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巴家嘴水庫庫容測量與防洪安全復(fù)核

2020-05-22 05:16
中國水能及電氣化 2020年4期
關(guān)鍵詞:泄洪洞壩頂庫容

(慶陽市巴家嘴水庫管理所,甘肅 慶陽 745000)

1 工程概況

巴家嘴水庫位于涇河一級支流蒲河中段,鎮(zhèn)原、西峰交界處,地處黃土高原地區(qū),壩址以上集雨面積3478km2,水庫現(xiàn)狀防洪標(biāo)準為100年一遇洪水設(shè)計,設(shè)計洪水位1120.95m;2000年一遇洪水校核,校核洪水位1125.94m。正常蓄水位1115.00m,防洪限制水位1111.00m,死水位1095.00m。工程主要由大壩、溢洪道、輸水洞、泄洪洞、增建泄洪洞組成。大壩為均質(zhì)壩,最大壩高75.6m,壩頂高程1126.30m,壩頂長539m,寬6m。溢洪道布置在左壩肩,全長424.65m,最大下泄流量為4708.5m3/s,閘室共分2孔,單孔凈寬13.0m,溢流堰為WES型實用堰,頂高程1106.00m。輸水洞、泄洪洞、增建泄洪洞均布置在左岸山體內(nèi),輸水洞設(shè)計引用流量35m3/s,斷面直徑為2.0m;泄洪洞為有壓短管進口明流洞,最大泄流量103m3/s,斷面直徑為4.0m;增建泄洪洞最大泄流量514.5m3/s,為城門洞形,尺寸為5m×7.5m(寬×高)??値烊?.4億m3,工程等別為Ⅱ等,主要建筑物級別為2級。巴家嘴是一座集防洪、供水、灌溉及發(fā)電于一體的大(2)型水庫。1958年9月動工修建,1962年7月基本建成,后經(jīng)3次加高達到現(xiàn)狀規(guī)模。

2 庫容測量與分析

2.1 庫容測量

因巴家嘴水庫為慶陽市城區(qū)供水主要水源地,為確保城區(qū)供水安全,多年來未按照水利部批復(fù)的“主汛期空庫迎洪、敞泄排沙”的方式進行調(diào)度運用,導(dǎo)致當(dāng)前水庫淤積十分嚴重。2019年10月,慶陽市巴家嘴水庫管理所委托黃河水利委員會三門峽庫區(qū)水文水資源局,采用斷面法對巴家嘴水庫庫容進行了全斷面測量,利用斷面實測成果數(shù)據(jù)計算出最終各項成果。

根據(jù)1992年汛后施測的水庫淤積斷面情況,在水庫原有固定基本斷面基礎(chǔ)上,將所有施測的斷面設(shè)施全部恢復(fù),在原斷面線上每個斷面兩岸分別埋設(shè)1個斷面控制樁。斷面測驗岸上主要采用GPS.RTK法定線定位測量,水下采用HI-MAX測深導(dǎo)航軟件和回聲測深儀或測深桿施測。兩岸水面以上均測至1127.00m高程以上。

共計施測斷面51個,其中蒲河干流斷面32個,黑河斷面15個,小黑河斷面4個。各支流和干流河道累計施測長度56.6km,其中蒲河30.4km,黑河23.51km,小黑河2.69km。

2.2 測量成果分析

測量數(shù)據(jù)整理與分析主要工作包括外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸、水下測量數(shù)據(jù)錄入、原始資料整理、大斷面成果計算、合理性分析、各項成果計算及資料校核等。資料整理計算采用編寫開發(fā)的水庫計算軟件完成。2019年實測庫容成果與2008年實測、2038年計算庫容成果與庫容曲線分別見表1與圖1。

表1 巴家嘴水庫歷次水位—庫容成果

注2038年計算的預(yù)計庫容,為2004年黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司編制的《甘肅省巴家嘴水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》中調(diào)洪計算采用的水庫運行34年后的計算庫容。

圖1 巴家嘴水庫歷次庫容曲線

由表1與圖1可見,庫水位1121.00m以下,2019年實測庫容小于2038年計算庫容;庫水位1121.00m以上,2019年實測庫容略大于2038年計算庫容;2019年實測1104.30m以下庫容為0,死庫容(死水位1095.00m)已全部被侵占;正常蓄水位1115.00m以下庫容為539萬m3,僅為2008年實測興利庫容的20%。

當(dāng)前汛限水位1111.00m以下對應(yīng)庫容僅64萬m3,難以保證慶陽市城區(qū)供水需求;當(dāng)前校核洪水位1125.94m以下總庫容為1.3728億m3,約為2008年實測總庫容的67%,已十分接近2038年計算庫容,庫容淤積速度快。

2019年實測總庫容已接近2038計算庫容,主要因水庫為確保慶陽城區(qū)供水,多年來未按照設(shè)計的泥沙調(diào)度方式運用,且影響庫容淤積的邊界條件、驅(qū)動因子較復(fù)雜,庫容淤積計算模擬與實際情況會存在偏差。

