上游大坝溃决对窑里水库校核洪水位影响分析
康芳华;简鸿福;吕辉;查斌
【摘 要】当某河流存在上游水库比下游水库校核洪水重现期低的情况,在计算下游水库校核水位时,上游水库大多已经超过校核洪水标准,理论上来说将发生漫坝的事件,应考虑上游水库溃坝对下游水库调洪造成的影响.本文以江西省新干县窑里水库为例,在上游小型水库是否溃坝工况下分别推求入库洪水过程,通过调洪演算计算出两种工况下的校核洪水位,得出上游水库溃坝对窑里水库校核洪水位的影响.结果表明:考虑上游溃坝情况下窑里水库校核洪水位比不溃坝时要高0.36m,在工程设计、安全鉴定复核时应注意其影响.
【期刊名称】《江西水利科技》
【年(卷),期】2019(045)003
【总页数】5页(P180-184)
【关键词】上游溃坝;洪水过程;调洪演算;校核洪水位
【作 者】康芳华;简鸿福;吕辉;查斌
【作者单位】丰城市水利水电技术服务站,江西 丰城 331100;江西省水利科学研究院,江西 南昌 330029;江西省水利科学研究院,江西 南昌 330029;新余市渝水区水利局,江西 新余 338005
【正文语种】中 文
【中图分类】TV214
0 引 言
江西是水库大省，水库数量居全国第2 位。截至2017年年底，全省已建成水库10 819 座，其中大型水库30 座、中型水库263 座、小型水库10 526 座[1]。随着经济社会发展及水资源的开发利用，很多大中型水库建成后，上游河道又陆续兴建了一些小型水库，其防洪标准一般都比大中型水库要低很多，因此，按照相应的防洪标准在计算下游大中型水库校核洪水位时，上游小型水库已经超过其最大防洪标准运行，在此工况下，应考虑上游水库溃坝引起的洪水对下游水库调洪演算的影响，从而采取合适的措施来对其进行消除，达到大
中型水库安全运行的目的。
近年来，溃坝洪水最大流量、洪水演进过程和历时等计算方法和数学物理模拟都有了较大进展。1892年，德国里特尔首次提出溃坝流量的计算公式，经过多年发展，现行的方法及可采用的经验公式很多，如斯托克法、波额流量法、铁道部科学研究院经验公式、辽宁省水文总站公式等[2-4]。本文以新干县窑里水库为例，计算上游的水库在溃坝情况下对窑里水库校核洪水位的影响，为工程安全提供理论依据，以期为其他类似工程的计算提供参考。
1 工程概况
窑里水库位于赣江一级支流沂江河上游，大坝座落在江西省新干县城上乡河陂村，集水面积74.2km2，水库总库容3 830 万m3，主河长14.73km，河道平均坡降7.87‰，流域形状成扇形。根据SL252-2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见》的规定，窑里水库设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，近期非常运用洪水标准为500年一遇。
坝址上游有支流左湖水发源于雷山西南部，1985年左湖水上游兴建了灌庄和小黎山水库。灌庄水库集水面积15.3km2，距窑里水库6.0km，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准500年一遇，校核洪水位232.45m（黄海高程，下同），总库容266×104m3，坝长156.00m，最大坝高38.50m。小黎山水库集水面积8.0km2，距窑里水库8.0km，设计洪水标准30年一遇，校核洪水标准300年一遇，校核洪水位329.50m，总库容65.3×104m3，坝长160.00m，最大坝高32.00m。河道两侧高山峻岭，森林密布，河岸为花岗岩风化区和小灌木区。
2 洪水计算
2.1 不考虑上游溃坝时洪水计算
2.1.1 洪水推求方法
根据《江西省暴雨洪水查算手册》（江西省水文局，2010年，以下简称《手册》），采用瞬时单位线法推求设计洪水过程。
2.1.2 暴雨参数选取
本流域内无水文测站，没有实测流量资料，邻近流域内也无降雨成因、产汇流条件相似的水文测站可作为参证站。因而本次通过查《手册》附图的方法来分析计算水库的降雨情况，流域各时段雨量特征值见表1。
表1 窑里水库各时段雨量特征值项目时段H24 H6 H3 H1暴雨均值/mm Cv Cs/Cv Kp 0.1%点暴雨设计值/mm 0.1%点面折算系数α面暴雨设计值/mm 0.1%125 0.50 3.5 3.79 473.75 0.991 1 469.53 70 0.48 3.5 3.63 254.10 0.977 9 248.48 201.67 0.975 6 196.75 46 0.40 3.5 3.04 139.84 0.972 9 136.04
2.1.3 洪水过程线推求
本次采用计算时段Δt=3h，按《手册》中提供的暴雨时段分配比例，求得P=0.1%的时段暴雨分配量。按《手册》中的瞬时单位线法和分析计算步骤求得校核洪水标准的设计洪水过程，成果见表2和表3。
2.2 溃坝洪水计算
2.2.1 计算方法及边界条件
表2 瞬时单位线法推求水库设计洪水流量过程注：一段为3 个小时，流量单位为m3/s。时段序号 频率0.1% 时段序号 频率0.1% 时段序号 频率0.1%1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 11 12 13 4.6 14.5 17.8 101.2 194.8 758.1 644.9 352.1 178.5 89.0 49.3 32.5 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 25.6 23.9 24.2 25.0 26.3 27.8 29.2 27.7 26.2 24.6 23.1 21.5 20.0 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 18.5 16.9 15.4 13.8 12.3 10.8 9.2 7.7 6.2 4.6 3.1 1.5 0
表3 校核标准设计洪水洪峰流量和洪量成果表项 目 洪峰/（m3/s） 频率0.1% 758.1 洪量/（104m3）311 3
据国内外资料统计，超水库防洪能力导致溃坝的约占35%；设计施工缺陷约占40%；滑坡、渗漏、沉陷、管涌等原因占25%[5]，其中土坝的溃决主要以漫顶最为常见，决口位置大多位于坝体中部。
上游小型水库为土坝，属逐渐溃坝类型，但由于溃坝水流冲击力极强，从决口开始到基本形成最终稳定断面时为止，时间很短，为安全计，可考虑按瞬时溃坝处理。
由于上游水库校核标准较低，本次计算假定水库的入库洪水超过校核标准洪水时大坝溃决，此时，坝内水位超过校核洪水位，溃坝水体采用校核洪水位以下的水体，即采用总库容来计算。上游水库集雨面积不大，边界条件简化为不考虑溃坝后的上游来水、溃坝前坝内流速及下泄流量。
