梁敏慧

(臺州市水利局，浙江臺州 318000)

0 引言

長潭水庫位于浙江省臺州市黃巖區(qū)境內(nèi)，是臺州市的命脈水利工程，水庫工程于1958年動工，1964年竣工，大壩為粘土斜墻砂卵石土壩，工程自竣工后至2002年除險(xiǎn)加固前，由于大壩工程質(zhì)量問題，以及庫區(qū)移民和土地征用等問題，水庫長期限制蓄水，梅汛期降至33.00 m，臺汛期降至31.00 m，不能按設(shè)計(jì)運(yùn)用.期間，庫水位超過正常蓄水位36.00 m高程(原溢洪道頂高程)僅為兩次.1990年8、9 月間水庫連續(xù)遭遇 12#、15#、17#、18#等4 次臺風(fēng)暴雨，9月9日出現(xiàn)水庫歷史最高水位38.09 m，入庫洪水總量 4.5 ×108m3，洪峰流量 3 900 m3/s，最大下泄流量560 m3/s.水庫運(yùn)行最低水位為11.67 m(1967年9月).隱患日益凸顯，為此，2002－2005年水庫實(shí)施了除險(xiǎn)加固工程，總投資達(dá)1.78億元，對大壩壩體、泄洪洞和溢洪道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面強(qiáng)筋健骨，2005年3月竣工驗(yàn)收后，水庫總庫容從原6.91億m3增加到7.32以m3，樞紐工程面貌煥然一新，正常蓄水位首次恢復(fù)到36 m，真正達(dá)到了100 a一遇設(shè)計(jì)1 000 a年校核的設(shè)計(jì)要求.

1 溢洪道安全分析

1.1 變形監(jiān)測計(jì)算

溢洪道左、右岸邊坡共設(shè)置變形測點(diǎn)11個(左岸10個，右岸1個)，溢洪道變形一年觀測2～4次.參照《浙江省臺州市黃巖區(qū)長潭水庫監(jiān)測資料分析評價報(bào)告》(南京水利科學(xué)研究院，2011年6月)相關(guān)成果，變形監(jiān)測主要分析結(jié)論如下.

(1)溢洪道位移呈一定的年周期變化，主要受氣溫的影響，一般表現(xiàn)為:氣溫下降，溢洪道水平位移表現(xiàn)為向上游位移，豎向位移表現(xiàn)為下沉;反之則反.其變化規(guī)律基本符合基巖熱脹冷縮的規(guī)律性.庫水位對溢洪道位移影響較小.各測點(diǎn)測值變化規(guī)律具有一致性，表明溢洪道變形均勻穩(wěn)定，無明顯相對位移現(xiàn)象.

(2)從變化趨勢來看，溢洪道水平位移測值基本在－5～10 mm之間變化，基本趨于穩(wěn)定;豎向位移在2007年以前變幅及下沉位移均較大，之后測值基本在－20～10 mm之間變化，但總體表現(xiàn)為上抬位移趨勢.

(3)溢洪道水平位移向上游變形的最大測值為7 mm，向下游變形的最大測值為14 mm，豎向位移最大沉降量為28 mm，最大上抬位移量為27 mm.變形量相對較大，這可能與觀測精度相對不高有一定的關(guān)系，考慮溢洪道岸坡為高邊坡，建議提高觀測精度的同時加強(qiáng)觀測.

1.2 水力復(fù)核計(jì)算

(1)泄流能力復(fù)核

依據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253－2000)并結(jié)合水庫溢洪道實(shí)際情況，其泄流能力按駝峰堰計(jì)算，計(jì)算公式［1］為:

式中:Q—流量，m3/s;B—寬頂堰總凈寬，m;

H0—計(jì)入行進(jìn)流速的堰上總水頭，m;

g—重力加速度，m/s2;ε—閘門側(cè)收縮系數(shù);

ζ0—中墩形狀系數(shù);ζk—邊墩形狀系數(shù);

m—駝峰堰流量系數(shù)，本工程為b型堰，按下式計(jì)算:

P1/H0≤0.34 時，m=0.385+0.224(P1/H0)0.934P1/H0＞0.34 時，m=0.452(P1/H0)－0.032

式中:P1—上游堰高，m.

經(jīng)計(jì)算，溢洪道泄流能力見表1.

