孟家店水庫除險加固工程壩頂高程復(fù)核

李 化

（遼寧省營口水文局，遼寧營口115003）

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孟家店水庫除險加固工程壩頂高程復(fù)核

李 化

（遼寧省營口水文局，遼寧營口115003）

摘要：壩頂高程是確定水庫規(guī)模的主要因素之一。本文通過對孟家店水庫庫區(qū)氣象、水文‘最大風(fēng)速、主風(fēng)向等資料分析，按照通用公式對水庫壩頂高程進行了計算分析。通過復(fù)核與分析評價該水庫大壩運行情況、存在的問題，為水庫下一步工程運行管理提供依據(jù)，同時為類似水庫除險加固工程建設(shè)提供參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水庫；大壩；高程；復(fù)核

1　工程概況

孟家店水庫位于遼寧省葫蘆島市南票區(qū)缸窯鎮(zhèn)孟葡村。水庫建于1969年10月，是防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的小（二）型水庫［2］。水庫控制面積4.53km2，壩址以上河長2.9km，河道平均比降為43.5‰。水庫原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水，校核標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水。水庫樞紐由大壩、輸水洞、溢洪道組成。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定，屬山丘區(qū)，水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為200一遇年，水庫工程規(guī)模屬于小（二）型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。水庫大壩為粘土心墻土壩，壩頂高程30.5m，防浪墻頂高程為31.2m，壩頂寬3.0m，最大壩高10.8m；大壩迎水坡坡比1∶2.5，為干砌石護坡；背水坡坡比1∶2.0，為草皮護坡；大壩壩頂長125m［2］。

孟家店水庫建于文革期間，由于受當(dāng)時條件所限，水庫為“三邊工程”（邊規(guī)劃、邊設(shè)計、邊施工），存在著工程標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差、功能不完善等先天不足問題［1］。建庫至今孟家店水庫已運行了40多年，水庫泥沙淤積嚴(yán)重，加之管理不到位，維修不及時，工程年久老化嚴(yán)重，大壩滲漏嚴(yán)重，平時水庫經(jīng)常蓄不上水，形成干庫。汛期遇大暴雨時，水庫蓄上水又成了險庫。2012年，水庫進行除險加固，至今仍在進行中。為了保證水不從壩頂漫過，土壩壩頂高程應(yīng)在水庫校核水位以上，而且應(yīng)有足夠的超高，超高的數(shù)值等于波浪在壩坡上爬高R和風(fēng)雍高度e與安全超高A之和。為此需對該水庫的壩頂高程進行復(fù)核分析［2］。

2　流域水文氣象

孟家店水庫位于南票區(qū)缸窯鎮(zhèn)境內(nèi)，屬溫帶大陸性濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季嚴(yán)寒少雪，春季多風(fēng)，秋季涼爽，四季分明、雨量充沛，主要氣候特點是降水偏多，主要集中在6～8月份。多年平均氣溫9.2℃左右，12～2月平均氣溫在0℃以下，1月最冷，實測極端最低氣溫達-26.9℃，7～8月平均氣溫最高，極端最高氣溫達40.7℃。氣溫年內(nèi)變化較大，一般超過40℃，多年極端溫差超過65℃。流域內(nèi)多年平均降水量564.8mm。降雨在年內(nèi)分配極不均勻，雨量多集中在夏季，6～9月約占全年降水量的78%以上，占全年51%。降水量的年際變化較大，豐水年和枯水年相差3倍以上。流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1573.3mm（20cm口徑蒸發(fā)皿）。5～6月份相對濕度小，氣溫上升快，風(fēng)速大，是蒸發(fā)量最大時期。11～2月為結(jié)凍期，蒸發(fā)量最小。流域內(nèi)多年平均風(fēng)速為2～4.3m/s，多年平均最大風(fēng)速14.6m/s，最大風(fēng)速為23.7m/s。流域內(nèi)初霜一般在9月下旬，流域內(nèi)極端最高地溫40.7℃，極端最低地溫-26.9℃。最大凍土深度為102.00cm，年最大凍土深可達120cm。

孟家店水庫庫區(qū)所在地屬于Ⅵ1水文分區(qū)，壩址處無水文觀測資料，故水庫為無資料地區(qū)。

3　波浪爬高計算

3.1 計算依據(jù)

