彭 博，程海英

(1.遼寧省水文水資源勘測(cè)局撫順分局，遼寧 撫順 113015；2.錦州市水利科學(xué)研究所，遼寧 錦州 121015)

孟家店水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)分析

彭 博1，程海英2

(1.遼寧省水文水資源勘測(cè)局撫順分局，遼寧 撫順 113015；2.錦州市水利科學(xué)研究所，遼寧 錦州 121015)

孟家店水庫(kù)位于遼寧省葫蘆島市南票區(qū)缸窯鎮(zhèn)孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪為主，灌溉、養(yǎng)魚為輔的小(2)型水庫(kù)。水庫(kù)工程存在老化等諸多病害隱患，為病險(xiǎn)水庫(kù)，不能滿足水庫(kù)工程安全運(yùn)行。水庫(kù)存在的險(xiǎn)情直接威脅下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，水庫(kù)一旦潰壩，下游人民財(cái)產(chǎn)將受到嚴(yán)重破壞，后果不堪設(shè)想。因此對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固是確保水庫(kù)安全運(yùn)行和社會(huì)發(fā)展的需要，除險(xiǎn)加固后將徹底消除險(xiǎn)情并有明顯的經(jīng)濟(jì)合理性。

除險(xiǎn)加固；工程；設(shè)計(jì)；分析；孟家店水庫(kù)

1 水庫(kù)概況

孟家店水庫(kù)位于遼寧省葫蘆島市南票區(qū)缸窯鎮(zhèn)孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪為主，灌溉、養(yǎng)魚為輔的小(2)型水庫(kù)。水庫(kù)集水面積為4.53km2，壩址以上河道長(zhǎng)2.9km，河道平均比降43.5‰。

孟家店水庫(kù)始建于1969年10月，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200a一遇。孟家店水庫(kù)為V等工程，主要建筑物級(jí)別為5級(jí)。

水庫(kù)樞紐的主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞3個(gè)部分。水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位25.4m，相應(yīng)庫(kù)容13.3萬 m3；死水位21.0m，相應(yīng)庫(kù)容1.06萬 m3；設(shè)計(jì)水位28.0m，相應(yīng)庫(kù)容28.10m3；校核洪水位29.5m，相應(yīng)庫(kù)容39.45m3。

水庫(kù)在1992年和2006年進(jìn)行了維修，輸水洞進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，由于設(shè)計(jì)原因，啟閉機(jī)塔工作臺(tái)高程不能滿足啟閉要求。

經(jīng)本次實(shí)測(cè)，大壩長(zhǎng)125m，壩頂高程29.75～30.16m，壩頂寬2.0～1.16m。大壩高10.25～10.66m，防浪墻頂高程30.83m。大壩上游壩坡比為11.7，下游設(shè)一級(jí)戧臺(tái)二級(jí)壩坡，壩坡比從上至下為1∶1.52、1∶1.77。上游壩坡為混凝土板護(hù)坡，下游為干砌石護(hù)坡。

溢洪道設(shè)在大壩右側(cè)，為山體開鑿的開敞式明渠，堰頂高程25.4m，寬7～10m。輸水洞設(shè)在大壩左端，為壩下埋管，洞長(zhǎng)45m，洞徑D為0.4m，其進(jìn)口底高程21.0m。

2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固的必要性

水庫(kù)興建于20世紀(jì)70年代，工程投產(chǎn)運(yùn)行至今已進(jìn)入老化期，該工程主要建筑物大壩、溢洪道、灌溉輸水洞等工程均存在著程度不一、或大或小危及工程安全的問題。

水庫(kù)一直被限制蓄水帶病運(yùn)行，嚴(yán)重影響了工程效益的正常發(fā)揮，水庫(kù)下游沿岸有2個(gè)村屯，人口2800余人，受保護(hù)耕地100hm2。

水庫(kù)一旦失事，將直接威脅下游村屯2800余人的生命和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)下游農(nóng)田將造成破壞，其經(jīng)濟(jì)損失和政治影響是不可估量的。

