贵州山区山塘整治设计探讨

王正权

摘  要：针对贵州山区山塘的现状，通过对山区小山塘主要病险问题的探讨，介绍了山塘整治设计的一般原则和步骤，进而提出典型的处理措施，以期为山塘整治设计提供参考。

关键词：山塘;整治;洪水;稳定;渗漏

中图分类号：TV697.3       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）34-0090-03

Abstract： In view of the present situation of mountain ponds in Guizhou， through the discussion of the main disease and risk problems of mountain ponds in mountainous areas， this paper introduces the general principles and steps of mountain pond regulation design， and then puts forward typical treatment measures in order to provide reference for mountain pond regulation design.

Keywords： mountain pond; regulation; flood; stability; leakage

1 概述

山塘（容積小于10万m3）在贵州山区广泛分布，是农村主要的小型蓄水工程，承担着不可替代的农田灌溉和农村人畜饮水任务。现有的山塘大都建设于上世纪50-70年代，受当时条件所限，绝大部分山塘依靠当地农民群众根据经验“土法上马”，没有经过专业技术设计，施工时又无大型机械设备，基本采用人挑肩扛、手工或简易工具夯实填筑施工而成，导致这些小山塘先天不足，经过多年运行后，存在诸多安全隐患，效益难以发挥。根据贵州省水利厅水利工程管理局2016年2月统计，全省水利部门管理的山塘19868处，应蓄库容1.96亿m3，实蓄1.05亿m3。山塘数量多、隐患多、投入少、管理弱，成为全省防汛抗旱和新农村建设的薄弱环节。为了充分利用这部分山塘已占有的土地资源和来水资源，减少广大农村地区工程性缺水的问题，排除可能发生的危害，利用现有的技术、资金、材料和施工技术设备，对山塘进行整治十分必要。

2 山塘的病险原因查找

2.1 资料收集

现有山塘多分布于山区，由当地人民群众自发而建，山塘基础资料缺失严重，收集详实可靠的基础资料十分重要。主要了解建坝时间、山塘运行管理现状，维修加固情况以及山塘供水效益等;其次通过现场踏勘，拍照等方式采集山塘现状情况，主要通过现场查看山塘主要挡水、泄水及供水建筑物完好情况[2]。通过全面准确的掌握山塘的整体情况，为查找分析病险成因和整治方案奠定基础。

2.2 山塘的功能设施是否齐全

首先需要了解坝址以上是否有足够的集水面积以及库盆的大小，库盆淤积情况，能否有足够的容积，判断山塘整治的价值。其次是查看三大件（挡水建筑、取水设施和泄水建筑）现状情况，挡水建筑物大坝是否具有拦水蓄集的功能;取水建筑物如放水涵洞、放水管、引管、闸门、闸阀是否配套、齐全，进出水口设施是否完备;泄水建筑物如溢洪道或排洪洞完好情况，下游消力设施是否配备。最后，对于土石坝，还需要检查下游面是否有完善的排水设施。

2.3 山塘的病险成因分析

2.3.1 库盆和大坝

库盆（包括海子、水凼）病险问题主要是渗漏，由于山塘区岩溶发育或是断层、裂隙构造，存在库盆渗漏问题，库盆漏水会造成山塘只能滞洪而不能正常蓄水和正常的运行。大坝的病险问题主要坝顶高程不够、大坝稳定和渗漏。当时技术力量薄弱，因而达不到设计洪水标准;由于坝体单薄，往往造成坝身（砌石、砼坝）和坝坡（土石坝）达不到稳定要求;由于山塘修建时施工工艺落后，筑坝材料质量控制差，大坝坝身施工质量不达标，造成坝体严重漏水，危害大坝的坝身安全;由于坝基处理不当，造成大坝坝基和大坝坝身的基础接触带漏水，超过允许值造成不能正常蓄水，危害大坝的运行安全等。

