螺塘水库大坝安全评价分析

2021-11-23张祥明

陕西水利 2021年11期

张祥明

（江门市科禹水利规划设计咨询有限公司,广东江门 529030）

1 工程背景

螺塘水库位于江门市新会区崖门镇白水带坑上游,是一座以发电为主、结合防洪的小（1）型水库。水库主要建筑物包括土坝一座,输水涵管一座,溢洪道一座,发电站二座。该水库于20 世纪70 年代初建成并投产使用。螺塘水库经过30 多年的运行出现了一些安全问题,水库于2007 年进行了隐患排查和加固,同年12 月通过竣工验收后运行至今,各主要水工建筑物基本运行正常。

水库坝顶为石粉路面,顶宽5 m,长139 m,最大坝高为19 m,路面高程369.50 m。上游坝坡坡比为1∶2.2,高程359.20 m以上为浆砌石护坡,以下为土坡；下游坝坡坡比为1∶2.5,全部为草皮护坡；坝脚设有排水棱体及排水沟,排水棱体顶高程352.50 m,顶宽2.1 m,边坡1∶1.5,内坡1∶1。

溢洪道位于大坝左坝肩,为单孔无闸门控制的开敞式实用堰,堰顶高程364.64m,控制段为等宽式矩形槽,槽宽8 m,泄槽段底坡1∶6。泄洪为自由出流,当水库水位高于正常蓄水位364.64 m时开始泄洪。溢洪道主要由进水段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎组成,全段为矩形横断面,总长81.5 m,其中进水段长9 m、控制段7.5 m、泄槽段62.5 m、挑流鼻坎长2.5 m。

输水涵管为石拱涵结构,其位于大坝左侧,输水涵管宽0.5 m,高0.7 m,长90 m。进口闸门为转动门盖,手动卷扬式启闭机启闭,设有启闭房。

水库上次加固至2019 年已有12 年,根据《水库大坝安全评价办法》（水建管【2003】271 号）文件的有关规定：水库大坝实行定期安全评价制度。为摸清水库大坝的安全状况,根据有关规范需对螺塘水库大坝进行一次全面的安全评价。

2 工程质量与运行管理评价

2.1 工程质量评价

2.1.1 大坝

（1）坝体填筑土大部分为以硬塑～坚硬状态为主的砂质粘土,经过多年固结,坝体局部已沉降稳定,坝体填筑土中无软弱土层,水库大坝坝体未发现较大的裂缝、变形和滑动痕迹。坝体整体无较大的变形,发生滑动的可能性微小。

（2）钻探揭露坝基下伏岩土层为全风化二长花岗岩。经现场查勘,水库经过多年的正常运行,未发现坝基有变形和滑动的痕迹。综上所述,可认为水库沿坝基产生滑动和变形的可能性较小。

（3）坝基为弱透水性的全风化岩层,现场勘查发现坝坡底部存在几处集中渗漏点,但不浑浊,未发现坝肩两侧有渗漏情况,综合分析,推断坝体存在轻微渗漏问题。

（4）根据地质钻探结果,坝体与坝基接触部位未发现有杂物,表明当初建坝时清基比较彻底。

综上,大坝工程质量基本合格。

2.1.2 溢洪道

溢洪道两侧挡墙未见倾斜或裂缝,进水段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎均完整未见砼剥落或裂缝,挑流鼻坎与下游天然河道连通,暂未发现溢洪道各部位存在安全隐患。本次勘察溢洪道采取现场地质测绘,由溢洪道开挖面及钻孔揭露,溢洪道地基以全风化花岗岩为主,承载力满足要求,溢洪道工程质量合格。

2.1.3 输水涵管

根据CCTV涵管内部视频显示输水涵管闸门存在渗漏,管周也发现有渗漏、钙质析出等异常现象,但都不严重,手动卷扬式启闭机拉闸门时费时费力。根据现场地质测绘及结合钻孔揭露地层,输水涵管周围土体为全风化岩,可达到其对周围土体的承载要求,地基无渗漏、无变形与抗滑稳定问题,输水涵管工程质量基本合格。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL 258-2017）（以下简称《导则》）结合各建筑物的外表情况、工程除险加固情况,大坝工程质量综合评定为“基本合格”。

