關于小型水庫大壩安全評價的技術要點

徐毅帆

摘 要：上世紀五十到七十年代，我國大規(guī)模建設了一大批中小型水庫，由于早期施工技術和經濟條件有限，加之經過多年的運行，工程暴露出一定的質量缺陷及安全隱患。本文對水庫大壩安全評價過程中經常發(fā)現(xiàn)問題進行總結，并提出常用的工程措施。

關鍵詞：水庫；安全評價；技術要點

近年來，我國的經濟水平發(fā)展迅速，經濟及社會結構變化也日新月異。水庫的功能不再是簡單的調蓄、供水，諸多水庫兼顧了景觀功能。因此，保證水庫的安全運行關系重大，不僅會影響防洪安全，還會對周邊經濟產生巨大的影響，一旦發(fā)生安全事故，后果十分嚴重。所以，在進行水庫大壩安全評價時，一定要對其進行綜合全面的分析、計算以及評價。

1 小型水庫大壩安全評價常見問題

在進行水庫大壩安全評價時，需要從工程質量、運行管理、防洪能力、滲流安全、結構安全和金屬結構安全等方面進行全面評價。

（1）工程質量

由于早期施工技術和經濟條件有限，工程質量尤其是土石壩的壓實度等易出現(xiàn)問題。但由于早期建設的水庫施工資料多不齊全，無法進行定量計算，由于水庫已運行多年，壩填筑土固結基本完成，大壩變形趨于穩(wěn)定，故可通過對其工程質量進行評價。

（2）管理運行

隨著近年來“河長制”、“一湖一策”等政策的開展，水庫運行管制制度相對完善，但大壩安全監(jiān)測方面易出現(xiàn)遺漏。

（3）防洪能力

在進行防洪能力評價時，需先根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》等規(guī)范對主要建筑物進行定等定級，然后對設計洪水進行復核。由于我國城市化發(fā)展較快，區(qū)域地形地貌、保護對象的重要性在幾十年間多出現(xiàn)較大的變化，因此，在進行設計供水復核及調洪演算時，需進行綜合考慮。常見的問題有：壩頂高程不足、溢洪道泄流能力不足、消能防沖設施不滿足規(guī)范要求等。

（4）滲流及結構安全

滲流安全評價可通過觀察背水坡是否有滲漏或濕坡等現(xiàn)象進行初步判斷，然后結合地質勘察成果，對大壩的滲流穩(wěn)定進行系統(tǒng)全面的分析評價，常見的問題有：壩基滲漏、壩肩滲漏、繞壩滲流等。

結構安全評價可通過大壩的外觀質量進行變形分析，結合穩(wěn)定分析成果對其進行判斷。常見的問題有：大壩出現(xiàn)變形或裂縫、排水棱體變形、防浪墻等結構出現(xiàn)變形。在進行穩(wěn)定分析時，需考慮地震工況的影響。

（5）金屬結構安全

小型水庫大壩多不具備發(fā)電功能，其金屬結構主要為閘門、啟閉機、放水涵管等。常見的問題有：金屬結構老化、銹蝕，閘門啟閉故障或漏水等。

2 小型水庫大壩安全評價技術要點

一般來講，在對小型水庫大壩出現(xiàn)的問題進行排查后，需提出相應的治理措施，包含工程措施和管理措施。

（1）工程措施

①壩頂高程不足：導致該問題的原因一般有兩種，一是防洪標準偏低，二是壩頂超高不夠。在進行壩頂高程復核前，應先通過調洪演算推求水庫的設計、校核水位等，需先搜集流域面積等資料，然后結合測量資料以及流域內的水文資料進行計算。在進行設計洪水和設計暴雨計算時，應采用兩種或兩種以上的方法進行比較，對比分析后采用安全值。華東地區(qū)推求設計洪水一般采用推理公式法和華東特小流域法進行比選。另外，若水庫與周邊水庫有串聯(lián)、并聯(lián)的關系，應結合相關水庫的調度方案進行綜合考慮。

推求出設計及校核水位后，則可根據(jù)相關規(guī)范要求進行壩頂高程安全評價。一般情況下，若壩頂迎水側設有防浪墻，且防浪墻閉合，可采用防浪墻頂高程作為壩頂高程進行復核，即各工況下計算所需壩頂高程的最大值應低于防浪墻頂高程，但該情況下，壩頂高程應高于設計洪水位0.5m，且不低于校核洪水位。若需對壩頂進行加高，常用的方法有培坡加高和戴帽加高法。在選擇壩頂加高方案時，應結合不同工程的實際條件，在技術性、可靠性、經濟可行性等方面進行方案比選，選擇最為合理的方案。在水庫大壩運行安全的情況下，兼顧經濟和美觀。

