蒲县川南岭淤地坝坝系工程除险加固设计分析

□师永丽

1.坝系工程概况

蒲县位于山西省南部，县域内淤地坝坝系建设完善。川南岭骨干坝属黄河流域昕水河水系，坝顶宽4m、长137.5m，坝高22m，总库容135.37 万m3，淤积库容81.73 万m3，淤积年限20 年，可淤地面积14hm2。枢纽由大坝、放水建筑物两大件组成。卧管布置在大坝右岸，总高度25.28m，采用箱式方形结构，涵洞为浆砌石拱涵，全长65.88m。

川南岭骨干坝上游共有3 座骨干坝，分别为枣堡院骨干坝、辛庄沟骨干坝和牛家庄骨干坝，其中枣堡院骨干坝位于辛庄沟骨干坝上游，两构成串坝，辛庄沟骨干坝与牛家庄骨干坝并联，川南岭位于沟道最下游。坝系相对位置见图1。

图1 坝系工程

2.除险加固方案

2.1 加固方案选择

川南岭坝系工程共有4 座淤地坝，放水建筑物均为卧管，且均存在不同程度堵塞和损坏，影响坝系正常排洪。坝系常规检修方案一般为1—2 年检修一次卧管，工作量和投入成本都较高，每年汛期坝系工程泄洪能力却仍达不到要求。

为彻底解决川南岭坝系工程泄洪问题，进行了坝址处地质勘查和无人机航测，经勘查川南岭坝系工程所在沟道两岸地形比较完整，无地下水出流，沟底岩层埋藏较深，沟道呈“U”型，两岸土质为壤土，表土为第四纪马兰黄土，下部为红黄色午城黄土和离石黄土，沟底局部有第三纪红土出露。经分析，坝系工程各坝址两岸均具备布设溢洪道条件，溢洪道布置处黄土覆盖较厚且较平整，下游段无软弱带、断层破碎带等构造，适合布置溢洪道泄槽段和消力池段。最终确定川南岭坝系工程除险加固方案为各坝址处增设溢洪道工程。

2.2 坝系防洪标准

川南岭坝系工程各坝体存在20 年/200 年和30 年/300 年两个防洪标准，坝系工程防洪标准最终定为30 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核。川南岭骨干坝执行坝系防洪标准。

2.3 除险加固方案

根据病险鉴定，川南岭骨干坝坝系内4 座淤地坝都存在防洪能力不足的问题，均需增设溢洪道以增强泄洪能力。川南岭骨干坝位于坝系工程最下游，建于2008 年，经过多年运行，已淤积库容3.2 万m3，原有放水设施行洪不畅，经实地调查，确定除险加固方案为在大坝左岸增设开敞式正槽溢洪道，需进行串并联坝系组合调洪。

3.水文计算

3.1 单坝水文计算

单坝水文计算成果见表1。

3.2 组合洪水计算

根据《淤地坝工程技术规范》并联坝系组合洪水计算公式：

式中：

Qp区—区间设计洪峰流量，m3/s；

Qp＇—经过上游调节后的设计洪峰流量，m3/s；

Qp—未经上游调节后的设计洪峰流量，m3/s；

Q1p、Q2p—上游各坝设计洪峰流量，m3/s；

q1p、q2p—上游各坝下泄最大流量，m3/s；

f1、f2—上游各坝控制面积，km2；

∑f—上游各坝控制面积之和，km2；

q1p/Q1p—上游坝对洪峰的削减系数，m3/s；

Wp＇—经上游调节后的洪量，万m3；

Wp—未经调节的洪量，万m3；

F—计算坝的控制面积，km2；

f区—区间控制面积，km2；

W1、W2—上游各坝下泄洪量，万m3；

经计算，川南岭骨干坝最终组合30 年一遇组合洪峰流量110.07m3/s，组合洪水总量67.92 万m3，300 年一遇组合洪峰流量164.1m3/s，组合洪水总量126.33 万m3。

