鹤岗市小鹤立河水库除险加固工程溢洪道设计

高 磊，王勇刚，段新宇

(1. 黑龙江省工程技术经济咨询事务所，哈尔滨150001;2. 黑龙江省政府发展研究中心，哈尔滨150001;3. 黑龙江省农业科学院遥感技术中心，哈尔滨150086)

1 概 况

1.1 自然地理及水文气象特征

鹤岗市小鹤立河水库位于黑龙江省鹤岗市蔬园乡西侧3 km附近，松花江二级支流鹤立河的支流小鹤立河中上游，坝址地理座标为E130°12'40″，N47°20'35″。集水面积183 km2，占小鹤立河流域面积的63%，水库坝址以下为浅丘向平原过渡地带。

鹤立河流域属寒温带大陆性季风气候区，夏季炎热多雨，冬严寒而漫长。多年平均气温3 ℃左右，以7、8月份最热，最高气温35 ℃;以1、2月份最冷，最低气温－33 ℃，多年平均封冻天数约150 d左右。多年平均最大冻土深度约2.0 m。

1.2 水利工程现状及存在问题

小鹤立河水库1958年由鹤岗市矿务局兴建，1962年投入使用，原设计标准为:20 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核。设计总库容1150 ×104m3。当时水库建设规模没有达到设计标准，实际总库容仅达到530 ×104m3，兴利库容为246 ×104m3，仅供矿务局供水需要。水库大坝逐渐加高，现总库容已达到1120 ×104m3，校核洪水位为161.00 m;设计库容900 ×104m3，设计洪水位159.9m;兴利库容为728 ×104m3，兴利水位为159.00 m;死库容为76 ×104m3，死水位154.00 m。现日供水能力达到2.56 ×104m3，农田灌溉为333 hm2。

1.2.1 水库现状规模小、防洪标准低

小鹤立河水库集雨面积大，既有大坝顶高程低，水库规模小，调蓄能力极低。经复核，大坝顶高程应为164.0 m，比既有坝顶高程161.80 m高2.20 m。当发生超20 a一遇洪水时，水库泄量与来量大致相等，水库无拦洪削峰作用［1］。

1.2.2 既有工程损坏重、隐患多

既有大坝护坡块石风化严重;溢洪道上下游翼墙出现多出错位，纵横向裂缝、底板剥蚀、海漫冲毁，闸门漏水、启闭不灵;输水洞进口翼墙、底板裂缝、错位、剥蚀，闸门锈蚀、漏水，启闭困难。

1.2.3 城市防洪安全需要水库提供保障

水库以下河道左岸虽建有堤防，但堤距较窄，堤防标准低、质量差，洪水给该地区国民经济造成了巨大的损失，严重影响着本地区经济发展。1985年洪水约为20 a一遇标准，使沿岸的村镇2 ×104余人，2 333 hm2农田受灾，3 座国有煤矿受淹，经济损失达1389 ×104元之多。因洪灾造成的经济损失累计已达1 ×108余元。

1.2.4 水库除险是保证城市和工业用水的需要

目前向阳、工农、南山区居民“吃水难、用水难”现象十分突出。为了保证这些地区的供水，全年只能采用定时、限量的供水方式保证供水，对此，群众反映强烈。在工业方面，为了保证居民生活用水和冬季锅炉用水，部分企业只能停产、限产，使工厂路十几家企业减产3500 ×104元。

1.2.5 小鹤立河水库工程除险的有利条件

小鹤立河水库工程距鹤岗市区仅5 km左右，水库与市区有公路相接。鹤岗市交通十分便利，区内有鹤大、鹤伊高等级公路，有佳鹤国铁。通过料场勘察可知，坝址附近有足够的筑坝材料，黏土料距坝址2.0 km，风化料距坝址仅1.0 km，混凝土骨料距坝址20 km左右。所需三材鹤岗市及其附近的佳市有充足的货源。

1.3 水库工程除险设计任务

根据小鹤立河水库现状存在的问题及业主的要求，本次设计的主要任务是水库除险加固。具体任务包括:根据原兴利状况及新的水文资料，复核水库规模;依据新用水要求，论证水库兴利规模;改造或维修加固已遭损坏工程。

2 地 质

2.1 库区工程地质条件

库区地下水类型可分为第四系松散层孔隙潜水和前第四纪基岩裂隙水两种;库区基本不存在渗漏问题，两岸均为连续的花岗岩侵入体，岩性单一，厚度大，缓坡地带覆盖着黏性土，岩体透水性弱，无构造破碎带分布。库岸稳定性较好，岸坡较缓，库区上游及库区内植被良好，从多年观察看基本没有淤积问题。