壩頂高程計算按《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定，分別計算兩種運行情況，取其中最大值復(fù)核壩高程［3］。

（1）計洪水位加正常運行情況的壩頂超高。

（2）校核水位加非正常運行情況的壩頂超高。

計算公式：

式中：h超—壩頂超高（m）；

h爬—最大風(fēng)浪在壩頂上的爬高；

e—最大風(fēng)壅水面高度（m）；

A—安全加高（m），計算正常運行情況A= 0.5m，非正常運行情況，A=0.3m。

3.2 計算條件

（1）計算風(fēng)速的確定

根據(jù)朝陽縣氣象站觀測統(tǒng)計（該水庫臨近朝陽縣）本水庫多年平均年最大風(fēng)速為14.6m/s。

（2）平均波高h(yuǎn)計算

式中：g—重力加速度，g =9.81（m/s2）；

H—水域平均水深（m）；

D—由計算點逆風(fēng)向量到對岸的距離（m）；

W—設(shè)計洪水位取1.5倍的多年平均年最大風(fēng)速，校核洪水位取多年平均年最大風(fēng)速。

（3）平均波長λ按下式計算

式中：T—平均波周期，按公式T=4.438h0.5計算；

H—水域平均水深（m）。

3.3 波浪爬高計算

平均波浪爬高的計算，采用莆田試驗站公式：

式中：K△—斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護面類型為砌石護坡，K△=0.8；

KW—經(jīng)驗系數(shù)；

m—斜坡坡率，m=2.5；

λ—壩前波浪的波長（m）。

設(shè)計波浪爬高h(yuǎn)爬，按爬高分布進行換算，該工程為5級建筑物，確定波高累積頻率P=5%。

3.4 風(fēng)壅水面高度計算

式中：K—綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；

β—風(fēng)向與水域中線的夾角，取β=50°；

W—水面上10m處的風(fēng)速（m/s）；

D—從計算點作水域中線（或壩軸中線）的平行線與對岸的交點到計算點的距離（m）；

H—水域的平均水深（m）。

3.5 安全加高確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（S274-2001）表5.3.1取用：設(shè)計水位時，A=0.5m，校核水位時，A=0.3m。

3.6 壩頂超高計算

根據(jù)上述所列公式和計算參數(shù)，壩頂超高計算結(jié)果見表1。

表1　壩頂超高計算成果表

4　壩頂高程復(fù)核

4.1 設(shè)計洪水位壩頂高程計算

將水庫設(shè)計洪水位加壩頂超高即得到設(shè)計洪水位時壩頂高程。H設(shè)=29.963（m）

4.2 校核洪水位壩頂高程計算

將水庫校核洪水位加壩頂超高即得到校核洪水位時壩頂高程。H校=31.131（m）

4.3 水庫壩頂高程確定

根據(jù)規(guī)范分別計算兩種運行情況，取其中最大值校核洪水位的壩頂高程31.131m為水庫的壩頂高程。孟家店水庫各種運用情況的壩頂高程計算結(jié)果見表2。

表2　壩頂高程計算成果表

5　結(jié)論

孟家店水庫除險加固工程的壩頂高程計算，防洪標(biāo)準(zhǔn)、公式選擇、參數(shù)選取符合規(guī)范要求。通過表2可知，原報告中設(shè)計值和本次加固復(fù)核值基本一致，原設(shè)計計算合理。本次加固工程防浪墻與壩頂連接緊密，現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。孟家店水庫除險加固后，水庫所存在的問題已初步得到解決，水庫可正常運行，為防洪、灌溉和綜合利用發(fā)揮其工程效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

［1］徐強.水庫工程管理存在的問題及措施［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2014（09）：8-9，59.

［2］馬傳華.孟家店水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析［J］.黑龍江水利科技，2014（10）.

［3］賈顏鵬，鄭扶玲.佛塔密水庫除險加固工程壩頂高程確定［J］.黑龍江水利科技，2011（05）.

［4］張云，侯鍇.鬧德海水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核評價分析［J］.黑龍江水利科技，2009（03）：134-136.

作者簡介：李 化（1985年—），男，工程師。

收稿日期：2015-01-04

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.035

中圖分類號：TV641

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0100-02