2.2 运行管理评价

（1）水库各种制度完善,专人专责,管理人员职责明晰。

（2）水库有渗流量安全监测设施,无大坝位移观测设施[1],防汛路满足防汛交通要求,有防汛物料储备,备有通讯设备,基本满足相关规范要求。

（3）根据实地调查,水库大坝左右岸山体发现白蚁和红火蚁活动迹象,主要集中在大坝左、右坝头的山体部位,未发现白蚁穴、鼠洞。

（4）水库大坝备有防洪抢险应急救援预案、水库调度运用方案和大坝安全管理应急预案。

（5）水库大坝可按现行规定运行但没有完整的预防监测设备[1],库区安全状况无法及时更新。

（6）水库上次加固至今运行状况良好。

按照《导则》的规定,该水库大坝运行管理综合评价为较规范。

3 防洪能力复核

3.1 防洪标准复核资料

新会区多年平均降水量为1978 mm,各站多年平均值在1650 mm和3136 mm之间,多年平均相对湿度78%,多年平均蒸发量（E601 蒸发皿）1048 mm,多年平均日照时数1735.2 h。亚热带海洋季节性气候,多年平均气温22.1℃,多年平均最大风速14.9m/s。

3.2 防洪标准复核

根据《防洪标准》（GB 50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）,螺塘水库为Ⅳ等工程,小（1）型水库,主要建筑物为4级,螺塘水库大坝为均质土坝,设计洪水标准为50年～30年一遇,校核洪水标准为1000 年～300 年一遇,溢洪道消能防冲标准20 年一遇。水库原设计洪水标准为30 年一遇,校核洪水标准为500 年一遇,溢洪道消能防冲标准20 年一遇,水库原设计防洪标准满足规范要求,不需要调整。

3.3 设计洪水复核计算

（1）因没有实测数据,故以《广东省暴雨径流查算图标使用手册》（以下简称《手册》）中提供的两种计算方法计算设计洪水。

从表1 可以看出,两者计算方法所计算的一日洪量和三日洪量结果都十分接近,洪峰流量差值均在广东省水文局所规定的20%差值范围以内,处于9.06%~13%之间。根据《手册》规定采用综合单位线的计算结果,该方法能较好地反映降雨变化过程及洪水特点,因此本次洪水计算采用综合单位线法。

表1 螺塘水库设计洪水计算成果表

（2）调洪计算

经复核,螺塘水库水位~库容关系曲线基本未发生变化,螺塘水库调洪成果见表2。

表2 螺塘水库调洪演算成果表

本次计算成果与2005 年除险加固计算成果相比较,设计洪水位相差0.05 m,校核洪水位相差0.12 m,故认为本次复核计算符合实际情况,可采用本次计算成果进行评价。

（3）大坝抗洪能力复核

按《碾压式土石坝设计规范》要求,本次实测大坝坝顶高程为369.5 m,满足要求。静水位高程满足超高0.5 m的正常条件。根据调洪演算结果,水库30 年一遇设计洪水位366.29 m对应下泄流量33.8 m3/s,500 年一遇校核洪水位366.88 m对应下泄流量55.4 m3/s。参照坝顶高程复核结果可知,现状坝顶高程远高于规范要求高程,满足规范要求,因此溢洪道过水断面净宽8 m可满足水库的安全泄洪要求。综上,螺塘水库防洪安全等级评定为A级。

4 渗流安全与结构安全评价

4.1 渗流安全评价

螺塘水库大坝上下游坝坡设有两排共 8 孔测压管,本次取螺塘水库2017 年1 月～2019 年10 月的记录资料进行分析,测压管实测水位过程线,除极个别数据点之外,水库水位和测压管之间相关性极为稳定。但为进一步验证大坝渗流安全情况仍然需要采用理论分析计算的方法进行复核。经计算,各工况出逸点均从排水棱体逸出,浸润线正常,逸出段的水力比降均大于允许渗流比降,结合现场检查情况发现大坝坝体有轻微渗漏。

溢洪道及涵管地基以全风化花岗岩为主,地基承载力高,为良好的持力层,溢洪道及涵管地基渗透性能为弱透水性,且现场查勘时未发现溢洪道和涵管地基有集中渗漏现象。综上所述,溢洪道及涵管地基不存在渗漏问题。涵管涵身及进口闸门虽有渗漏但不严重。

综上,本次定级将螺塘水库渗流安全等级评定为B级。