光伏发电项目对七方地水库大坝稳定复核分析

于 洋

(辽宁省鞍山市岫岩水文站，辽宁 鞍山 114300)

1 概 述

彰武七方地渔光互补光伏发电项目工程位于辽宁省阜新市彰武县前福兴地乡七方地水库蓄水区，项目面积 312518m2，容量为13.156MWp。七方地水库本流域设计灌溉面积133hm2，下保护游耕地167hm2，人口8500人。

坝顶高程复核:坝顶高程分别按工程影响后的设计、校核运用条件时最大水位重新计算复核，取其中最大值。

计算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y为坝顶超高，m;R为最大波浪在坝顶上的爬高，m;e为最大风壅水面高度，m;A为安全加高，m，正常运用情况A=0.5m；非常运用情况A=0.3m；

1)波浪爬高R的计算：

采用莆田试验站公式计算：

a)平均波高hm计算：

(1)

式中：W为计算风速(多年平均年最大风速采用17.6m/s；D为吹程(校核水位D=1000m，设计水位800)；Hm为平均水域深；hm为波浪平均高，m；Tm为平均波周期，m。

b)平均波长Lm按公式计算如下：

(2)

式中：H为坝迎水面前水深，正常高水位H=13.3m；

2)风壅水面高计算：

(3)

式中：e为计算点处的风壅水面高度，m；k为综合摩阻系数，取3.6×10-6；W为计算风速，m/s；Hm为水域的平均水深，m；β为风向与水域中线的夹角,°β=30°；D为吹程，从坝前(风向)沿至水库对岸的水面最大直线距离,(校核水位1000m，设计水位800m)。

3)波浪爬高Rm计算:

(4)

式中：Rm为计算爬高，m；KΔ为糙率渗透系数，取0.85；KW为经验系数，去1.12;m为坡度系数，m=3.0；Lm为波长，m。

坝顶高程计算结果见表1。

表1 坝顶高程复核成果表

根据坝顶高度复核成果可知，按照壅高后的设计、校核工况水位计算，设计洪水位工况坝高52.184m，校核洪水位工况坝高52.492m。

2 大坝稳定复核

2.1 坝坡稳定复核

选择主坝有代表性的主河道断面，坝顶高程选取52.6m，坝顶宽取5m，河底高程47.0m，上游坝坡1∶3.0，下游坝坡1∶4.0。

计算公式：

(5)

式中：Wi为单宽坝长的土条重，Wi=bhiγ；b为土条宽度；hi为土条的平均高度；γ为土的容重，按有渗透水压力计算土的容重方法选用；αi为土条弧边的弦与水平线的夹角，即切线角；tgφ为土的内摩擦角φ的正切值，即摩擦系数；C为土的黏结力；L为圆弧的长度；采用北京理正软件研究所《理正岩土》边坡稳定分析软件，中等厚度土层土坡稳定计算，成果见表2：

表2 稳定渗流期现状坝坡稳定复核成果表

按照计算成果可知，边坡整体抗滑稳定均满足规范要求。

2.2 大坝渗流稳定复核

选择主河道断面，坝顶高程52.60m，坝顶宽取5m，河底高程47.0m，上游坝坡1∶3.0，下游坝坡1∶4，下游无排水体。

根据原有土工试验成果，结合建坝时的过程管理资料，综合分析确定各部位渗透计算参数见表3：

表3 渗流计算参数表

按不透水地基上均质土坝进行渗流计算。渗透系数2.53×10-5(cm/s)，采用北京理正软件研究所的《理正岩土》软件中渗流分析软件中公式法计算。规范采用《堤防设计规范》(GB50286-2013)。

(6)

式中：H为上游水头高;m1为上游坡比降;a1为浸润线在滤水坝上游脚处的逸出高度;a0为浸润线在堆石滤水坝上游脚处的浸润线高度;hx为坝体浸润线位置;

经计算，结果见表4、表5。

根据《水利水电工程地质勘察规范》，土体的渗透变形类型根据土的细粒含量，采用下列方法进行判别。

流土

(7)

管涌

(8)

式中：Pc为土的细颗粒含量，以质量百分率计，%；n为土的孔隙率，%。

根据地质资料，n取0.39，Pc=27%。

故判断土体的渗透变形类型为管涌。

管涌的临界水利比降根据公式：

(9)

式中：k为土的渗透系数，cm/s，2.66×10-4；d3为占总土重3%的土粒粒径，mm，0.1；n为土的空隙率，%，0.38；Jcr=0.6032，查表M，得到允许水力比降为0.15。

由《土坝设计规范》上册，坝体渗透坡降计算公式为：

J=(H-h1)/(L1-εm1H)

(10)

式中：H为上下游水位差；h1为棱体排水的始点，浸润线的纵坐标；L1为水面线与坝坡交点到排水设备内坡脚的距离；ε为经验系数0.4。

表4 浸润线计算特征值

表5 浸润线坐标

根据上述计算结果见表6，各种水位工况下的坝体渗透坡降均小于允许渗透坡降，坝体渗透是稳定的。

表6 土坝渗透坡降计算表

2.3 溢洪道泄流能力复核

采用公式：

(11)

式中：m为二元水流宽顶堰流量系数，根据《溢洪道设计规范》SL253-2000中查表A.2.3-1得m=0.385；Ho为计入行进流速的堰上总水头，m；B为溢洪道总净宽，m，B=20m；ε为侧收缩系数，ε=[εz(n-2)+2εB]/n。

(12)

(13)

式中：n为孔数；b为各孔净宽；d为中墩厚；△d为边墩边缘至河岸距离；K为闸墩形状影响系数，矩形取0.19，圆弧形取0.1；B为堰上游距堰3 Ho-4 Ho处的宽度；b为堰顶宽度。

经计算得：εz=0.94，εB=0.95，则ε=0.95，m=0.385。

计算结果见表7及表8。

表7 溢洪道泄量计算成果表

溢洪道最大泄流能力143.768m3/s，大于校核洪水时下泄流量84.5m3/s，溢洪道泄流能力满足要求。溢洪道出口处河床设有消能防冲石笼，洪水由悬槽直接下泄入主河道，不存在阻水问题；发生校核洪水时下游水深1.2m，回水不会对坝脚构成威胁，溢洪道消能防冲情况满足要求[1-3]。

表8 溢洪道泄流量复核表

3 结 语

通过坝顶高程、大坝稳定、大坝渗流及溢洪道泄流能力复核成果可知,大坝在上述方面均满足规范要求。坝体渗透坡降均小于允许渗透坡降，坝体渗透是稳定的。溢洪道泄流能力满足要求，溢洪道消能防冲设施满足要求[4-5]。

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[5]李宗樾,苏艳菲.南江水库坝肩稳定复核及加固设计[J].科技资讯，2009(12)：21-22.