伍 美 華

(杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 310020)

小型水庫大壩安全認定

伍 美 華

(杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 310020)

通過對某一座小型水庫的運行管理評價、防洪標準復核、滲流穩(wěn)定安全評價、大壩結構安全評價等專項評價，說明小型水庫大壩安全認定的內容和特點，以確保水庫大壩的安全運行。

小型水庫，安全評價，防洪安全，滲流安全，結構安全

我國大部分小型水庫興建于二十世紀六七十年代，鑒于當時的歷史條件，工程勘察、設計、施工等建設環(huán)節(jié)沒有嚴格執(zhí)行基建程序，沒有堅持設計審批、施工圖審查和竣工驗收制度，工程檔案資料不齊全[1]。經過近三四十年的運行使用，水庫大壩已出現(xiàn)不少問題，如水庫壩址、壩基漏水，大壩防洪安全不滿足要求，壩體填筑質量差，大壩出現(xiàn)沖刷、侵蝕、坍塌等現(xiàn)象，水庫大壩附屬設施老化缺失，存在很大的安全隱患。為保證水庫大壩的安全運行，確保水庫最大化的發(fā)揮效益，必須對病險水庫大壩進行除險加固。對水庫大壩進行安全評價，全面準確地掌握水庫大壩的運行狀況，找出安全隱患，以便有針對性地對水庫大壩進行除險加固，做到“對癥下藥”十分必要。

水庫大壩安全評價一般包括[2]：工程質量評價，大壩運行管理評價，防洪標準復核，水庫大壩滲流安全評價，大壩結構安全評價等內容，通過各專項分析評價，確定水庫大壩安全級別。本文通過對浙江省某小型水庫大壩進行安全評價來說明水庫大壩安全評價中應解決的問題。

1 工程概況

某小(二)型水庫位于浙江省淳安縣，該座水庫于1971年建設，1972年投入運營，水庫灌溉面積370畝，下游保護人口2 000多人，保護耕地900畝。

大壩為粘土心墻壩，壩頂高程173.12 m～173.50 m，最大壩高24 m，壩頂長度67 m。水庫按20年一遇設計，200年一遇校核，設計總庫容30.4萬m3，正常庫容26.3萬m3。

溢洪道為開敞式明槽溢洪道，左側及底板為混凝土襯砌，右側為山體。溢洪道進口設寬頂堰，堰寬9 m，下游泄流段長87 m，寬3.5 m。

水庫放水設施為輸水涵管，位于大壩右端，涵管為混凝土圓管，管徑0.3 m，進口配斜插板啟閉機。

2 工程運行管理評價

水庫大壩已運行40多年，大壩及其附屬設施已出現(xiàn)較多問題：上游壩坡中部鼓出明顯，上部壩坡較陡，不滿足規(guī)范要求；下游壩坡較陡，壩坡面平整度較差；壩基滲漏水較為嚴重；溢洪道底板混凝土襯砌破損；放水設施涵管進口閘門及其啟閉設備老化，拉桿銹蝕。水庫無上壩公路，不便于大壩維修、搶險，且該工程建成后未設置變形和滲流等觀測設施，無法對大壩進行安全監(jiān)測。

水庫管理已規(guī)范化和制度化，有專職管理人員及較為健全的防汛、抗旱運行方案。

綜上所述，該水庫大壩運行管理綜合評價為“一般”。

3 防洪標準復核

3.1 設計洪水

根據地形圖量測，本水庫壩址以上控制集雨面積為2.46 km2，匯流面積不超過50 km2，故采用浙江水電院推理公式計算其洪水過程。壩址以上洪水成果見表1。

表1 設計洪水成果表

3.2 調洪計算

水庫調洪采用靜庫容調洪計算方法，即認為某個水位水庫水面是水平的，采用靜庫容曲線，利用水量平衡原理，假定在計算時段dt內水庫庫容和庫水位成線性變化，采用試算法迭代求解。

泄流方式是通過溢洪道自流渲泄，孔泄流系數為1.55。根據計算判別，當堰頂水頭低于1.2 m時，采用寬頂堰形式計算泄流量，當堰頂水頭高于1.2 m時，采用折線實用堰計算泄流量，計算公式如下：

式中：Q——流量，m3/s；B——溢流堰過水總凈寬；H0——計及行近流速的堰頂水頭，m；v0——行近流速，m/s；α0——動能修正系數，近似的取1.03；H——堰上水頭，m，計算斷面前取在堰前3H0～6H0處； g——重力加速度,m/s2；m——流量系數；C——上游面坡度修正系數，取1.0；ε——收縮系數，取1.0。

經過調洪演算，得到水庫20年一遇設計和200年一遇校核洪水調節(jié)成果如表2所示，水庫調洪過程線見圖1。

表2 水庫調洪演算計算成果表

項目頻率20年200年最高水位Zmax/m172．27172．77最大庫容Vmax/萬m326．728．1洪峰流量QP/m3·s-14159最大下泄流量Qmax/m3·s-13348

