高仁杰，左 冬，范立柱

（廣東河海工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510600）

根據(jù)水利部2003年發(fā)布的《水庫大壩安全鑒定辦法》（水建管［2003］271號文）第5條規(guī)定[1]：大壩實行定期安全鑒定制度，首次安全鑒定應在竣工驗收后5年內(nèi)進行，以后應每隔6～10年進行一次。防洪能力復核作為水庫大壩安全鑒定重要工作內(nèi)容[2]，主要目的是根據(jù)水庫工程現(xiàn)有規(guī)模和設施，復核水庫調(diào)蓄庫容、大壩擋洪、泄洪能力是否滿足原設計洪水位與校核洪水位。

1 基本情況

高州水庫位于廣東省高州市境內(nèi)東北部，是一座以工、農(nóng)業(yè)和城市生活供水為主，結合防洪、發(fā)電、航運和淡水養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水庫。高州水庫在鑒江一級支流大井河及曹江上，是廣東省十大水庫之一，灌溉面積39.33萬hm2，保護人口617萬人，是關系茂名及至整個鑒江中下游平原工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)命脈的蓄水工程。

高州水庫由石骨庫區(qū)和良德庫區(qū)連通組成，其中，石骨庫區(qū)建于鑒江支流曹江上，庫區(qū)集水面積為525 km2，設計總庫容為4.91×108m3；良德庫區(qū)建于鑒江支流大井河上，庫區(qū)集水面積為497 km2，設計總庫容6.60×108m3。高州水庫主要由2座主壩、8座副壩、2座溢洪道和2座輸水涵、2座壩后式電站組成。

2 設計洪水復核計算

2.1 設計洪水標準

高州水庫總庫容超過10×108m3，屬于Ⅰ等水利水電工程，主要建筑物為1級，次要建筑物為3級。按照SL 252-2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規(guī)定，高州水庫按千年一遇洪水設計、萬年一遇洪水校核。

2.2 設計洪水計算

2.2.1 基礎資料

此次設計洪水復核計算基礎資料為廣東省水文局茂名分局和高州水庫管理中心提供的1957—2020年入庫還原資料。根據(jù)良德庫區(qū)和石骨庫區(qū)洪水期入庫還原資料，按同步時間疊加成高州水庫洪水過程線，并統(tǒng)計年最大洪峰流量Qm、年最大24 h洪量W24h、年最大3 d洪量W3d。

2.2.2 設計洪峰、洪量計算

對高州水庫現(xiàn)有1957—2020年共64年長系列洪峰流量資料進行排頻計算，理論頻率曲線采用P—Ⅲ曲線，按經(jīng)驗適線法目估適線，偏態(tài)系數(shù)Cs采用與變差系數(shù)Cv的經(jīng)驗倍比關系，Cs=3Cv，用矩法公式計算洪水參數(shù)[3]，計算成果見表1。

表1 高州水庫設計洪水計算成果表

2.2.3 設計洪水過程線的推求

本著峰高量大，主峰段洪量集中，對水庫防洪偏不利的典型洪水選取原則，此次選取高州水庫1969年7月20日實測洪水作為典型年洪水過程線。設計洪水過程線采用設計洪峰流量及24 h洪量、3 d洪量同頻率控制放大典型洪水過程線。

3 調(diào)洪計算

3.1 基本原理

由壩址入庫洪水過程經(jīng)調(diào)洪演算，推求出水庫下泄過程和各防洪特征水位。洪水波在水庫中行進時，水流運動中各水力要素隨時空變化，屬三維非恒定問題。由于三維非恒定問題在數(shù)學求解及基本方程的理論假定上還有諸多問題，故在實際應用中常將問題簡化為二維、一維非恒定問題，利用試算法求解。試算法調(diào)洪是一種概念清楚、適用面較廣的水庫調(diào)洪計算方法，尤其是計算時段不固定和多種泄流設施組合使用時，試算法更具有其靈活性。雖試算工作量增大，但隨著計算機及計算技術的廣泛應用，上述問題迎刃而解。調(diào)洪演算采用靜庫容法，采用的水庫水量平衡方程：

庫容曲線～泄流量曲線：

式中：V1，V2——計算時段始末的入庫庫容，m3；Q1，Q2——計算時段始末的入庫流量，m3/s；q1，q2——計算時段始末的出庫流量，m3/s；△t——為計算時段，s。

試算由第1時段開始，逐時段連續(xù)進行。對于第一時段，Q1，Q2，q1及△t均為已知，假設一個q2，可由式（1）計算出V2，由V2查水位～庫容曲線Z=f(V)和庫容曲線～泄流量曲線q=f(V)得q2；若二者相等，即所假設q2能同時滿足式（1）、式（2），假設的q2即為所求。否則，重新假設q2，重復上述計算過程，直至二者相等為止。將第1時段的q2，V2作為第2時段的q1，V1，像第1時段一樣進行計算，求得第2時段末的q2，V2。逐時段連續(xù)試算，即可求得下泄流量過程和水庫蓄水過程。

3.2 防洪調(diào)度原則

1）嚴格控制高州水庫水位的運行。在枯水期，水庫維持正常蓄水位89.00 m運行；枯水期末，汛前水庫水位應降到88.50 m；在汛期，當水庫水位達到88.50 m時，應打開溢洪道閘門泄洪，最大泄流量不超過692.00 m3/s；當水庫水位超過90.72 m時，表示水庫來水超過50年一遇來水量，為確保大壩的安全，閘門全開泄流。

2）當出現(xiàn)超標準洪水時，除了各種泄洪設施以最大泄洪能力泄洪之外，并采取措施保壩，以免下游發(fā)生毀滅性災害，以及保護下游人民群眾生命財產(chǎn)安全。

