海南省小型水庫增設(shè)防浪墻、提高洪水標(biāo)準(zhǔn)的思考

李英培，陳德皎，陳佳，張曉柳

(海南省水務(wù)廳建設(shè)與管理處，海南 海口 571126)

1 概述

海南省建有水庫1105座，總庫容111.38億m3，興利庫容71.65億m3。其中，小型水庫1019座，占全省水庫總數(shù)的92.2%，總庫容為12.36億m3，占全省水庫總庫容的11.19%。這些水庫在防洪、灌溉、供水、發(fā)電等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟和社會效益，為促進海南經(jīng)濟社會發(fā)展、提高人民生活水平、保障社會穩(wěn)定、改善生態(tài)環(huán)境做出了巨大的貢獻。鑒于省內(nèi)所有水庫均已進行過除險加固，根據(jù)工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，大部分水庫壩頂均滿足現(xiàn)行規(guī)范運行標(biāo)準(zhǔn)，基于資金原因故均未考慮防浪墻建設(shè)。但海南的降雨特點導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水，威脅水庫大壩防汛安全。當(dāng)水庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水等特殊情況時，未設(shè)置防浪墻的水庫存在著運行過程的管理隱患，威脅水庫防汛人員生命財產(chǎn)和重要設(shè)施的安全，制約著水庫綜合效益的發(fā)揮。然而，受地理環(huán)境、經(jīng)濟條件等限制，通過加高培厚水庫大壩來提高防洪標(biāo)準(zhǔn)不現(xiàn)實，而建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的水庫大壩防浪墻，是相應(yīng)提高水庫防洪能力簡單而有效的方法，對提高水庫防洪能力是非常重要的。特別是海南省小型水庫眾多且分散，很多水庫附近都有村莊，未設(shè)置防浪墻的水庫壩頂，行人、車輛經(jīng)過很不安全。建設(shè)大壩特別是土石壩防浪(護)墻，不僅有利于保護人民生命財產(chǎn)安全和防汛人員的防汛安全，而且可以提高水庫大壩防洪能力，起到防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水作用。因此，水庫大壩防浪(護)墻是確保水庫運行管理安全和防汛搶險人員生命安全的重要安全設(shè)施。

2 超標(biāo)準(zhǔn)洪水的形成與水庫大壩防洪影響

2.1 自然條件特點導(dǎo)致超標(biāo)準(zhǔn)洪水

海南省位于中國最南端。地勢為中部高四周低，中部偏南到四周沿海由山地、丘陵、臺地、平原逐級遞降，組成環(huán)形層狀地貌。海南省屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，降雨量充沛，但時空分布不均，干濕季節(jié)分明。汛期為每年5月—10月，但降雨的地區(qū)分布差異大；降雨年內(nèi)分配不均勻，且年際變化大；常年降雨時空分布不均，局部強降雨經(jīng)常出現(xiàn)，導(dǎo)致發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水，水庫防汛安全問題突顯。

2.2 臺風(fēng)雨影響帶來超標(biāo)準(zhǔn)洪水

海南省是我國的“臺風(fēng)走廊”，深受臺風(fēng)影響。對海南造成嚴(yán)重影響的臺風(fēng)年均4.3次，正面登陸的臺風(fēng)年均2.7次。臺風(fēng)影響海南的時間相對集中，主要集中在6月中旬—10月下旬，而臺風(fēng)登陸的時間主要發(fā)生在5月上旬—11月下旬，其中7月中旬—9月中旬期間登陸臺風(fēng)次數(shù)最多[1]。臺風(fēng)活動帶來的降水現(xiàn)象，稱為臺風(fēng)雨。臺風(fēng)雨往往帶來強降雨，形成超標(biāo)準(zhǔn)洪水，給水庫造成防汛壓力。2016年“電母”臺風(fēng)給我省帶來強降雨，雨量大，西部市縣降雨量大都達(dá)到300mm以上，局部達(dá)到500mm以上，最高昌江縣霸王嶺地區(qū)接近1000mm，超標(biāo)準(zhǔn)洪水造成省西部儋州、臨高、昌江、東方等市縣少量水庫漫壩，還有少數(shù)水庫水位接近壩頂，而且這些水庫都沒有設(shè)置防浪(護)墻。