3.3 壩頂高程復核

壩頂在水庫靜水位以上的超高計算公式為[2]：

y=R+A。

式中:y——壩頂在靜水位以上的超高，m；R——波浪沿壩坡的最大爬高，m，取累積頻率為5%的波浪爬高值Rp；

A——安全超高,5級壩設計洪水位下取0.50 m，校核洪水位下取0.30 m。

根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，波浪的平均波高和平均波周期采用莆田試驗站公式計算：

式中：hm——平均波高，m；Tm——平均波周期，s；Lm——平均波長，m；W——計算風速，m/s，正常運用條件下取多年平均最大風速的1.5倍，非常運用條件下采用多年平均最大風速；

Hm——水域平均水深，m；

D——風區(qū)長度，m。

計算結果見表3。由表可知現(xiàn)狀壩頂高程低于設計工況和校核工況下壩頂計算高程，大壩不能滿足防洪安全要求。

表3 壩頂高程復核結果

根據浙水管[2003]10號浙江省小型水庫大壩安全技術認定辦法(試行)[3]及SL 258—2000水庫大壩安全評價導則[4]，該水庫大壩防洪安全性級別為“C”級。

4 滲流安全評價

根據大壩地質勘探結果，壩體的滲透系數4.85×10-3cm/s～6.52×10-4cm/s，壩體為中等透水體，壩基接觸段及基巖第一段為中等透水帶。

選取最大壩高斷面進行大壩滲流穩(wěn)定計算分析，主要考慮水庫正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位及水庫自校核洪水位驟降至溢洪道高程處等四種工況下壩體滲流量、浸潤線的位置及逸出點高度，并計算下游壩坡水力坡降，計算工況見表4。

表4 大壩滲流計算工況匯總表 m

計算各工況下壩體浸潤線見圖2，大壩浸潤線出口高度、壩體滲流量及壩趾處的水力坡降見表5。

表5 滲流計算結果

計算工況浸潤線逸出點距下游水位高度a/m滲流量QL/s浸潤線逸出點處水力坡降J壩趾處最大水力坡降Jmax允許水力坡降[J]正常蓄水位9．780．12780．281．09設計洪水位15．320．14390．321．34校核洪水位19．250．12530．261．85庫水位降落9．570．12980．241．070．445

從計算結果可知，大壩下游浸潤線逸出點較高，且大壩的滲流量較大。下游壩坡浸潤線逸出點處的水力坡降均小于允許值，但壩趾處的水力坡降在遠大于允許值，壩趾處易發(fā)生滲透破壞。

將滲流穩(wěn)定計算結果結合地質勘探和大壩運行狀況，根據浙水管[2003]10號以及SL 258—2000，大壩滲流安全性級別評為“C”級。

5 結構安全評價

大壩壩坡穩(wěn)定計算分析采用的物理力學指標參考大壩地質勘察結果，計算斷面與滲流安全計算斷面一致(見表6)。

表6 壩體及壩基物理力學指標

根據規(guī)范要求，壩坡穩(wěn)定分析應分別計算上、下游壩坡在穩(wěn)定滲流期以及上游壩坡在庫水位降落期的抗滑穩(wěn)定性。計算得上、下游壩坡最危險滑動面及對應的抗滑穩(wěn)定安全系數見圖3。

從計算結果可知，水庫上壩坡的安全系數均滿足規(guī)范要求，但上壩坡中部鼓出明顯，且上部坡度較陡，不滿足規(guī)范要求；下壩坡的坡度較陡，其安全系數僅略大于規(guī)范允許值，安全儲備較少，且下壩坡平整度較差，堆放有大量松散塊石，存在安全隱患。

根據浙水管[2003]10號及SL 258—2000，該座水庫大壩結構安全性級別為“B”級。

6 結論和建議

6.1 結論

通過對小型水庫大壩的運行管理、防洪影響、滲流安全和結構安全等各專項評價，結合地質勘察及運行狀況，綜合認定該水庫大壩安全狀況為“三類壩”。

6.2 建議

根據水庫大壩安全認定結論，對水庫大壩進行除險加固，主要內容包括：1)壩頂結構改造，使得壩頂高程滿足防洪安全要求。2)上、下壩坡整治并護坡。3)壩體、壩基防滲和加固處理。4)溢洪道左側及底板混凝土補砌、修整。5)封堵壩內輸水涵管，新開挖放水隧洞。6)修建上壩公路和管理房。7)增設水庫水文自動測報系統(tǒng)及大壩安全監(jiān)測設施。

[1] 牛運光.試論土石壩隱患深測[J].大壩與安全，1996，36(2)：24-33.

[2] SL 189—96，小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則[S].

[3] 浙水管[2003]10號，浙江省小型水庫大壩安全技術認定辦法(試行)[R].

[4] SL 258—2000，水庫大壩安全評價導則[S].

[5] 婁健康，李 慧，張玉輝.小型水庫大壩穩(wěn)定分析計算[J].山西建筑，2014，40(6)：231-233.

Safety identification of small-scale reservoir dam

Wu Meihua

(HangzhouHydropowerSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Hangzhou310020,China)

Through estimating the small-scale reservoir about operation management assessment, flood-preventing criteria auditing, seepage stability safety assessment and dam structure safety assessment, the paper illustrates the small-scale reservoir dam safety identifying contents and features, with a view to guarantee the safe operation reservoir dam.

small-scale reservoir, safety assessment, flood-preventing safety, seepage safety, structural safety

2015-02-03

伍美華(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)11-0221-03

TV697

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