水电站河堤式副坝建筑物级别及设计标准的探讨

2010-04-04任西平刘善均李欢

大坝与安全 2010年3期

任西平，刘善均，李欢,

（1.四川省电力公司，四川成都610041；2.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065）

0 概述

河堤式副坝是指水利水电工程中，从拦河大坝（或水闸）至水库回水尖灭点范围内的库区两岸挡水护岸工程。水电站河堤式副坝除了减少库区渗漏外，根据两岸地形地貌的不同特征可以分为两类，一类是水库地处高山峡谷区，河谷呈“V”型，两岸高陡，为防止崩塌、滑坡等地质灾害对水库的威胁而采取的工程措施；一类是水库地处低山或丘陵地区，呈开阔平坦的“U”型河谷，为形成水库及保护两岸的村镇、土地、工矿企业而采取的工程措施。

笔者在水电站大坝蓄水安全鉴定中发现，在低山和丘陵地区修建的水利水电枢纽工程，对于库区两岸护岸工程的主要功能、水工建筑级别的划分和设计标准的选取，各方都存在一定的争议，本文旨在通过鉴定过程中的两个工程实例，对此问题进行分析和探讨。

1 主要涉及规范

水电站河堤式副坝的设计等级及标准涉及部分国家标准和行业标准（选用水利行业标准），其中有国家标准GB50199-94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》、GB50201-94《防洪标准》、GB50286-98《堤防工程设计规范》和水利行业标准SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》。

2 千佛岩水电站右岸副坝工程

千佛岩电站工程位于岷江的二级支流青衣江上，是青衣江干流河段梯级开发的第11级电站。电站为河床式开发，库区内河谷宽缓，两岸阶地不对称发育。水库正常蓄水位430.00 m，设计洪水位431.15 m，校核洪水位433.60 m，装机容量102 MW，水库总库容2650万m3。千佛岩电站工程为Ⅲ等工程，工程规模为中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。在蓄水安全鉴定时，专家组对右岸副坝的设计标准提出了质疑，与设计单位进行了深入讨论。

2.1 设计单位防洪标准确定

设计单位认为，该段河堤式副坝（称为“副坝”）的作用在于保护两侧的农村、耕地及人口，属于堤防性质。堤防工程的级别应按GB50286-98《堤防工程设计规范》确定[1]；堤防工程的洪水标准应根据江河防洪规划和保护对象的重要性分析确定，对没有整体防洪规划河流的堤防或不影响整体防洪规划的相对独立的局部堤防，其洪水标准根据保护对象的重要性按规范GB50286-98《堤防工程设计规范》确定[1]；堤防工程防护对象的防洪标准应按照现行国家标准确定[2]。以乡村为主的防护区，当防护区人口≤20万或防护区耕地面积≤2万ha时，该乡村防护等级为Ⅳ等，对应防洪标准为重现期10～20年[3]。

工程库区回水长度7.7 km，两岸为耕地和农户，根据四川省河道管理范围内建设项目管理暂行办法规定以及本工程行洪论证报告（上级水利部门已批准），库区河段的防洪标准为洪水重现期10年；同时根据GB50201-94《防洪标准》，确定该工程副坝设计标准为洪水重现期10年。

2.2 设计单位坝顶高程确定

经设计分析，建库后与天然情况下，重现期10年洪水位在CS9断面处较为接近，右岸副坝末点设在CS9断面附近。右岸副坝为混凝土面板碾压砂卵石坝，水库正常蓄水位430.00 m，安全加高0.50 m，波浪爬高+风壅水面高度为1.86 m，故副坝起点坝顶高程可取432.36 m；CS9断面建库后重现期10年洪水位为433.43 m，本工程所在河段堤顶高程超高值按直接加1 m考虑，副坝末端坝顶高程可取434.40 m。设计将副坝布置为统一坝顶高程，即由副坝末端重现期10年洪水位控制坝顶高程，取434.40 m。

坝顶设1.20 m高防浪墙，坝顶高程取433.20 m，副坝末端坝顶高程由433.20 m渐变至原堤顶高程434.50 m，下游与枢纽衔接处通过混凝土重力坝渐变段连接，坝顶高程由433.20 m渐变至435.20 m。

2.3 蓄水鉴定单位争议

鉴定过程中，专家组指出，水利水电工程建筑物的功能决定了其设计标准，千佛岩水电站库区属于河道（槽）型水库，副坝是水库挡水壅水建筑物的有机组成部分，有两个主要功能：（1）与其它主要建筑物一起壅水，形成电站的水库，减少淹没范围；（2）保护库岸后的居民、学校和工农业生产等的防洪安全。专家组认为该工程库区右岸工程（即副坝）的设防标准过低，因此进行了深入的分析。

