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    清河水库大坝加高影响因素分析

    时间:2020-03-02 04:13:10来源:佩佩美文网 本文已影响 佩佩美文网手机站

    清河水库大坝加高影响因素分析

    朱士戈

    (辽宁省清河水库管理局,铁岭112003)

    1 引言

    清河水库于1958年5月3日兴建,1966年工程全部竣工。水库原设计防洪标准为千年一遇洪水设计、万年一遇洪水校核、多年调节,水库控制流域面积2376平方公里,总库容9.71亿立方米。水库由大坝、溢洪道、泄洪洞组成。大坝为粘土斜墙砂砾坝,坝顶高程138.10米,防浪墙顶高程139.10米,粘土斜墙顶高程136.30米,最大坝高39.60米,水库设计洪水位135.1米,校核洪水位137.4米。

    水库运行至今已经50多年,工程状况、水文资料、工程规范都发生了较大变化,根据《水库大坝安全鉴定办法》的有关规定,2010年清河水库进行了第二次水库大坝安全鉴定工作,鉴定结论为三类坝,需要进行水库除险加固。在水库安全鉴定阶段,水库防洪标准降为500年一遇洪水设计,5000年一遇洪水校核。在加固设计阶段,设计洪水标准仍按500年一遇,校核洪水标准考虑社会经济发展,铁岭市十二五规划(市区人口100万)以及清河水库下游保护农田和工业、交通、军事等重要目标,经慎重研究校核洪水重新定为万年一遇,保持原设计标准。经设计复核,大坝需加高1.15米,即防浪墙顶高程140.25米方能达到万年一遇校核标准。

    2、大坝加高影响因素分析

    2.1水库淤积影响

    清河水库在1998年和2008年分别进行了两次淤积测量(用地形图法),测得泥沙淤积量分别为3350万立方米和4250万立方米,分别占总库容的3.45%和4.38%。水库汛限水位127米,2008年127米高程以上淤积量为899.5万立方米水库防洪库容由5.05亿立方米减少到4.96亿立方米,如果仍要保证5.05亿的防洪库容,则增加0.09亿立方米库容,总库容需达到9.80亿立方米,此时按新的库容曲线,水位将达到138.15米。这说明在水库防洪标准和设计洪水不变的情况下,水库校核洪水位将抬高0.75米。这就是水库淤积对大坝加高的影响。

    2.2设计洪水影响

    2.2.1水库原设计洪水

    清河水库原设计洪水频率计算所用资料共计23年(1935-1944,1949-1961年),其中1951年和1953年清河流域发生大洪水,1951年洪峰流量6450立方米/秒,七天洪量4.76亿立方米,1953年洪峰流量4760立方米/秒,七天洪量5.22亿立方米。洪峰重现期为100年,1951、1953年分别为100年的第一、第二位。原设计洪水只计算了洪峰、七日洪量,十三日洪量,1953、1951年洪水七日洪量作为1856年以来第二、三位洪水,即重现期约为50年、30年左右。原设计采用1953年洪水为典型,水库设计洪水位135.1米,校核洪水位137.4米。

    2.2..2本次除险加固采用设计洪水

    本次清河水库除险加固设计,将清河水库洪水系列延长到2010年,频率计算所用资料共计72年(1935-1944,1949-2010年)。1995年辽河发生了较大洪水,暴雨偏于清河、柴河两水库以上地区。1995年洪水洪峰流量5330立方米/秒,七日洪量5.91亿立方米。该阶段清河水库1951年洪峰重现期仍定为200年第一位,1995年为200年第二位,1953年为200年第三位。三日、七日洪量1995、1856、1953、1951分别按200年的前四位处理。本次采用1953、1995年两种典型设计洪水过程线。调洪成果见下表。

    清河水库洪水调节计算成果表

    典型年

    P(%)

    最大洪峰

    最高水位

    (m)

    库容

    106m3)

    最大泄量

    (m3/s)

    原设计

    特征水位(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 

    由成果可见,按1953年典型洪水,清河水库500年一遇设计水位134.81m,10000年一遇校核水位136.73m
    1995年典型洪水清河水库清河水库500年一遇设计水位135.10m,10000年一遇校核水位138.06m

    由此可见1995年洪水是更不利的典型洪水。

    3、采用规范影响

    清河水库原设计采用苏联40-50年代技术规范,如苏联国定全苏标准:水工建筑物重要性分类ΓOOT3315—46,苏联碾压土石坝设计规范TY24-104-40等。本次加固设计采用规范《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000,《碾压土石坝设计规范》SL274-2001,《水工建筑物荷载设计规范》SL5077-1997等。规范制定相差70年,变化是相当大的。

    原设计百年一遇设计洪水坝顶高程计算公式H=H1%+R+e+A,H1%为百年设计洪水位135.1米,由原规范规定公式算得,R(最大波浪在坝坡上的爬高)1.36米,e(风壅最大水面高度)0.07米,A(安全加高)0.75米,由此算得防浪墙顶高程为137.48米;
    万年一遇非常洪水坝顶高程计算公式H=H0.01%+1.7,1.7米为安全加高,不再另外考虑波浪爬高、风壅水面高度等,计算墙顶高程为139.1米。

    加固设计洪水坝顶高程计算公式与原规范形式相同,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,由现行规范计算的波浪爬高为2.965米,风壅高度0.019米,安全加高规定为1米,H0.1%为千年设计洪水位135.1米,计算墙顶高程为139.09米;
    万年校核洪水坝顶高程计算公式与设计洪水形式相同,即H=H0.01%+R+e+A,经计算R为1.883米,e为0.0078米,A规范规定为0.5米,H0.01%为万年校核洪水位138.06米,由公式算得墙顶高程为140.45米(设计工况风速取多年平均最大风速16.4米/秒的1.5倍为24.6米/秒,校核工况风速取16.4米/秒)。由此可见原设计规范比现行规范标准低。

    3结语

    由以上分析可见,水库淤积、设计洪水改变、采用规范不同,对坝顶高程复核产生很大影响(当然,这些影响只是其中的一部分),经计算防浪墙顶高程提高1.15米。这就要求水库技术管理工作者在水库管理过程中,必须注意水库淤积对水库防洪的不利影响,定期进行淤积测量,重新核定库容曲线;
    设计洪水、采用规范对对大坝高程的影响是显著的。发生大洪水后,必须及时进行水库洪水复核,如不满足防洪要求就必须有应急措施,以确保水库防洪安全。

    参考文献:

    [1]《清河水库工程初步设计第五卷建筑物》,1956年,水利部北京勘测设计院沈阳分院;

    [2]《清河水库除险加固初步设计报告》,2011年,辽宁省水利水电勘测设计研究院;

    [3]《碾压土石坝设计规范》SL274-2001

    [4]闫铁奎、朱士戈等,《清河水库泥沙淤积及其对防洪调度的影响》,99防洪技术国际研讨会论文集,北京。

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