不设溢洪道混联骨干坝除险加固顺序分析

卢生亮，郭翠英(．鄂尔多斯市东胜区水务和水土保持局，内蒙古 鄂尔多斯 07000；．鄂尔多斯市东胜区大兴中学，内蒙古 鄂尔多斯 07000)

面对全球气候变化的影响，我国北方地区呈现出局地和点暴雨频发、因灾损失加大的趋势，骨干坝的建设与安全运行管理面临更加严峻的形势[1]。随着我国经济社会的快速发展，在支毛沟兴建的控制性骨干坝需要进一步提高建设标准，对已建成但没有设置溢洪道的“两大件”骨干坝进行改建加固，按照坝体、放水工程、溢洪道“三大件”标准增设泄洪设施，续建溢洪道，提高防洪能力。鄂尔多斯市东胜区茶店梁小流域坝系工程于2007年全部建成并投入运行[2-7]，以文献[8-10]中茶店梁沟右岸支沟内仅由坝体和放水工程组成的5座混联骨干坝除险加固项目为例，分析混联骨干坝除险加固设计增设溢洪道的优先顺序。

1 基本情况

茶店梁小流域坝系工程为黄土高原地区水土保持淤地坝建设项目，流域内茶店梁沟下游无其他已建和规划的淤地坝；上游左岸支沟内已建5座控制性骨干坝，茶店梁6号骨干坝位于沟口，上游有4座控制性骨干坝[8-10]，茶店梁7号骨干坝上游有10号骨干坝；茶店梁8号骨干坝上游有9号骨干坝。各骨干坝工程规模及特性见表1。

10号骨干坝下游有7号骨干坝， 且下游820 m处有109国道，9号骨干坝下游有8号骨干坝。根据《黄土高原地区中型以上病险淤地坝认定暂行办法》，病险淤地坝主要类别及表现形式之一为“下游影响范围有村庄、学校、工矿、道路等基础设施的骨干坝和中型坝，无配套的泄洪建筑物，溃坝后可能影响下游人民生命财产安全，或骨干坝下游有骨干坝等重要水利水土保持工程等”，由此认定10号、9号骨干坝为病险坝，需要增设溢洪道。混联骨干坝中上游任意一座开设溢洪道，所在沟道下游骨干坝就可能发生溃坝的连锁反应，造成新的更大的安全隐患。

表1 茶店梁沟上游左岸支沟现状各骨干坝工程规模及特性

2 调洪计算及成果分析

为了避免因上游骨干坝增设溢洪道后重新改造下游骨干坝溢洪道，造成工程重复投资，按每座坝均开设溢洪道，从上游至下游依次逐坝进行调洪演算，并按从下游到上游的顺序开设溢洪道[8-10]。由于各坝均未达到设计淤积年限，设计淤积高程和淤积库容仍采用原设计中的数值，根据文献[8-10]中拟定的溢洪道起调水位Z及底宽B，采用列表试算法对茶店梁沟5座混联骨干坝增设溢洪道进行调洪计算，各骨干坝调洪演算的成果见表2。

表2 各骨干坝调洪演算成果

原设计依据《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL 289—2003)[11](以下简称《技术规范》)中坝地防洪保收要求，每座骨干坝的放水工程按5天放完10年一遇洪水总量设计。对于只有坝体和放水工程“两大件”的骨干坝，由于放水工程的泄洪水量较小[12-13]，故本次调洪演算不予考虑。分析表2可知，5座骨干坝增设溢洪道后，300年一遇校核洪水标准情况下，泄洪总历时在6.8～7.8天；各坝增设溢洪道后调洪库容均小于表1中对应的滞洪库容，安全超高值均满足《技术规范》要求。

3 除险加固顺序分析

混联骨干坝除险加固增设溢洪道的先后顺序有多种组合方式，对每一种方式要经过充分论证，以确保在开设溢洪道过程中坝系的整体安全运行。在未达到设计淤积高程进行除险加固增设溢洪道时，若考虑各坝内现状淤积库容及蓄水量，则复核开设溢洪道期间混联骨干坝不同除险加固顺序组合方式的坝高计算极为复杂。为了简化计算且便于理解，并与增设溢洪道前混联骨干坝的整体安全进行对比分析，选择“由下游至上游”和“由上游至下游”顺序依次开设溢洪道的两种情况，按拟定的溢洪道起调水位Z及底宽B，对开设溢洪道过程中各坝的安全运行进行复核。

(1)“由下游至上游”顺序依次开设溢洪道。5座骨干坝现状条件下均满足300年一遇校核洪水标准，最下游的6号骨干坝开设溢洪道后，上游7—10号骨干坝不泄洪，6号骨干坝开设溢洪道后安全超高计算的成果见表3。依次向上游对7、8号骨干坝开设溢洪道后，上游9、10号骨干坝不泄洪，6—8号骨干坝开设溢洪道后安全超高计算的成果见表4；对9、10号骨干坝开设溢洪道后，各骨干坝开设溢洪道后安全超高计算的成果见表5。

表3 6号骨干坝开设溢洪道后安全超高计算成果

表4 6—8号骨干坝开设溢洪道后安全超高计算成果

表5 各骨干坝开设溢洪道后安全超高计算成果

在达到设计淤积高程前，由表3—5可知，“由下游至上游”顺序依次开设溢洪道，各坝开设溢洪道后的安全超高值均大于1.0 m，坝高满足《技术规范》的要求。

(2)“由上游至下游”顺序依次开设溢洪道。从最上游9、10号骨干坝开设溢洪道，6—8号骨干坝均不泄洪，9、10号骨干坝开设溢洪道后调洪演算成果见表2，安全超高计算成果见表5。