2.3.1 建筑物级别及设计标准

水利水电工程永久性建筑物根据其重要性分为主要建筑物和次要建筑物，主要建筑物是指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如堤坝、水闸、电站厂房及泵站等；次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、导流墙及护岸等[4]。

千佛岩水电站水库属河道（槽）型水库，泄洪冲沙闸、河床式发电厂房属于主要建筑物，右岸副坝作为水库壅水建筑的有机组成部分，按照前一功能，应为3级建筑物，洪水设防标准为重现期50年。

2.3.2 河堤式副坝顶高程

右岸副坝的最下游端与拦河闸相接，副坝顶高程433.20 m，坝顶设1.2 m高防浪墙，防浪墙顶高程434.40 m，枢纽主体坝顶高程435.20 m，因此副坝防浪墙顶高程比拦河闸坝坝顶高程低0.8 m，副坝成为库区防洪工程较为脆弱的一环。按枢纽主体闸坝及厂房的防洪要求，该高程是不够的。

一般来说，河流的水面曲线沿水流方向逐渐降低，而该工程副坝（长约3 km）均采用统一高程，将导致下游设计不够经济或上游顶部高程不满足泄洪要求（后经复核，副坝末端重现期10年洪水位高出434.40 m高程近5.0 m）。同时，副坝高程的确定应考虑水库“翘尾巴”和泥沙淤积等因素的影响，并且副坝后即为人口较多的乡镇和农田，应留一定的防洪富余库容。

2.3.3设计标准差异原因分析

设计单位和蓄水安全鉴定单位就该工程右岸副坝的设计标准存在较大的争议，双方都有各自的依据和理由，并有相应的规程规范作为支撑。设计单位认为该河堤式副坝是担负防洪任务的民防堤坝，根据GB50286-98《堤防工程设计规范》和GB50201-94《防洪标准》及上级水利部门批准的行洪论证报告确定其防洪标准为重现期10年；鉴定单位根据副坝的挡水壅水功能认为其属于主要水工建筑物的性质，根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，属于3级水工建筑物，防洪标准为洪水重现期50年。

可以说，争议的主要来源在于对这种河道（槽）型水库河堤式副坝的功能认定，造成同一工程的民用防洪标准和工程防洪标准出现不一致。因为对工程的认识不同，造成同一工程采用不同规范得出了不同的设计标准，现在尚无相关的规程规范来调和这种矛盾，这是在低山丘陵地区修建水电站出现的新课题。

2.4 问题解决

为妥善解决争议，鉴定单位和设计单位进行了多次讨论，并同初步设计审查专家和蓄水安全鉴定专家进行了分析，最后认为，虽然设计按照相关部门批准的行洪论证报告及部分规范设计，但相对于拦河闸坝3级水工建筑物重现期50年的洪水标准，重现期10年标准偏低；对于河道（槽）型水库，回水较长，本工程右岸副坝若同拦河闸坝统一设防标准，成本较高；该电站右岸副坝是为了建立拦蓄区的工程，属于防护堤性质，认为是次要建筑物，建筑物级别为4级，故对应的洪水设计标准可采用洪水重现期30年，不进行校核洪水设计。

鉴于工程已经基本施工完毕，一方面要求设计单位复核重现期30年洪水的回水长度及高程，加高不符合标准的坝段；同时建议业主单位制定切实可行的应急预案，运行期间要高度重视，加强监测，如有异常，应及时分析原因并采取有效措施。

3 吴家渡电航工程

吴家渡电航工程位于涪江干流上，水库正常蓄水位395.00 m，装机容量42 MW，属三等工程，枢纽泄洪建筑物的设计洪水标准为重现期50年，洪水重现期500年校核。工程区位于四川盆地中北部的浅丘地带，河谷开阔平坦，为不对称“U”型谷，两岸漫滩及阶地发育。为充分利用水能资源并减少淹没损失，设防洪堤进行保护，左岸防护堤的防护标准为洪水重现期10年，其堤顶高程按重现期10年洪水位加1 m超高确定。

蓄水安全鉴定专家组认为，虽然左岸防护堤设防标准重现期10年洪水在初步设计时得到了上级部门批准，但此段防护堤最下游端与拦河闸相接，且顶高程398.055 m，比坝顶高程402.40 m低3.545 m，重现期20年洪水时水库洪水即会翻过堤顶；而背水面坝坡采用30 cm厚干砌卵石护坡，水流翻水的直接冲刷和向下游流动时的侧向冲刷是存在的。因此，要求设计单位对此提出防护措施；业主运行中应高度重视，特别是危及拦河大坝的安全运行。