莊 軍

(景德鎮(zhèn)市昌江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村水利局，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

0 引 言

根據(jù)水利部頒布的《水庫大壩安全鑒定辦法》(2003[271]號)和有關安全鑒定事項的文件內(nèi)容，在對大壩安全進行科學鑒定時，需要實施制度內(nèi)容，并且在竣工后五年時間里完成首次鑒定任務，而后以六年或十年作為鑒定周期，進而全面把控大壩運行動態(tài)，有效評價楊灣水庫大壩的安全狀況，了解大壩的運行性態(tài)，充分發(fā)揮工程效益，本人對楊灣水庫大壩防洪能力進行復核。

1 工程概況

楊灣水庫地處景德鎮(zhèn)市昌江區(qū)荷塘鄉(xiāng)境內(nèi)，饒河水系昌江支流雙溪水上，大壩壩址座落在荷塘鄉(xiāng)陳灣村上游約1.0km處，其地理位置為E117°11′，N29°13′，距景德鎮(zhèn)市中心15km。壩址以上控制集雨面積14.0km2，水庫正常蓄水位88.90m(黃海系統(tǒng)高程，下同)，相應庫容為145萬m3；設計洪水位(P=3.3%)91.37m，校核洪水位(p=0.5%)92.06m，水庫總庫容198.9萬m3。楊灣水庫于1965年開始建設，1967年正式投入運行，是一座以灌溉為主，兼有養(yǎng)殖的小(1)型水庫。

2 基礎資料復核

2.1 水庫流域特征參數(shù)復核

楊灣水庫位于位于流域內(nèi)皆為山地，植被茂密，地勢較陡，水土保持良好。楊灣水庫歷次流域特征參數(shù)復核成果詳見表1。在對大壩運行安全進行科學鑒定時，應當參照河道建設圖(1∶10000)航測圖，進一步優(yōu)化復核效果，此時最終獲取的結(jié)果與2015年除險加固復核成果基本一致。本次采用控制流域面積14.00km2，主河道長度4.53km，主河道平均比降51‰。

表1 楊灣水庫流域特征參數(shù)

2.2 氣象特征

工程所在地處東亞季風區(qū)，屬亞熱帶溫暖濕潤性氣候，光照充足，雨量充沛，氣候溫和，四季更替明顯。多年平均降雨量1805mm,降雨年內(nèi)分配不均，降雨年際變化也較大。多年平均蒸發(fā)量956mm，年平均相對濕度80%。多年最大平均風速為12.5m/s。

2.3 水文測站

楊灣水庫壩址以上流域及其壩址下游附近無水文測站和雨量站。水文部門在本水庫附近的昌江干流上設有渡峰坑水文站，臨近流域荷塘水上建有荷塘水文站。各測站基本情況如下：

1)渡峰坑水文站：

渡峰坑水文站位于景德鎮(zhèn)市新楓街道莊屋下村(渡峰坑河對岸)，屬饒河水系昌江，距壩址直線里程約12km。該水文站1952年遷至渡峰坑村，于1957年改名稱為渡峰坑水文站。該水文站集水面積5013 km2，為國家基本站，且是饒河流域昌江的控制站，觀測水位、流量、降水量、泥沙至今。

2)荷塘水文站：

該站于1978年1月設立，位于昌江區(qū)荷塘鄉(xiāng)童坊村陸家?guī)X小組，屬饒河水系荷塘水，距壩址直線里程約4km。該水文站集水面積16.3km2，站址以上主河道長度L=5.35km，站址以上主河道平均比降J=18.01‰，觀測水位、流量、降水量至今。

3 設計洪水

3.1 原設計洪水情況

2015年，景德鎮(zhèn)市水利規(guī)劃設計院編制了《江西省昌江區(qū)楊灣塢水庫除險加固工程初設報告》，設計洪水標準為30a一遇，校核洪水標準為200a一遇。

3.2 洪水標準

楊灣水庫屬于小(一)型水庫，大壩為漿砌石重力壩。根據(jù)GB50201-2014《防洪標準》與2017年公布的洪水劃分標準相關內(nèi)容，能夠認定景德鎮(zhèn)市大壩構筑物，本身屬于四級建筑物，而且還包含五級臨時建筑物。此時，需要設定30a一遇洪水標準。經(jīng)過核對后，即可達成200a一遇防洪標準，其中楊灣水庫不作為短期防洪標準予以設計[1-2]。

3.3 洪水推求方法

楊灣水庫附近未設置觀測站，此次研究中匯總的暴雨相關文件信息，需要對其實施合理推演。該水庫位于江西省地區(qū)，依據(jù)相關查算規(guī)范，在復核時可以借助公式推演形式知曉洪水標準，而后在復核中以此為主，進行設計洪水計算。

