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大坝安全鉴定过程中防洪标准复核的若干问题

日期:2021/7/11 Click:1001
1基本资料复核水库基本资料复核是防洪标准复核的最基本内容,这些内容包括水库流域基本特征值,水库面积~库容曲线以及水库泄流曲线等等,这些内容的基础都与水库地形图分不开。从表中可以看出,设计洪水成果洪峰流量随着计算时距的缩短明显变大,但是相应的设计洪水位只在时距为05h时略有提高,随后都没有变化。
广西自1997年正式开展水库水库安全鉴定以来,累计完成安全鉴定的大型水库24座,中型水库179座,小型水库568座,小型水库2760多座。迄今为止,全区大部分水库都进行了安全鉴定。本人作为水文专家,参加了大部分中型水库和小型水库的安全鉴定,现在正在讨论水库安全鉴定过程中防洪标准的几个问题。

1基本资料复核

水库基本资料复核是防洪标准复核的最基本内容,这些内容包括水库流域的基本特征值、水库面积~水库曲线、水库泄漏曲线等,这些内容的基础与水库地形图分不开。一般来说,设计部门重新测量水库枢纽,但水库流域多采用测绘部门提供的地形图。问题多的是水库面积~库容关系曲线,最近的地形图没有水库水面以下的等值线,水库水下状况几乎没有重新测量,所以库容曲线和面积曲线水下部分没有反映真正的侵蚀和堆积状况。

另一种情况是,许多水库采用的基础面不同,假设基础面,珠江基础面和黄海基础面,在采用新地形图或重新测量时,旧库容曲线没有进行相应的校正。这些都会影响安全复核的准确性。由于小型水库安全鉴定比较集中,并要求在极短时间内完成,很多设计单位对小型水库的流域特征值没有重新量算,重新复核。仍沿用当年的参数值,于是有个别水库出现不正常的结果。例如,来宾市武宣县石滩水库,集雨面积大,仓库容量小,但该水库多年来排水少,深入分析,原集雨面积错误。

2防洪标准

广西部分大中型水库经历过一次或多次危险加固,多次进行水文审查。因此,设计洪水标准有五花八门的情况。设计和审查标准超过规范规定的,在安全鉴定中进行修正。但是,设计和审查洪水标准在最新规范的规定范围内,设计洪水标准与审查洪水标准不一致。前者取上限,后者取下限或中间,相反,另一个地区取下柳州市和来宾市小型水库的洪水标准全部取下限,水库高度在15m以下,仓库接近下限也是如此。

而玉林市的小型水库洪水标准却一律取下限,无论库容是否已经接近该水库的上限,坝高比较高且对下游影响比较大也是如此。有些专家认为仓库容量大,集雨面积小,难以装满,设计洪水标准的下限也没问题。许多专家认为,讨论洪水标准只要在规范范围内,就不应该修改。理由是根据现状进行研究。本人认为《大坝安全评价导则》(SL258-2000)中明确指出,安全鉴定要复核洪水标准是否需要改变。因此,在本人审查的工程中,要求适当修改上述情况。

3设计暴雨

在设计洪水计算中,除了极少数有条件的大型水库采用实测资料计算外,其馀大部分采用设计暴雨寻求设计洪水的方法计算。因此,设计暴雨的计算尤为重要,直接影响设计洪水的成果。经过长时间的积累,实测暴雨资料的成果比较充分,有水文系统的很多雨量站,也有气象系统的气象站,还有很多水库雨量站。但实际应用仍以水库站为主,由于经济原因,水文系统的测量站和气象系统的测量站资料很少被采用。水库站有比较完整的每天雨量资料,但短时间的资料很少。