溢洪道泄流能力進(jìn)行了水工模型試驗(yàn)研究，表1中同時給出了各試驗(yàn)水位下的泄流能力(部分為內(nèi)插值).由表可見，本次復(fù)核溢洪道泄流能力計(jì)算值與試驗(yàn)值基本一致，在校核水位時僅相差0.5%.因此，溢洪道泄流能力滿足泄洪安全要求.

(2)泄槽水面線復(fù)核

下游泄槽流態(tài)較為復(fù)雜，對泄槽水面線進(jìn)行了模型試驗(yàn)，成果見表2.

表2 泄槽水面線模型試驗(yàn)成果

由表中計(jì)算結(jié)果對照泄槽現(xiàn)狀擋墻高度，安全超高滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253－2000)規(guī)定的“泄槽段邊墻高度應(yīng)根據(jù)計(jì)入波動及摻氣后的水面線，再加上0.5～1.5 m的超高”的要求.

(3)消能防沖復(fù)核

泄槽下游為差動式挑流鼻坎，消能防沖按50年一遇(P=2%)洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，上游庫水位38.91 m，相應(yīng)溢洪道下泄流量972 m3/s(控泄)，泄槽下游泄洪渠水位11.46 m.

根據(jù)模型試驗(yàn)成果，在宣泄不同洪水流量時水舌挑距和入水寬度列于表3.

表3 水庫挑距及沖坑模型試驗(yàn)成果

從表中數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果可以看出，挑流水舌呈現(xiàn)扇形分布，橫河向水舌挑距長度不等;流態(tài)觀測表明，擴(kuò)散水舌入塘?xí)r出現(xiàn)干砸消力塘兩側(cè)底板的現(xiàn)象，對兩側(cè)導(dǎo)墻穩(wěn)定不利，需要在以后的泄洪運(yùn)行中加以關(guān)注和重視.

由于未做動床模型試驗(yàn)，水舌沖坑沒有數(shù)據(jù).因水墊塘左側(cè)地質(zhì)條件相對較差，在今后泄洪過程中，應(yīng)密切注意沖坑變化，重視水墊塘左側(cè)導(dǎo)墻的穩(wěn)定問題.

2 泄洪洞安全分析

2.1 水力復(fù)核分析

(1)泄流能力復(fù)核

泄洪洞為深孔塔式進(jìn)水口有壓隧洞，依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL279－2002)并結(jié)合水庫泄洪洞實(shí)際情況，其最大泄流能力近似按照均勻流、管流情況計(jì)算，計(jì)算公式［2］為:

式中:Q—流量，m3/s;C—謝才系數(shù);

A—過水?dāng)嗝婷娣e，m2;R—水力半徑，m;

H—總水頭/m;l—管道長度;n—糙率.

經(jīng)復(fù)核，在校核洪水43.01 m時，泄洪洞的泄流量在閘門全開狀態(tài)時約為252 m3/s.除險(xiǎn)加固后泄洪洞由于洞涇減小，復(fù)核泄流量與原設(shè)計(jì)流量相比有所減小，但考慮泄洪洞最大泄流量不到溢洪道泄流量的10%，主要泄洪設(shè)施依賴于溢洪道，而將泄洪洞作為泄洪安全儲備或預(yù)泄設(shè)施是合適的.

2.2 消能防沖復(fù)核

泄洪洞消能防沖方式為挑流消能.

(1)計(jì)算原理

依據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253－2000)，對于挑流消能的水力計(jì)算包括挑流水舌拋距和最大沖刷坑深度，相應(yīng)的計(jì)算公式為:

式中:L—水舌挑距，m;

V1—坎頂水面流速，m/s，取坎頂平均流速的1.1 倍;

α—鼻坎挑射角度;

h1—坎頂平均水深h在鉛直方向的投影，即h1=hcosα，m;

h2—坎頂至河床表面高差，m;

g—重力加速度/m/s2;

tr—沖刷坑深度/m;

Kr—沖刷坑系數(shù).對于堅(jiān)硬完整巖石取(0.9～1.2)，對于堅(jiān)硬完整性較差的巖石取(1.2 ～1.5)，軟弱破碎的巖石取(1.5 ～2.0);

H—上下游水位差，m;t—下游水深，m.

(2)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253－2000)中的有關(guān)規(guī)定，選取設(shè)計(jì)洪水及校核洪水兩種工況，計(jì)算泄洪洞泄洪時挑流消能的挑流水舌拋距和最大沖刷坑深度.

泄洪洞出口消能段挑流鼻坎的挑射角α=35°，泄槽末端基巖完整性較好，因此取沖刷坑系數(shù)Kr=1.2，可得計(jì)算結(jié)果見表4.

