營口地區(qū)小型水庫安全評價分析與探討

董明

（遼寧省營口市水利勘測建筑設(shè)計院營口市115000）

營口地區(qū)小型水庫安全評價分析與探討

（遼寧省營口市水利勘測建筑設(shè)計院營口市115000）

文章對營口地區(qū)小型水庫進(jìn)行了安全評價的探討，通過安全檢查、復(fù)核方法及存在的問題等進(jìn)行論述，對營口地區(qū)水庫安全運(yùn)行及效益發(fā)揮具有重要意義。

小型水庫安全評價防洪標(biāo)準(zhǔn)

前言

營口市位于遼東半島北部，地處中緯度西風(fēng)帶，面臨渤海，北靠歐亞大陸，主要?dú)夂蚴芗撅L(fēng)影響，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。氣候特征為：光照充足，雨量適中，積溫適度，四季分明。由于受地形影響，降水量由西北向東南逐漸遞增，山區(qū)多于平原。從20世紀(jì)50年代開始營口地區(qū)逐步在東部山區(qū)各河上游修建水庫，現(xiàn)有水庫蓄水工程36座，其中大（Ⅱ）型1座，中型3座，?。á瘢┬?2座，?。á颍┬?0座?？値烊?.68億m3，興利庫容1.97億m3。這些水庫在防洪、灌溉、工業(yè)和城市生活供水、養(yǎng)魚發(fā)電等方面發(fā)揮了重要的作用，為全市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活及社會發(fā)展提供了的基本保障。

1 小型水庫現(xiàn)場安全檢查

在小型水庫安全評價工作前先就水庫運(yùn)行情況及工程安全狀況進(jìn)行了現(xiàn)場檢查。其中和美、高士溝、何家溝、周屯4座水庫在近些年發(fā)生水毀，水毀水庫均在低水位運(yùn)行。和美水庫水毀最為嚴(yán)重，大壩壩腳局部被沖刷，溢洪道損壞嚴(yán)重，兩側(cè)邊墻倒塌，底板被沖毀，輸水洞閘門損壞，無法使用，上壩路完全被沖毀；高士溝水庫溢洪道海漫出口處尾水渠段沖淘嚴(yán)重，海漫底板損壞。壩頂路面不規(guī)整，局部較窄，雜草重叢，防浪墻局部有縱向裂縫，大壩背水坡左側(cè)局部土料缺失；何家溝水庫下游壩腳局部有滲漏積水現(xiàn)象，溢洪道底板斷裂，局部破損嚴(yán)重，閘閥已運(yùn)行多年，無法正常運(yùn)用，大壩上游壩坡護(hù)砌局部變形，破損嚴(yán)重；周屯水庫輸水尾水渠損壞。其他水庫安全檢查情況如下廂房水庫大壩上游壩坡護(hù)砌局部破碎，風(fēng)化嚴(yán)重。溢洪道陡槽收縮段右側(cè)邊墻不封閉，影響溢洪道安全泄洪。溢洪道兩側(cè)邊墻表面剝蝕嚴(yán)重，右側(cè)邊墻向內(nèi)傾斜，消力池?fù)p壞。輸水洞進(jìn)口段漿砌石擋土墻開裂、脫落破損嚴(yán)重，閘閥銹蝕嚴(yán)重，無法正常運(yùn)用；孟屯水庫輸水渠道堵塞嚴(yán)重，溢洪道消力池下游無尾水渠；閘門有漏水現(xiàn)象；泉大水庫大壩下游坡壩腳處滲水，有積水現(xiàn)象，尾水渠斷面較小。

2 水庫安全評價復(fù)核方法

根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》水庫安全評價分為工程質(zhì)量評價，大壩運(yùn)行管理評價，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，結(jié)構(gòu)安全評價，滲流安全評價，抗震安全復(fù)核及金屬結(jié)構(gòu)安全評價等方面。營口地區(qū)的小型的水庫大多建于20世紀(jì)60、70年代，由當(dāng)?shù)氐娜嗣窆缃M織興建，由于當(dāng)時技術(shù)力量和經(jīng)驗不足加之受經(jīng)濟(jì)條件的限制，大多數(shù)水庫從設(shè)計和施工質(zhì)量上都達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，再加上經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，存在一定的安全隱患，所以對這些小型水庫的安全評價復(fù)核是十分必要的。

