張 宇，謝 鵬，龐 輝

(1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250000； 2.山東水總有限公司，濟(jì)南 250000；3.山東省臨沂市蘭陵縣水利局，山東 蘭陵 277700)

1 概 述

隨著城市建設(shè)發(fā)展，早期修建的水庫(kù)原設(shè)計(jì)庫(kù)容可能出現(xiàn)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)狀用水需求的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象，采取水庫(kù)增容工程是十分必要的[1-2]。水庫(kù)增容后，滲流情況易出現(xiàn)變化，分析水庫(kù)滲流變化對(duì)水庫(kù)安全的影響是十分重要的。目前，Geo-Studio軟件是流固耦合分析中較為常用的軟件。該軟件具備計(jì)算模型建立方法簡(jiǎn)便、計(jì)算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，在河道堤防穩(wěn)定性分析[3-4]、土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性[5]、心墻壩穩(wěn)定分析[6-7]等工程中均得到較多的使用。月牙河水庫(kù)位于山東省寧陽(yáng)縣，水庫(kù)建成多年來(lái)，在防洪安全、供水保障和生態(tài)維護(hù)等多方面發(fā)揮了重要作用。水庫(kù)除自身流域產(chǎn)水外，還可以通過(guò)大汶河汶口攔河壩取水，通過(guò)東引汶干渠引水入庫(kù)，水源條件良好，入庫(kù)水量相對(duì)較為豐富。近10多年來(lái)，寧陽(yáng)縣區(qū)缺水越來(lái)越嚴(yán)重，月牙河水庫(kù)作為寧陽(yáng)縣區(qū)的主要供水水源，由于水庫(kù)興利庫(kù)容較小，調(diào)蓄大汶河水的能力有限，現(xiàn)有調(diào)蓄庫(kù)容影響了對(duì)當(dāng)?shù)嘏c大汶河雨洪資源的利用，浪費(fèi)了極為寶貴的雨洪資源，因此對(duì)水庫(kù)進(jìn)行增容是十分必要的。結(jié)合工程，采用Geo-Studio軟件分析水庫(kù)增容前后的滲流情況變化。

2 工程概況

月牙河水庫(kù)位于洸府河支流月牙河上，屬淮河水系，水庫(kù)控制流域面積21.8 km2，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的水庫(kù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇。水庫(kù)校核水位為87.65 m，總庫(kù)容為1 006×104m3。

水庫(kù)樞紐由大壩、隔堤、溢洪道、南放水洞、西放水洞、電站、東進(jìn)水閘等組成，主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高11.0 m。大壩迎水坡坡比為1∶3.0，背水坡坡比為1∶2.5。

月牙河水庫(kù)增容后總庫(kù)容1 226×104m3，為中型水庫(kù)，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇。

庫(kù)區(qū)地貌可分為剝蝕平原地貌和河谷地貌兩類(lèi)。剝蝕平原地貌區(qū)主要分布的是②層壤土和③層壤土夾姜石，具中等透水性。河谷地貌區(qū)主要分布①層粗砂、②層壤土、③層壤土夾姜石和③-1層黏土質(zhì)粗砂，具強(qiáng)透水性。

3 增容方案的選定

本次設(shè)計(jì)選用以下兩個(gè)增容方案進(jìn)行分析比較。

3.1 疏挖方案

庫(kù)盆底高程在圍壩西南角方向較低，低于死水位(78.50 m)，向東北方向庫(kù)盆淤積嚴(yán)重，底高程越來(lái)越高，在圍壩東北角方向已淤至興利水位(85.50 m)，查勘期間圍壩西北側(cè)有大面積庫(kù)內(nèi)灘地出露在水面以上。水庫(kù)圍壩軸線(xiàn)占地面積125.019 3 hm2，高程高于水庫(kù)死水位的庫(kù)盆面積91.160 7 hm2，占水庫(kù)圍壩軸線(xiàn)面積72.9%。通過(guò)以上分析，庫(kù)內(nèi)有大量的淤積土侵占了庫(kù)容，通過(guò)清除死水位以上的庫(kù)盆淤積，可增加可觀的興利庫(kù)容。按照平均疏挖厚度2.75 m計(jì)算，可清除220×104m3淤積物，相應(yīng)增加興利庫(kù)容220×104m3。該方案不改變水庫(kù)的興利水位和防洪水位，不改變水庫(kù)現(xiàn)行的運(yùn)行工況，若將疏挖范圍控制在建筑物安全保護(hù)范圍以外，疏挖對(duì)水庫(kù)現(xiàn)有樞紐建筑物的影響很小，施工方法簡(jiǎn)單、工期短。

3.2 提高興利水位方案

月牙河水庫(kù)規(guī)模論證階段水庫(kù)壩頂高程計(jì)算值為89.03 m，實(shí)測(cè)現(xiàn)狀壩頂高程88.02～89.14 m，均高于校核洪水位，但局部現(xiàn)狀水庫(kù)壩頂不滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的壩頂超高要求?，F(xiàn)狀壩頂超高不具備提高興利水位以達(dá)到水庫(kù)增容目的的條件，若選用提高興利水位方案，必須對(duì)圍壩全壩段進(jìn)行加高培厚，相應(yīng)新增占地，增加社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，溢洪道、進(jìn)水閘等圍壩建筑物的擋水高度也會(huì)隨之變化，引起現(xiàn)狀工程不能滿(mǎn)足水庫(kù)正常運(yùn)行，需要拆除重建或者改建，工程投資較大，工期較長(zhǎng)。

