六六溪水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

熊繼斌，劉莎莎，任高珊，劉愛(ài)麗

(1.德州市水利勘察設(shè)計(jì)研究院，山東德州253014；2.德州市丁東水庫(kù)管理處,山東 德州253014)

1 概 述

六六溪水庫(kù)所在河流位于福建省壽寧縣境內(nèi)蟾溪流域的城關(guān)溪支流上，壩址以上流域面積14.6 km2，主河道長(zhǎng)度5.60 km，河道比降60.13‰。水庫(kù)壩址位于壽寧縣鰲陽(yáng)鎮(zhèn)六六村，距六六村0.8 km，距壽寧縣4 km。水庫(kù)現(xiàn)狀總庫(kù)容168.84萬(wàn)m3，是1座以城區(qū)供水為主的公益性水利工程，供水規(guī)模2萬(wàn)t/d。

水庫(kù)大壩一期工程施工時(shí)存在質(zhì)量和安全隱患，雖經(jīng)一定措施處理后整體質(zhì)量基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；但大壩已服役20余年，在水流侵蝕、材料老化等作用下壩面已出現(xiàn)游離鈣析出掛白、褐色沉淀物流出等現(xiàn)象，尤其在非溢流壩段還存在噴、射流且日益惡化等問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和鉆探分析，水庫(kù)目前存在庫(kù)內(nèi)淤積嚴(yán)重、下游壩面勾縫脫落游離鈣析出、壩肩滲漏、岸坡滑坡等問(wèn)題，如不盡快采取工程措施進(jìn)行加固處理，大壩安全蓄水與安全泄洪勢(shì)必會(huì)受到嚴(yán)重威脅。

為了給水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固規(guī)劃設(shè)計(jì)提供詳細(xì)數(shù)據(jù)支撐，確保除險(xiǎn)加固后拱壩及水庫(kù)防洪調(diào)度安全，運(yùn)用無(wú)實(shí)測(cè)推理公式法和地區(qū)綜合法開(kāi)展全面水文分析[1]，以獲得與壩址所處城關(guān)溪流域?qū)嶋H相匹配的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算成果，確保水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程安全高效的規(guī)劃建設(shè)。

2 流域概況

壽寧縣蟾溪屬交溪流域東溪干流的1條支流，發(fā)源于縣境內(nèi)大熟村，經(jīng)茗溪、安章、山棗坑、布羅林，在疊石溪處流入福安市境。溪流坡降陡峻，水流急，徑流量大，洪水時(shí)暴漲暴落。流域內(nèi)地形屬山區(qū)性類(lèi)型，地勢(shì)由北漸向東南傾斜，流域面積227 km2，主河道長(zhǎng)45.5 km，總落差1 003 m，平均坡降17.0‰。六六溪水庫(kù)位于壽寧縣境內(nèi)蟾溪流域的城關(guān)溪支流上，流域內(nèi)地勢(shì)西北高，東南低。復(fù)核水庫(kù)壩址以上流域面積14.65 km2，主河道長(zhǎng)5.60 km，平均坡降60.13‰。

六六溪水庫(kù)流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料，無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料。水庫(kù)所在區(qū)域?qū)賮啛釒夂?，雨量充沛，溫度較大；多年平均降雨量1 909.0 mm，年內(nèi)雨量分布不均，4～9月汛期雨量占全年的71.9%，11～12月份最少，僅占5.3%。多年平均氣溫14.8 ℃，多年平均最大風(fēng)速18.0 m/s，年平均風(fēng)速2.9 m/s。

3 加固前設(shè)計(jì)洪水分析

水庫(kù)壩址以上流域面積14.6 km2，多年平均徑流量1 945萬(wàn)m3，總庫(kù)容169萬(wàn)m3，工程為小(1)型水庫(kù)，四等工程。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。攔河壩為對(duì)數(shù)螺線型砌石雙曲拱壩，壩頂高程864.0 m，河床開(kāi)挖高程823.0 m，最大壩高41.0 m，正常蓄水位860.0 m，死水位839.1 m。正常蓄水位以下庫(kù)容137萬(wàn)m3，興利庫(kù)容123.1萬(wàn)m3，死庫(kù)容13.9萬(wàn)m3。大壩采用壩頂自由溢流、挑流消能的泄洪方式。壩址所在流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料，原設(shè)計(jì)采用推理公式法、查寧德地區(qū)簡(jiǎn)易水文計(jì)算手冊(cè)法和地區(qū)綜合法進(jìn)行推求[2_4]，分析得壩址原設(shè)計(jì)洪水成果(見(jiàn)表1)。

表1 壩址原設(shè)計(jì)洪水分析成果

從表1可知，為確保水庫(kù)安全，選擇大值即查簡(jiǎn)易水文計(jì)算手冊(cè)法成果作為設(shè)計(jì)依據(jù),其30年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量和200年一遇校核洪水洪峰流量分別為165 m3/s和257 m3/s。

