[发明专利]一种特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值确定方法，是一种水工设计依据和水库群风险防控方法，是一种梯级水库群控制梯级特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值确定方法，是一种明确不同梯级布置方案下特级坝增设非常泄洪设施或临时措施在较高水位启动来降低控制梯级泄洪风险的分析计算方法。

背景技术

随着全球极端气候出现频率的加快，水库大坝洪水的设计标准正在不断提高，可能最大洪水PMF或可能最大降水PMP的概念已经不能满足新标准的要求，最典型的梯级开发形成的水库群，设计时要考虑溃坝、极端气候引起的超标洪水，还应考虑诸如地震、滑坡涌浪、降雨与融雪之间的相互作用引发泄水不畅等问题。流域梯级的失事毕竟具有一定的概率性，对于不同大坝防洪标准和不同等级梯级土石坝水库群的复杂格局，一旦上游较低标准水库在上述风险源下发生损坏、泄流不畅以至溃决时，要求下游控制梯级具有足够的调洪能力，在一定程度上可截断、削弱流域上游梯级传递的风险，但其自身溃决将会导致流域局部或全局产生灾难性的后果，这表明整个流域梯级水库群的风险主要取决于干流控制梯级的安全程度，而它能否截断风险与该水库的有效库容、特征水位、来流量和上游溃决之后的预警时间密切相关，这些敏感参数又直接受挡水和泄水建筑物的泄流特征参数制约。

已有研究考虑梯级效应水库群的安全标准，从溃坝定量分析的角度将特级坝的标准进行了重新定义和划分，根据坝高、库容和是否会导致下游梯级连溃，将特级坝分为特1级坝和特2级坝，但究竟哪种等级的大坝或者特1级坝应增设非常泄洪设施或临时的防洪爆破措施在较高水位时启动来降低控制梯级的泄洪风险尚属空白，规范也并未约束。鉴于此，发明一种特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值的计算方法，一方面来判断设置与否，一方面来校核梯级安全风险，解决上述难题。

河流梯级开发规划中，通常在上、中、下游河段适当位置设置控制梯级水库，按照控制梯级特级坝的空间分布将流域梯级划分为上下相当（特1级坝-土石坝群-特1级坝）和上大下小（特1级坝-土石坝群）几大类。随着流域上特1级坝设计标准的提高，泄洪设施规模和标准也随之提高，以确保大坝安全。如果不考虑使用频率，把所有的泄洪设施都按同一标准设计是不经济的。在确保大坝安全的前提下，根据使用频率的高低把泄洪设施分为正常泄洪和非常泄洪设施，以不同的设计标准修建十分必要。通常设置非常溢洪设施的目的是以最小的经济代价换取极端情况下大坝的安全。一般设计基本遵循以下条件：

1）土石坝坝高库大，风险势能高，失事后严重威胁下游1级挡水建筑物或重要城市；

2）按PMF设计时，设置正常溢洪道经济性不高；

3）水文系列资料不全无法正确选定设计洪水或校核洪水；

4）存在极端工况如溃坝、极端气候引发超标洪水和地震闸门破坏引发泄水不畅等发生的可能。

由上述遵循条件可知，梯级水库群规划设计时也只能大致参考，尤其是考虑流域梯级水库群极端工况时并没有规范规定或明确特1级坝非常溢洪设施设计的具体判据条件和方法，导致设计时采取提高大坝安全等级或提高坝顶高程来抵御风险，从而增加大量投资。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值确定方法。所述的方法对于“特1级坝-土石坝群-特1级坝”布置形式的水库群，提出了对特1级坝增设非常泄洪设施的判据及量值计算方法，确定是否增设非常泄洪设施，以避免在洪水和地震等灾害同时出现的极端工况下的溃坝事故。

本发明的目的是这样实现的：一种特级坝增设非常泄洪设施的判据及量值确定方法，所述方法所判断的水坝系统包括：至少四级土石水坝的河道型水库，其中各坝的工程等级为：上游第一级水坝为特1级坝，称为上游特1级坝，最后一级水坝为特1级坝，称为下游特1坝，两个特1级坝之间为多个2等级坝，所述方法的步骤如下：

拟定上游洪水过程线的步骤：设上游超标准洪水为万年一遇加20%，利用万年一遇和PMF典型洪水特征值，采用同频率放大法拟定上游洪水过程线，即给出洪水流量Q_洪水与时间t的序列；

拟定水坝泄水能力降低幅值的步骤：仅发生超标准洪水时，各级水坝的泄水建筑物按全闸过水，当叠加地震引发其中某一泄水闸门失效时，拟定泄水建筑物总泄量降低幅值；

拟定起调水位的步骤：将第一级水坝的水库设计水位作为不利水位，拟定为特1级坝水库的起调水位；