金華電航工程設(shè)計(jì)洪水復(fù)核及防洪安全評(píng)價(jià)

胡 錦 蘅，　余　波，　田 明 豐

(1.西華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，四川 成都　610039；2.國家電網(wǎng)明珠電力公司，四川 遂寧　629200)

金華電航工程設(shè)計(jì)洪水復(fù)核及防洪安全評(píng)價(jià)

胡 錦 蘅1，余波1，田 明 豐2

(1.西華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，四川 成都610039；2.國家電網(wǎng)明珠電力公司，四川 遂寧629200)

摘要：金華電航工程從1999年起投入運(yùn)行至今已近二十年，大壩主體可能存在一定的安全隱患。為了確保工程未來能繼續(xù)安全地運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水復(fù)核和防洪安全評(píng)價(jià)。首先通過歷史洪水調(diào)查，確定了歷史洪水重現(xiàn)期并延長了洪水資料，計(jì)算得到復(fù)核階段設(shè)計(jì)洪水成果，其值小于初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)洪水成果；采用水庫水量微分平衡方程進(jìn)行了調(diào)洪演算以及工程泄流能力計(jì)算，得到了相關(guān)計(jì)算結(jié)果。最終得出結(jié)論：(1)初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果可行，工程安全復(fù)核仍采用該階段成果。(2)工程泄洪設(shè)施能安全下泄設(shè)計(jì)及校核洪水，工程滿足防洪要求。

關(guān)鍵詞：金華電航工程；設(shè)計(jì)洪水；調(diào)洪演算；防洪安全；評(píng)價(jià)

1概述

金華電航工程位于四川省射洪縣金華鎮(zhèn)城郊，是一座以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、過境交通、城鎮(zhèn)建設(shè)、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的水利樞紐工程。該工程的電站設(shè)計(jì)水頭為12.5m，裝機(jī)容量3×14MW，保證出力為8.51MW，多年平均發(fā)電量2.107億kW，水庫正常蓄水位高程353m，相應(yīng)庫容3 400萬m3，校核洪水位以下總庫容6 937萬m3。

工程于1996年10月21日正式開工建設(shè)，1998年10月29日主體工程基本完工，1998年12月30日首臺(tái)機(jī)組利用圍堰擋水發(fā)電，1999年9月22日泄洪沖沙閘全部投入運(yùn)行，同年9月30日第二、三臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，12月10日跨江大橋具備通車條件。

金華電航工程蓄水發(fā)電運(yùn)行已近二十年，可能存在一定的安全隱患，為了確保工程未來能繼續(xù)安全生產(chǎn)，西華大學(xué)成立了專門的課題組，按照《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》和《水庫大壩安全鑒定辦法》對(duì)該工程進(jìn)行了一次全面的復(fù)核鑒定。由筆者對(duì)本次復(fù)核鑒定作出專題報(bào)告

2流域概況

涪江是長江上游嘉陵江右岸最大的一級(jí)支流，發(fā)源于四川省松潘縣黃龍鄉(xiāng)岷山雪寶頂，自西北向東南流經(jīng)江油、綿陽、三臺(tái)、射洪、遂寧等縣市后于合川匯入嘉陵江，干流全長670km，流域面積36 400km2[1]。涪江的徑流汛期主要由降水補(bǔ)給，枯季由地下水和上游山區(qū)少量的融雪水補(bǔ)給。豐水期(5～10月)水量占全年水量的83%，其中的6～9月占全年的67%；枯水期(11～次年4月)水量僅占全年水量的16%。綜合射洪水文站資料，洪水一般發(fā)生在6～9月，個(gè)別年份亦有出現(xiàn)于10月的，一次洪水過程約3～5d不等，洪峰滯時(shí)約1～2h，且復(fù)峰居多。1981年實(shí)測最大流量為17 500m3/s(三臺(tái)水文站)。

金華電航工程位于涪江中游，距射洪縣城26km，樞紐以上控制集雨面積17 894km2，占涪江流域面積的49.1%。電站尾水與螺絲池電航工程的回水銜接。金華電航工程下游有射洪水文站，上游有三臺(tái)水文站。

3洪水標(biāo)準(zhǔn)

金華電航工程閘壩設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50a，校核洪水重現(xiàn)期為500a，消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為30a，符合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-94)及《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)的相關(guān)規(guī)定。

4歷史洪水調(diào)查及重現(xiàn)期的確定

表1　三臺(tái)歷史洪水成果表

表2　金華河段歷史洪水過程表

其中，1937、1981年和1954年洪水在金華為較大洪水，不作特殊處理。

金華電航工程根據(jù)以上各單位調(diào)查和實(shí)測資料分析，1945年的首大洪水的重現(xiàn)期N應(yīng)在50～75a之間。故“可研”階段采用了N=70a。考慮到涪江洪水發(fā)生頻繁，加之該工程又處于金華鎮(zhèn)旁，對(duì)金華鎮(zhèn)的防洪關(guān)系重大。因此，“初設(shè)”采用1945年洪水的重現(xiàn)期并確定N=50～70a。根據(jù)水文資料，本次“復(fù)核”階段采用1945年洪水重現(xiàn)期，確定N=75a。