根據(jù)盤錦陸海水利設(shè)計(jì)有限公司的《葫蘆島市南票區(qū)孟家店水庫(kù)工程安全分析綜合評(píng)價(jià)報(bào)告》和葫蘆島市水利局《大壩安全鑒定書》的審議和結(jié)論，大壩壩頂寬度不夠，背水坡坡度陡，壩坡不穩(wěn)定，土壩安全評(píng)價(jià)定為C級(jí)；溢洪道底板沒有襯砌，兩側(cè)漿砌石破損，溢洪道最窄處寬僅7m，不能滿足泄洪要求，溢洪道安全評(píng)價(jià)為C級(jí)；輸水洞啟閉塔工作臺(tái)高程不能滿足啟閉要求；出口無消能設(shè)施，輸水洞安全評(píng)價(jià)為C級(jí)；根據(jù)結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀、防洪安全，孟家店水庫(kù)綜合評(píng)定為C級(jí)。認(rèn)定該水庫(kù)屬三類病險(xiǎn)庫(kù)工程，并建議對(duì)孟家店水庫(kù)工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。

孟家店水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完成后，能一定程度削減洪峰，提高下游河道防洪能力；最大限度蓄水，調(diào)節(jié)水量，保障附近耕地得到灌溉，同時(shí)利用水庫(kù)形成的水面發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，做到以水養(yǎng)水，使水庫(kù)運(yùn)行達(dá)到良性循環(huán)[1-3]。

3 水庫(kù)任務(wù)和規(guī)模

孟家店水庫(kù)的主要任務(wù)是調(diào)洪與灌溉，同時(shí)兼有養(yǎng)魚，孟家店水庫(kù)總庫(kù)容39.45m3，按照SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)規(guī)定，孟家店水庫(kù)規(guī)模為小(2)型水庫(kù)，工程等別為V等，永久性水工建筑物級(jí)別為5級(jí)。

當(dāng)山區(qū)、丘陵區(qū)的水利水電工程永久性水工建筑物的擋水高度<15m，且上下游最大水頭差<10m時(shí)，其洪水標(biāo)準(zhǔn)宜按平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定；孟家店水庫(kù)最大壩高10.8m，上下游最大水頭差>10m(校核洪水29.5m，下游河床高程14.0m)，洪水標(biāo)準(zhǔn)宜按照山區(qū)、丘陵區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定：孟家店水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為P=5%；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)P=0.5%。

孟家店水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)P=5%，設(shè)計(jì)水位28.0m，相應(yīng)庫(kù)容28.10萬 m3；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)P=0.5%，校核水位29.5m，相應(yīng)庫(kù)容39.45萬 m3[4-7]。

4 死水位復(fù)核

孟家店水庫(kù)上游林草覆蓋率較高，植被條件良好。從水庫(kù)40多年的運(yùn)行結(jié)果來看，泥沙淤積較小。

據(jù)估算，水庫(kù)40多年來總淤積體積2780m3左右，占水庫(kù)死庫(kù)容的26.2%左右，沒有影響水庫(kù)庫(kù)容及水庫(kù)的正常運(yùn)行。因此，本次水庫(kù)死水位依然采用原水位，即21.0m。

5 水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

主要包括2個(gè)方面：

5.1 水位與庫(kù)容曲線

根據(jù)泥沙分析估算，水庫(kù)40多年來總淤積體積2780m3左右，占水庫(kù)死庫(kù)容的26.2%左右，沒有影響水庫(kù)庫(kù)容及水庫(kù)的正常運(yùn)行。故本次設(shè)計(jì)依然采用水庫(kù)原設(shè)計(jì)時(shí)的水位～庫(kù)容曲線，詳見圖1。