表4 水庫挑距及沖坑計(jì)算結(jié)果

可見，溢洪洞沖刷坑中心線到泄槽末端的距離(即安全挑距)最小值為37.06 m，與最大可能沖刷坑深度7.05 m的比值為5.25，滿足規(guī)定的要求值2.5～5.0倍.因此，泄洪洞挑流消能滿足規(guī)范要求.

3 發(fā)電洞安全分析

3.1 泄流能力復(fù)核

發(fā)電洞為有壓隧洞，依據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL279－2002)并結(jié)合發(fā)電洞實(shí)際情況，其最大泄流能力近似按照均勻流、管流情況計(jì)算，計(jì)算公式［3］為:

式中:Q—流量，m3/s;C—謝才系數(shù);

A—過水?dāng)嗝婷娣e，m2;R—水力半徑，m;

H—總水頭，m;l—管道長度;n—糙率.

經(jīng)復(fù)核，在正常蓄水位36 m條件下，發(fā)電洞的泄流量在閘門全開狀態(tài)時約為246 m3/s，滿足灌溉流量需求.

3.2 隧洞襯砌復(fù)核

發(fā)電洞為有壓隧洞，主要承受荷載為內(nèi)水壓力，在校核工況下閘門關(guān)閉時內(nèi)水壓力最大，由于輸水洞開挖位置為基巖(凝灰流紋巖)，巖石力學(xué)性質(zhì)較好，按照公式計(jì)算A＜0［4］.隧洞實(shí)際采用鋼筋混凝土襯砌0.5 m，并進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿.因此，發(fā)電洞襯砌滿足要求.

4 結(jié)論和建議

4.1 評價結(jié)論

經(jīng)對長潭水庫大壩及發(fā)電洞、泄洪洞和溢洪道閘建筑物現(xiàn)場檢查、監(jiān)測資料分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算等，對輸水、泄水結(jié)構(gòu)性態(tài)現(xiàn)狀評價如下:

(1)大壩至今已運(yùn)行50多年，固結(jié)沉降基本完成，各測點(diǎn)沉降均已趨于穩(wěn)定，年變化率不大.壩頂壩軸線測點(diǎn)豎向位移最大為116.8 mm，小于土石壩沉降控制標(biāo)準(zhǔn)(1%).壩體沉降總體變化平穩(wěn)，無明顯趨勢性變化.

(2)在正常及非常運(yùn)用條件下，壩體上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求.

(3)輸、泄水建筑物在各種工況下的實(shí)際過流能力和消能防沖滿足要求，溢洪道閘室段穩(wěn)定及應(yīng)力滿足規(guī)范要求;泄洪洞和發(fā)電洞隧洞襯砌厚度滿足規(guī)范要求.

(4)大壩上游混凝土護(hù)坡實(shí)際厚度稍小于規(guī)范要求.考慮上游坡現(xiàn)狀采用了混凝土柵格加固，認(rèn)為上游混凝土護(hù)坡基本符合規(guī)范要求.

對照《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL258－2000)，長潭水庫大壩及輸水建筑物的結(jié)構(gòu)安全性完全達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

4.2 建 議

(1)滲流自動化監(jiān)測普遍存在停測、缺測、測值不穩(wěn)、測值跳躍等不正?，F(xiàn)象，影響監(jiān)測的準(zhǔn)確性和全面性，建議補(bǔ)充測點(diǎn)，并適時進(jìn)行自動化升級改造，以提高滲流監(jiān)測的穩(wěn)定性和可靠性.

(2)對泄洪洞洞身存在的兩處明顯漏水現(xiàn)象加強(qiáng)觀測分析，發(fā)現(xiàn)異常及時處理.

(3)水庫未經(jīng)歷長期高水位考驗(yàn)，長歷時高水位運(yùn)行時應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理.

［1］ 鄒 祺，邱明月，李福金.大壩安全評價中滲流安全評價的探討［J］.黑龍江水利科技，2008(2):50 －51.

［2］ 謝慶明.云南玉華水庫大壩除險(xiǎn)加固擴(kuò)建設(shè)計(jì)與安全評價［J］.水利水電技術(shù)，2007(12):59 －61.

［3］ 姜 彤，杜國倩.模糊評判法在大壩安全評價中的應(yīng)用［J］.人民黃河，2012(3):117－119.

［4］ 高大水，汪琦華，左宏聲，等.盧村水庫黏土心墻壩安全評價與加固［J］.中國水利，2011(16):41－44.