名称重现期（年）洪峰流量（m3/s）洪水总量（万m3）最大下泄流量qmax（m3/s）18.77 39.19 16.37 33.6 0~qmax时段下泄洪水总量（万m3）9.6 16.12 19.87 33.58最大滞洪水深hmax（m）牛家庄辛庄沟1.843 2.674 1.683 2.388川南岭坝控区间30 300 30 300 30 300 30 300 58.2 83.06 73.44 109.73 178.31 254.48 97.97 139.83 17.56 34.99 29.45 55.49 94.41 188.13 38.45 76.63// / /// / /// / /表2 粗调计算结果洪水设计校核q溢（m3/s）38.65 80.57 V调(万m3)44.08 64.30 V总(万m3)108.65 135.37 H总(m)19.37 20.50 h溢(m)2.80 4.57 B(m)5.50 5.50

3.3 调洪验算

川南岭骨干坝位于沟道下游，上游为牛家庄骨干坝和辛庄沟骨干坝，两坝并联入川南岭骨干坝，故川南岭骨干坝属于坝系调洪。粗调计算结果见表2。

有了以上洪水粗调结果，再采用《山西省淤地坝规范》公式进行详调，可以得出：川南岭骨干坝设计情况下溢洪道最大下泄流量为36.63m3/s，溢洪道滞洪水深为2.701m,总库容为105.29 万m3；校核情况下溢洪道最大下泄流量为68.33m3/s，溢洪道滞洪水深为3.714m，总库容为135.37 万m3。

4.工程设计

4.1 引水渠

引水渠段采用平坡式，长度为35.8m，侧墙高度为4.3m。

4.2 溢流段

溢流段长12m，矩形断面，M7.5浆砌石底宽5.5m，底板厚0.6m，侧墙高4.3m，侧墙内侧直立，外侧坡比为1∶0.4，侧墙顶宽0.6m、底宽2.4m，基础外伸长0.4m，基础厚0.9m，溢流堰及其边墙采用浆砌石修筑，堰底在进口底板处布置深1.0m、宽0.5m 的齿墙。

4.3 泄槽段

泄槽段为M7.5浆砌石结构，斜长为42.22m，矩形断面，底坡1∶4，底宽5.5m，底板厚0.6m，其中钢筋混凝土厚0.2m，浆砌石厚0.4m。

泄槽进口断面侧墙高取整取2.75m，侧墙顶宽0.6m、底宽取1.7m，基础厚0.9m，基础外伸0.3m，底板厚0.6m，其中0.2m为钢筋混凝土，0.4m 为浆砌石；泄槽10m 处断面底宽5.5m，侧墙高2m、顶宽0.6m、底宽1.4m，基础外伸0.3m，底板厚0.6m，其中0.2m 为钢筋混凝土，0.4m 为浆砌石；泄槽出口处侧墙高1.7m、顶宽0.6m、底宽1.3m，基础厚0.9m，基础外伸0.2m，底板厚0.6m，其中0.2m 为钢筋混凝土，0.4m 为浆砌石。

4.4 消力池

消力池断面长13m，宽5.5m，深2.7m，两侧墙高5.1m（消力池池深+下游水深+安全超高取整），内侧直立，外侧坡比为1∶0.4，墙 顶 宽0.6m，底宽2.65m，基础外伸长0.4m,基础厚0.9m，基础底宽。消力池底板厚0.6m，其中钢筋混凝土0.2m，下部浆砌石0.4m，设置梅花型排水孔，孔径5cm，孔距1.5m，在出口处做成重力式浆砌石挡墙，墙高2m，挡墙顶宽0.5m，外侧坡比为1∶0.4，基础底宽1.3m，基础高0.9m，消力池进口底板处做一深1.5m、宽0.5m 的齿墙。

5.结语

综上所述，川南岭淤地坝坝系工程共有4 座淤地坝，经病险认定，坝系工程存在排洪能力不足的问题，需增设溢洪道，此外，川南岭坝系工程各坝体在空间位置上为串并联方式，坝系内各坝体防洪标准也不一致。因此，对坝系工程进行除险加固时，选取方案应为：增设溢洪道，防洪标准统一采用坝系工程防洪标准，调洪时需考虑调洪空间时序，最下游坝体调洪时需充分考虑上游坝体下泄流量。川南岭坝系工程通过增设溢洪道增强防洪能力，对于应对极端天气，减小洪水灾害具有重大的现实意义，也为同类型淤地坝除险加固工程提供了有益参考。□