4 加固后設(shè)計(jì)洪水分析

4.1 暴雨特性

六六溪水庫(kù)壩址以上流域面積14.65 km2，河道長(zhǎng)5.60 km，平均坡降60.13‰。水庫(kù)所在城關(guān)溪流域內(nèi)無(wú)水文站，無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料。安評(píng)復(fù)核時(shí)，由于水庫(kù)屬于流域內(nèi)集雨面積小于30 km2的流域，采用推理公式法和華東地區(qū)特小流域法(Ⅱ_2型)進(jìn)行推求。通過(guò)暴雨途徑推求設(shè)計(jì)洪水[5]，查寧德市水文水資源勘測(cè)分局編制的2004年版《寧德暴雨等值線圖集》，六六溪水庫(kù)壩址以上中心處H1h、H6h、H24h雨量參數(shù)成果如下所示(見(jiàn)表2)。

表2 六六溪水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨量分析成果

4.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

設(shè)計(jì)洪水采用華東地區(qū)特小流域法和推理公式法推求，從工程偏安全角度出發(fā)，也取兩種計(jì)算成果大者。推理公式法和華東地區(qū)特小流域推理公式法原理相同，不同的是參數(shù)取值[6_7]，其函數(shù)表達(dá)為：

(1)

經(jīng)實(shí)地查勘，壩址以上植被、地形、河道組成及河道所在地地理位置，對(duì)照“華東地區(qū)特小流域洪水參數(shù)匯流m值分類(lèi)綜合圖表”，流域植被以灌木林和高密草坡為主，巖石裸露和少量耕地，土層不厚，河道兩岸雜草叢生，下墊面類(lèi)型應(yīng)為Ⅱ_2類(lèi)。經(jīng)計(jì)算得不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果(見(jiàn)表3)。

表3 不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量分析成果

4.3 設(shè)計(jì)洪水成果合理性分析

設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算采用《小流域設(shè)計(jì)洪水》(簡(jiǎn)稱(chēng)推理公式法)[8]，暴雨資料采用《寧德市短歷時(shí)暴雨等值線圖》的暴雨資料，推理公式中θ～m關(guān)系參考為《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》中“全國(guó)推理公式參數(shù)地區(qū)綜合公式一覽表”中的成果[9]，并采用華東特小參數(shù)法進(jìn)行分析比較。

從表3可知：推理公式計(jì)算的洪峰流量比華東特小參數(shù)法推求的洪峰流量成果來(lái)得大，從安全性考慮，選用推理公式法計(jì)算洪峰流量，即30年一遇洪峰流量為201.76 m3/s，200年一遇洪峰流量為281.91 m3/s,20年一遇洪峰流量為184.54 m3/s。計(jì)算洪水成果基本與加固前水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果接近，成果基本合理。

4.4 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線推求應(yīng)先計(jì)算出過(guò)程線形狀系數(shù)，然后查《福建省概化過(guò)程線表》即可求出每個(gè)時(shí)段的Qi和Ti，最終得到洪水過(guò)程線[10]。經(jīng)推算確定，六六溪水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線如下所示(見(jiàn)圖1)。

圖1六六溪水庫(kù)不同頻率洪水過(guò)程線

4.5 調(diào)洪演算成果

六六溪水庫(kù)正常蓄水位859.90 m，攔河壩為對(duì)數(shù)螺線型砌石雙曲拱壩，大壩采用壩頂自由溢流、挑流消能的泄洪方式,堰頂高程859.90 m。根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)、校核洪水過(guò)程線，水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線以及溢流堰與下泄流量關(guān)系曲線，采用試算法進(jìn)行調(diào)洪演算，得到各不同頻率水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果(見(jiàn)表4)。

表4 六六溪水庫(kù)調(diào)洪演算成果

從表4可知，經(jīng)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算，六六溪水庫(kù)20年一遇洪水位862.26 m，洪水入庫(kù)洪峰184.54 m3/s，最大泄流量152.47 m3/s；30年一遇設(shè)計(jì)洪水位862.41 m，洪水入庫(kù)洪峰201.76 m3/s，最大泄流量167.33 m3/s；200年一遇校核洪水位863.09 m，洪水入庫(kù)洪峰281.91 m3/s,最大泄流量237.41 m3/s，水庫(kù)總庫(kù)容168.55萬(wàn)m3。

經(jīng)復(fù)核，加固前與加固后的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法相同，水庫(kù)壩址處設(shè)計(jì)洪水分析成果及調(diào)洪演算成果一致、可信。結(jié)合計(jì)算成果，確定水庫(kù)除險(xiǎn)加固的正常蓄水位為859.9 m；設(shè)計(jì)洪水位為862.41 m(溢洪道相應(yīng)最大下泄流量167.33 m3/s)；校核洪水位為863.09 m(溢洪道相應(yīng)最大下泄流量237.41 m3/s)。

5 結(jié) 論

六六溪水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程是合理利用城關(guān)溪流域水資源、優(yōu)化壽寧縣城供水水源結(jié)構(gòu)、確保大壩蓄水泄洪安全、保障可靠供水和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的再創(chuàng)造過(guò)程。按無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料，采用華東地區(qū)特小流域法和推理公式法，對(duì)水庫(kù)壩址處的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推演計(jì)算。分析獲得水庫(kù)壩址處的設(shè)計(jì)洪水及調(diào)洪演算成果，為水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)和興利調(diào)度提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，確保水庫(kù)高位蓄水、防洪泄洪、供水和改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益得到正常穩(wěn)定發(fā)揮。