3 防洪安全復(fù)核

3.1 設(shè)計洪水復(fù)核

在2004年加固設(shè)計報告設(shè)計洪水計算基礎(chǔ)上,延長水文序列重新進行了排頻計算。自2004年以來,巴家嘴水庫以上流域未發(fā)生過特大洪水,延長洪水樣本系列后,相關(guān)統(tǒng)計值計算成果稍有變化,不同頻率設(shè)計也有所變化,整體設(shè)計成果與1981年巴家嘴水庫增建泄洪洞工程初步設(shè)計以及2004年加固設(shè)計成果相當(dāng)。為保持成果的一致性,本次防洪安全復(fù)核仍采用2004年加固設(shè)計洪水成果,即:100年一遇洪水,設(shè)計洪峰流量10100m3/s,三日洪量1.36億m3;2000年一遇洪水,設(shè)計洪峰流量20300m3/s,三日洪量2.55億m3。

3.2 洪水調(diào)節(jié)方式與起調(diào)水位

巴家嘴水庫主汛期為7—8月,此期間當(dāng)預(yù)報入庫洪水流量大于50m3/s時,提前泄空水庫前期蓄水量,空庫迎洪,按死水位1095.00m開閘泄流,進行敞泄滯洪排沙運用。

起調(diào)水位為汛限水位,《水利部關(guān)于甘肅省巴家嘴水庫除險加固工程初步設(shè)計報告的批復(fù)》(水總〔2005〕118號)確定的汛限水位為1111.00m。

3.3 泄流能力復(fù)核

對泄洪洞、增建泄洪洞、溢洪道泄流能力進行了復(fù)核計算(見圖2和表2)。根據(jù)2004年巴家嘴水庫除險加固工程設(shè)計報告,輸水洞不再作為泄洪建筑物使用,因此,輸水洞不參與調(diào)洪計算。

圖2 總泄流能力對比

表2 泄流能力復(fù)核成果

由泄流能力復(fù)核成果可見,本次復(fù)核總泄流能力與除險加固設(shè)計總泄流能力幾乎一致,大壩泄流能力未發(fā)生較大變化。

3.4 調(diào)洪計算成果

采用水量平衡方程式進行調(diào)洪計算,調(diào)洪過程線見圖3和圖4。

圖3 巴家嘴水庫設(shè)計洪水(P=1%)調(diào)洪過程線

圖4 巴家嘴水庫校核洪水(P=0.05%)調(diào)洪過程線

3.5 計算成果分析

根據(jù)調(diào)洪計算成果,起調(diào)水位1111.00m對應(yīng)的水庫設(shè)計洪水位為1120.63m,校核洪水位為1125.97m,與當(dāng)前特征水位較接近,即2004年除險加固設(shè)計報告確定的特征水位:設(shè)計洪水位1120.95m,校核洪水位1125.94m(見表3)。

表3 調(diào)洪計算成果對比

由表3可見,在設(shè)計洪水、起調(diào)水位不變,庫容與泄流能力未發(fā)生較大變化的前提下,本次復(fù)核特征水位與當(dāng)前特征水位較接近,符合水量平衡一般規(guī)律,因此,本次復(fù)核計算成果合理可信。

3.6 壩頂超高復(fù)核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274—2001),壩頂高程等于其各種運行工況下水庫靜水位加上相應(yīng)壩頂超高,取其最大值。

各運行工況如下:設(shè)計洪水位加正常運用條件的壩頂超高;正常蓄水位加正常運用條件的壩頂超高;校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高;正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高,再加地震安全超高。

壩頂超高計算公式為

y=R+e+A

式中y——壩頂超高,m;

R——計算最大波浪爬高,m;

e——最大風(fēng)壅水面高度,m;

A——安全加高,m。

與現(xiàn)有特征水位相比,本次復(fù)核特征水位變化較小,因此壩頂超高復(fù)核仍采用現(xiàn)有特征水位。壩址風(fēng)區(qū)長度、多年平均最大風(fēng)速取值仍沿用設(shè)計階段成果。大壩為2級建筑物,在正常運用條件下,計算風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速的1.5倍;非常運用條件下,計算風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速。安全加高A在設(shè)計工況下取1.0m,校核工況下取0.5m。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274—2001),計算各工況下最大波浪爬高、最大風(fēng)壅水面高度及壩頂高程(見表4)。

表4 壩頂高程復(fù)核成果

由表4可見,經(jīng)復(fù)核大壩防浪墻頂計算高程為1127.54m,當(dāng)前防浪墻頂高程為1127.50m,基本可滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論與展望

在庫容測量與泄流能力復(fù)核基礎(chǔ)上,對巴家嘴水庫大壩防洪能力進行了復(fù)核計算。當(dāng)前大壩防洪能力經(jīng)復(fù)核計算雖滿足規(guī)范要求,但隨著水庫運行時間推移,庫容將會進一步淤積,當(dāng)前庫容已十分接近加固設(shè)計調(diào)洪計算采用的庫容,因此,水庫防洪風(fēng)險依然較大。建議巴家嘴水庫應(yīng)按照水利部批復(fù)的泥沙調(diào)度方式運用,7—8月主汛期開閘敞泄排沙,同時應(yīng)開展水庫清淤對策研究,適時開展機械清淤,緩解水庫淤積問題,延長使用壽命,充分發(fā)揮其工程效益。?

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