2.3 水庫溢洪道出口阻礙影響

由于歷史原因，許多小型水庫溢洪道出口下游都有耕地、林地、建筑物等，溢洪道得不到疏浚或疏浚不及時，嚴(yán)重阻礙了水庫溢洪道泄洪，降低了水庫防洪能力和標(biāo)準(zhǔn)，因此建設(shè)水庫防浪(護)墻很有必要。

2.4 增高培厚水庫大壩與建設(shè)防浪墻經(jīng)濟分析

由于絕大多數(shù)小型水庫都是二十世紀(jì)六七十年代建成，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，填土質(zhì)量差，標(biāo)準(zhǔn)低，大壩的增高培厚及技術(shù)處理難度大，且從經(jīng)濟上考慮成本高。在不考慮外圍環(huán)境的影響，填筑培厚增高至少1m的水庫大壩與建設(shè)防浪墻相比較，經(jīng)計算，建設(shè)防浪墻的成本僅占大壩填筑土方30%左右，填筑大壩成本中還有征地、購運土未考慮，且征地是個未知數(shù)，足可見靠增高培厚水庫大壩來提高水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)難度大，成本高。相比之下，建設(shè)水庫大壩防浪(護)墻，提高水庫防洪能力，時間短見效快，且經(jīng)濟實用。

3 小型水庫防浪墻結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)查摸底統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，很多水庫特別是小型水庫尚未設(shè)置防浪墻，或者現(xiàn)有防浪墻運行年久、質(zhì)量不合格及結(jié)構(gòu)型式不合理。下面分別從水庫設(shè)計、工程施工和運行管理等方面論述小型水庫未設(shè)置防浪墻存在的主要問題。

3.1 水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低

大多數(shù)小型水庫建設(shè)水平起點低，技術(shù)落后，防洪標(biāo)準(zhǔn)低。修建時，江河實測水文系列較短或沒有實測水文資料，實測大暴雨、大洪水的記錄資料嚴(yán)重缺乏，工程設(shè)計洪水成果精度不夠高，在滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)后，水庫除險加固過程中均未考慮防浪墻的設(shè)置。近年來，隨著水文系列的延長，歷史洪水調(diào)查手段科學(xué)、設(shè)備先進、經(jīng)費增加，以及極端天氣現(xiàn)象頻繁發(fā)生，積累了大量的水文資料，設(shè)計洪水計算精度有很大的提高?，F(xiàn)行水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)進行過幾次調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)有所不同。加上超標(biāo)準(zhǔn)洪水時有發(fā)生，水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)已滿足不了防洪需要。

3.2 防浪墻工程結(jié)構(gòu)不合理

小型水庫的除險加固建設(shè)過程受當(dāng)時建設(shè)技術(shù)及資金條件的限制，部分水庫防浪墻設(shè)計存在不合理及結(jié)構(gòu)型式不安全的情況。防浪墻宜按全壩段布置在壩頂上游側(cè)，且原則上不留缺口，避免留下薄弱環(huán)節(jié)，同時也可根據(jù)大壩兩端地形條件及大壩實際情況適當(dāng)擴大范圍。防浪墻原則上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)SL189—2013《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》中6.1.5款的要求，防浪墻高度(壩頂以上部分)可采用1.0～1.2m。目前，海南省很多水庫未設(shè)置防浪墻或是防浪墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，高度普遍低于0.9m，這既不利于大壩防汛安全，也不利于水庫運行管理安全，同時威脅水庫防風(fēng)、防汛和搶險工作人員的安全。另外，一些水庫防浪墻采用不合理的簡化設(shè)計，墻身高度過低，結(jié)構(gòu)為紅磚墻或不達(dá)標(biāo)混凝土上加鐵防護網(wǎng)等，整體性較差，致使許多水庫防浪墻建設(shè)質(zhì)量先天不足，隱患較多，起不到水庫大壩防浪作用，達(dá)不到水庫防洪目的。

3.3 管理體制落實不到位、維修養(yǎng)護不及時

受水庫管理體制僵化、機制不活、管理人員素質(zhì)低、管理經(jīng)費缺少等因素的制約，以及受“重建設(shè)、輕管理”思想的影響，小型水庫管理投入長期不足，管理水平低。大多數(shù)水庫特別是小型水庫由于缺乏維修加固資金，管理單位難以完成必要的維修加固工作，水庫運行中出現(xiàn)的一些問題，只能進行應(yīng)急處理，致使水庫防浪墻不能及時得到維修或維修不徹底，不少水庫“積病成險”。

