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        水庫(kù)的調(diào)洪作用及防洪能力復(fù)核分析

        2013-11-08 08:20:32陸洪昌
        黑龍江水利科技 2013年2期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

        陸洪昌

        (黑龍江省農(nóng)墾總局牡丹江管理局雙峰農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局,黑龍江密山158308)

        0 引言

        河流上修建水庫(kù),通過(guò)興利調(diào)節(jié)計(jì)算,規(guī)劃出適當(dāng)?shù)乃缼?kù)容和興利庫(kù)容,調(diào)節(jié)枯水季節(jié)或枯水年的流量,以滿足各用水部門設(shè)計(jì)的需水要求,但只設(shè)置這兩種庫(kù)容是不夠的。其中主要原因之一是為滿足用水要求,管理上常使水庫(kù)有盡可能多的機(jī)會(huì)保持在正常蓄水位附近,這時(shí)若遇大洪水,水庫(kù)將會(huì)因?yàn)闆](méi)有泄洪設(shè)施而使大壩出事故,會(huì)給下游地區(qū)帶來(lái)危害,從這方面說(shuō),為保證水工建筑物的安全,還必須設(shè)置調(diào)洪庫(kù)容和修建泄洪建筑物;合理地定出泄洪建筑物的類型、尺寸和調(diào)洪庫(kù)容、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、壩高等。

        1 水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        為減輕下游一定河段的洪水危害而修建的水庫(kù),承擔(dān)著下游防洪安全的任務(wù),需要明確所進(jìn)行防御的洪水標(biāo)準(zhǔn),并把該標(biāo)淮的設(shè)計(jì)洪水經(jīng)過(guò)水庫(kù)的調(diào)蓄,使下游可以達(dá)到安全泄量,并以此確定水庫(kù)需承擔(dān)的防洪庫(kù)容。

        如來(lái)水超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水,這時(shí)水庫(kù)就不再承擔(dān)對(duì)下游的防洪任務(wù)。但水庫(kù)大壩仍然要確定一個(gè)建筑物本身能抗御洪水的標(biāo)準(zhǔn),以避免建筑物本身的損害,甚至垮壩。即使是不承擔(dān)下游防洪任務(wù),單純興利的水庫(kù),水工建筑物本身也同樣需要一個(gè)防洪安全標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)、經(jīng)過(guò)水庫(kù)的調(diào)蓄,大壩可以安然無(wú)恙,這就是水庫(kù)防洪計(jì)算的內(nèi)容。當(dāng)然,在多數(shù)情況下,建筑物本身的防洪安全標(biāo)準(zhǔn)要比水庫(kù)承擔(dān)的對(duì)下游防洪安全標(biāo)準(zhǔn)高得多。

        2 水庫(kù)的調(diào)洪作用

        修建一座水庫(kù)通常有興利和防洪兩種調(diào)節(jié)作用。為了保證水庫(kù)防洪安全,防止或減輕下游洪水災(zāi)害的調(diào)節(jié),稱為防洪調(diào)節(jié)。水庫(kù)所以能調(diào)節(jié)洪水,是因?yàn)樗鼪](méi)有調(diào)洪庫(kù)容。當(dāng)入庫(kù)洪水很大時(shí),為確保水庫(kù)大壩安全和下游地區(qū)免受洪災(zāi),臨時(shí)將部分洪水?dāng)r蓄在水庫(kù)中,待到洪峰過(guò)后再陸續(xù)放出,這就是水庫(kù)的調(diào)洪作用。無(wú)閘門控制時(shí)一次洪水的蓄洪過(guò)程和庫(kù)水位變化過(guò)程見(jiàn)圖1。

        這是一座無(wú)閘門控制的開(kāi)敞式溢洪道,其設(shè)計(jì)堰頂高程通常與正常蓄水位齊平,圖l中Q~t為入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水流量過(guò)程,q~t為水庫(kù)下泄流量過(guò)程,Z~t為水庫(kù)水位變化過(guò)程。