3.3 水位庫容曲線

根據(jù)高州水庫庫區(qū)最新實測地形圖量測，高州水庫庫容曲線見表2。

表2 高州水庫庫區(qū)水位～庫容關系表

3.4 泄流曲線

高州水庫共分為2個庫區(qū)2個溢洪道，分別為石骨水庫庫區(qū)溢洪道、良德水庫庫區(qū)溢洪道；石骨水庫溢洪道堰頂高程為83.60 m，由4 m×8 m閘門組成；良德水庫溢洪道堰頂高程為83.30 m，由2 m×8 m閘門組成。根據(jù)《水力學計算手冊》（第二版）中的堰流公式計算其過流能力[4]，此次調(diào)洪計算的高州水庫泄流工程水位～泄流關系見表3。

表3 高州水庫泄流工程水位～泄流關系表

3.5 調(diào)洪計算成果

此次調(diào)洪計算采用廣東省常用的HydroLab調(diào)洪計算程序，根據(jù)計算得出的設計洪水過程線、水庫防洪調(diào)度原則及水庫特性數(shù)據(jù)，調(diào)洪計算成果見表4，圖1。

表4 高州水庫調(diào)洪計算成果表

圖1 高州水庫調(diào)洪演算成果圖

4 大壩抗洪能力復核

4.1 擋水安全性

4.1.1 壩頂高程復核

根據(jù)SL 274-2020《碾壓式土石壩設計規(guī)范》的規(guī)定[5]，壩頂在水庫靜水位以上的超高按以下公式確定：

式中：Y——壩頂超高，m；R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；e——最大風壅水面高度，m；A——安全加高，m。

根據(jù)式（3）及相關參數(shù)，高州水庫壩頂高程計算成果見表5。

表5 高州水庫壩頂高程計算成果表

計算成果表明：高州水庫各壩頂（防浪墻）高程均高于計算值，滿足規(guī)定的安全要求。

4.1.2 溢洪道控制段頂部高程復核

高州水庫溢洪道建筑物級別為1級，根據(jù)SL 253-2018《溢洪道設計規(guī)范》[6]，控制段閘墩及岸墻頂部高程應根據(jù)擋水和泄水2種運用情況確定。擋水時，控制段閘墩及岸墻頂部高程不應低于水閘設計洪水位或正常蓄水位加波浪計算高度和安全加高值（0.70 m）；宣泄洪水時，控制段閘墩及岸墻頂部高程不應低于校核洪水位加安全加高值（0.50 m）。且溢洪道緊靠壩肩時，控制段頂部高程應與大壩壩頂高程協(xié)調(diào)。溢洪道閘墩頂布設有人行橋，橋下凈空應滿足泄洪、排凌及排漂浮物的要求，一般為0.50 m凈空。

石骨溢洪道及良德溢洪道閘頂高程復核成果表見表6。

表6 高州水庫溢洪道控制段閘頂高程計算成果表

根據(jù)以上計算可以得出，石骨、良德水庫溢洪道控制段邊墻頂高程、人行橋梁底凈空均滿足防洪要求。

4.2 泄洪安全性

4.2.1 下泄能力復核

1）石骨水庫

石骨溢洪道堰頂高程83.60 m，按照武漢大學水利水電學院水力學流體力學教研室主編《水力學計算手冊》（第二版）中的堰流公式6.4-3計算其過流能力，設計水位92.26 m（P=0.10%）時，石骨溢洪道最大下泄能力為2 238.30 m3/s；校核水位93.57 m（P=0.01%）時，石骨溢洪道最大下泄能力為2 382.00 m3/s。

根據(jù)高州水庫調(diào)洪計算成果，設計工況下（P=0.10%），石骨溢洪道最大下泄流量1 284.00 m3/s；校核工況下（P=0.01%），石骨溢洪道最大下泄流量1 512.00 m3/s，石骨溢洪道泄流能力滿足設計要求。

2）良德庫區(qū)

良德溢洪道堰頂高程83.30 m，采用SL 265-2016《水閘設計規(guī)范》中寬頂堰計算公式，按下游水位達到臨界水深、考慮臨近流速水頭的方式計算其過流能力，設計水位92.26 m（P=0.10%）時，良德溢洪道最大下泄能力為692.75 m3/s；校核水位93.57 m（P=0.01%）時，良德溢洪道最大下泄能力為850.00 m3/s。

根據(jù)高州水庫調(diào)洪計算成果，設計工況下（P=0.10%），良德溢洪道最大下泄流量526.00 m3/s；校核工況下（P=0.01%），良德溢洪道最大下泄流量678.00 m3/s，良德溢洪道泄流能力滿足設計要求。

4.2.2 泄洪對大壩影響復核

良德溢洪道位于良德水庫主壩右側約600.00 m處的馬子坳，為河岸正槽式。水流經(jīng)溢洪道泄入大井河支流，再匯入大井河。溢洪道泄洪不會對主壩及副壩的安全造成不利的影響。

石骨溢洪道位于石骨主壩左壩頭，現(xiàn)狀溢洪道全長738.30 m，由進口段、閘室段、三級泄槽、三級消力池、海漫段組成。溢洪道兩側修筑有混凝土擋墻，洪水被直接引入下游河道。高州水庫運行60多年來，水庫共溢洪20多次，均未對大壩造成直接影響。

5 結語

此次通過采用1957—2020年共64年實測水文資料，對高州水庫設計洪水進行了復核計算，復核結果顯示：高州水庫溢洪道泄流能力滿足泄洪要求，主壩、副壩現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求；水庫現(xiàn)狀溢洪道泄槽邊墻高度、溢洪道上人行橋高程均滿足防洪安全要求；高州水庫防洪標準及大壩抗洪能力滿足規(guī)范要求。