3.4 設計暴雨

設計暴雨采用《手冊》圖表查得的統(tǒng)計參數(shù)特征值計算。在對楊灣水庫防洪能力展開復核時，還要知曉該河道建設區(qū)域內(nèi)的相關信息，并且可以查找相關文件，知曉年度暴雨平均值(1h)與年最大降雨量(6h)，之后由有關人員按照相關規(guī)范順利求取相關數(shù)值，最終憑借對模比系數(shù)的求取，以及下述公式知曉具體值，其中模比系數(shù)為暴雨設計值(H)與平均值的商值，即HP=H×KP，其余數(shù)值利用(3.1)、(3.2)進行計算：

H3P=H1P·31-n2

(1)

(2)

3.5 洪水設計方法

3.5.1 產(chǎn)流

3.5.2 匯流

按《手冊》公式(3)、(4)列表計算Qt-t、Qτ-τ對應關系，其中：

Qt=0.278F∑ht/t

(3)

(4)

式中：Q為流量；t和τ、L、F、ht為時間、長度(主河道)、流域面積以及多時段凈雨量；M為水庫匯流；J為比降均值。在推算楊灣水庫的匯流特征時，還應當依據(jù)第Ⅶ區(qū)對應的關系式，求出匯流參數(shù)值。

即：

m=0.100(L/J1/3)0.417。計算后需要圍繞各參數(shù)的分布關系進行繪圖，而后從曲線圖中分析各參數(shù)的相關性。包括繪制Qt-t、Qτ-τ曲線圖，Qt-t、Qτ-τ對應的交點，能夠指示具體匯流的時間點與流量值，此兩個數(shù)值是Qm地下與τ。其中可以用作“%”記錄轉(zhuǎn)折點數(shù)值。至于洪峰值的求取，可以按Qm地下=R下·F/3.6T計算，為Qm地下對應的“結(jié)束點”，此時在了解徑流過程時，可以利用Qm地下定點對應的三角形面積推測變化規(guī)律。經(jīng)過三角形變化情況的分析，能夠推算出200%時間可以充當三角形的底寬數(shù)值，而R下代表的是深度值，T代表底寬(徑流過程線)，以T=9.67W/Qm地面進行分析W=0.1h24F(104m3)是屬于24h時段凈雨量。

徑流過程中，時段的增減往往伴隨著流量的降低(△t=1h)，降低幅度為△=Qm地下=Qm地下·△t/T式中的T值表示的是底寬。對于洪峰流量值的計算可從徑流過程線中進行求和分析。

圖1 楊灣設計洪水過程線

3.5.3 設計洪水成果的選用

本次復核采用推理公式法分別推求設計洪水。本次推理公式法推求的校核洪峰流量較2015年初設成果偏小，故本次采用2015年初設的洪水成果。

表3 設計洪水成果表

4 調(diào)洪計算

4.1 水庫泄洪能力與庫容曲線復核

在此部分中需要匯總泄流變化趨勢以及庫容量與水位指標的關聯(lián)圖、洪水設計值等相關資料。

1)設計洪水過程線：

因本次推理公式法推求的設計及校核洪峰流量較2015年初設成果偏小。故設計洪水采用本次復核的洪水成果復核，然后與2015年初設成果進行比較選定校核及設計洪水位。

2)水位庫容曲線復核：

本次對楊灣水庫的水位庫容關系曲線進行了復核，并與原設計資料進行了對比復核。經(jīng)復核發(fā)現(xiàn)，與2015年除險加固成果基本一致，水位庫容關系曲線詳見表4。

表4 水位-庫容關系表

3)泄流曲線復核：

楊灣水庫現(xiàn)有的泄水設施有溢洪道及輸水涵管。本次復核的調(diào)洪計算中，僅考慮溢洪道泄洪。此次調(diào)洪演算起調(diào)水位為正常蓄水位88.9 m。

明渠水流適用條件為：δ/H>10，寬頂堰適用條件為2.5<δ/H<10

其中：δ為堰長，m；H為堰上水深，m。

由上可知，楊灣水庫溢洪道按寬頂堰水流計算，堰上水頭及下泄流量關系表可按SL253-2000《溢洪道設計規(guī)范》公式(A.2.3)計算溢流堰的泄流曲線：

(5)

式中：Q為流量，m3/s；B為溢流堰總凈寬，B=10m；m為流量系數(shù)，取m=0.32；H0為計入行近流速水頭的堰上總水頭，H0=H+v2/2g；g為重力加速度，g=9.81m/s2；ε為閘墩側(cè)收縮系數(shù)。

根據(jù)上式，可求得堰上水位與溢洪道泄量關系，然后加上堰頂高程即是相應的庫水位，最后得到庫水位與溢洪道泄流量關系。結(jié)果見表4。

表4 楊灣水庫庫水位-溢洪道泄流量關系表

4.2 調(diào)洪計算原則

本次復核的調(diào)洪計算中，僅考慮溢洪道泄洪。楊灣水庫溢流壩位于大壩中間偏向左岸，采用溢流壩型式，分三孔溢流，堰面曲線為克奧Ⅰ型，溢流總凈寬18.8m，控制段采用曲線型實用堰，堰頂高程為88.90m。楊灣水庫洪水調(diào)度規(guī)則為：