大部分设计部门的做法是采用水库站的实测成果和等值线图,这里的等值线图是指广西暴雨流失调查图、广西暴雨流失调查等值线图集和广西暴雨统计参数等值线图研究图,这些成果是广西水文局(总站)不同时期综合广西水文系统调查站的成果。一般来说,它的成略大于水库单站。但是,也有比等值线图更大的实测成果。例如,2010年5月30日,来宾市部分地区的最大日降雨量超过300mm,最高达到374.1mm的成果比等值线图的同频成果大得多。这是由于数据限制或系列长度等因素限制的后者。因此,在实际审查中,建议综合分析实测成果和等值线图成果,根据安全考虑,一般建议取得两者较大的成果。

4设计洪水

4.1在暴雨中寻求设计洪水计算方法的若干问题在设计暴雨中寻求设计洪水的方法主要有广西暴雨流失调查图,这也是水利水电工程设计洪水计算规范(SL44-93)在没有资料的地区设计洪水推荐的方法。《广西暴雨直流调查图》介绍了以瞬时单位线法和推理公式法两种方法寻求设计洪水。但是,在实际使用中,由于计算复杂,该书没有相应的计算程序,一些设计部门自己编程计算是不可避免的。也有一些设计单位从网上下载一些流域机构的软件来计算设计洪水。

在审查中,这些软件很好地平衡了瞬时单位线法和推理公式法的成果,但问题也很明显。例如,随着流域面积的减小,计算成果的洪峰模数也变小,这是明显的错误,第二个是广西暴雨流量检查图的计算设计洪水时也存在明显的问题。①在瞬时单位线法和推理公式法计算的设计洪水成果中,前者时段洪水流量系数小,洪水流量大,后者相反,推理公式法的计算成果中流量大于1的情况也经常出现。这是不合理的②随着集雨面积、主河流长、河流比下降的变化,用两种方法计算的成果大不相同,尽管尽量修改参数,但成果仍然相互矛盾。根据上述原因,一些专家建议修改相关公式参数,但缺乏权威。专家指出,通过修改设计洪水成果过程线的形态,可以解决上述矛盾。问题是如何确定修改的依据和程度?根据上述情况,我们在审查中强调设计洪水成果的区域分析,进行合理的检查,确保径流系数和洪峰模数在一定区域内合理。

4.2设计洪水计算时间距离的讨论在设计暴雨设计洪水时对计算时间距离的选择有很多争论,一般建议大中型水库时间距离长1h,小型水库特别小(2)水库取0.5h,这是合适的。广西柳江县绿照水库各时设计洪水计算成果和洪水调整成果对照表(见表1)。绿色水库集面积为0.901km2,总仓库集面积为21.04万m3,百年最大降雨量为328.3mm。从表格可以看出,设计洪水成果洪峰流量随着计算时间距的缩短而明显增大,但相应的设计洪水位只在时间距为0.5h时稍有提高,之后没有变化。说明小型水库的计算时间距为0.5小时,满足了设计精度的要求。

4.3梯级坝设计洪水的计算广西坝很多,特别是桂东、桂南可以说是星罗棋布,梯级坝也比较多。梯级水库设计洪水计算主要取决于上游水库对下游水库的储存作用大小,主要影响因素包括上游水库集雨面积占下游水库控制面积比和上游水库调整容量大小等。上游水库集雨面积小,或上游水库调洪库容量小,不考虑上游水库调蓄影响,反应分别计算。计算上游水库同频率设计洪水,调洪后得其排洪过程,可通过河道演进计算后或者直接与区间洪水叠加。

一般来说,考虑到上游水库储存后的设计洪水成果稍小。条件允许,不考虑上游水库的储存作用也是可行的。表2是玉林市山草坪水库设计洪水计算成果比较表(推理公式法),山草坪水库上游分别有竹脉坑水库及关塘水库,两者都在山草坪水库流域内。从表中可以看出,不考虑水库内两水库的调蓄作用时,设计洪峰流量各调洪计算成果都大一些。

