東源縣下徑水庫除險加固工程洪水特征分析

金明強

（東莞市松木山水庫管理處，廣東 東莞 523000）

1 工程概況

東源縣下徑水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的?。ǘ┬退畮欤撍畮旃こ逃?971 年10 月開始動工興建，1972 年3 月竣工，已運行51 年。水庫集雨面積為1.93 km2，河流長度2.129 km，平均坡降0.092 4。下徑水庫主要由大壩（漿砌石重力壩）、輸水涵管及溢流段等三大部分組成。經(jīng)復(fù)核，水庫總庫容為48.03 萬m3。下徑水庫于2021 年1 月進行了安全鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果下徑水庫屬于三類壩，工程存在多項安全隱患。因此，應(yīng)盡快進行除險加固，消除不安全因素。

2 工程地質(zhì)

通過本次勘察，查明了壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件及存在的工程地質(zhì)問題，對水庫的滲漏等工程地質(zhì)問題作了評價，根據(jù)對壩體砌筑層、壩基及其物理力學性質(zhì)的評述，得出如下結(jié)論：

（1）工程區(qū)位于丘陵地貌區(qū)，壩基地層單一，壩基巖體為弱風化花崗巖，壩基巖體工程地質(zhì)分類屬AⅢ1亞類，可滿足壩體荷載、壩基巖體壓縮變形要求；不存在大的軟弱層、軟弱夾層、斷層破碎帶、緩傾角結(jié)構(gòu)面等不利工程地質(zhì)情況，地質(zhì)構(gòu)造中等；泄洪沖刷地段均為弱風化花崗巖，抗沖刷能力強，沖坑不發(fā)育；近壩邊坡穩(wěn)定，未見滑坡、崩塌等不良地質(zhì)作用；總體大壩壩基工程地質(zhì)條件較好。

（2）工程區(qū)場地土類型為巖石場地土，場地類別為Ⅰ0類。地震基本烈度Ⅵ度，加速度值為0.05 g，特征周期為0.35 s，區(qū)域地殼穩(wěn)定性為穩(wěn)定。

（3）大壩主體未見下沉、變形位移現(xiàn)象，大壩面層碳化現(xiàn)象普遍，外觀質(zhì)量較差。

（4）大壩大清基質(zhì)量較好。大壩建基面巖石屬堅硬巖，壩基巖體工程地質(zhì)分類屬AⅢ1 亞類，總體評價壩基巖體壓縮變形小，可滿足壩體荷載要求。

（5）大壩砌筑于弱風化花崗巖上，巖質(zhì)較好。

（6）總體壩肩穩(wěn)定性較好。

（7）壩體內(nèi)砌筑的塊石為弱風化花崗巖，飽和抗壓強度平均值65.47 MPa，抗水性、抗風化性能好，為良好的大壩砌筑材料。

（8）輸水涵管質(zhì)量較好。

（9）大壩缺少觀測設(shè)施，如位移觀測樁、測壓管等。

3 洪水分析

3.1 洪水標準

根據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014）表11.1.4 的規(guī)定，本工程屬Ⅴ等?。ǘ┬凸こ?，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5 級。其建筑物的防洪標準根據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014）表11.3.1 及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）表5.2.6 進行確定，大壩為漿砌石重力壩，按20 年一遇洪水設(shè)計，200 年一遇洪水校核；溢流段消能防沖建筑物設(shè)計洪水標準為10 年一遇洪水。

表1 各歷時暴雨參數(shù)表

表2 下徑水庫洪水計算成果表（產(chǎn)流匯流法）

表3 下徑水庫設(shè)計洪水成果對比表（推理公式法）單位：m3/s

表4 下徑水庫不同時段暴雨參數(shù)成果對比表單位：mm

表5 水庫流域特征參數(shù)復(fù)核成果表

3.2 洪水計算方法

下徑水庫為?。ǘ┬退畮?，區(qū)域內(nèi)無實測洪水資料，洪水擬采用設(shè)計暴雨推求。在《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》（2003 年版）上查測暴雨參數(shù)，再應(yīng)用廣東省綜合單位線和推理公式（1988 年修訂）兩種方法分別計算設(shè)計洪水。

3.2.1 廣東省綜合單位線法

綜合單位線滯時為大陸低區(qū)的m～θ 關(guān)系圖，按發(fā)生先后線性疊加形成逐時段凈雨地表徑流過程。

3.2.2 推理公式法

推理公式的匯流參數(shù)為大陸地區(qū)的m～θ 關(guān)系線，推理公式法計算公式如下：

式中：Qm——洪峰流量，m3/s；

Sp——相應(yīng)頻率P%的面雨量的暴雨強度，mm；

L——河長，km；

J——坡降；

——平均損失率，%；

F——集雨面積，km2；

m——匯流參數(shù)，查推理公式匯流參數(shù)m～θ 關(guān)系圖。

采用推理公式法設(shè)計洪水成果，水庫20 年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為47.48 m3/s，200 年一遇校核洪水洪峰流量為63.84 m3/s，10 年一遇溢流消能防沖建筑物設(shè)計洪水洪峰流量為42.09 m3/s。