4 極端降水事件的水情實例分析

極端降水事件往往會產(chǎn)生超過蓄水水庫工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，造成嚴(yán)重洪澇，甚至造成水庫受損毀。2010年以來，在全球變暖大趨勢下，海南島大氣溫度和大氣中水汽含量的增加，使得區(qū)域降水總量總體呈上升趨勢，強降水事件增多。水庫上游發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)降雨現(xiàn)象頻發(fā)，水庫入庫流量長時間大于出庫流量，給水庫防汛帶來極大壓力，也對水庫本身抗御非常洪水的能力提出更高要求。

本次選取近十年在海南影響較大的4場暴雨、8個站點的三天暴雨過程進行調(diào)查分析，并選取位于站點控制區(qū)域的5座小型水庫，對相應(yīng)場次降雨過程的水情進行分析。

4.1 暴雨調(diào)查

2010年9月30日—10月9日，受弱冷空氣、南海輻合帶和熱帶低壓云團共同影響，海南島連續(xù)9天出現(xiàn)大范圍暴雨過程。據(jù)統(tǒng)計，在本場降雨的最后階段10月5—8日，降雨主要集中在海南島東北部的文昌市，降雨最強烈為大暴雨到特大暴雨，強降雨造成文昌市城區(qū)受淹、小水庫出險。本次降雨過程，文昌市南陽小學(xué)站最大3d雨量為1081.5mm，最大24h降雨量為543.5mm。

圖1 幾場強降雨的3天降雨過程

2014年10月24—27日，晚秋后汛期，海南省10個市縣出現(xiàn)1～4d的暴雨或大暴雨天氣。此次強降水過程造成萬寧、瓊海、定安和文昌4個市縣大量農(nóng)田和低洼地區(qū)受淹，局部地區(qū)交通受阻，部分水利設(shè)施受損。本次降雨過程，萬寧大茂農(nóng)場站最大3d雨量為564.5mm，最大24h降雨量為351.5mm。

2016年8月17—20日，受當(dāng)年第8號臺風(fēng)“電母”(強熱帶風(fēng)暴級)臺風(fēng)天氣過程影響，海南島出現(xiàn)1951年有完整氣象記錄以來8月第二強的暴雨天氣過程，海南多數(shù)地區(qū)遭遇暴雨襲擊。臨高、澄邁的最大日降水量突破當(dāng)?shù)貧v史年極值，儋州突破當(dāng)?shù)貧v史同期極值。強降雨導(dǎo)致臨高、儋州、昌江等地嚴(yán)重受災(zāi)，部分地區(qū)交通和通信中斷，部分水利設(shè)施受損。本次降雨過程，臨高臨城站最大3d雨量為969mm，最大24h降雨量為528mm；儋州、昌江幾個近海測站最大3d雨量接近850mm。

2017年11月5—7日，受東風(fēng)波動和弱冷空氣共同影響，汛末晚秋時節(jié)，海南省萬寧、瓊海、瓊中和陵水4個市縣出現(xiàn)暴雨天氣過程，造成大面積受災(zāi)。本次降雨過程，萬寧樂來水聲站最大24h降雨量為412.6mm，最大6h降雨量為234.6mm。

從幾場強降雨的3天降雨過程可知，2010年10月海南東北部暴雨低區(qū)的文昌南陽小學(xué)站降雨呈單峰型，且主峰偏后；2014年1年月底晚秋的這場雨，萬寧大茂農(nóng)場站雨型呈雙峰型；2016年“電母”期間，海南省西北部昌江叉河站降雨呈多峰型。如圖1所示。

4.2 暴雨重現(xiàn)期估算

海南絕大部分小型水利工程流域范圍內(nèi)無水文站站點，降水量站點主要為近5～10年布設(shè)，資料系列較短，因此至今為止，海南小型水利工程設(shè)計洪水計算及洪水復(fù)核計算仍采用以《廣東省暴雨徑流查算使用手冊》及《廣東省水文圖集》(海南島部分)提供的計算方法為主。因此，本次分析仍選取《廣東省暴雨洪水計算手冊》及《廣東省水文圖集》(海南島部分)中的暴雨分區(qū)、雨量均值等值線圖和雨量變差系數(shù)等值線圖作為參考依據(jù)，分析3d雨程各歷時暴雨重現(xiàn)期。相近的時段雨量在暴雨高區(qū)和暴雨低區(qū)的重現(xiàn)期差別顯著，有幾個站點24h時段雨量均在400mm左右，在暴雨高區(qū)的萬寧樂來水聲站，重現(xiàn)期為20年一遇，在瓊北的暴雨低區(qū)文昌縣城站，重現(xiàn)期為50年一遇，在瓊西北的儋州紅洋水管所站，重現(xiàn)期為100年一遇。各站點暴雨重現(xiàn)期見表1。