        假設(shè)在發(fā)生洪水t1時(shí),水庫(kù)已蓄水至正常蓄水位,起調(diào)水位等于正常蓄水位,下泄流量q=0。隨后,入庫(kù)洪水流量Q增大,水庫(kù)水位上升,溢洪道泄量q也逐漸增加。t2為入庫(kù)洪峰流量Qm出現(xiàn)時(shí)間,t2以后入庫(kù)流量雖然減少,但仍大于下泄流量,因而庫(kù)水位繼續(xù)升高,水庫(kù)繼續(xù)攔蓄洪水,直到t3時(shí)刻以后,由于Q<q,水庫(kù)水位下降,q也隨之減小。t4時(shí)刻水庫(kù)水位降到正常蓄水位,本次洪水調(diào)節(jié)結(jié)束。圖中陰影部分W蓄是本次洪水?dāng)r蓄在水庫(kù)中的水量。該水量在 t3至 t4時(shí)刻逐漸泄出,如圖 1所示中的W泄。

        上述情況是在溢洪道尺寸已定條件下得出的,當(dāng)溢洪道尺寸改變時(shí),調(diào)洪庫(kù)容Vm和最大泄洪量qm也將改變。同理當(dāng)設(shè)計(jì)洪水改變時(shí),其他值也會(huì)改變。這說(shuō)明設(shè)計(jì)洪水、溢洪道尺寸、調(diào)洪庫(kù)容和最大泄流量之間是相互聯(lián)系,互為影響的。

        圖1 一次洪水通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)過(guò)程圖

        3 防洪能力復(fù)核

        為了確保已建水庫(kù)的安全和充分發(fā)揮其防洪作用,對(duì)于運(yùn)用中的水庫(kù),還要有計(jì)劃有步驟地根據(jù)新積累的資料、經(jīng)驗(yàn)和情況,定期復(fù)核其實(shí)際防洪能力,看它是否滿足當(dāng)今規(guī)范規(guī)定的防洪要求,若不能滿足,則應(yīng)提出臨時(shí)的和長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決措施,使之迅速達(dá)到規(guī)定的防洪要求;如果已能滿足,則可挖掘潛力,盡可能地增加其效益,水庫(kù)防洪能力復(fù)核包括3個(gè)方面的內(nèi)容。

        3.1 復(fù)核水庫(kù)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)核包括樞紐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),校核標(biāo)準(zhǔn)和下游防護(hù)地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn),一般都比過(guò)去有所提高,尤其是規(guī)定了“失事后對(duì)下游造成較大災(zāi)害的大型水庫(kù)、重要的中型水庫(kù)以及特別重要的小型水庫(kù)的大壩,當(dāng)采用土石壩時(shí),應(yīng)以可能最大洪水作為校核洪水”,因此,首先要審查原設(shè)計(jì)所采用的防洪標(biāo)準(zhǔn)是否與現(xiàn)行的規(guī)范相符合。若發(fā)現(xiàn)不符,尤其偏低時(shí),則應(yīng)按現(xiàn)在的規(guī)范確定防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

        3.2 按新標(biāo)準(zhǔn)推求各種設(shè)計(jì)洪水

        原設(shè)計(jì)使用的水文系列較短,復(fù)核計(jì)算時(shí),必須補(bǔ)充建庫(kù)后新增加的觀測(cè)資料,按復(fù)核審定的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的、校核標(biāo)準(zhǔn)的以及防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水,為水庫(kù)控制運(yùn)用提供依據(jù)。視水文資料和復(fù)核的要求,設(shè)計(jì)洪水可采用由流量資料推求或由暴雨資料推求,可能最大洪水多采用由可能最大暴雨推求。其計(jì)算方法與規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法基本相同,以下僅就不同之處作一些說(shuō)明。

        3.2.1 由流量資料推求復(fù)核使用的各種設(shè)計(jì)洪水

        規(guī)劃設(shè)計(jì)階段所用的流量資料多是壩址洪水資料,水庫(kù)洪水復(fù)核階段所用的流量資料,則包括兩個(gè)部分:①建庫(kù)前的壩址洪水資料;②水庫(kù)建成后,根據(jù)庫(kù)水位和出庫(kù)流量記錄。