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合

2.1.1 洪水計算

在進(jìn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核前需收集相關(guān)資料包括計算設(shè)計洪水的水文資料，水位庫容關(guān)系曲線，大壩運(yùn)行資料等。由于本地區(qū)小型水庫缺少相關(guān)流量資料，各種標(biāo)準(zhǔn)洪水計算采用無資料地區(qū)設(shè)計暴雨計算方法：《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》，營口地區(qū)水文分區(qū)為I3及IV區(qū)，設(shè)計洪峰流量Qp的計算公式如下：

式中ip——暴雨強(qiáng)度（mm）；

F——流域面積（km2）；φp——洪峰徑流系數(shù)。

本地區(qū)小型水庫流域內(nèi)洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過程大部分在1天之內(nèi)，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流。一次降雨即形成一次洪峰，由于洪水過程線的形狀系數(shù)小于0.05，采用簡化三角形洪水過程線。

2.1.2 調(diào)洪計算

營口地區(qū)小型水庫多為開敞式寬頂堰，據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》SL 253-2000的寬頂堰流公式確定水位流量關(guān)系曲線，以防洪限制水位作為起調(diào)水位。根據(jù)以下公式進(jìn)行簡易調(diào)洪演算，推算出各頻率洪水所對應(yīng)的庫容、最大泄量。

式中qm——一定頻率的調(diào)洪出流量（m3/s）；

W調(diào)p——一定頻率下參與調(diào)洪洪水總量（萬m3）；

V防——防洪庫容（萬m3）。

2.1.3 壩頂高程復(fù)合

營口地區(qū)小型水庫主要由大壩、溢洪道、輸水洞組成，大壩壩型多為土石壩結(jié)構(gòu)型式，其壩頂高程按照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）規(guī)定，即壩頂高程為水庫靜水位加壩頂超高計算。

壩頂超高為最大波浪在壩坡上的爬高、最大風(fēng)壅水面高度與安全加高之和。波浪要素的計算一般采用莆田試驗站公式，多年平均年最大風(fēng)速：蓋州地區(qū)采用18.6 m/s，大石橋地區(qū)采用18.4 m/s，安全加高正常運(yùn)用條件下為0.5 m，非常運(yùn)用條件下為0.3 m。

2.2 結(jié)構(gòu)安全評價

大壩結(jié)構(gòu)安全評價主要包括變形分析及穩(wěn)定分析復(fù)核，由于小型水庫沒有變形監(jiān)測資料，大壩變形分析根據(jù)現(xiàn)場檢查及大壩在運(yùn)行管理中的異常變形記錄來進(jìn)行評價。大壩穩(wěn)定性復(fù)合依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）選用地勘報告中提供的相關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，選取最不利的大壩斷面，計算時采用瑞典圓弧法或簡化畢肖普法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計算工況如下：正常運(yùn)用條件：①正常高水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算；②設(shè)計洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算；③1/3壩高水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算。非常運(yùn)用條件Ⅰ：④校核洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算；⑤校核洪水位降落至正常高水位上游坡的穩(wěn)定計算?？紤]到大壩的抗震安全復(fù)核還應(yīng)包括非常運(yùn)用條件Ⅱ：正常高水位遇地震和設(shè)計水位遇地震的上、下游坡的穩(wěn)定計算兩種工況。

