某水库大坝安全鉴定防洪能力复核分析

文章依托乌苏市某水库大坝为工程背景，对其洪水调节、坝顶超高以及泄流能力进行复核，分析结果表明，水库大坝现状可承担200年一遇的洪水;其坝体超高满足要求;水库放水涵洞、泄洪涵洞以及溢洪道最大泄水能力均大于原设计流量，满足泄流要求，并最终确定该水库防洪标准复核安全等级为A级。

水库大坝; 防洪能力; 调洪计算; 超高复核; 泄洪能力

TV62B

[定稿日期]2021-08-06

[基金项目]新疆兵团科技计划项目（项目编号：2020AB003）

[作者简介]夏明海（1965～），男， 硕士，高级工程师，主要从事水利工程运行管理工作。

水库作为调节水流和拦洪蓄水的水利工程建筑物，具有防洪抗旱、供水发电、水产养殖等功能，科学的建设水库可有效的减轻水旱灾害对人民群众生命财产带来的威胁。与此同时，根据《2019年全国水利发展统计公报》数据显示，2019年我国洪涝灾害直接经济损失达1922.7×108元，占当年GDP的0.19 %，其中水利设施直接损失为409.4×108元，全国农作物受灾面积达6 680.4 kha，受灾人口为4 766.6×104人。此外，水利部规定水库大坝需进行定期安全鉴定， 大坝于工程竣工验收后5年内应进行首次安全鉴定，此后每间隔6～10年定期进行。

防洪标准复核作为水库大坝安全鉴定的重要组成部分，通常是基于水库大坝于设计阶段洪水计算的水文资料以及运行期延长水文资料，考虑建坝后上游地区人类活动的影响和大坝工程现状，进行设计洪水的复核和调洪计算，评价大坝工程现状的抗洪能力是否满足现行有关规范的要求。有鉴于此，水库大坝若防洪能力不满足要求，一旦发生汛情甚至垮坝失事，将造成难以估量的人员伤亡和财产损失，因此水库大坝建成竣工后需定期对其防洪能力进行复核鉴定。

1 工程及流域概况

1.1 工程概况

乌苏市某水库为Ⅲ等中型水库，始建于1956年，水库工程主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，该水库主要拦蓄奎屯河水，设计洪水为30年一遇，校核洪水为200年一遇。

2002年进行水库除险加固后设计库容为5 000×104 m3，对应正常蓄水位为318.0 m，水库淹没面积为13.89 km2，水库年调蓄水量2.2×108～2.3×108 m3，与其下游的车排子水库联合调度向下游奎屯灌区的123团、126团、127团及车排子乡（地方）配水，控制下游灌区40 kha灌溉面积及保护灌区15万人口。

1.2 流域概况

奎屯河流域有奎屯河、古尔图河和四棵树河，三河年径流量为12.86×108 m3，其中奎屯河年平均径流量为6.50×108 m3。奎屯河流主要由冰川融雪、融冰水补给，其次是降水。根据径流资料统计，多年平均流量20.6 m3/s，多年平均径流总量6.50×108 m3。径流年际变化不大，年内分配不均，径流主要集中在6～8月，径流量为4.21×108 m3，占全年径流量的64.7 %。枯水期2～4月，径流量为0.36×108 m3，占径流总量的5.5 %。最小年径流4.80×108 m3（1992年），是年均径流的0.74倍;最大年径流8.63×108 m3（1999年），是年均径流的1.33倍。最大年径流是最小年径流的1.80倍。

2 防洪标准复核

2.1 调洪计算

进入该水库的洪水除去蓄入水库的部分外，其余洪水通过水库东泄水闸、西泄水闸输往下游灌区及车排子水库。其中东泄水闸设计流量为25  m3/s，为下游灌区输水闸;西泄水闸洪水进入车排子水库，设计流量分别为26 m3/s。该水库和车排子水库联合调度奎屯河洪水，水库东闸与车排子水库东闸在下游接通，设计流量30 m3/s。因此，当水库充分放水（25 m3/s）时，车排子水庫实际放水流量为5 m3/s。该水库汛限水位为317.26 m，对应库容为3 300×104 m3，车排子水库汛限水位为307.88 m，对应库容为3 000×104 m3。