4.4设计洪水成果的区域平衡设计洪水成果的合理性分析是设计洪水极其重要的一环,很多设计部门没有考虑这一环节,设计洪水成果不合理。设计洪水成果的合理性分析主要有以往设计洪水成果的比较,看是否有很大差异,分析差异的原因二是与邻近流域设计洪水成果的比较,主要是洪峰模数的比较,看是否符合流域分布规则三是与实测成果的比较,主要是历史最高洪水位置。例如,来宾市象州县北梦水库【3】,1994年发生大洪水时,主水库几乎居首位,但从安全研究洪水成果分析合理,经过深入分析,对当地大众了解情况,才发现该水库区有地下河流,尤其是大洪水时经过1994年这次洪水的反推,初步确定了地下水入库流量,设计洪水后调整洪水,结果显示合理。

5调洪演算

5.1调水位的问题根据水库的工程情况,防汛部门根据安全考虑,每年设定汛期水位(正确地说,汛期应临时控制水位),相当部分设计部门将其理解为设计阶段的汛期限制水位另一种情况是未完成水库起调水位如何确定的问题。在广西,一些水库在建设过程中由于资金等各种原因没有完成。大多数情况下,主水库没有建设设计水库的高度,也没有溢洪道。广西玉林市福绵区大义水库就是这种情况。这种情况需要重新设定调水位。个人认为,有两种方法。一是根据水库供水需求重新确定兴利库容量,确定正常水位(起调水位)二是根据严格控制水库增高的规定,根据现有水库高度,根据防洪要求重新确定正常水位。当然,在大义水库这种情况下,在安全鉴定阶段,可以根据没有排水道、排水能力有限等情况进行定性说明,得到防洪安全性等级,在正常水位的确定中保留在危险加固的初步设计阶段进行确定。

5.2引水库的调洪演计算充分利用水资源,增加水库水量提高工程效益,有的水库通过建设水库部分引水,有的水库直接从一个水库引到另一个水库。实际上一般水库的引水量与设计洪水相比还是比较小的。引水水库的调洪计算比较简单,为安全起见,把引水流量加入设计洪水进行调洪。首先弄清楚引水渠道的过流能力,引水渠道是否有闸门控制等等。设计洪水的引水流量应按渠道过水能力计算,有闸门控制的引水渠道,调整洪水时不考虑引水流量。

5.3连通坝的调洪演计算广西河网发达,坝间多通过渠道和隧道连通。受连通水路(孔)过流能力的影响,设计洪水的成果、集雨面积和排水状况的不同,连通水库的调整也很复杂。如果连通渠道(孔)的过流能力足够大,完全可以将连通水库合成水库计算。但是,大多数连通水库的连通水路(孔)的过流能力有限,连通水路两侧的水位必然不同。由于各种连通坝的情况不同,加上连通坝数量的不同,无法开发通用计算程序。崇左市扶绥县伯我坝集雨面积77.6km2。

伯我水库由两个水库组成,中间有一个遂洞连接。主水库侧的水库(以下简称水库1)集雨面积为3.6km2,排水道侧的水库(以下简称水库2)集雨面积为74.0km2。通道一侧底高94.00m,另一侧高94.50m。连通渠道为长方形,尺寸为1.9m×2.5m。正常水位为99.00m,连通渠在洪水期间为有压管形式。水库1比仓库2的仓库容量稍大,从调洪过程来看,洪水通过连通孔先从仓库2流向仓库1,仓库2的水位消失一段时间后,洪水从仓库1流向仓库2。从计算成果来看,分开计算与合并计算有很大差异。编程计算的关键是假设仓库1的水位,假设仓库2的水位,通过水量平衡计算仓库2的水位,反过来计算仓库1的水位,通过双重计算可以得到正确的数值。南宁市宾阳县陶鹿、山口、灯头3水库也通过渠道和隧道连接,我们在计算中也采用分别计算的方法,通过三重循环试算获得了正确的数值解决。

6结语

广西水库众多,每个水库的条件各不相同,水库水文资料条件差异较大,同时,水文分析和计算的复杂性,在防洪标准的研究中不可避免地会出现各种问题,本文只列举了一些常见问题。

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