        用水量平衡法推求的入庫(kù)洪水資料,統(tǒng)計(jì)分析時(shí),為了保證整個(gè)系列的一致性,應(yīng)將壩址洪水換算為入庫(kù)洪水,從而得到一個(gè)前后一致的入庫(kù)洪水系列進(jìn)行頻率計(jì)算,求得符合復(fù)核要求的設(shè)計(jì)洪峰、洪量、洪水過(guò)程線。

        3.2.2 由暴雨資料推求復(fù)核使用的各種設(shè)計(jì)洪水

        建庫(kù)后,由于形成洪水的產(chǎn)、匯流條件與建庫(kù)前有所不同。因此,用暴雨資料推求復(fù)核用的設(shè)計(jì)洪水時(shí),不能再原封不動(dòng)地使用原來(lái)的產(chǎn)、匯流計(jì)算方案,而應(yīng)考慮新的產(chǎn)、匯流條件,用建庫(kù)后的資料制定新的產(chǎn)、匯流計(jì)算方案,例如建庫(kù)條件的暴雨徑流相關(guān)團(tuán)和入庫(kù)洪水單位線,設(shè)計(jì)暴雨應(yīng)考慮新積累的水文氣象資料和計(jì)算經(jīng)驗(yàn),按復(fù)核審定的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推求。然后,由此推算出各種設(shè)計(jì)洪水。

        3.2.3 審定水庫(kù)的允許最高洪水位

        設(shè)計(jì)時(shí)所確定的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位,在已建成水庫(kù)的運(yùn)用中,可能由于某些原因,例如庫(kù)區(qū)移民沒(méi)有完成,大壩變形異常尚未處理等,而不允許達(dá)到。這時(shí),應(yīng)分析當(dāng)時(shí)的具體情況,參照原設(shè)計(jì),定出水庫(kù)目前允許達(dá)到的最高洪水位,并采取積極措施,例如加快移民、消除大壩隱患等,使之盡快達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高洪水位。

        3.3 復(fù)核水庫(kù)防洪能力

        在各種設(shè)計(jì)洪水及水庫(kù)允許最高洪水位確定之后,即可通過(guò)調(diào)洪計(jì)算,分析出目前的水庫(kù)狀況是否能夠滿足防洪要求,若現(xiàn)有泄洪設(shè)施不能在規(guī)定的允許最高洪水位下宣泄校核洪水,則應(yīng)針對(duì)造成防洪能力不足的原因,采取相應(yīng)對(duì)策予以解決。例如,壩體存在隱患,使允許最高洪水位達(dá)不到設(shè)計(jì)的最高洪水位,則可采取臨時(shí)降低防洪限制水位(當(dāng)然也降低了興利標(biāo)準(zhǔn))和限期消除隱患的辦法來(lái)解決;若是由于校核洪水大大提高所致,則應(yīng)擬定若干擴(kuò)建改建泄洪設(shè)施或增設(shè)非常溢洪道的方案,進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算,分別推求出相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、泄洪建筑物類型和尺寸以及工程費(fèi)用等,并考慮地形、地質(zhì)等因素,從中選定一個(gè)合理的方案來(lái)解決。

        復(fù)核中的調(diào)洪計(jì)算工作與規(guī)劃設(shè)計(jì)階段基本一樣,不同的是要考慮已建成水庫(kù)的現(xiàn)狀,在充分總結(jié)水庫(kù)管理運(yùn)行實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,參考原設(shè)計(jì)來(lái)確定防洪限制水位、下游防洪要求和水庫(kù)泄洪方式等,溢洪道及泄洪桐的泄流曲線應(yīng)采用經(jīng)過(guò)率定的流量系數(shù)或水位—流量關(guān)系曲線,水位—庫(kù)容曲線也應(yīng)采用最新的測(cè)量成果。總之,要盡可能地利用已建成水庫(kù)的有利條件進(jìn)行這項(xiàng)工作。

        [1]張亞文.運(yùn)行水電站的大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核[J].湖北水力發(fā)電,1997(01):5-6.

        [2]游文蓀,許新發(fā).湖塘水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)安全復(fù)核[J].江西水利科技,2001(S1):61-64.

        [3]李文家.黃河小浪底水庫(kù)防洪作用大的原因分析[J].人民黃河,1994(04):58-61.

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