经调洪计算，该水库30年一遇设计洪水下防洪库容为1 446×104 m3，设计洪水位为3 71.82 m;200年一遇校核洪水下水库调洪库容为1 819×104 m3，校核洪水位为318.08 m，与水库原设计相同;此外，水库的泄洪不影响下游车排子水库运行。综上所述，水库现状能满足防洪需求。

2.2 水库超高复核

根据规范标准确定大坝为3级建筑物，正常运用情况安全加高值取0.7 m，非常情况取0.5 m。水库水位设计洪水位317.82 m，校核洪水位318.08 m，正常蓄水位318.0 m。3级坝正常运用条件下设计风速取多年平均最大风速的1.5倍，库区多年平均最大风速为12.9 m/s，则设计风速为19.35 m/s。非常运用条件下设计风速为多年平均最大风速12.9 m/s。对地震设防烈度Ⅶ的3级坝，地震涌高度为0.5 m～1.5 m，本设计取0.5 m。

采用莆田试验站公式计算波浪的平均波高和平均波周期，再根据上游坡及护坡情况计算波浪爬高，3级坝设计风浪爬高取累积频率为1 %的爬高值。波浪的平均波高及波长根据式（1）计算。

ghmW2=0.13th[0.7gHmW20.7]th0.0018gDW20.450.13th[0.7gHmW20.7]

Tm=4.438h0.5mLm=gT2m2πth2πHLm

式中：g为重力加速度，取9.81m/s2;hm为平均波高，m;W为计算风速，m/s;Hm为水域平均水深，m;D为风区长度，m;Tm为平均波周期，s;Lm为平均波长，m;H为大坝迎水面波长，m。

正向来波在单坡上的平均波浪爬高按下式计算

Rm=KΔKW1+m2hmLm

式中：Rm為平均波浪爬高，m;K△为斜坡的糙率渗透系数，混凝土护坡参照取0.90;Kw为经验系数，按SL 274-2020《碾压式土石坝设计规范》查得;m为单波的波度系数。

水库按正常蓄水位318.0 m，结合坝轴线走向及风向，根据坝顶超高复核计算，水库坝顶超高均满足超高要求。

2.3 泄洪能力复核

放水涵洞与泄洪涵洞均为八字墙进水口，壁厚50 cm，为现浇钢筋混凝土矩形结构。其中放水涵洞尺寸2.5 m×2.5 m×24 m，原设计泄流能力为25 m3/s;泄洪涵洞尺寸为2.5 m×2.5 m×32 m，原设计泄流能力为26 m3/s。

溢洪道位于大坝西坝，为开敞式宽顶堰，溢洪道全长105.0 m，控制段堰型为宽顶堰，堰净宽15.0 m，堰顶高程317.24 m。泄槽段长4.74 m，消力池长15 m，消力池底高程316.34 m，均为混凝土结构，消力池后接原奎屯河老河床。

如表1所示，根据《土石坝水库设计》、SL253-2018《溢洪道设计规范》对放水、泄洪涵洞以及溢洪道的泄流能力进行复核。放水涵洞最大泄水能力为43.62 m3/s;泄洪涵洞最大泄水能力为54.72 m3/s;此外，溢洪道在水库水位位于校核洪水位318.08 m时，最大下泄流量19.13 m3/s，位于正常蓄水位318.0 m时，最大下泄流量16.48 m3/s，大于设计下泄流量14.0 m3/s，以上均满足要求。

3 结论

参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》，该水库为Ⅲ型水库，水工建筑物级别为3级，设计洪水为30年一遇，校核洪水为200年一遇。根据防洪标准进行复核，获得如下结论：

（1）水库大坝现状可承担200年一遇的洪水，满足国家现行规范要求。

（2）水库现状坝体超高满足要求。

（3）水库放水涵洞、泄洪涵洞以及溢洪道泄流能力复核最大泄水能力分别为43.62 m3/s、54.72 m3/s和19.13 m3/s，均大于原设计流量，满足泄流要求。

综上所述，该水库防洪标准复核安全等级定为A级。

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