洙浴水庫大壩運行現(xiàn)狀及滲流復核計算分析

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(陜西省寶雞市地下水管理監(jiān)測中心，陜西 寶雞 721001)

1 流域概況

洙浴水庫位于陜西省寶雞高新技術開發(fā)區(qū)馬營鎮(zhèn)洙浴村西南，處渭河右岸一級支流西沙河中上游，屬秦嶺北麓的殘塬溝壑區(qū)，為一平原溝道水庫。距馬營鎮(zhèn)約4 km，在寶雞市十里鋪正南。西沙河發(fā)源于秦嶺山脈的雞峰山，山峰海拔高程2 014 m。河道流經(jīng)寶雞高新技術開發(fā)區(qū)馬營鎮(zhèn)燃燈寺、洙浴、下溝、東星和明星5個行政村，在馬營鎮(zhèn)洙浴村出峪口，寶雞中學東側(cè)注入渭河。河道長度9.57 km，河道平均比降45.2‰，流域總面積6.8 km2，多年平均徑流量204萬 m3。流域內(nèi)地形南高北低，河道近乎正交于注入渭河。流域西邊為茵香河流域，東邊為東沙河流域，均屬渭河南山小支流。流域面積5.8 km2，壩址以上河槽長4.26 km。

洙浴水庫為雞峰山灌區(qū)的配套工程之一，屬民辦公助工程，水庫樞紐1970年11月開工建設，1971年5月建成蓄水，歷時7個月。水庫樞紐由大壩、溢洪道以及放水塔三大部分組成，原設計總庫容25.4萬 m3，樞紐工程等級為V等、小(2)型水利工程，大壩等建筑物等級為5級。水庫功能為防洪、灌溉。灌溉面積0.3萬畝。水庫死庫容現(xiàn)已淤滿。

2 庫區(qū)運行現(xiàn)狀及存在問題

洙浴水庫從建成運行到目前已四十多年，在工程運行中存在或出現(xiàn)的問題主要是：

(1) 大壩為均質(zhì)土壩，壩高18 m，頂寬6.4 m，其中砼路面寬5.0 m，壩頂長120 m。大壩迎水坡為干砌石砌護，因年久，壩面有凹陷，且部分砌石已風化成砂。背水坡局部分凹陷，戧臺已成緩坡。背坡近年栽種了楊樹，樹徑10～20 cm，雜草、灌木叢生。未設排水溝，壩面雜草叢生。

(2)大壩溢洪道位于大壩右岸，為寬頂堰，漿砌石結(jié)構，最大泄洪能力為28 m3/s。因年久失修，砂漿脫落，砌石裂縫，底板坑凹不平，跨溢洪道交通橋為雙孔石拱橋，后在硬化壩頂路面時鋪了砼路面。橋面有效過洪寬度不能滿足泄洪要求。

(3)放水建筑物為放水塔、放水閘門以及放水洞，位于大壩左岸，閘門為0.45 m×0.60 m。啟閉機為建度時配備，為手動機，因平時及時保養(yǎng)，所以還能運行。放水塔身和放水洞完好。但放水閘門銹蝕嚴重，失去放水功能，塔上部的啟閉室和屋頂已破損。

(4)樞紐區(qū)未建大壩位移變形、入庫流量等觀測設施，從建成至今未進行兩項觀測；壩址區(qū)及庫區(qū)無水文站、雨量站等，不能正常掌握雨情、水情，給大壩安全運行埋下了隱患。

管理站房屋建于建庫時，為磚木結(jié)構，年久失修，在多年前已拆除，現(xiàn)需要新建管理站房。

水庫淤積比較嚴重，放水塔的進水口已低于壩前淤積面8.0 m，隨時都有可能被淤埋。

3 大壩滲流復核計算及穩(wěn)定分析

大壩為均質(zhì)土壩，壩高18 m。因年久失修，大壩迎水坡干砌石破壞嚴重，背水坡雨水沖蝕，坡面不整。

3.1 大壩的滲流復核計算

根據(jù)大壩加固處理設計，按設計斷面進行大壩滲流計算。

3.1.1 計算工況

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)規(guī)定，滲流計算應考慮水庫運行中出現(xiàn)的各種不利條件，一般需計算下列水位組合情況：