1)當庫水位低于正常蓄水位88.9m時，水庫繼續(xù)蓄水。

2)當庫水位上升超過正常蓄水位88.9m后，溢洪道按泄流能力自由泄洪。若入庫流量大于溢洪道泄流能力，庫水位繼續(xù)上漲；若入庫流量低于溢洪道泄流能力，庫水位逐漸回落。

3)當庫水位回落至正常蓄水位88.9m，溢洪道停止泄洪。

4.3 計算調(diào)洪

于此階段計算調(diào)洪時需要參照下述公式求值：

(6)

式中：對應的△t為計算時段；q1、q2與Q1、Q2以及V1、V2數(shù)值分別代表的是計算時段內(nèi)的初末下泄流量、入庫流量、庫容量。而庫存與下泄水流量關系如下：

q=f(H)=f(V)

(7)

通過試算法，聯(lián)解上兩式可求得水庫最高洪水位。

4.4 調(diào)洪演算成效

在復核中通過各項資料的整理，可以按照洪水頻率變化情況進行推演試算，也要參照調(diào)度規(guī)則等有用信息，其中獲取的最終結(jié)果見表5。

表5 楊灣水庫調(diào)洪計算成果表

《楊灣初設》中，校核洪水位為92.06m，設計洪水位為91.37m，本次復核的洪水過程線計算的特征水位小于原初設成果。依據(jù)SL258-2017《水庫大壩評價導則》及《江西省大中型水庫大壩定期安全鑒定實施辦法》，特征水位采用原初設成果就，即校核洪水位92.06m，相應庫容198.9m3；設計洪水位91.37m，相應庫容187.9m3[3]。

表6 楊灣水庫調(diào)洪計算成果對比表 m

5 水庫大壩抗洪能力復核

按SL258-2017《水庫大壩安全評價導則》[6]要求，需進行大壩抗洪能力復核。根據(jù)《砌石壩設計規(guī)范》[8](SL25-2006)中的規(guī)定分別計算88.9m起調(diào)水位下需要的壩頂超高，壩頂超高按下式計算：在風速指標確定上，可以將其控制在150%年風速極限均值。而在非常運用條件下，可以假設其數(shù)值為吹程1000m，在計算壩頂超高(y)時，需要以下列公式進行求值：y=R+e+A，對應的各項指標含義為R、e、A為最大波浪在壩坡上的爬高、風壅水面極限高度與安全加高，計算后得出對應結(jié)果，可對其進行客觀復核。選值時，其基礎單位均為“m”

1)平均波高及平均波長：

根據(jù)規(guī)范SL274-2001，波浪波高h0.5%楊灣均波長Lm采用采用莆田實驗站公式：

(8)

2)風壅水面高度：

(9)

式中：K為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；D為風區(qū)長度，1000m；β為風向與水域中線的夾角，β=0°。

3)平均波浪爬高：

(10)

式中：m為斜坡的坡度系數(shù)；取m=1.31K△為斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)表A.1.12-1查得K△=0.8；KW為經(jīng)驗系數(shù)，按表A.1.12-2查得。hm為平均波高，m；Lm為波長，m；

對于4級漿砌石壩，設計波浪爬高取累積頻率為0.5%的爬高值R0.5%，即R=R0.5%=1.84Rm。

大壩頂超高計算結(jié)果和壩頂高程計算值見表7。

表7 大壩頂高程復核計算表

由表7可以看出，楊灣水庫大壩的壩頂高程均能滿足在校核工況下(P=0.5%)及設計工況下(P=3.33%)洪水安全運行要求，且楊灣水庫壩頂設有1.0m高的防浪墻，在以上兩種工況下不會漫壩，均滿足規(guī)范要求。

6 泄洪安全性復核

楊灣水庫溢流壩位于大壩中間偏向左岸，采用溢流壩型式，分三孔溢流，堰面曲線為克奧Ⅰ型，溢流總凈寬18.8m，控制段采用曲線型實用堰，堰頂高程為88.90m，采用差動式挑流消能。經(jīng)現(xiàn)場檢查，溢流壩段結(jié)構基本完好。

1)經(jīng)復核，溢洪道能夠安全下泄最大流量。

2)溢流壩位于大壩中間偏向左岸，泄水時對大壩無不良影響。

3)下泄洪水時對下游河道無影響。

7 結(jié) 論

1)楊灣水庫在的洪水標準設計值符合實際防洪要求以及相關規(guī)范規(guī)定。

2)經(jīng)復核，本次計算的特征水位小于原初設成果，按SL258-2017《水庫大壩評價導則》要求，選用原特征水位值。

3)在泄洪復核上也得出達標結(jié)果。

4)楊灣水庫在調(diào)度作業(yè)上依然存在匹配性，可以提升水庫運行安全性。

5)楊灣水庫在復核后，確定各項參數(shù)均符合實際設計規(guī)定，且按照對安全等級評價標準的分析，認定楊灣水庫大壩防洪安全性為A級。