2.3.2 放水设施漏水或损坏

绝大多数山塘由于当时技术、资金等诸多原因，放水涵洞、放水管采用石灰砂浆砌石涵洞或素混凝土预制涵管，经过多年运行，存在老化、断裂、破损、错位;进出水闸门、闸阀老化、损坏或缺失[1]。坝体与沿涵管或放水管接触部位容易形成渗漏通道，造成坝体坍塌并危害大坝安全。

2.3.3 排洪设施

在现有山塘的调查发现，大部分小山塘现状情况基本没有溢洪道或是溢洪道为当地老百姓自行挖掘的土沟，主要存在以下几个问题：（1）溢洪道边坡及底板基本没有衬护，导致泄洪能力差;（2）溢洪的布置未进行调洪演算，高程设置不合理，溢洪道出口没有消能设施;（3）经过多年的运行，现有溢洪道泄水建筑物不同程度存在老化、破损、失稳，冲刷严重，影响泄洪能力[1]。

2.3.4 蓄水不足

现状部分山塘坝址以上集雨面积不足，造成山塘蓄水不足，如遇干旱就干涸，多数年份都不能蓄满，已失去了应有功能，不能满足设计用水要求。

3 山塘整治有关问题探讨

3.1 山塘枢纽布置的复核

山塘整治设计首先应复核坝址以上集水面积等流域参数，一般通过1：1万地形图进行勾绘量算，根据库区实测地形图（一般为1：1000），勾绘库容曲线，量算山塘的容积;其次是后复核放水设施及进口布置，根据现场查看放水设施的布置及运行情况，初步评价存在的问题及设计采用的整治措施;最后复核溢洪道或排洪洞位置和出口与下游的连接情况，评价溢洪道进出口位置是否合理，出口消力设施完好情况，确定主要整治措施。

3.2 库盆及坝区的工程地质勘探与调查

通过1：20万和1：5万区域地质图以及现场地质踏勘，根据库区的地层分布和地质构造，分析区域构稳定情况;根据隔水层分布，岩层倾角、走向及岩溶发育情况，分析区库盆渗漏及成库条件;根据坝址区地层岩性，岩层倾角等，分析坝基渗漏和稳定;根据库区农田或房屋高程，库区岩性和边坡稳定情况，分析浸没影响、库岸稳定情况。根据对现场试坑探揭示的筑坝材料，结合同类工程和经验，提出各项力学参数;必要时可增加钻探等地质勘查手段并取样进行力学试验，纤细分析地质条件和力学参数。

3.3 洪水复核及调洪演算

3.3.1 洪水标准确定

山塘的等别及洪水标准，目前缺少统一的建设规范和技术标准。目前山塘整治洪水标准主要参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）《防洪标准》（GB50201-2014）根据现行有关规定，山塘工程等别一般为Ⅴ等。根据坝型、失事后影响程度、坝高及上下游水位差不同，一般按10～20年设计，20～200年校核。

3.3.2 洪水计算

由于山塘一般分布于小型冲沟，集雨面积大部分小于10km2，水文和降雨资料缺乏，计算流域特征参数较为繁杂。推荐采用“雨洪法”进行计算，设计暴雨参数一般采用临近雨量站或气象站观测值、《贵州省暴雨洪水计算实用手册》上“贵州省年最大1h点雨量均值等值线图”及“贵州省年最大24h点雨量变差系数等值线图”综合偏安全取值。通过对山塘设计和校核洪水复核，一般采用高切林公式来推算山塘出库洪水过程，用计算机逐时段进行调算，起调水位为正常蓄水位，高切林公式为：q_m=Q_p×（1-ΔV/W_P），式中q_m—调节后山塘最大出库流量，m³/s;Q_p—设计频率P的洪峰流量，m³/s;ΔV—溢洪道顶以上至设计最高水位见滞洪库容，万m³;WP—设计洪量，万m³。

3.4 山塘的来水不足

当山塘的集雨面积较小，来水量不能正常运行可采用以下的措施：（1）通过引洪水补给：即在山塘附近寻找能直流入库的流水面积，建引洪渠，引入山塘蓄积，引洪渠的设计流量应根据山塘控制的用水区的用水量、用水过程、引洪集雨面积的大小及山塘的容积分析计算确定。（2）引泉水入塘集蓄：当山塘附近或是库盆周围有出露泉水时，可新建引水渠将取水引至山塘，用于干旱季节用书要求。

