清河水库大坝加高影响因素分析
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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 Γ OOT3315―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 Ϊ 1.883 米， e Ϊ 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。