2.2 溢洪道工程地质条件

溢洪道地处右岸山体斜坡地带，沿线地表起伏较大，有冲沟纵横分布，切割深度、宽度一般＞4 m，该部位均被第四系松散层所覆盖。

2.3 天然建筑材料

勘探深度内黏土质中砂其各项指标满足碾压式均质土坝土料质量技术要求;从实验结果看料场各项指标除紧密密度略低外其他指标满足土坝坝壳填筑用砂砾料质量技术要求;石料场位于水库东侧4 km，质量好，储量丰富。

3 工程任务和规模

小鹤立河水库工程的开发任务是以防洪、城市供水为主，兼顾农田水利灌溉及水产养殖的综合利用中型水库。

3.1 防洪

水库除险后，可使鹤岗市城市防洪体系进一步完善，其防洪效果较为显著，20 a一遇洪峰流量由163 m3/s消减至95 m3/s，削峰42%;1 000 a一遇洪峰流量由490 m3/s，消减至340 m3/s，削峰31%。可使3个国有煤矿、2.0 ×104人口及2 333 hm2农田免遭20 a一遇洪水袭击。

3.2 城市及工业用水

水库除险后，可为城市居民及工业日供水3.5 ×104m3，年供水能力为1278 ×104m3。

3.3 农田灌溉及水产养殖

小鹤立河水库下游有宜灌耕地3 333 hm2，水库除险后，为农田供水379 × 104m3，保证灌溉水田333 hm2。

3.4 水库养殖面积

水库多年养殖水面200 hm2。

4 溢洪道设计

4.1 基本资料

4.1.1 水位及泄量水位及泄量情况见表1。

表1 水位及泄量情况

4.1.2 设计采用的有关系数和参数

抗滑稳定允许安全系数:根据《溢洪道设计规范》(SL253—2000)第4.3.11 之规定，按抗剪断公式计算的安全系数k:基本组合为3.0，特殊组合为K =2.5。

抗剪断摩擦系数:f' =0.50;抗剪断凝聚力:c'=50kPa。

4.2 溢洪道方案及选定

溢洪道净宽及堰顶高程的选定，现拟订四种方案进行经济比较如。

本除险加固初设对溢洪道宽度拟定了3个堰宽，即8 m、10 m、14 m，每个堰宽又拟定了157.50 m、156.50 m两个坎高，共计6个方案，计算结果表明，从水库工程造价上看，6个方案基本一样，从地质条件看，闸室均座落在强风化岩上，地质条件也基本相近。本设计认为坎高157.50 m方案宜于远景扩建相结合，所以选定单孔10 m、坎高157.30 m、弧型闸方案作为推荐设计方案。

4.3 总体布置及结构型式

溢洪道布置在既有右側泄洪闸位置，相应大坝桩号为0 +345。溢洪道由进口段、闸室、陡坡、消力池、海漫及尾水渠组成。

1)进口段:进口段由引水渠及铺盖组成。

2)闸室:闸室净宽10 m，长16 m，闸底为强风化岩。

3)陡坡段:陡坡段为钢筋混凝土U 型槽结构，长74.77 m，宽10 m，底坡为i =1/10。

4)消力池:消力池采用水平扩散式，钢筋混凝土U 型槽结构。

5)海漫:海漫平面布置成弧形，弧半径为180 m。

6)尾水渠:为使下泄水流通畅入河，需疏通尾水渠长200 m。

4.4 水力计算

溢流堰过流能力计算:

采用规范推荐的开敞式WES 型实用堰的泄流能力公式计算为:

经计算:P =3.33%时，过闸流量为191 m3/s，堰后收缩水深为1.66 m;设计情况下过闸流量230 m3/s，堰后收缩水深为2.04m;校核情况下过闸流量为333 m3/s。

设计情况:

1)临界水深hk:

2)临界坡度ik

所采用陡槽底坡i = 0.1 ＞ik=0.0039 属于正坡

3)陡槽长度

陡槽的总落差p =7.44 m，陡槽的长度为:

综上所试算的结果可得h0=1.24 m。

校核情况:

1)临界水深

2)临界坡度ik

所采用陡槽底坡i =0.1 ＞ik = 0.0042 属于正坡。

海漫的结构布置:

4)闸室稳定计算

闸室稳定计算对下述3 种情况进行:

1)正常运用情况:闸前兴利水位，关闸;

2)非常运用情况:闸前校核洪水位，闸门全开;

3)施工完建期:闸前、后均无水。

抗滑稳定按抗剪断强度公式计算:

闸室稳定计算成果见表2。

表2 闸室稳定计算成果表

上述计算成果均满足规范要求。

［1］李杨. 东沟水库除险加固工程溢洪道设计［J］. 中国科技信息，2012(08):94.