布才能以某種概率代表整體。根據(jù)水文學(xué)者多年的研究及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，用于推求設(shè)計(jì)洪水的流量或暴雨資料系列一般應(yīng)具有 30年以上。很多小型水庫(kù)，沒(méi)有流量、雨量站，或者建站時(shí)間較短，不能滿(mǎn)足 30年以上的要求。因此，廣東省大多數(shù)小型水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水多采用綜合單位線和推理公式法。利用綜合單位線和推理公式推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，將涉及到集水面積、河長(zhǎng)、坡降等地理參數(shù)及產(chǎn)、匯流參數(shù)。

2.2.1 工程集水區(qū)域地理參數(shù)

工程集水區(qū)域的地理參數(shù)包括集水面積、干流河長(zhǎng)、干流坡降以及集水區(qū)域的平均高程。無(wú)論采用綜合單位線法還是推理公式法，工程集水區(qū)域的地理參數(shù)都是必選參數(shù)，這些參數(shù)關(guān)系到流域產(chǎn)、匯流的計(jì)算，直接影響到水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水。

對(duì)于一些運(yùn)行幾十年的小型水庫(kù)，特別是一些城市的水庫(kù)，房地產(chǎn)的大量開(kāi)發(fā)、城市雨污管線的修建，現(xiàn)狀的集水區(qū)域和產(chǎn)、匯流條件變化較大。如佛山市南海區(qū)水渦水庫(kù)，原設(shè)計(jì)的集雨面積為 1.2km2，2012年進(jìn)行安全鑒定時(shí)復(fù)核的集雨面積僅 1.07km2，集雨面積減少了 10.8%，在其他地形參數(shù)、產(chǎn)匯流條件相同的情況下，百年一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量減少了 12.94%。集雨面積的減少，會(huì)使洪峰流量、洪水總量減少，從而使計(jì)算的設(shè)計(jì)水位降低，進(jìn)一步影響大壩的壩頂高程和滲流、結(jié)構(gòu)的計(jì)算。因此，在防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，應(yīng)采用最新的地形圖來(lái)復(fù)核工程集水區(qū)域的地理參數(shù)。

2.2.2 產(chǎn)流計(jì)算

設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算步驟可以歸納為：設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量→設(shè)計(jì)面暴雨量→設(shè)計(jì)毛雨過(guò)程→設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程。廣東省小型水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算一般采用2003版《廣東省水文圖集》來(lái)查算，因此，在防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量的選取、點(diǎn)面換算系數(shù)和設(shè)計(jì)毛雨扣損對(duì)產(chǎn)流計(jì)算有特別大的影響。首先，設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨的選取，應(yīng)能夠代表流域的平均情況，一般在查圖時(shí)選取流域中心點(diǎn)的雨量來(lái)表示；其次，點(diǎn)面換算系數(shù)，不同區(qū)域、不同集雨面積、不同歷時(shí)的點(diǎn)面換算系數(shù)不同；再次，設(shè)計(jì)雨型的選擇，不同雨型對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線不同。

2.2.3 匯流計(jì)算

匯流是指降水扣除損失后，從流域各處向流域出口斷面匯集的過(guò)程；匯流計(jì)算則是計(jì)算出口斷面的洪水過(guò)程線。廣東省綜合單位線法采用逐時(shí)段線性疊加來(lái)計(jì)算地表徑流形成過(guò)程，可以同時(shí)推求設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線；推理公式法則是先計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量，再推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。兩種方法均可以用于小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的推求，如何協(xié)調(diào)廣東省綜合單位線法的匯流參數(shù)m1和推理公式法的匯流參數(shù)m，則是匯流計(jì)算的關(guān)鍵。在兩者的協(xié)調(diào)與選取上，除了根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)結(jié)合工程所在地的地形條件，若匯流參數(shù)選取不當(dāng)，將會(huì)影響到設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的形狀。

2.3 調(diào)洪演算

調(diào)洪演算的目的是求出不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水的水位、庫(kù)容，是防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核必不可少的環(huán)節(jié)。影響調(diào)洪演算成果的因素有起調(diào)水位、水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式、水位～庫(kù)容曲線和泄流能力曲線。

（1）起調(diào)水位。一般情況下，起調(diào)水位是指防洪限制水位，即水庫(kù)的調(diào)洪演算從防洪限制水位開(kāi)始進(jìn)行。然而，很多小型水庫(kù)大壩工程，沒(méi)有防洪限制水位，或水位無(wú)法降到防洪限制水位。這種情況下，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，起調(diào)水位應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行選取。

（2）水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式。水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式是調(diào)洪演算的依據(jù)，然而很多小型水庫(kù)沒(méi)有調(diào)度運(yùn)行方式，或雖然有調(diào)度運(yùn)行方案，但其有不可操作性。防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，應(yīng)根據(jù)水庫(kù)汛期能達(dá)到的最低水位及泄洪建筑物實(shí)際尺寸進(jìn)行調(diào)洪演算。

（3）水位～庫(kù)容曲線。運(yùn)行多年的小型水庫(kù)，由于泥沙淤積、養(yǎng)殖、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)等原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)庫(kù)底高程增大、庫(kù)容減小的現(xiàn)象。因此，在水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，應(yīng)根據(jù)最新測(cè)量的地形圖資料，重新復(fù)核水位～庫(kù)容曲線，并與原水位～庫(kù)容曲線進(jìn)行對(duì)比。

（4）泄流能力曲線。泄流能力曲線是根據(jù)泄流建筑物的形式、尺寸，擬定不同的上下游水位進(jìn)行計(jì)算得到的。然而，一些小型水庫(kù)的泄洪建筑物很復(fù)雜，如水渦水庫(kù)的泄洪建筑物為一涵管，進(jìn)口段為4.67m×2.80m（寬×高）的方涵，長(zhǎng)約50m，方涵后接混凝土圓涵，直徑為1.2m，這時(shí)計(jì)算泄流能力曲線時(shí)要特別注意控制段的選取及泄洪建筑物邊界對(duì)泄流能力的影響。

2.4 壩頂超高

壩頂超高復(fù)核的關(guān)鍵是波浪、風(fēng)浪要素的計(jì)算，風(fēng)速的大小及風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度直接影響到波浪爬高和風(fēng)雍水面高度。由于小型水庫(kù)一般沒(méi)有風(fēng)速測(cè)定儀器，很難確定設(shè)計(jì)風(fēng)速的大小及風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度和風(fēng)區(qū)內(nèi)水域的平均水深。因此，在壩頂超高復(fù)核時(shí)，應(yīng)盡量根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合相似工程條件，選取合理的設(shè)計(jì)風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度及風(fēng)向，從而為壩頂高程計(jì)算提供一個(gè)可靠的參數(shù)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

水庫(kù)大壩安全鑒定的目的是對(duì)水庫(kù)大壩工程做一次“全身體檢”，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核則是“全身體檢”的一個(gè)重要方面，也是其他環(huán)節(jié)的前提和條件，因此，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核在水庫(kù)大壩安全鑒定中具有不可替代的作用。本文對(duì)廣東省小型水庫(kù)大壩安全鑒定防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，經(jīng)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，旨在為未來(lái)小型水庫(kù)大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核提供借鑒。

1 陳朝輝. 廣東小型水庫(kù)整治 勢(shì)在必行[N].科學(xué)時(shí)報(bào),2009.03.10.

2 SL258-2000水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2001.

3 蔣金平. 水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核中存在的不足與問(wèn)題[J].水利建設(shè)與管理, 2003.04: 43-44.