小型水库大坝安全认定

伍 美 华

(杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310020)

小型水库大坝安全认定

伍 美 华

(杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310020)

通过对某一座小型水库的运行管理评价、防洪标准复核、渗流稳定安全评价、大坝结构安全评价等专项评价，说明小型水库大坝安全认定的内容和特点，以确保水库大坝的安全运行。

小型水库，安全评价，防洪安全，渗流安全，结构安全

我国大部分小型水库兴建于二十世纪六七十年代，鉴于当时的历史条件，工程勘察、设计、施工等建设环节没有严格执行基建程序，没有坚持设计审批、施工图审查和竣工验收制度，工程档案资料不齐全[1]。经过近三四十年的运行使用，水库大坝已出现不少问题，如水库坝址、坝基漏水，大坝防洪安全不满足要求，坝体填筑质量差，大坝出现冲刷、侵蚀、坍塌等现象，水库大坝附属设施老化缺失，存在很大的安全隐患。为保证水库大坝的安全运行，确保水库最大化的发挥效益，必须对病险水库大坝进行除险加固。对水库大坝进行安全评价，全面准确地掌握水库大坝的运行状况，找出安全隐患，以便有针对性地对水库大坝进行除险加固，做到“对症下药”十分必要。

水库大坝安全评价一般包括[2]：工程质量评价，大坝运行管理评价，防洪标准复核，水库大坝渗流安全评价，大坝结构安全评价等内容，通过各专项分析评价，确定水库大坝安全级别。本文通过对浙江省某小型水库大坝进行安全评价来说明水库大坝安全评价中应解决的问题。

1 工程概况

某小(二)型水库位于浙江省淳安县，该座水库于1971年建设，1972年投入运营，水库灌溉面积370亩，下游保护人口2 000多人，保护耕地900亩。

大坝为粘土心墙坝，坝顶高程173.12 m～173.50 m，最大坝高24 m，坝顶长度67 m。水库按20年一遇设计，200年一遇校核，设计总库容30.4万m3，正常库容26.3万m3。

溢洪道为开敞式明槽溢洪道，左侧及底板为混凝土衬砌，右侧为山体。溢洪道进口设宽顶堰，堰宽9 m，下游泄流段长87 m，宽3.5 m。

水库放水设施为输水涵管，位于大坝右端，涵管为混凝土圆管，管径0.3 m，进口配斜插板启闭机。

2 工程运行管理评价

水库大坝已运行40多年，大坝及其附属设施已出现较多问题：上游坝坡中部鼓出明显，上部坝坡较陡，不满足规范要求；下游坝坡较陡，坝坡面平整度较差；坝基渗漏水较为严重；溢洪道底板混凝土衬砌破损；放水设施涵管进口闸门及其启闭设备老化，拉杆锈蚀。水库无上坝公路，不便于大坝维修、抢险，且该工程建成后未设置变形和渗流等观测设施，无法对大坝进行安全监测。

水库管理已规范化和制度化，有专职管理人员及较为健全的防汛、抗旱运行方案。

综上所述，该水库大坝运行管理综合评价为“一般”。

3 防洪标准复核

3.1 设计洪水

根据地形图量测，本水库坝址以上控制集雨面积为2.46 km2，汇流面积不超过50 km2，故采用浙江水电院推理公式计算其洪水过程。坝址以上洪水成果见表1。

表1 设计洪水成果表

3.2 调洪计算

水库调洪采用静库容调洪计算方法，即认为某个水位水库水面是水平的，采用静库容曲线，利用水量平衡原理，假定在计算时段dt内水库库容和库水位成线性变化，采用试算法迭代求解。

泄流方式是通过溢洪道自流渲泄，孔泄流系数为1.55。根据计算判别，当堰顶水头低于1.2 m时，采用宽顶堰形式计算泄流量，当堰顶水头高于1.2 m时，采用折线实用堰计算泄流量，计算公式如下：

式中：Q——流量，m3/s；B——溢流堰过水总净宽；H0——计及行近流速的堰顶水头，m；v0——行近流速，m/s；α0——动能修正系数，近似的取1.03；H——堰上水头，m，计算断面前取在堰前3H0～6H0处； g——重力加速度,m/s2；m——流量系数；C——上游面坡度修正系数，取1.0；ε——收缩系数，取1.0。

经过调洪演算，得到水库20年一遇设计和200年一遇校核洪水调节成果如表2所示，水库调洪过程线见图1。

表2 水库调洪演算计算成果表

项目频率20年200年最高水位Zmax/m172．27172．77最大库容Vmax/万m326．728．1洪峰流量QP/m3·s-14159最大下泄流量Qmax/m3·s-13348