通過(guò)以上分析和計(jì)算，確定采用工期短、投資省、對(duì)水庫(kù)樞紐建筑物影響小、社會(huì)影響因素小的疏挖方案進(jìn)行水庫(kù)增容。

本次疏挖工程范圍為水庫(kù)圍壩范圍內(nèi)高程高于78.50 m的部位，疏挖東南-西北方向平均長(zhǎng)1 200 m，東北-西南方向平均寬600 m，現(xiàn)狀庫(kù)底高程78.5～84.0 m，局部可達(dá)85.50 m，設(shè)計(jì)疏挖底高程為78.50 m，疏挖厚度0～5.5 m，平均厚度2.75 m，疏挖邊坡1∶6。疏挖區(qū)取料時(shí)，應(yīng)避開(kāi)庫(kù)區(qū)樞紐建筑物足夠安全距離，應(yīng)對(duì)水庫(kù)樞紐工程及附屬建筑物進(jìn)行有效避讓?zhuān)鞅眽味问柰谶吔缇€(xiàn)距離壩腳100 m以外，其余壩段疏挖邊界線(xiàn)距離壩腳50 m。

4 水庫(kù)滲流復(fù)核分析

月牙河水庫(kù)擬采取的增容措施是對(duì)水庫(kù)圍壩東北方向高程高于78.50 m的部位進(jìn)行疏挖，因此增容后相較于增容前，圍壩北段和東段壩前鋪蓋減少，滲徑變短。通過(guò)Geo-Studio軟件對(duì)水庫(kù)圍壩增容前、后分別進(jìn)行滲流計(jì)算，比較分析增容工程引起的水庫(kù)滲流情況變化。

4.1 計(jì)算斷面及計(jì)算參數(shù)的選取

4.1.1 計(jì)算斷面的選取

根據(jù)壩段地形特點(diǎn)以及擬采用的增容措施，選擇增容措施影響的壩段進(jìn)行滲流分析。根據(jù)地質(zhì)勘察成果，選取庫(kù)區(qū)疏挖地質(zhì)剖面圖(II-II)和(IV-IV)兩個(gè)斷面為計(jì)算斷面。

4.1.2 計(jì)算參數(shù)的選取

根據(jù)本次地質(zhì)勘察成果，壩體及壩基各層土料計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 斷面II-II計(jì)算參數(shù)

表2 斷面IV-IV計(jì)算參數(shù)

4.2 計(jì)算方法與計(jì)算工況

采用加拿大Geo-Studio軟件的seep/w模塊來(lái)進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析。計(jì)算工況如下：

1) 庫(kù)內(nèi)為興利水位85.50 m，庫(kù)外水位位于地面以下1.5 m。

2) 庫(kù)內(nèi)為設(shè)計(jì)洪水位87.11 m，庫(kù)外水位位于地面以下1 m。

3) 庫(kù)內(nèi)為校核洪水位87.65 m，庫(kù)外水位位于地面以下1 m。

4.3 計(jì)算成果

增容前、增容后的大壩滲流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 大壩滲流計(jì)算成果表

經(jīng)計(jì)算，增容影響的壩段長(zhǎng)2 899 m，該壩段范圍內(nèi)疏挖前興利水位下水庫(kù)年滲漏量為58.64×104m3，疏挖后興利水位下水庫(kù)年滲漏量為58.76×104m3，因疏挖增容引起的滲漏量增加0.12×104m3，增加量較小。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，壤土的安全出逸比降取0.30，各計(jì)算斷面的出逸比降疏挖前后基本一致，沒(méi)有發(fā)生重大變化。因此,疏挖增容引起部分壩段滲漏量略有增加，并沒(méi)有導(dǎo)致或者加重下游壩坡的滲透破壞。

疏挖增容前后各工況等勢(shì)線(xiàn)圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 疏挖增容前等勢(shì)線(xiàn)圖

圖2 疏挖增容后等勢(shì)線(xiàn)圖

5 結(jié) 論

經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)增容后相較于增容前，圍壩北段和東段壩前鋪蓋減少，滲徑變短，壩基滲漏略有增加。除此之外，基本不產(chǎn)生其他工程安全影響。水庫(kù)現(xiàn)狀存在集中滲漏帶，滲漏問(wèn)題較嚴(yán)重，壩后水位埋深1.00～1.20 m，存在浸沒(méi)問(wèn)題。

月牙河水庫(kù)增容后總庫(kù)容1 226×104m3，水庫(kù)的工程規(guī)模、管理方式、工程功能及設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)均未發(fā)生改變，增容工程未改變水庫(kù)的興利水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，樞紐建筑物的運(yùn)行、管理工況維持現(xiàn)狀，基本不產(chǎn)生工程安全影響，但部分壩段壩基滲漏略有增加。