云南省德宏州芒市水利局水利水电勘测设计队 云南芒市 678400
摘要：水库建设是我国水利工程中重要的建筑物，随着社会经济的不断进步，在地质环境与经济发展相协调情况下，水库除险加固尤为重要。以坪子坝塘工程为例，通过调查研究坝塘存在工程、运行等诸多病险隐患，需要进行除险加固工程改造。设计暴雨洪水计算是水库除险加固设计中的重要一部分，通过采用流量资料直接推求设计洪水和暴雨资料推求设计洪水两种方法进行计算，将两种计算设计洪水成果进行比较，并提出相应的研究建议，为水库除险加固工程提供设计依据，同时也为类似工程建设提供参考和与借鉴。
关键词：除险加固；暴雨；设计洪水；计算分析
引言
病险水库的除险加固与安全鉴定的核心问题就是设计洪水的复核，也是首要解决的问题，它直接关系的工程安全、运行、财产等相关问题。在水利工程除险加固设计过程中，一定要综合对比各个设计方案的科学性和合理性，因地制宜，选择最佳的设计方案，采取先进合理的施工方法，充分发挥出除险加固的效果，确保水利工程在运行过程中具有良好的稳定性，发挥更大的综合效益[1]。
对于设计洪水的研究我国开展的比较早，主要是根据实测的流量与暴雨资料进行分析计算设计洪水。例如，谢勇[2]分析水库大坝等重要建筑出现渗漏、腐蚀严重等问题，阐述了水库重要建筑的加固设计及施工技术问题；黄燕[3]等人分析人类活动影响、建库后产流汇流特性的变化及其对洪水的影响，并运用在设计洪水复核中；姜彪[4]等人在进行除险加固设计中采用罗氏法与水科所法两种方法进行对比计算，得出水库坝址断面的设计洪峰流量。因此，本文在研究成果的基础上，运用同一流域的实测水文资料，考虑坪子坝塘是一座以灌溉为主，兼顾人畜饮水任务的综合利用水利工程，开展除险加固设计洪水的复核分析与计算，为水库调洪计算和大坝抗洪能力评价提供重要的科学依据。
1工程概况
坪子坝塘位于云南省德宏州芒市五岔路乡坪子村，水库坝址位置东经98°15′15″，北纬24°23′09″，坝塘所在河流属芒市河支流红丘上游支流。坝塘坝址以上集水面积0.5km2，河长1.15km，坡降2.63%。坝塘现状枢纽建筑物为大坝、输水涵管。现状大坝为均质土坝，坝长50m，坝高约7.2m，现状坝顶高程为1086.7m，坪子寨坝塘总库容4.29万m3。
研究区域气候上属于南亚热带山地季风气候，年平均气温19.5℃，极端最低气温-0.6℃，极端最高气温36.2℃，≥10℃的活动积温为6000℃，年日照时数2402.0小时。年辐射总量为6077.18兆焦耳，年平均降雨量1390mm，降雨天数为171日，5-10月为雨季，降雨量为全年降雨量的89.9%，平均相对湿度79%，气候上总的特点是干湿季分明，湿热同季，冬无严寒，夏无酷热，年温差小，日温差大，春温高，光照充足，雨量充沛。
2研究内容
2.1数据资料
根据历史资料查询，坪子坝塘及引流区均无水文气象资料，只能借用同一水系流域的木康水文站水文气象资料。木康水文站位于芒市大河上游，与设计流域相距不远，属同一气候区。该站集水面积218k㎡，有1960～2007年共46年实测水文资料及1946年历史洪水调查资料。
木康水文站为国家基本站，其资料基本达到国家有关规范要求。影响降雨的主要因素不会受人类活动影响加剧明显改变，基本处于相对稳定状态，可以认为暴雨成因前后是具有较高的一致性。木康水文站资料系列超过30年，且随机地分布大暴雨、暴雨和一般暴雨，满足规范要求，其系列长度基本满足计算要求。同时从上世纪八十年代以来，省级专家在进行勐板河水库设计工作时对该站资料的可靠性、一致性、代表性已做出细致分析、复核，因此可以认为该站的水文资料基本能满足坪子坝塘设计要求。
2.2技术路线
根据相关的国内外研究成果和类似国内工程项目实践研究，以五岔路坪子寨坝塘的现状坝址工程地质问题实际情况，构建出五岔路乡石板村坪子坝塘除险加固工程设计洪水计算技术流程图，见图1。
3实例分析
3.1洪水特性分析
坪子坝塘位于高黎贡山以西、亚热带湿润气候区，水汽主要来自西南暖湿气流。暴雨洪水由高空低涡或切变与地面锋相伴出现形成，具有明显季节性，进入汛期，受到高黎贡山的阻挡，地面锋和高空切变常停滞在该地区而产生量大而持久的降雨，形成滇西多雨区。降雨量的年际变化不大，但年内分配不均，降雨量主要集中于5～10月，其量占全年降雨量的80%以上。本地区洪水由暴雨产生，洪水季节性与暴雨相对应，由于流域径流面积小，河道坡度陡，汇流速度快，形成洪水峰形尖瘦，峰高量小属山区性河流。
