清河水庫大壩加高影響因素分析
清河水庫大壩加高影響因素分析
朱士戈
(遼寧省清河水庫管理局,鐵嶺112003)
1 引言
清河水庫於<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />
水庫執行至今已經50多年,工程狀況、水文資料、工程規範都發生了較大變化,根據《水庫大壩安全鑑定辦法》的有關規定,2010年清河水庫進行了第二次水庫大壩安全鑑定工作,鑑定結論為三類壩,需要進行水庫除險加固。在水庫安全鑑定階段,水庫防洪標準降為500年一遇洪水設計,5000年一遇洪水校核。在加固設計階段,設計洪水標準仍按500年一遇,校核洪水標準考慮社會經濟發展,鐵嶺市十二五規劃(市區人口100萬)以及清河水庫下游保護農田和工業、交通、軍事等重要目標,經慎重研究校核洪水重新定為萬年一遇,保持原設計標準。經設計複核,大壩需加高1.15米,即防浪牆頂高程140.25米方能達到萬年一遇校核標準。
2、大壩加高影響因素分析
2.1水庫淤積影響
清河水庫在1998年和2008年分別進行了兩次淤積測量(用地形圖法),測得泥沙淤積量分別為3350萬立方米和4250萬立方米,分別佔總庫容的3.45%和4.38%。水庫汛限水位127米,2008年127米高程以上淤積量為899.5萬立方米水庫防洪庫容由5.05億立方米減少到4.96億立方米,如果仍要保證5.05億的防洪庫容,則增加0.09億立方米庫容,總庫容需達到9.80億立方米,此時按新的庫容曲線,水位將達到138.15米。這說明在水庫防洪標準和設計洪水不變的情況下,水庫校核洪水位將抬高0.75米。這就是水庫淤積對大壩加高的影響。
2.2設計洪水影響
2.2.1水庫原設計洪水
清河水庫原設計洪水頻率計算所用資料共計23年(1935-1944,1949-1961年),其中1951年和1953年清河流域發生大洪水,1951年洪峰流量6450立方米/秒,七天洪量4.76億立方米,1953年洪峰流量4760立方米/秒,七天洪量5.22億立方米。洪峰重現期為100年,1951、1953年分別為100年的第一、第二位。原設計洪水只計算了洪峰、七日洪量,十三日洪量,1953、1951年洪水七日洪量作為1856年以來第二、三位洪水,即重現期約為50年、30年左右。原設計採用1953年洪水為典型,水庫設計洪水位135.1米,校核洪水位137.4米。
2.2..2本次除險加固採用設計洪水
本次清河水庫除險加固設計,將清河水庫洪水系列延長到2010年,頻率計算所用資料共計72年(1935-1944,1949-2010年)。1995年遼河發生了較大洪水,暴雨偏於清河、柴河兩水庫以上地區。1995年洪水洪峰流量5330立方米/秒,七日洪量5.91億立方米。該階段清河水庫1951年洪峰重現期仍定為200年第一位,1995年為200年第二位,1953年為200年第三位。三日、七日洪量1995、1856、1953、1951分別按200年的前四位處理。本次採用1953、1995年兩種典型設計洪水過程線。調洪成果見下表。
清河水庫洪水調節計算成果表
典型年<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /> | P(%) | 最大洪峰 | 最高水位 (m) | 庫容 ( | 最大洩量 (m3/s) | 原設計 特徵水位(m) |
1953 | 0.2 | 7840 | 134.81 | 781 | 3184 | |
0.1 | 9030 | 134.99 | 791 | 3273 | 135.3 | |
0.01 | 13100 | 136.73 | 888 | 4207 | 137.4 | |
1995 | 0.2 | 7840 | 135.10 | 797 | 3331 | |
0.1 | 9030 | 135.76 | 832 | 3679 | 135.3 | |
0.01 | 13100 | 138.06 | 968 | 4982 | 137.4 |
由成果可見,按1953年典型洪水,清河水庫500年一遇設計水位
由此可見1995年洪水是更不利的典型洪水。
3、採用規範影響
清河水庫原設計採用蘇聯40-50年代技術規範,如蘇聯國定全蘇標準:水工建築物重要性分類ΓOOT3315—46,蘇聯碾壓土石壩設計規範TY24-104-40等。本次加固設計採用規範《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000,《碾壓土石壩設計規範》SL274-2001,《水工建築物荷載設計規範》SL5077-1997等。規範制定相差70年,變化是相當大的。
原設計百年一遇設計洪水壩頂高程計算公式H=H1%+R+e+A,H1%為百年設計洪水位135.1米,由原規範規定公式算得,R(最大波浪在壩坡上的爬高)1.36米,e(風壅最大水面高度)0.07米,A(安全加高)0.75米,由此算得防浪牆頂高程為137.48米;萬年一遇非常洪水壩頂高程計算公式H=H0.01%+1.7,1.7米為安全加高,不再另外考慮波浪爬高、風壅水面高度等,計算牆頂高程為139.1米。
加固設計洪水壩頂高程計算公式與原規範形式相同,即H=H0.1%+R+e+A,但是波浪爬高公式、水面高度公式不同,安全加高值也不同,由現行規範計算的波浪爬高為2.965米,風壅高度0.019米,安全加高規定為1米,H0.1%為千年設計洪水位135.1米,計算牆頂高程為139.09米;萬年校核洪水壩頂高程計算公式與設計洪水形式相同,即H=H0.01%+R+e+A,經計算R為1.883米,e為0.0078米,A規範規定為0.5米,H0.01%為萬年校核洪水位138.06米,由公式算得牆頂高程為140.45米(設計工況風速取多年平均最大風速16.4米/秒的1.5倍為24.6米/秒,校核工況風速取16.4米/秒)。由此可見原設計規範比現行規範標準低。
3結語
由以上分析可見,水庫淤積、設計洪水改變、採用規範不同,對壩頂高程複核產生很大影響(當然,這些影響只是其中的一部分),經計算防浪牆頂高程提高1.15米。這就要求水庫技術管理工作者在水庫管理過程中,必須注意水庫淤積對水庫防洪的不利影響,定期進行淤積測量,重新核定庫容曲線;設計洪水、採用規範對對大壩高程的影響是顯著的。發生大洪水後,必須及時進行水庫洪水複核,如不滿足防洪要求就必須有應急措施,以確保水庫防洪安全。
參考文獻:
[1]《清河水庫工程初步設計第五卷建築物》,1956年,水利部北京勘測設計院瀋陽分院;
[2]《清河水庫除險加固初步設計報告》,2011年,遼寧省水利水電勘測設計研究院;
[3]《碾壓土石壩設計規範》SL274-2001
[4]閆鐵奎、朱士戈等,《清河水庫泥沙淤積及其對防洪排程的影響》,99防洪技術國際研討會論文集,北京。
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