5設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

設(shè)計(jì)洪水是指水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)中所指定的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水[3]。金華電航工程初步設(shè)計(jì)階段洪水系列分析考慮到三臺(tái)距金華較近且區(qū)間無支流加入，采用三臺(tái)水文站設(shè)計(jì)洪水經(jīng)面積修正后用于設(shè)計(jì)斷面。其中三臺(tái)水文站有1952～1961年實(shí)測流量資料；1962～1987年年最大流量，由實(shí)測年最高水位通過綜合的H～Q曲線插補(bǔ)；1988～1992年的最大流量由三臺(tái)水文站和射洪水文站各自年最大流量相關(guān)得到。

本次復(fù)核沿用初設(shè)階段洪水系列插補(bǔ)延長的方法，增補(bǔ)了1993～2012年最大流量，并與初設(shè)階段采用的1952～1992年洪水系列資料共同組成三臺(tái)站1952～2012年61a洪水系列，加上所調(diào)查的1945年歷史洪水，采用統(tǒng)一樣本法進(jìn)行洪水經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算。該不連續(xù)系列資料一致性較好，能夠代表涪江中游干流洪水的總體分布，具有較強(qiáng)的代表性，測驗(yàn)精度高，資料比較可靠。

歷史洪水重現(xiàn)期按前述分析確定，實(shí)測系列經(jīng)驗(yàn)頻率按數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算：

(1)

式中Pm為第m項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率；N為歷史洪水調(diào)查考證期；a為調(diào)查考證期N年中特大洪水個(gè)數(shù)；l為發(fā)生在n項(xiàng)連續(xù)系列內(nèi)的特大洪水個(gè)數(shù)。

采用P—Ⅲ型頻率曲線適線，曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)距配合較好，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)及各頻率設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表3。

表3　金華電航工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

由表3可以看出，經(jīng)延長洪水資料系列后，復(fù)核工程壩址處的設(shè)計(jì)洪水成果略小于初設(shè)成果，說明初設(shè)階段的設(shè)計(jì)成果是可行的。從工程安全考慮，本次工程安全復(fù)核計(jì)算仍采用初設(shè)階段的設(shè)計(jì)洪水成果。

6調(diào)洪演算及泄流能力計(jì)算

調(diào)洪演算方法采用陳守煜提出的水庫水量平衡微分方程[4]：

(2)

式中f為水庫水面面積，是水位z的函數(shù)；z為水位，是時(shí)間t的函數(shù)；Q為入庫流量，是時(shí)間t的函數(shù)；S為出庫流量，是水位z的函數(shù)。

結(jié)合河道地形地質(zhì)條件，金華電航工程采用全閘方案，布置17孔平底開敞式水閘，每孔凈寬12 m，閘底板高程為340 m，建基面高程為336 m，布置長度為258 m，泄流能力按以下公式計(jì)算[5]：

(3)

式中σ為淹沒系數(shù)；ε為側(cè)收縮系數(shù)；m為流量系數(shù)，本工程取0.385；B0為閘孔總凈寬，m；g為重力加速度，取9.81 m/s2；H0為計(jì)入行近流速水頭的堰上水深，m。

圖1　金華電航工程泄水建筑物水位下泄流量關(guān)系曲線圖

金華電航工程泄水建筑物水位下泄流量關(guān)系曲線見圖1。金華電航工程調(diào)洪演算成果見表4。

表4　金華電航工程調(diào)洪演算成果表

7工程防洪評(píng)價(jià)

(1)金華電航工程根據(jù)三臺(tái)水文站1952～2012年實(shí)測及增補(bǔ)延長得到的洪水系列進(jìn)行洪水復(fù)核計(jì)算并經(jīng)面積修正后用于設(shè)計(jì)斷面。復(fù)核計(jì)算結(jié)果表明：延長洪水資料系列后工程壩址處的復(fù)核設(shè)計(jì)洪水成果相比初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)洪水成果有所減小，初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)洪水成果計(jì)算方法正確、計(jì)算成果可行。從工程安全考慮，本次工程安全復(fù)核仍采用初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)洪水成果。

(2)金華電航工程泄洪設(shè)施由17孔平底開敞式攔河閘組成，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，能夠安全下泄設(shè)計(jì)、校核洪水，泄洪能力滿足防洪要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國慶,李迷，等.涪江流域徑流變化趨勢及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J]. 水文,2012,32(1):22-28.

[2]陳海山.歷史洪水調(diào)查方法[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013,35(5):51-52.

[3]宋孝玉,馬細(xì)霞. 工程水文學(xué)[M]. 鄭州:黃河水利出版社,2009.

[4]陳守煜.水庫調(diào)洪數(shù)值-解析解法[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),1996,36(6):721-724.

[5]李煒.水力計(jì)算手冊(cè)[M]. 北京:中國水利水電出版社,2006.

胡錦蘅(1991-),男，四川射洪人，在讀碩士研究生，研究方向：水利水電工程及自動(dòng)化、仿真技術(shù)；

余波(1965-),男，四川西昌人，教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向：水利水電工程及自動(dòng)化、仿真技術(shù)；

田明豐(1968-),男,四川射洪人,高級(jí)工程師,學(xué)士,從事水利水電工程運(yùn)行、檢修技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

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收稿日期:2015-03-08

文章編號(hào):1001-2184(2015)03-0075-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV22;TV12

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