(1)工況一：上游正常水位和下游不利水位

(2)工況二：設計洪水位與下游相應水位

(3)工況三：校核洪水位與下游相應水位

根據(jù)水文調(diào)洪結(jié)果，洙浴水庫特征水位為：正常蓄水位647.50 m，水庫設計洪水位(P=5%)649.09 m，校核洪水位(P=0.5%)649.90 m。

3.1.2 計算斷面及計算參數(shù)選取

為了解大壩現(xiàn)狀的實際滲流情況，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本次復核選取地勘典型斷面進行滲流計算。該斷面位于老河床部位，為大壩最大壩高斷面，據(jù)多年運行情況及現(xiàn)場檢查情況，壩腳處無明顯滲漏點(區(qū))。因此，選擇該斷面進行復核計算，可基本反映大壩整體滲流性態(tài)。大壩各土層滲透系數(shù)按地勘提供參數(shù)選取，見表1和圖1～圖3。

表1 大壩及壩基土層地質(zhì)參數(shù)取值表

3.1.3 計算方法

滲流計算采用北京理正軟件設計研究院研發(fā)的理正滲流分析軟件進行計算?，F(xiàn)狀及加固后大壩各工況大壩單寬流量和滲流計算結(jié)果見表2，

Q=qL

(1)

式中：Q為壩體總滲流量，m3/d；q為壩體單寬滲流量，m3/(d·m)；L為壩體總長，m。

圖1 工況一(正常洪水位647.50 m)滲流計算簡圖

圖2 工況二(設計洪水位649.09 m)滲流計算簡圖

圖3 工況三(校核洪水位649.90 m)滲流計算簡圖

表2 大壩加固后滲流成果表

3.1.4 成果分析

由表2可知，大壩的單寬流量最大為1.34 m3/d·m，水力坡降為0.063，根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》要求，大壩體出溢點滲透坡降小于土體允許滲透坡降，表明現(xiàn)狀大壩在穩(wěn)定滲流作用下是安全的，不會發(fā)生滲流破壞。

3.2 壩體穩(wěn)定復核

3.2.1 計算工況、計算方法及計算參數(shù)的確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)的規(guī)定，大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計算按以下四種工況進行：

工況一：上游水位為正常蓄水位647.50 m時形成穩(wěn)定滲流期的下游坡；

工況二：上游水位由正常蓄水位647.50 m降落至死水位時的迎水坡。

工況三：上游水位為校核洪水位649.90 m時形成穩(wěn)定滲流期的下游坡；

工況四：上游水位由校核洪水位649.90降落至死水位時的迎水坡；

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)，正常蓄水位時下游坡形成穩(wěn)定滲流情況屬正常運用條件，校核洪水位時下游坡形成穩(wěn)定滲流情況及庫水位非常降落工況均屬非常運用條件。庫水位降落時，考慮最不利工況，即水庫大壩出現(xiàn)險情，溢洪道和灌溉隧洞同時滿負荷泄洪，而粘土斜墻滲透系數(shù)較小，此時按驟降考慮。

3.2.2 計算斷面及地質(zhì)參數(shù)的選取

根據(jù)洙浴水庫大壩的結(jié)構情況，大壩壩坡整體抗滑穩(wěn)定計算斷面的選擇總體參照滲流所選取的斷面。計算斷面的土層分區(qū)依據(jù)地勘報告確定，各土層物理力學參數(shù)取值采用地勘建議值或類似工程經(jīng)驗值，見表3。

表3 大壩各土層物理力學參數(shù)取值表

3.2.3 計算結(jié)果與規(guī)范值比較

將洙浴水庫大壩抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果與規(guī)范值進行比較，結(jié)果見表4。計算結(jié)果表明，在各計算工況下，大壩上、背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表4 大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果表

4 結(jié)語

洙浴水庫作為寶雞市的重點水庫，已運行了四十余年，存在許多工程隱患和問題，通過對其滲流問題進行分析計算，表明現(xiàn)狀大壩在穩(wěn)定滲流作用下是安全的，不會發(fā)生滲流破壞。為大壩后期除險加固和安全運行提供了理論依據(jù)。在除險加固完成之后，水庫的安全運行將得到了保證，將徹底改變水庫帶病運行的狀況，有力地保證了水庫下游人民生命財產(chǎn)的安全。