某大坝洪水复核成果应用及泄洪设施改建方案研究实施

某大坝洪水复核成果应用及泄洪设施改建方案研究实施

牛树赟

（大唐云南发电有限公司，云南 昆明，650103）

摘要：某大坝所在河流可研阶段无水文资料，设计采用相邻流域水文资料，参考流域综合面积比指数把相邻流域水文站设计洪水成果转换到坝址，进行工程设计并实施；竣工安全鉴定阶段利用本流域实测洪水成果，进行洪水复核，成果较可研阶段增加较大，现有泄洪设施泄流能力不满足要求；研究泄洪设施改建方案并实施，满足国家设计标准的工程防洪要求。

关键词：洪水复核；成果应用；泄洪设施；改建实施。

0 引 言

某水电站枢纽建筑物由钢筋混凝土面板堆石坝、右岸溢洪道、左岸泄洪排沙洞（导流洞改建而成）、引水建筑物、发电厂房及开关站等组成。拦河坝最大坝高79.0m，正常蓄水位以下库容3613万m³，总装机容量为68MW，工程等别为三等中型工程。挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电等主要建筑物为3级建筑物。大坝设计洪水重现期为100年，校核洪水重现期为2000年。厂房及其附属建筑物设计洪水重现期100年，校核洪水重现期200年。

1 可研阶段设计洪水成果

可研阶段设计时，大坝所在河流无水文资料，相邻流域有某水文站，该站有1959年～2006年共计48年资料系列，设计以相邻流域某水文站作为设计参证站。可研阶段调查到某水文站1984年历史洪水，根据相关文献资料及现场调查，1984年洪水重现期按照1932年以来第二位或者1959年以来第一位考证，历史洪水重现期为37.5年～48年。

设计采用相邻流域某水文站1959年～2006年实测洪水资料系列，1984年作为历史洪水处理，参考流域综合的面积比指数把某水文站设计洪水成果转换到坝址，洪峰流量用面积比的0.87次方转换，洪量用面积比的0.95次方转换，采用P-Ⅲ型曲线适线，以频率曲线与经验点据配合最佳确定统计参数，得到某水文站设计洪水成果，坝址P=0.05%洪峰流量为3920m³/s，P=1%洪峰流量为2270m³/s。

2 开展洪水复核

2.1 基本资料及复核

竣工安全鉴定阶段开展洪水复核收集到本流域实测水文资料及电站运行资料，其中本流域上游约40km处水文站2007～2019年逐日平均流量、洪水水文要素摘录及邻近流域某水文站2007～2019年逐日平均流量、洪水水文要素摘录等水文资料。2014～2019年入库流量采用电站发电、泄洪运行监测数据、水库参数曲线等，依据水量平衡原理进行水务计算得到。本流域水文站实测流量等水文资料较为可靠，电站入库流量资料本次作参考。

2.2 历史洪水调查及复核

根据历史洪水调查及历史文件记载，本流域发生历史洪水的年份有1945年、1932年、1946年3场大洪水，洪峰流量分别为2850m³/s，2400m³/s，1960m³/s。本次根据历史洪水调查整编材料进行了复核，分析认为本流域水文站水位流量关系曲线定线较为合理，水文站断面洪水水位取值相对保守，1945年洪水水位取值范围可在784.98m～785.40m，推算洪峰流量为2610m³/s～2850m³/s。1932年、1946年调查洪痕点相对较少，且调查洪水的可靠程度为“供参考”，设计中参考使用。

2.3 坝址设计洪水复核

根据资料条件，坝址设计洪水采用四种方法计算，一是依据上游约40km处水文站设计洪水按面积比方法推算；根据本流域水文站设计洪水，参照本流域历史洪水综合的面积比指数或邻近流域设计洪水综合的面积比指数，将设计洪水成果推算至坝址；二是依据本流域水文站设计洪水，按水文站～水库洪水相关关系推算；三是直接采用水库设计洪水成果；四是依据邻近流域某水文站设计洪水按面积比方法推算。本次流域设计洪水分析计算，根据资料条件采用了四种方法得到坝址设计洪水成果；本次坝址设计洪水复核推荐采用方法一成果，坝址P=0.05%洪峰流量为5190m³/s，P=1%洪峰流量为2990m³/s。