兩種方法的設(shè)計洪峰流量相差＜20%。

3.3 暴雨資料

本工程所在的流域無水文站，除險加固初步設(shè)計采用《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》（2003 年）的降雨成果與原設(shè)計進行比較綜合選用，經(jīng)查圖，原設(shè)計暴雨參數(shù)值復(fù)核設(shè)計要求，結(jié)果見表1。

由于工程所在流域沒有水文站，本次通過暴雨途徑推求設(shè)計洪水。

3.4 洪水計算復(fù)核成果

根據(jù)上述參數(shù)，利用“廣東水文水利設(shè)計計算軟件平臺”中的“暴雨徑流計算”軟件，從大壩安全角度考慮，采用校核洪水洪峰較大的計算方法作為本次設(shè)計洪水成果，所得各頻率洪水成果見表2。

3.5 合理性分析

水庫安全評價采用了推理公式法計算水庫設(shè)計洪水，洪水復(fù)核合理性分析時選用本次復(fù)核推理公式法計算所采用的參數(shù)進行比對，結(jié)果列于表3～5。本次采用參數(shù)與安全評價采用參數(shù)一致，且計算成果一致，故計算成果合理。

3.6 施工洪水

根據(jù)施工要求，計算施工期為10 月至次年3 月，5 年一遇的設(shè)計洪水。

本次采用附近的順天雨量站的枯水期雨量資料推求代表工程所在地。

根據(jù)順天雨量站枯水期（10 月至次年3 月）最大一日、三日的暴雨資料做統(tǒng)計分析計算，最大一日、三日的設(shè)計暴雨（最大24 h 的設(shè)計暴雨量為枯水期最大一天暴雨量的1.05～1.1 倍）采用順天雨量站的枯水期最大一日、三日的暴雨資料統(tǒng)計參數(shù)。最大1 h、6 h設(shè)計暴雨值由設(shè)計雨力Sp（由枯水期最大24 h 設(shè)計暴雨求得）及暴雨遞減指數(shù)n推求?？菟诒┯杲y(tǒng)計參數(shù)成果見表6。

表6 枯水期暴雨統(tǒng)計參數(shù)成果

因圍堰為臨時性水工建筑物，屬5 級建筑物，從洪水計算方法的一致性考慮，采用由推理公式法計算出的設(shè)計洪水成果，枯水期10 月至次年3 月5 年一遇施工洪水的設(shè)計洪峰流量為17.11 m3/s，3 d 洪水總量為14.09 萬m3。

3.7 泥沙

下徑水庫壩址以上區(qū)域的土壤侵蝕以水力侵蝕為主，侵蝕方式為面狀侵蝕和溝狀侵蝕。由于流域無泥沙實測資料，水庫泥沙計算根據(jù)廣東省水文總1986年8 月編寫的《廣東省水資源》中廣東省懸移質(zhì)多年平均年輸沙模數(shù)分區(qū)圖，考慮水庫以上流域內(nèi)草木茂盛植被良好，水土保持較完整，故本次選取多年平均懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)為80 t/（km2·年）。

水庫多年平均懸移質(zhì)輸沙體積采用以下公式計算：

式中：W懸——多年平均懸移質(zhì)年輸沙量，t；

G懸——多年平均懸移質(zhì)年輸沙體積，m3；

M——侵蝕模數(shù)，M=80 t/（km2·年）；

F——集雨面積，下徑水庫F=1.93 km2；

r——泥沙干容重，一般采用1.3～1.4 t/m3，本工程取1.4 t/m3。

下徑水庫工程于1972 年竣工，至今已運行51 年。經(jīng)計算可得，下徑水庫多年平均懸移質(zhì)輸沙體積為110.29 m3。從安全角度考慮推移質(zhì)按懸移質(zhì)的20%計算，則下徑水庫多年平均輸沙體積為132.34 m3，1972—2022 年共計50 年淤積總體積達到0.67 萬m3。

4 結(jié)論

本工程需要考慮施工導流的部位，有壩前坡、輸水涵管閘門和斜拉桿除銹。通過自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步精確分析需要控制水庫低水位的大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿、壩體的劈裂灌漿等工程數(shù)據(jù)。工程在每年1 月前可利用原放空涵管將水庫水位放低至320.50 m，然后在輸水管閘門段前、大壩后坡修建圍堰，并抽干基坑內(nèi)的積水。需要注意施工導流部位的施工須安排在枯水期（10 月至次年3 月）。