东源县下径水库除险加固工程洪水特征分析

金明强

（东莞市松木山水库管理处，广东 东莞 523000）

1 工程概况

东源县下径水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的小（二）型水库，该水库工程于1971 年10 月开始动工兴建，1972 年3 月竣工，已运行51 年。水库集雨面积为1.93 km2，河流长度2.129 km，平均坡降0.092 4。下径水库主要由大坝（浆砌石重力坝）、输水涵管及溢流段等三大部分组成。经复核，水库总库容为48.03 万m3。下径水库于2021 年1 月进行了安全鉴定，根据鉴定结果下径水库属于三类坝，工程存在多项安全隐患。因此，应尽快进行除险加固，消除不安全因素。

2 工程地质

通过本次勘察，查明了坝址区的工程地质条件及存在的工程地质问题，对水库的渗漏等工程地质问题作了评价，根据对坝体砌筑层、坝基及其物理力学性质的评述，得出如下结论：

（1）工程区位于丘陵地貌区，坝基地层单一，坝基岩体为弱风化花岗岩，坝基岩体工程地质分类属AⅢ1亚类，可满足坝体荷载、坝基岩体压缩变形要求；不存在大的软弱层、软弱夹层、断层破碎带、缓倾角结构面等不利工程地质情况，地质构造中等；泄洪冲刷地段均为弱风化花岗岩，抗冲刷能力强，冲坑不发育；近坝边坡稳定，未见滑坡、崩塌等不良地质作用；总体大坝坝基工程地质条件较好。

（2）工程区场地土类型为岩石场地土，场地类别为Ⅰ0类。地震基本烈度Ⅵ度，加速度值为0.05 g，特征周期为0.35 s，区域地壳稳定性为稳定。

（3）大坝主体未见下沉、变形位移现象，大坝面层碳化现象普遍，外观质量较差。

（4）大坝大清基质量较好。大坝建基面岩石属坚硬岩，坝基岩体工程地质分类属AⅢ1 亚类，总体评价坝基岩体压缩变形小，可满足坝体荷载要求。

（5）大坝砌筑于弱风化花岗岩上，岩质较好。

（6）总体坝肩稳定性较好。

（7）坝体内砌筑的块石为弱风化花岗岩，饱和抗压强度平均值65.47 MPa，抗水性、抗风化性能好，为良好的大坝砌筑材料。

（8）输水涵管质量较好。

（9）大坝缺少观测设施，如位移观测桩、测压管等。

3 洪水分析

3.1 洪水标准

根据《防洪标准》（GB 50201-2014）表11.1.4 的规定，本工程属Ⅴ等小（二）型工程，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5 级。其建筑物的防洪标准根据《防洪标准》（GB 50201-2014）表11.3.1 及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）表5.2.6 进行确定，大坝为浆砌石重力坝，按20 年一遇洪水设计，200 年一遇洪水校核；溢流段消能防冲建筑物设计洪水标准为10 年一遇洪水。

表1 各历时暴雨参数表

表2 下径水库洪水计算成果表（产流汇流法）

表3 下径水库设计洪水成果对比表（推理公式法）单位：m3/s

表4 下径水库不同时段暴雨参数成果对比表单位：mm

表5 水库流域特征参数复核成果表

3.2 洪水计算方法

下径水库为小（二）型水库，区域内无实测洪水资料，洪水拟采用设计暴雨推求。在《广东省暴雨参数等值线图》（2003 年版）上查测暴雨参数，再应用广东省综合单位线和推理公式（1988 年修订）两种方法分别计算设计洪水。

3.2.1 广东省综合单位线法

综合单位线滞时为大陆低区的m～θ 关系图，按发生先后线性叠加形成逐时段净雨地表径流过程。

3.2.2 推理公式法

推理公式的汇流参数为大陆地区的m～θ 关系线，推理公式法计算公式如下：

式中：Qm——洪峰流量，m3/s；

Sp——相应频率P%的面雨量的暴雨强度，mm；

L——河长，km；

J——坡降；

——平均损失率，%；

F——集雨面积，km2；

m——汇流参数，查推理公式汇流参数m～θ 关系图。

采用推理公式法设计洪水成果，水库20 年一遇设计洪水洪峰流量为47.48 m3/s，200 年一遇校核洪水洪峰流量为63.84 m3/s，10 年一遇溢流消能防冲建筑物设计洪水洪峰流量为42.09 m3/s。