3.2设计暴雨与洪水计算[5-6]
根据《云南省暴雨洪水查算实用手册》可知，研究区域处于暴雨区划图的第4区，产汇流分区图的第8区，即：流域土壤最大缺水量Wm=120mm，流域土壤前期蓄水量Wt=100.0mm，平均稳定入渗率fc=4.5mm/h，降水径流关系不平衡量ΔR=6.0mm，雨期日蒸发量E=3.0mm/d。汇流分区参数FQ＝8，即汇流系数：Cm＝0.39，Cn＝0.71，最大基流量Qg＝1.75（m3/s•100 km2）。根据以上参数和设计流域特征值（面积、河长、主河道平均坡降）以及设计暴雨主净雨强调的资料，进行计算设计断面产汇流参数。
图1 坝塘除险加固工程设计洪水计算技术路线图
3.2.1流量资料直接推求设计洪水
根据木康水文站1960～2005年46年实测洪水资料加历史洪水调查和插补值组成不连序的洪峰流量和最大24小时洪量系列，分别进行频率计算。经验频率按期望公式计算，统计参数按矩法公式计算，具体结果见表1。坪子坝塘设计洪水按下式计算：
Qm设=（F设/F参）0.7Q参
W24设=（F设/F参）0.7W24参
Cv及倍比直接移用，具体成果见表2。
表1木康水文站年最大洪峰流量、24小时洪量频率成果表
表2坪子坝塘最大洪水频率成果表
3.2.2暴雨资料推求设计洪水
根据坪子坝塘流域重新查《云南省暴雨统计参数图集》，应用《云南省暴雨径流查算图表》计算坪子坝塘设计洪水，计算成果见表3、表4。
表3坪子坝塘暴雨频率计算成果表
表4坪子坝塘暴雨洪水设计洪水成果表
3.3设计洪水过程选用
本文采用流量资料直接推求设计洪水和暴雨资料推求设计洪水两种方法进行计算，将两种计算设计洪水成果进行比较见表5。
表5坪子坝塘两种方法设计洪水成果比较表
将面积比拟法、暴雨洪水法两种方法所得设计洪水成果进行比较，洪峰流量偏小-5.6%～28.1%；24小时洪量偏小155.7%～190.7%。主要原因是参证站与设计水库径流面积相差太大，两流域的产汇流条件有所不同而造成的。考虑到《云南省暴雨统计参数图集》编制依据充分，经过省、部级专家审查，为近期刊印公布使用的成果，是规范推荐用于无资料地区小流域设计洪水计算方法，且计算成果偏安全，故采用查图计算成果。
3.4设计洪水过程合理性分析
根据计算设计洪水所采用的雨型和产汇流参数由《云南省暴雨径流查算图表》查得，具体参数是由实测雨洪资料分析而来，并经水利专家审查通过与批准使用。坪子坝塘流域径流面积仅为0.5km2，降雨即形成洪水，起涨过程很短，将遮相水库设计洪水过程线点绘于同一张图，可见峰型完整，间距较合理，没有交叉现象。因此，通过综合分析与检查，坪子坝塘设计洪水计算成果是合理的，设计供水过程线见图2。
图2坪子坝塘设计洪水过程线图
4结语
通过对坪子坝塘除险加固工程设计洪水计算，坪子坝塘及引流区属于无水文气象资料，借用同一水系流域的水文站水文气象资料，进行设计暴雨洪水计算，其结果是合理的，基本能满足坪子坝塘设计要求。设计暴雨洪水的计算，为除险加固工程的改造设计提供科学的理论依据，保证工程改造后能满足安全性的要求，同时也为该地区相似工程的建设提供了参考与借鉴。在今后设计洪水复核中，要保持客观态度，认识存在问题，采用合理法法，为水利工程的改造设计打下良好的基础。
参考文献：
[1]马海燕，陈小琼.棺材沟水库除险加固工程的设计[J].水利科技与经济，2013，19（7）：19-20.
[2]谢勇.某水库除险加固工程设计及施工技术分析[J].中国水运，2016，16（11）：217-218.
[3]黄燕，王辉，张明波.水利水电工程除险加固中的设计洪水复核[J].人民长江，2006，37（4）：36-38.
[4]姜彪，李成振，丁曼.基于DEM 的山区小型水库设计洪水计算方法及应用[J].水利规划与设计，2015，（8）：53-56.
[5]区铭亮.北坪水库除险加固工程水文计算设计[J].中国水运，2015，15（7）：189-191.
[6]李瑞生，秦雪梅.杜寨水库除险加固工程水文计算[J].山西建筑，2007，33，（31）：357-359.
论文作者:宗青青
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/16
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