王西瑤

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

0 前 言

水庫大壩包括永久性擋水建筑物以及與其配合運(yùn)用的泄水、輸水、過船等建筑物。水庫大壩一旦存在質(zhì)量問題，將會嚴(yán)重影響工程效益的發(fā)揮和水庫的安全運(yùn)行，制約下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，若造成潰壩其后果更是難以想象。因此，為保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，鞏固和發(fā)展水庫的工程效益，根據(jù)水電站大壩安全運(yùn)行管理有關(guān)規(guī)定，水庫大壩需進(jìn)行定期安全評價。

1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

1.1 水文

1.1.1 流域概況

臥龍河發(fā)源于老爺嶺山脈，從牡丹江右岸一級支流蛤蟆河左岸由南向北匯入蛤蟆河，為牡丹江二級支流。臥龍河流域北部為牡丹江與蛤蟆河形成的三角平原區(qū)，南部為老爺嶺山脈，西鄰牡丹江一級支流馬蓮河，東至蛤蟆河支流八道河。流域地理位置在E129°22'-129°28'，N43°56'-44°10'之間。臥龍河水庫位于寧安市石巖鎮(zhèn)南17km，地理位置位于E129°23'27.17″，N44°03'41.23″，臥龍河水庫壩址以上集水面積120km2。

蛤蟆河流域地處寒溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。由于受太平洋季風(fēng)及西伯利亞高壓影響，夏秋季濕熱多雨，冬春季寒冷干燥，夏季最高氣溫達(dá)36.2℃，冬季最低氣溫-40.1℃，多年平均氣溫為3.5℃。臥龍河水庫多年平均降水量為562.6mm，降雨主要集中在6月份-9月份。多年平均蒸發(fā)量為658.1mm(樺樹川水庫E601蒸發(fā)器)。

1.1.2 水文基本資料

臥龍河流域內(nèi)只有一處水文站即水庫專用水文站，具有建庫后1977年-2018年實(shí)測壩上水位、泄量、降水量等資料，水庫所在流域上游有一處水庫專用雨量站。具有1977年-2018年降雨資料。

新農(nóng)站位于蛤蟆河中下游，為國家基本水文站，具有1957年-1970年逐日觀測資料。金坑站位于牡丹江一級支流馬蓮河上游，為國家基本水文站，具有1970年-1989年的逐日觀測資料。

1.2 洪水

1.2.1 洪水特征

臥龍河流域受氣候影響，洪水分為春夏兩個汛期：春汛洪水一般發(fā)生在4、5月份，由融雪徑流形成，峰量小、歷時短；夏汛洪水一般發(fā)生在7、8月份，由暴雨形成，由于該水庫屬山區(qū)河流，河道比降陡，水庫上游暴雨量大，其洪水陡漲陡落，峰高量小，歷時較短，一般不足兩天，過程線尖瘦。

1.2.2 設(shè)計(jì)洪水

1.2.2.1 洪水系列

1)實(shí)測洪水

①洪峰流量還原

洪峰還原計(jì)算按以下水量平衡公式：

Qm=(V2-V1)/△t+q

(1)

式中：V1、V2為時段始末庫容，據(jù)水庫實(shí)測壩上逐時水位查庫容曲線確定，m3；Δt為時段長；q為時段平均泄流量，m3/s。

該水庫僅有1987年、1991年兩個大水年的洪水逐時觀測資料，按現(xiàn)有資料還原了這兩個大水年的洪峰流量及其過程線。

②洪量

本站洪量系列可根據(jù)水庫還原的逐日平均流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算公式為：

W壩=[±△V+Q+(E+D-P)×10-1×f]
×(1+f/F)

(2)

式中：W壩為壩址天然來水量，104m3；△V為計(jì)算時段庫容差，104m3；Q為日出庫流量，包括溢洪道和輸水洞流量，104m3；E為水庫蒸發(fā)損失，mm；D為水庫滲漏損失，mm；P為實(shí)測降水量，mm；f為計(jì)算時段平均庫面面積，km2；F為壩址以上集水面積，km2。

2)洪水系列插補(bǔ)延長

水庫附近各水文站均無與本站同步的1987年-2018年洪量系列，不能進(jìn)行相關(guān)分析，只能利用上述水文站新農(nóng)站、金坑站按面積比指數(shù)并進(jìn)行暴雨量修正的方法銜接延長洪水系列。具體方案為由新農(nóng)站、金坑站分別插補(bǔ)1957年—1970年、1971年—1985年的洪峰洪量；大水年用相應(yīng)年份的最大1d暴雨量修正洪峰與1d洪量，用最大3d與最大1d降水的差值修正3d洪量，用最大3d暴雨量修正7d洪量。上述資料與水庫站還原的1986-2018年洪量組成臥龍河水庫站洪量系列。根據(jù)延長的1986年以前的和還原的1987年、1991年峰量系列繪制峰量關(guān)系圖，按洪峰與1d洪量關(guān)系插補(bǔ)1986年—2018年的洪峰。計(jì)算公式如下：

(3)

式中：F為水庫壩址集水面積，km2；F參為新農(nóng)站、金坑站集水面積，km2；i為洪量時段，i取1、3、7；n為面積比指數(shù)，按圖集分析成果，1、3、7d洪量分別為0.83、0.85、0.87；Km為洪峰雨量修正系數(shù)；Ki為洪量雨量修正系數(shù)。