3 洪水复核成果应用

本次采用流域实测水文资料，经洪水资料系列插补延长，结合历史洪水调查资料，洪水系列的代表性较好。经采用多种方法分析计算，合理选定采用成果，并与邻近流域设计洪水综合对比分析，结果显示流域设计洪水相对较高，与本地区为暴雨高值区的特征基本相符。与电站可研阶段设计洪水成果相比，本次2000年一遇设计洪峰流量增大32.4%、24h洪量增大46.6%、3日洪量增大39.9%，对工程防洪安全影响较大。

4 工程防洪复核分析

4.1大坝防洪复核

电站泄洪建筑由右岸开敞式溢洪道和左岸泄洪排沙洞组成。正常蓄水位情况下总泄流能力为3400m³/s。按照复核后的洪水成果，汛期从757m起调，遭遇100年一遇设计洪水，设计洪水位为762.53m；遭遇200年一遇洪水时，水库最高洪水位为764.49m；遭遇300年一遇洪水时，水库最高洪水位765.73m，已接近水库大坝允许的最高水位；当遭遇2000年一遇洪水时，水库水位将超过坝顶高程。

4.2 厂房防洪复核

厂房度汛标准100年一遇设计洪水洪峰流量从2430m³/s增加至3080m³/s，200年一遇校核洪水洪峰流量从2830m³/s增加至3600m³/s，相应厂房尾水位（考虑下游电站回水）分别为 651.58m、652.09m，低于厂区平台高程（653.5m）1.92m、1.41m，满足防洪要求。

5 泄洪设施改建方案研究实施

5.1泄洪设施改建原则

根据复核洪水增大的量级情况，结合大坝、泄洪建筑物现有泄流能力可能的改造方案，改建方案的主要原则为大坝主体结构不动，特征水位尽量不作调整，不改变工程的等别和主要建筑物的级别；对已建建筑物影响小，尽量以调整单个建筑物原则，不改变原有的运行调度方式；对周边环境、附属设施影响小，改、扩建后的泄洪设施对下游的河道的冲刷影响小，改建工程投资小，工期短。

5.2泄洪设施改建方案初选

对可能的改造方案进行初选，一是溢洪道改建方案，溢洪道作为土石坝重要的泄洪设施，超泄能力强，改造施工对工程安全影响较大，工期也相对长，施工风险也较大，不推荐溢洪道改建方案；二是右岸新建泄洪设施方案，右岸新增泄洪洞，总体具备布置条件，但工程量大、工期长，投资最大，不推荐该方案；三是泄洪洞改建方案，原泄洪洞有压进口段、事故检修闸门井段、有压洞身段均可可保留，只对泄洪洞出口段进行拆除及扩建，工程量相对较小，改建施工时检修闸门可以挡水，施工条件较好，改建期溢洪道作为度汛泄洪设施，泄流能力强，对改建期工程安全性较好。推荐泄洪洞改建方案。

5.3泄洪洞改建方案比选

泄洪洞改建方案主要思路是增大泄洪洞出口控制断面面积，拟定以下两种布置方案进行比较。一是出口拆除改建方案，即拆除原泄洪洞工作闸门、启闭机及混凝土，将出口改建增大泄洪排沙洞出口尺寸，孔口尺寸由2—3.5m×5m（孔数－宽×高，下同）调整为 2—4.5m×9m，出口断面面积扩大为81m2；二是新建泄洪岔洞方案，保持原泄洪洞出口不变，在原洞有压转弯段后增加泄洪岔洞，新建泄洪出口，新增孔口尺寸为 1—6m×8m，通过增加出口数量，使出口总的断面面积扩大为 81m2。 两个方案泄洪洞出口总断面面积相同，初步计算出口闸门全开时，泄流能力增加1100m3/s。