根据《技术规范》要求，卧管放水流量考虑水位变化而导致的放水流量调节，设计放水流量加大20%～30%，文献[2-7]中5座坝均按30%计算放水加大流量，8、7号骨干坝卧管放水加大流量均为0.49 m3/s。为了确保7、8号骨干坝放水工程的安全运行，必须在9、10号骨干坝溢洪道下泄流量小于0.49 m3/s时开始放水，此时洪水调节基本完成，故忽略放水工程泄量的影响。

9、10号骨干坝开设溢洪道后调洪库容的调节水量全部泄入下游坝，8号坝的总库容应为拦泥库容、设计淤积面以上一次校核洪水总量[14-15]与9号骨干坝溢洪道下泄的调节水量之和，即120.78万m3；同理求得7号骨干坝的总库容为119.93万m3。8、7号骨干坝的设计坝高分别为11、12 m，从水位库容关系曲线查得最大坝高对应的库容分别为110.51万、107.40万m3，均小于10、9号骨干坝开设溢洪道后求得8、7号骨干坝的总库容。因此，从上游至下游开设溢洪道，在10、9号骨干坝已开设溢洪道，而下游8、9号骨干坝还未开设溢洪道的情况下，当遇300年一遇校核洪水，8、9号骨干坝可能出现洪水漫顶溃坝，从而导致下游6号骨干坝产生溃坝的连锁反应，存在较大的安全隐患。

(3)除险加固顺序分析。以上针对两种开设溢洪道的方式，在起调水位相同的条件下，若按照“由下游至上游”顺序依次开设溢洪道，那么在对5座坝开设溢洪道期间，各坝的坝高均能满足规范要求；若按照“由上游至下游”顺序依次开设溢洪道，那么最上游的骨干坝开设溢洪道后，对下游还未开设溢洪道的骨干坝可能造成溃坝险情，出现新的安全隐患。因此，混联骨干除险加固先后顺序的安排直接关系到坝系的整体防洪安全，对混联骨干坝增设溢洪道的优先顺序应该为“从下游到上游逐坝开设溢洪道”。

4 结 语

随着我国经济社会的快速发展，水土保持治沟骨干坝的建设、管理及安全等方面也有了新要求和新任务。为了适应新形势下淤地坝安全运用要求，对已建成运行但未设溢洪道的“两大件”骨干坝进行除险加固，增设泄洪设施，是进一步提高混联骨干坝防洪能力，保障安全运行的有效措施。根据《黄土高原地区中型以上病险淤地坝认定暂行办法》，“影响下游安全且无溢洪道”的淤地坝属于病险坝，其表现形式有“骨干坝下游有骨干坝等重要水利水土保持工程”，以此认定上游骨干坝为病险坝并增设溢洪道，若不进行充分论证，可能出现下游坝洪水漫顶，并发生连锁溃坝反应。因此，对于混联骨干坝而言，上游任意一座或几座坝经病险认定须采取增设溢洪道方式除险加固时，为了提高已建混联骨干坝的建设标准，保证坝系防洪安全，要整体考虑，统筹兼顾，合理安排，优先按“由下游至上游”的顺序依次逐坝增设溢洪道。

[1] 王英顺，王楠，樊冰．黄土高原水土保持骨干坝设计中存在的问题与建议[J].中国水土保持，2012(9)：38-40．

[2] 鄂尔多斯市水土保持勘测规划队，鄂尔多斯市水利勘测设计院．黄土高原地区水土保持淤地坝建设内蒙古自治区东胜区茶店梁小流域坝系工程可行性研究[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市水土保持勘测规划队，2004:1-56．

[3] 鄂尔多斯市水利勘测设计院，鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司．黄土高原地区淤地坝建设内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区项目区茶店梁小流域坝系工程6号骨干工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司，2005:1-28．

[4] 鄂尔多斯市水利勘测设计院，鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司．黄土高原地区淤地坝建设内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区项目区茶店梁小流域坝系工程7号骨干工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司，2005:1-21．

[5] 鄂尔多斯市水利勘测设计院，鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司．黄土高原地区淤地坝建设内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区项目区茶店梁小流域坝系工程8号骨干工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司，2005:1-21．

[6] 鄂尔多斯市水利勘测设计院，鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司．黄土高原地区淤地坝建设内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区项目区茶店梁小流域坝系工程9号骨干工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司，2005:1-20．

[7] 鄂尔多斯市水利勘测设计院，鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司．黄土高原地区淤地坝建设内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区项目区茶店梁小流域坝系工程10号骨干工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市大为勘测设计有限责任公司，2005:1-28．

[8] 鄂尔多斯市茂源水土保持工程有限责任公司，鄂尔多斯市水土保持工作站．东胜区茶店梁小流域6号骨干坝除险加固工程扩大初步设计[R]．鄂尔多斯：鄂尔多斯市东胜区水务和水土保持局，2015:1-29．

[9] 卢生亮．混联骨干坝系统续建溢洪道调洪演算[J].人民黄河，2015，37(9)：45-48．

[10] 卢生亮.埃特金迭代法在骨干坝调洪演算中的应用[J].人民黄河，2017，39(4):38-42.

[11] 周月鲁，郑新民，薛顺康，等．水土保持治沟骨干工程技术规范：SL 289—2003[S]．北京：中国水利水电出版社，2003:16．

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