3.3 坝顶高程复核

坝顶在水库静水位以上的超高计算公式为[2]：

y=R+A。

式中:y——坝顶在静水位以上的超高，m；R——波浪沿坝坡的最大爬高，m，取累积频率为5%的波浪爬高值Rp；

A——安全超高,5级坝设计洪水位下取0.50 m，校核洪水位下取0.30 m。

根据《碾压式土石坝设计规范》，波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算：

式中：hm——平均波高，m；Tm——平均波周期，s；Lm——平均波长，m；W——计算风速，m/s，正常运用条件下取多年平均最大风速的1.5倍，非常运用条件下采用多年平均最大风速；

Hm——水域平均水深，m；

D——风区长度，m。

计算结果见表3。由表可知现状坝顶高程低于设计工况和校核工况下坝顶计算高程，大坝不能满足防洪安全要求。

表3 坝顶高程复核结果

根据浙水管[2003]10号浙江省小型水库大坝安全技术认定办法(试行)[3]及SL 258—2000水库大坝安全评价导则[4]，该水库大坝防洪安全性级别为“C”级。

4 渗流安全评价

根据大坝地质勘探结果，坝体的渗透系数4.85×10-3cm/s～6.52×10-4cm/s，坝体为中等透水体，坝基接触段及基岩第一段为中等透水带。

选取最大坝高断面进行大坝渗流稳定计算分析，主要考虑水库正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位及水库自校核洪水位骤降至溢洪道高程处等四种工况下坝体渗流量、浸润线的位置及逸出点高度，并计算下游坝坡水力坡降，计算工况见表4。

表4 大坝渗流计算工况汇总表 m

计算各工况下坝体浸润线见图2，大坝浸润线出口高度、坝体渗流量及坝趾处的水力坡降见表5。

表5 渗流计算结果

计算工况浸润线逸出点距下游水位高度a/m渗流量QL/s浸润线逸出点处水力坡降J坝趾处最大水力坡降Jmax允许水力坡降[J]正常蓄水位9．780．12780．281．09设计洪水位15．320．14390．321．34校核洪水位19．250．12530．261．85库水位降落9．570．12980．241．070．445

从计算结果可知，大坝下游浸润线逸出点较高，且大坝的渗流量较大。下游坝坡浸润线逸出点处的水力坡降均小于允许值，但坝趾处的水力坡降在远大于允许值，坝趾处易发生渗透破坏。

将渗流稳定计算结果结合地质勘探和大坝运行状况，根据浙水管[2003]10号以及SL 258—2000，大坝渗流安全性级别评为“C”级。

5 结构安全评价

大坝坝坡稳定计算分析采用的物理力学指标参考大坝地质勘察结果，计算断面与渗流安全计算断面一致(见表6)。

表6 坝体及坝基物理力学指标

根据规范要求，坝坡稳定分析应分别计算上、下游坝坡在稳定渗流期以及上游坝坡在库水位降落期的抗滑稳定性。计算得上、下游坝坡最危险滑动面及对应的抗滑稳定安全系数见图3。

从计算结果可知，水库上坝坡的安全系数均满足规范要求，但上坝坡中部鼓出明显，且上部坡度较陡，不满足规范要求；下坝坡的坡度较陡，其安全系数仅略大于规范允许值，安全储备较少，且下坝坡平整度较差，堆放有大量松散块石，存在安全隐患。

根据浙水管[2003]10号及SL 258—2000，该座水库大坝结构安全性级别为“B”级。

6 结论和建议

6.1 结论

通过对小型水库大坝的运行管理、防洪影响、渗流安全和结构安全等各专项评价，结合地质勘察及运行状况，综合认定该水库大坝安全状况为“三类坝”。

6.2 建议

根据水库大坝安全认定结论，对水库大坝进行除险加固，主要内容包括：1)坝顶结构改造，使得坝顶高程满足防洪安全要求。2)上、下坝坡整治并护坡。3)坝体、坝基防渗和加固处理。4)溢洪道左侧及底板混凝土补砌、修整。5)封堵坝内输水涵管，新开挖放水隧洞。6)修建上坝公路和管理房。7)增设水库水文自动测报系统及大坝安全监测设施。

[1] 牛运光.试论土石坝隐患深测[J].大坝与安全，1996，36(2)：24-33.

[2] SL 189—96，小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则[S].

[3] 浙水管[2003]10号，浙江省小型水库大坝安全技术认定办法(试行)[R].

[4] SL 258—2000，水库大坝安全评价导则[S].

[5] 娄健康，李 慧，张玉辉.小型水库大坝稳定分析计算[J].山西建筑，2014，40(6)：231-233.

Safety identification of small-scale reservoir dam

Wu Meihua

(HangzhouHydropowerSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Hangzhou310020,China)

Through estimating the small-scale reservoir about operation management assessment, flood-preventing criteria auditing, seepage stability safety assessment and dam structure safety assessment, the paper illustrates the small-scale reservoir dam safety identifying contents and features, with a view to guarantee the safe operation reservoir dam.

small-scale reservoir, safety assessment, flood-preventing safety, seepage safety, structural safety

2015-02-03

伍美华(1982- )，女，工程师

1009-6825(2015)11-0221-03

TV697

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