综合分析出口拆除改建方案与新建泄洪岔洞方案，新建泄洪岔洞方案新增永久占地35亩，需要重新办理审批手续，难度较大，隧洞施工段较长，在隧洞开挖过程中受地质不利因素的制约可能性较大，不确定因素相对较多，新建岔洞泄洪运行时洞内岔洞水力学条件复杂，易发生破坏。经技术经济综合分析比较，泄洪洞出口段拆除改建方案，建筑物布置条件好，施工工期较短，施工过程中不确定因素少，推荐泄洪洞出口段拆除改建方案。

5.4泄洪洞改建实施

洞内改建段（洞0+298.00m～洞0+318.00m）考虑施工条件和水力学过流条件，洞内改建段边墙两侧对称扩宽。自洞0+298.00渐变段末端开始，至洞0+318.00m出洞口为20m长的扩散（压坡）段，洞段为矩形断面，洞内净宽由11m扩宽至13.5m，水平扩散角为3.6°，顶板高度由11m降低至9.34m，压坡坡比为1：11.1，隧洞底板坡度为i=0.693%。在隧洞内布置变厚度中隔墙，隔墙端部为直径2.13m的半圆形，末端4.5m的方形，中隔墙的两侧表面和衬砌边墙平行。洞内衬砌每10m设一道结构缝，缝内设两道铜止水。洞内衬砌混凝土标号为二级配C35泵送混凝土。

工作闸门段（洞0+318.00m～洞0+344.98m）长为26.98m，共分为两孔，每孔宽度为4.5m，高9.0m，中墩厚度为4.5m，边墩厚度为4m，底板厚度为3m，底槛高程为694.60m。支铰中心为706.6m，支铰大梁断面尺寸为5.4m×4.3m。闸室闸墩及底板混凝土采用C35二级配常态混凝土，支铰大梁采用C40二级配常态混凝土。门槽二期混凝土采用C35一级配混凝土，锚块二期混凝土采用C40一级配混凝土。闸室段采用预应力闸墩，宽度21.5m，中墩4.5m，两侧边墩厚4m，尾部采用预应力混凝土梁结构，弧门支铰作用在弧门支铰梁上。

出口挑坎段（洞0+344.98m～洞0+370.50m）采用窄缝消能，长25.52m。底板仍采用坡度为1：8的斜坡，鼻坎顶高程697.94m。中墩采用变厚度布置，始端宽度4.5m，末端宽度6.5m，两侧边墙平面收缩，平面收缩比为1:25，过流断面从4.5m渐变为2.5m，边墙顶部坡比为1：3.42，边墙顶高程717m，通过边墙收缩，将水舌竖向拉伸消能。挑坎边墙和底板过流面采用C40抗冲磨混凝土，其他部位采用C25常态混凝土。

6 类似工程设计及投运后改造建议

针对缺少水文资料开展工程设计时，应充分考证本流域历史洪水，采用以相邻流域水文站作为设计参证站时，应充分考虑本流域局部特殊气候、气象条件，分析集雨面积、暴雨特性、降雨等值线与参证站所在流域差异。

电站投运后加强本流域水文资料收集，掌握本流域洪水特性，及时开展洪水复核。需要开展泄洪设施改造的，应充分考虑改建期安全泄洪需要，尽量以调整单个建筑物原则，同时应开展溃坝洪水分析，做好流域上、下游水库水位控制，建立并落实相应的应急管控措施，确保改建期防洪安全。改造实施方案应综合分析地质条件、改建扩挖安全管控措施、施工工期及对生产运营的影响，并在一个枯水期内完成。

7结 语

受历史条件影响，部分电站设计初期无水文资料，经过电站建设运行，收集到本流域实测水文资料，通过开展洪水复核，掌握本流域水文实际情况，通过分析已有泄洪建筑物泄洪能力，评价大坝防洪安全性，根据评价结果开展泄洪设施改建，满足工程防洪标准要求，确保大坝防洪安全。相关经验可供同类工程借鉴。

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作者简介：牛树赟（1973.9— ），男，河北张家口，高级工程师，主要研究运行期设备安全管理工作。

作者邮箱：470685867@qq.com