2.3 滲流安全評價

滲流安全評價需要收集工程相關(guān)設(shè)計、施工資料及滲流監(jiān)測資料，壩址區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘查報告和試驗資料。由于小型水庫建庫時大多屬于“三邊工程”，經(jīng)過多年運(yùn)行保留下的設(shè)計及施工資料很少，有的水庫則沒有任何相關(guān)資料，加上水庫規(guī)模小沒有大壩的變形、浸潤線和滲漏觀測設(shè)施，也無觀測資料進(jìn)行分析。只能通過少量現(xiàn)存資料、現(xiàn)場檢查、運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的滲流異?，F(xiàn)象記錄及地質(zhì)勘察報告來進(jìn)行評價。

滲流穩(wěn)定分析根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001），采用北京理正軟件設(shè)計研究院有限公司的《理正滲流分析軟件》，按照有限元法進(jìn)行數(shù)值計算。計算工況為：①上游正常高水位+相應(yīng)下游最低水位；②設(shè)計洪水位+相應(yīng)下游水位；③校核水位+相應(yīng)下游水位；④水庫水位降落期時上游壩坡最不穩(wěn)定的情況。

3 存在的主要的問題

營口市現(xiàn)已對大部分現(xiàn)存的小型水庫進(jìn)行了全面的安全評價工作，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）防洪標(biāo)準(zhǔn)不合格。根據(jù)《遼寧省小（Ⅰ）型（?、蛐停┧畮斐U加固工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程》?。á瘢┬退畮斓脑O(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。?。á颍┬退畮斓脑O(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。經(jīng)安全評價復(fù)核有些水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，壩頂高程不滿足要求。如水庫大壩在非常運(yùn)用條件下，大壩校核水位超出心墻頂高程，防浪墻與心墻沒有連接上，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

（2）大壩結(jié)構(gòu)安全不合格。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）小型水庫壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用條件下應(yīng)不小于1.25，在非常運(yùn)用條件Ⅰ應(yīng)不小于1.15，在非常運(yùn)用條件Ⅱ應(yīng)不小于1.10，當(dāng)采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算時，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)比上述規(guī)定減少8%。在大壩的抗滑穩(wěn)定分析計算復(fù)核中，有些水庫壩坡不滿足上述安全系數(shù)要求，壩坡存在不穩(wěn)定的安全隱患。

（3）大壩滲流安全存在隱患。經(jīng)現(xiàn)場檢查有些水庫下游沒有排水設(shè)施，有的雖存在貼坡排水但經(jīng)復(fù)核貼坡排水頂高程低于下游出逸點(diǎn)高程，個別水庫壩基、壩腳有滲漏現(xiàn)象。

（4）其他建筑物的結(jié)構(gòu)安全不合格。水庫溢洪道邊墻、底板及消能設(shè)施由于年久失修或水毀破壞比較嚴(yán)重，輸水洞進(jìn)出口擋墻破損坍塌。

（5）輸水洞金屬結(jié)構(gòu)不合格。本地區(qū)小型水庫的金屬結(jié)構(gòu)多為輸水洞的閘門、閘閥，經(jīng)安全評價小水庫閘門、閘閥不能正常使用甚至損壞的問題較多。

（6）大壩運(yùn)行管理較差。小型水庫的管理仍比較薄弱，特別是小（Ⅱ）型水庫，部分沒有管理用房，少數(shù)沒有落實專門管理人員。有些小型水庫管理不到位，工程記錄資料簡單、隨意。雖有巡查制度，但巡查力度不夠，人員缺乏管護(hù)知識和搶險知識。

4 結(jié)論與建議

對于水庫大壩安全評價鑒定中定為三類壩的水庫，應(yīng)立即安排資金進(jìn)行除險加固。病險階段加強(qiáng)運(yùn)行管理，調(diào)整調(diào)度方案，提高管護(hù)人員素質(zhì)。加強(qiáng)日常巡視及汛前檢查，發(fā)現(xiàn)險情及時報告，確保下游人民生命財產(chǎn)安全。

[1]遼寧省水利廳.遼寧省水利普查成果[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

2016-11-24）

董明玥（1984-），女，遼寧營口人，大學(xué)本科，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作，手機(jī)：15941712920，E-mail: hdzw13@163.com。