②泄流能力不足：一般采用的措施有加寬溢洪道、降低堰頂高程和增加溢洪道側墻高度等。

溢洪道陡坡段水面線一般采用《溢洪道設計規(guī)范》（SL253-2018）中的“分段求和法”計算，泄槽水面線計算公式為：

需要注意的是，在進行溢洪道復核時，不僅要計算溢洪道的泄流能力，還要注意流速，若流速過大，水庫泄洪時，會對溢洪道造成沖刷破壞，同時危及大壩的安全，后果不堪設想，因此，應采取工程措施以降低流速。另外，溢洪道底部一般設有排水溝或排水管，這是為了防止?jié)B流破壞，在進行水庫大壩安全評價工作時容易忽略。

③消能防沖設施不滿足規(guī)范要求：可根據(jù)放沖消能計算結果對消力池進行加寬或加長等，也可通過改變消能設施的結構來達到設計目的。常見的小型水庫消能方式多為底流消能，計算時不應出現(xiàn)遠驅式水躍。

在進行消能工計算時，應將通過泄水建筑物的最小流量到最大流量范圍內的各級流量，計算出相應的hc和hc”，并定出相應的ht，則（hc”-ht）的最大值所對應的流量，即為消能工深度或高度的設計流量，消能工長度的設計流量為最大流量。

④滲流及結構安全問題：滲流問題的處理原則是“上堵下排”，主要工程措施有：設置防滲設施，延長滲徑，降低滲透坡降，可在大壩上游側設置土工膜或粘土防滲墻、帷幕灌漿等；設置排水溝或減壓井，降低出口處的滲透壓力；下游設置排水棱體反濾層等。對于結構安全問題，多進行加固處理措施。

在進行滲流和結構計算時，應選取各種可能出現(xiàn)的工況的不同組合，包括水位驟降及地震工況。計算時應選取一個或多個大壩的典型斷面，計算程序可采用Autobank等軟件，在進行建模時，應根據(jù)地質勘察成果分層進行，各土層的滲流系數(shù)等參數(shù)應進行嚴格論證，以保證計算結果的準確性。

⑤金屬結構安全問題：對于閘門或啟閉機銹蝕、老化等問題，一般需對其進行除銹或更換；放水涵管多采用內部襯砌等工程措施。

（2）管理措施

可通過控制大壩的運行管理措施，來保證大壩在現(xiàn)有條件下安全運行，此情況下，需認真做好雨情水情觀測工作，及時掌握水情、雨情，通過汛前提前泄洪或相關調蓄建筑物的聯(lián)合調度，以保證大壩的運行安全。這對運行管理部門的調度能力有較高的要求，需配備足夠的管理人員，并編制完善的運行管理制度、應急預案等。

①在進行水庫運行管理時，應注意水庫的景觀應與周邊景觀相協(xié)調。

②應加強對工程維修養(yǎng)護工作（如設備的維修、白蟻的防治、壩坡草皮養(yǎng)護和雜草的清除等），確保水庫安全和可靠的運行。

③加大水庫管理力度，建議對基層水庫管理人員進行培訓，進一步提高其業(yè)務水平。

④進一步加強對大壩的日常巡視監(jiān)測和安全監(jiān)測工作，并做好檢查和監(jiān)測資料的記錄、整編和保管工作（尤其是沉降、位移及滲流觀測資料的記錄和保管）。

⑤按《綜合利用水庫調度通則》要求完善水庫防洪和興利調度運用規(guī)程，及時做好水庫防洪應急預案報備工作。

3 結束語

綜上所述，水庫作為與人民生活及生命財產安全息息相關相關的工程，在調蓄、灌溉及景觀等方面發(fā)揮著重要的作用，因此，水庫大壩的安全尤為重要。進行水庫大壩的安全評價，不僅是工程的需要，還是保證水庫正常運行、排查安全隱患并防患于未然的需要。因此在進行水庫安全評價工作時，要嚴格按照編規(guī)進行，從工程及運行管理等各個方面進行評價，并得出最終結論。同時，還應就出現(xiàn)的問題，提出合理可靠的技術措施，為后期的出險加固工作提供指意見，只有這樣，才能從根本上保證水庫的安全運行，進而保證人民的人身財產安全，同時，在一定程度上，為區(qū)域社會經濟的發(fā)展起到推動作用。

參考文獻

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