两种方法的设计洪峰流量相差＜20%。

3.3 暴雨资料

本工程所在的流域无水文站，除险加固初步设计采用《广东省暴雨参数等值线图》（2003 年）的降雨成果与原设计进行比较综合选用，经查图，原设计暴雨参数值复核设计要求，结果见表1。

由于工程所在流域没有水文站，本次通过暴雨途径推求设计洪水。

3.4 洪水计算复核成果

根据上述参数，利用“广东水文水利设计计算软件平台”中的“暴雨径流计算”软件，从大坝安全角度考虑，采用校核洪水洪峰较大的计算方法作为本次设计洪水成果，所得各频率洪水成果见表2。

3.5 合理性分析

水库安全评价采用了推理公式法计算水库设计洪水，洪水复核合理性分析时选用本次复核推理公式法计算所采用的参数进行比对，结果列于表3～5。本次采用参数与安全评价采用参数一致，且计算成果一致，故计算成果合理。

3.6 施工洪水

根据施工要求，计算施工期为10 月至次年3 月，5 年一遇的设计洪水。

本次采用附近的顺天雨量站的枯水期雨量资料推求代表工程所在地。

根据顺天雨量站枯水期（10 月至次年3 月）最大一日、三日的暴雨资料做统计分析计算，最大一日、三日的设计暴雨（最大24 h 的设计暴雨量为枯水期最大一天暴雨量的1.05～1.1 倍）采用顺天雨量站的枯水期最大一日、三日的暴雨资料统计参数。最大1 h、6 h设计暴雨值由设计雨力Sp（由枯水期最大24 h 设计暴雨求得）及暴雨递减指数n推求。枯水期暴雨统计参数成果见表6。

表6 枯水期暴雨统计参数成果

因围堰为临时性水工建筑物，属5 级建筑物，从洪水计算方法的一致性考虑，采用由推理公式法计算出的设计洪水成果，枯水期10 月至次年3 月5 年一遇施工洪水的设计洪峰流量为17.11 m3/s，3 d 洪水总量为14.09 万m3。

3.7 泥沙

下径水库坝址以上区域的土壤侵蚀以水力侵蚀为主，侵蚀方式为面状侵蚀和沟状侵蚀。由于流域无泥沙实测资料，水库泥沙计算根据广东省水文总1986年8 月编写的《广东省水资源》中广东省悬移质多年平均年输沙模数分区图，考虑水库以上流域内草木茂盛植被良好，水土保持较完整，故本次选取多年平均悬移质侵蚀模数为80 t/（km2·年）。

水库多年平均悬移质输沙体积采用以下公式计算：

式中：W悬——多年平均悬移质年输沙量，t；

G悬——多年平均悬移质年输沙体积，m3；

M——侵蚀模数，M=80 t/（km2·年）；

F——集雨面积，下径水库F=1.93 km2；

r——泥沙干容重，一般采用1.3～1.4 t/m3，本工程取1.4 t/m3。

下径水库工程于1972 年竣工，至今已运行51 年。经计算可得，下径水库多年平均悬移质输沙体积为110.29 m3。从安全角度考虑推移质按悬移质的20%计算，则下径水库多年平均输沙体积为132.34 m3，1972—2022 年共计50 年淤积总体积达到0.67 万m3。

4 结论

本工程需要考虑施工导流的部位，有坝前坡、输水涵管闸门和斜拉杆除锈。通过自动化监测数据，进一步精确分析需要控制水库低水位的大坝基础帷幕灌浆、坝体的劈裂灌浆等工程数据。工程在每年1 月前可利用原放空涵管将水库水位放低至320.50 m，然后在输水管闸门段前、大坝后坡修建围堰，并抽干基坑内的积水。需要注意施工导流部位的施工须安排在枯水期（10 月至次年3 月）。