3)歷史洪水

調(diào)查的歷史洪水年份為1928年和1960年，壩址處洪峰流量分別為273m3/s和345.2m3/s。歷史洪水洪量可按水庫站洪峰與1d洪量關(guān)系插補(bǔ)而得。

綜上，水庫壩址洪水系列由還原、面積比指數(shù)轉(zhuǎn)換、相關(guān)和調(diào)查歷史洪水組成62年不連續(xù)系列。

1.2.2.2 頻率分析

根據(jù)上述洪水樣本系列和處理方案，采用1957年-2018年洪峰、洪量系列和1928年、1960年歷史特大洪水組成不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析，歷史洪水作為特大值進(jìn)行處理。采用P-Ⅲ型頻率曲線Cs=2.25Cv，盡量照顧點(diǎn)群趨勢，以大、中洪水經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)與理論曲線擬合較優(yōu)為原則進(jìn)行適線，確定洪水特征值統(tǒng)計(jì)參數(shù)。洪水成果見表1。

m3/s、104m3

本次洪水復(fù)核與原設(shè)計(jì)洪水成果比較，成果見表2。

從表中可以看出，延長洪水系列至2018年后本次設(shè)計(jì)洪水成果比原設(shè)計(jì)洪水洪峰及洪量基本均偏??；從安全角度出發(fā)，本次仍采原設(shè)計(jì)推求的設(shè)計(jì)洪水值。

1.2.3 設(shè)計(jì)洪水過程線

設(shè)計(jì)洪水過程線采用典型洪水過程線按同頻率控制放大。典型年采用1987年水庫實(shí)測洪水的還原過程線，洪水歷時3d，時段為2h。以此為典型縮放的設(shè)計(jì)洪水過程線見圖1。

1.3 調(diào)洪計(jì)算

1.3.1 工程任務(wù)及規(guī)模

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)、《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2017)，該水庫為中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，山區(qū)永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇洪水設(shè)計(jì)，1000a一遇洪水校核。

1.3.2 洪水調(diào)度原則

臥龍河水庫下游約3km處有一處村落，其防洪安全問題可由水庫解決。將防洪控制斷面選在此村落下游，20a一遇情況下，區(qū)間洪峰為34.1m3/s，因此水庫控制流量采用70m3/s。根據(jù)水庫下游防洪要求，調(diào)洪按一級控制調(diào)度。20a一遇洪水時，水庫控制泄洪，下泄流量不超過70m3/s；50a一遇洪水先按20a一遇洪水操作，當(dāng)水庫水位超過20a一遇水位時，敞開閘門按泄流能力自由泄流，但水庫的泄流量不能超過入庫的洪峰值，1000a一遇校核洪水調(diào)度原則與設(shè)計(jì)洪水時相同。

表2 臥龍河水庫設(shè)計(jì)洪水成果對比表

圖1臥龍河水庫設(shè)計(jì)洪水過程線

1.3.4 泄流曲線

水庫溢洪道泄流能力復(fù)核按下式計(jì)算：

Q=MBH3/2

式中：M為流量系數(shù)(M=1.45)；B為溢洪道凈寬(B=12m)；H為堰頂水頭，m。

1.3.5 起調(diào)水位

起調(diào)水位采用水庫的汛期限制水位409.65m。

1.3.6 調(diào)洪計(jì)算

根據(jù)上述洪水調(diào)度原則和泄洪建筑物泄流能力，進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，調(diào)洪計(jì)算實(shí)用公式如下：

本次水庫洪水調(diào)洪成果見表3。

表3 臥龍河水庫調(diào)洪成果表

2 設(shè)計(jì)洪水評價與調(diào)洪結(jié)論

與原設(shè)計(jì)相比，本次的資料系列已延長到2018年，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算時，為了保證水庫的安全，洪水參數(shù)頻率計(jì)算和適線時重點(diǎn)考慮歷史洪水和較大實(shí)測洪水年份，通過本次延長系列后計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果來看，洪峰流量各頻率的設(shè)計(jì)值比消險加固成果小7.6%；1d洪量各頻率的設(shè)計(jì)值比消險加固成果小0.6%-2.2%；3d洪量各頻率的設(shè)計(jì)值比消險加固成果小4.1%-4.7%；7d洪量各頻率的設(shè)計(jì)值比消險加固成果小7.4%?！吨腥A人民共和國水庫大壩安全評價導(dǎo)則(SL258-2017)條文說明》中規(guī)定：“如延長洪水系列后計(jì)算結(jié)果比原來的更小時，為安全起見，仍采用原設(shè)計(jì)洪水系列”，故本次設(shè)計(jì)洪水仍采用原設(shè)計(jì)成果。由此看來，水庫設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)洪水是安全的。通過調(diào)洪成果對比表可知，本次設(shè)計(jì)成果與原設(shè)計(jì)成果基本相同，采用原設(shè)計(jì)成果。水庫洪水調(diào)度運(yùn)用方式符合臥龍河水庫的特點(diǎn)、滿足大壩安全運(yùn)行的要求。

3 結(jié) 論

防洪能力復(fù)核的目的是根據(jù)水庫設(shè)計(jì)階段采用的水文資料和運(yùn)行期延長的水文資料，并考慮建成大壩后上下游地區(qū)人類活動的影響以及水庫工程現(xiàn)狀，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水復(fù)核和調(diào)洪計(jì)算，評價大壩現(xiàn)狀防洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。