圖1 水庫(kù)設(shè)計(jì)水位～庫(kù)容關(guān)系曲線

5.2 洪水調(diào)度方式

孟家店水庫(kù)輸水洞泄量能力較小，不參與水庫(kù)泄洪。溢洪道屬于開敞式寬頂堰，無閘控制，當(dāng)水庫(kù)水位超過溢洪道堰頂高程后，即自行泄流。水庫(kù)洪水調(diào)度方式為自由泄流。本次設(shè)計(jì)采用現(xiàn)狀堰頂高程25.4m[8-10]。

5.2.1 溢洪道水位與泄流曲線

水庫(kù)溢洪道屬于開敞式寬頂堰，溢洪道寬度按10m計(jì)算，溢洪道沒有閘門控制，當(dāng)水庫(kù)水位超過溢洪道堰頂高程后，即自行泄流。水庫(kù)洪水調(diào)度方式為自由泄流。本次設(shè)計(jì)采用現(xiàn)狀堰頂高程25.4m[11]。

本次設(shè)計(jì)對(duì)溢洪道底板進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)，對(duì)泄流能力進(jìn)行復(fù)核，溢洪道下泄流量采用《遼寧省水文手冊(cè)》簡(jiǎn)易調(diào)洪法溢洪道下泄流量公式：

q=mBh3/2

(1)

式中：q為下泄流量，m3/s；B為溢洪道底寬，m；h為溢洪水深，m。

m=δsεm(2g)0.5=1.53

(2)

(寬頂堰堰長(zhǎng)超過水頭h的2～3倍)

式中：δs為淹沒系數(shù)，δs=1；ε為側(cè)收縮系數(shù)，ε=0.9；m為流量系數(shù)，m=0.385(P0/H=0時(shí)，m=0.385)。

孟家店水庫(kù)溢洪道水位～泄量關(guān)系見表1和圖2。

5.2.2 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

本次設(shè)計(jì)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算采用試算法，基本計(jì)算原理如下：

入庫(kù)流量過程線(將校核洪水過程和設(shè)計(jì)洪水過程作為入庫(kù)流量過程線)與經(jīng)過水庫(kù)調(diào)蓄后的出庫(kù)流量過程線之間關(guān)系，用水量平衡方程式來表示。計(jì)算公式如下：

(Q1+Q2)/2×△t-(q1十q2)/2×
△t=V2-V1=△V

(3)

式中：Q1為時(shí)段初入庫(kù)流量，m3/s；Q2為時(shí)段木入庫(kù)流量，m3/s；q1為時(shí)段初出庫(kù)流量，m3/s；q2為時(shí)段末出庫(kù)流量，m3/s；V1為時(shí)段初入庫(kù)蓄水量，萬m3；V2為時(shí)段末入庫(kù)蓄水量，萬m3；t為時(shí)段長(zhǎng)，本工程計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)度按洪水入庫(kù)過程中變化大小確定；△V為時(shí)段內(nèi)的水庫(kù)需水變量，萬m3。

表1 孟家店水庫(kù)水位～溢洪道泄量關(guān)系表

圖2孟家店水庫(kù)水位～溢洪道泄量關(guān)系曲線

經(jīng)過除險(xiǎn)加固的洪水復(fù)核，p=5%，洪水位28.0m，相應(yīng)庫(kù)容28.10萬 m3；p=0.5%，洪水位29.5m，相應(yīng)庫(kù)容39.45萬 m3，成果詳見表2。

表2 孟家店水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

6 結(jié) 論

為保障水庫(kù)效益的正常發(fā)揮及國(guó)家和人民的財(cái)產(chǎn)安全，通過對(duì)孟家店水庫(kù)這座小(2)型病險(xiǎn)水庫(kù)的死水位的復(fù)核和對(duì)除險(xiǎn)加固后洪水成果的計(jì)算分析，表明對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固對(duì)確保水庫(kù)安全運(yùn)行是十分必要的。

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1007-7596(2014)01-0088-03

2013-11-01

彭博(1983-)，女，遼寧鞍山人，助理工程師，研究方向?yàn)樗こ淌┕?、水資源、水庫(kù)除險(xiǎn)加固等；程海英(1968-)，女，遼寧錦州人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)田水利、水土保持、水利監(jiān)理等。

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