本次選取5座位于站點控制區(qū)域的小型水庫進行洪水復(fù)核分析。2010年9月底—10月初的持續(xù)降雨，使得文昌李山水庫最高水位達(dá)到31.20m，距離壩頂0.93m，水位稍高于水庫200年一遇設(shè)計洪水位，水庫校核標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。2014年萬寧晚秋后汛這場降雨，位于大茂農(nóng)場的袁水水庫最高水位相當(dāng)于水庫10年一遇設(shè)計水位，水庫校核標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇。2016年8月臺風(fēng)“電母”期間，儋州八一紅嶺水庫最高水位超過壩頂0.16m，洪水漫壩；昌江東邊水庫和臨高美銳水庫最高水位接近壩頂高程，3座水庫校核洪水標(biāo)準(zhǔn)均為50年一遇，東邊水庫非常洪水接近水庫200年一遇設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，八一紅嶺水庫和美銳水庫非常洪水均超過水庫200年一遇設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)。強降雨期間各水庫洪水復(fù)核成果見表2。

表1 各站點時段暴雨量及重現(xiàn)期分析計算成果

表2 強降雨產(chǎn)生非常洪水時暴雨中心區(qū)小水庫洪水復(fù)核計算成果 單位：m

4.3 防浪墻的作用

海南東北部、北部、西北部多為平原、臺地，屬于海南暴雨低區(qū)，蓄水工程多為建筑物級別為4級、5級的小型碾壓式土石壩。海南省小型水庫1019座，其中主壩壩型為土壩的小型水庫994座。經(jīng)統(tǒng)計，共計792座小型水庫的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)小于等于200年一遇，占比79.8%；444座小型水庫的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)小于等于50年一遇，占比46.7%。最大壩高小于等于15m的小型水庫694座，其中681座水庫核洪水標(biāo)準(zhǔn)小于等于200年一遇，占比達(dá)98.1%。上述792座小型碾壓土石壩中，尚有115座水庫未設(shè)防浪墻且壩頂與校核水位的高差小于0.3m，壩高未達(dá)標(biāo)為14.5%，存在極大的安全隱患。

按洪水標(biāo)準(zhǔn)及壩高標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計的小型水庫數(shù)量見表3和表4。

表3 按洪水標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計海南省小型水庫(土壩)

表4 按壩高及洪水標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計海南省小型水庫(土壩)

根據(jù)規(guī)范，壩頂上游設(shè)有防浪墻時，壩頂超高要求可改為對防浪墻的要求。因此，水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不改變情況下，通過修建防浪墻，可將全省校核標(biāo)準(zhǔn)小于200年一遇的小型碾壓土石壩壩高達(dá)標(biāo)率從85.5%提升到100%，消除115座小型水庫因壩高不滿足要求而防洪能力不達(dá)標(biāo)的隱患。其它壩頂高程滿足規(guī)范要求的小型水庫，增設(shè)防浪墻后，將增大水庫泄洪時的凈出水高度至少0.3m，這部分庫容將在極端氣候條件下，在關(guān)鍵時期抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水侵襲，有效阻擋洪水溢壩往下游淹沒，提升水庫防洪能力。

5 結(jié)語

(1)海南省小型壩頂防浪墻的建設(shè)非常必要，不僅提高了防洪能力，有利于水庫安全運行管理和防汛安全，而且確保并促進水庫工程效益的發(fā)揮。

(2)針對目前海南省小型水庫運行時間較長、水庫防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力低下的現(xiàn)實，對海南省小型水庫采取增設(shè)或加高防浪墻工作，迫切、必要且現(xiàn)實。

(3)建議盡快啟動對海南省小型水庫進行增設(shè)或加高防浪墻調(diào)查、分析及論證，以便有效發(fā)揮水庫工程的效益，以策安全。