3.5 庫盆渗漏治理措施

山塘的库盆漏水使山塘只起到滞洪的作用，不能正常发挥灌溉及其他用水的功能。对于这样的山塘首先要查清库区的地质结构和漏水情况，一般可分为以下两种情况：（1）库盆比较完整，没有产生漏水的地质构造，仅有部分漏水点，可采用堵塞漏水点进行处理，处理对时将漏点扩大2～3倍，深度0.5～1.0m先用较稀的砂浆后用砼或浆砌石封堵。（2）当库盆坐落在透水层上，可采用全面防渗，主要措施为在库盆正常水位以下全部铺设防水油毡、粘土铺盖或者防渗土工膜。

3.6 土坝坝坡稳定及坝体漏水

（1）土坝坝坡的稳定复核：对于较大山塘（坝较高，库容较大）应采用计算的方法进行复核，复核计算一般采用3种计算工况：a.正常蓄水位时稳定渗流期的上、下游坝坡。b.校核洪水位时稳定渗流期的上、下游坝坡。c.水位降落期的上游坝坡（水位从校核洪水位下降至死水位）。当计算结果发现大坝上游坝坡在库水发生骤降时达不到稳定要求，应采用培土加厚大坝，使其达到稳定要求。在培厚应注意新、老土料结合部位的施工处理。（2）经验坝坡：计算中由于计算参数收集困难，对于一般的山塘可考虑用经验坝坡复核。a.山塘坝高5m以下，上游迎水面坝坡应不小于1：2，下游坝坡不小于1：1.5。b.山塘坝高大于5m，上游坝坡应不小于2：2.25，下游坝坡不小于1：1.8。（3）土坝的坝身漏水：土坝施工中由于碾压不实，施工面层处理不当，造成坝身严重漏水。浸润度过高，影响大坝的安全运行，可采用以下两种处理方法：a.土坝的劈裂灌浆，该方法由于劈裂的缝隙有限，形成的泥浆较薄，易被渗水击穿，使用寿命较短，一般较少采用。b.土坝上游表面防渗，上游表面采用防渗土工膜或防渗油毡铺设于坝体的上游坝坡上。铺设土工膜或防渗油毡首先应清理坝坡，铺设细沙垫层后在进行土工膜或防渗油毛毡的铺设，最后再加上一层保护层。土工膜或油毡正常水位以下应有齿墙与坝基和岸边基础连接。顶部应采用适当的固定措施固定，采用表面防渗的坝坡的坡度一般应大于1：2.25。

3.7 砼、砌石重力坝坝身漏水

砼或砌石重力坝施工中由于座浆不满或施工面处理不当的漏水点，工程运行时间较长部分损失造成的漏水或者由于温度变化产生温度裂缝而漏水。对于表面裂缝或空洞，可以将漏水点、孔、缝扩大2倍（包括表面和深度），用高强度砂浆封堵，待达到凝固后针对孔、缝进行灌浆处理。

3.8 砼、砌石重力的稳定复核

3.8.1 建立稳定安全计算模型

根据洪水复核及调洪演算成果，确定设计和校核的洪水位;通过现场的地质调查查勘坝基的地质结构和岩性，确定坝与基岩之间的摩擦系数和粘结力，建立稳定安全的计算模型。大坝抗滑稳定计算荷载按基本组合和特殊组合分别进行，正常水位及设计洪水情况为基本组合，校核洪水情况为特殊组合。大坝抗滑稳定计算方法采用抗剪断强度公式计算：K'=式中：K'—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;f'—滑裂面上的抗剪断安全系数;c'—滑裂面上的抗剪断凝聚力;A—滑裂面面积;？撞W—作用于计算截面上坝体全部荷载对滑裂面的法向分值;？撞p—作用于计算截面上坝体全部荷载对滑裂面的切向分值。

3.8.2 稳定计算