水電站河堤式副壩建筑物級別及設計標準的探討

任西平，劉善均，李歡,

（1.四川省電力公司，四川成都610041；2.四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室，四川成都610065）

0 概述

河堤式副壩是指水利水電工程中，從攔河大壩（或水閘）至水庫回水尖滅點范圍內的庫區兩岸擋水護岸工程。水電站河堤式副壩除了減少庫區滲漏外，根據兩岸地形地貌的不同特征可以分為兩類，一類是水庫地處高山峽谷區，河谷呈“V”型，兩岸高陡，為防止崩塌、滑坡等地質災害對水庫的威脅而采取的工程措施；一類是水庫地處低山或丘陵地區，呈開闊平坦的“U”型河谷，為形成水庫及保護兩岸的村鎮、土地、工礦企業而采取的工程措施。

筆者在水電站大壩蓄水安全鑒定中發現，在低山和丘陵地區修建的水利水電樞紐工程，對于庫區兩岸護岸工程的主要功能、水工建筑級別的劃分和設計標準的選取，各方都存在一定的爭議，本文旨在通過鑒定過程中的兩個工程實例，對此問題進行分析和探討。

1 主要涉及規范

水電站河堤式副壩的設計等級及標準涉及部分國家標準和行業標準（選用水利行業標準），其中有國家標準GB50199-94《水利水電工程結構可靠度設計統一標準》、GB50201-94《防洪標準》、GB50286-98《堤防工程設計規范》和水利行業標準SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》。

2 千佛巖水電站右岸副壩工程

千佛巖電站工程位于岷江的二級支流青衣江上，是青衣江干流河段梯級開發的第11級電站。電站為河床式開發，庫區內河谷寬緩，兩岸階地不對稱發育。水庫正常蓄水位430.00 m，設計洪水位431.15 m，校核洪水位433.60 m，裝機容量102 MW，水庫總庫容2650萬m3。千佛巖電站工程為Ⅲ等工程，工程規模為中型，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。在蓄水安全鑒定時，專家組對右岸副壩的設計標準提出了質疑，與設計單位進行了深入討論。

2.1 設計單位防洪標準確定

設計單位認為，該段河堤式副壩（稱為“副壩”）的作用在于保護兩側的農村、耕地及人口，屬于堤防性質。堤防工程的級別應按GB50286-98《堤防工程設計規范》確定[1]；堤防工程的洪水標準應根據江河防洪規劃和保護對象的重要性分析確定，對沒有整體防洪規劃河流的堤防或不影響整體防洪規劃的相對獨立的局部堤防，其洪水標準根據保護對象的重要性按規范GB50286-98《堤防工程設計規范》確定[1]；堤防工程防護對象的防洪標準應按照現行國家標準確定[2]。以鄉村為主的防護區，當防護區人口≤20萬或防護區耕地面積≤2萬ha時，該鄉村防護等級為Ⅳ等，對應防洪標準為重現期10～20年[3]。

工程庫區回水長度7.7 km，兩岸為耕地和農戶，根據四川省河道管理范圍內建設項目管理暫行辦法規定以及本工程行洪論證報告（上級水利部門已批準），庫區河段的防洪標準為洪水重現期10年；同時根據GB50201-94《防洪標準》，確定該工程副壩設計標準為洪水重現期10年。

2.2 設計單位壩頂高程確定

經設計分析，建庫后與天然情況下，重現期10年洪水位在CS9斷面處較為接近，右岸副壩末點設在CS9斷面附近。右岸副壩為混凝土面板碾壓砂卵石壩，水庫正常蓄水位430.00 m，安全加高0.50 m，波浪爬高+風壅水面高度為1.86 m，故副壩起點壩頂高程可取432.36 m；CS9斷面建庫后重現期10年洪水位為433.43 m，本工程所在河段堤頂高程超高值按直接加1 m考慮，副壩末端壩頂高程可取434.40 m。設計將副壩布置為統一壩頂高程，即由副壩末端重現期10年洪水位控制壩頂高程，取434.40 m。

壩頂設1.20 m高防浪墻，壩頂高程取433.20 m，副壩末端壩頂高程由433.20 m漸變至原堤頂高程434.50 m，下游與樞紐銜接處通過混凝土重力壩漸變段連接，壩頂高程由433.20 m漸變至435.20 m。

2.3 蓄水鑒定單位爭議

鑒定過程中，專家組指出，水利水電工程建筑物的功能決定了其設計標準，千佛巖水電站庫區屬于河道（槽）型水庫，副壩是水庫擋水壅水建筑物的有機組成部分，有兩個主要功能：（1）與其它主要建筑物一起壅水，形成電站的水庫，減少淹沒范圍；（2）保護庫岸后的居民、學校和工農業生產等的防洪安全。專家組認為該工程庫區右岸工程（即副壩）的設防標準過低，因此進行了深入的分析。

2.3.1 建筑物級別及設計標準

水利水電工程永久性建筑物根據其重要性分為主要建筑物和次要建筑物，主要建筑物是指失事后將造成下游災害或嚴重影響工程效益的建筑物，如堤壩、水閘、電站廠房及泵站等；次要建筑物指失事后不致造成下游災害或對工程效益影響不大并易于修復的建筑物，如擋土墻、導流墻及護岸等[4]。

千佛巖水電站水庫屬河道（槽）型水庫，泄洪沖沙閘、河床式發電廠房屬于主要建筑物，右岸副壩作為水庫壅水建筑的有機組成部分，按照前一功能，應為3級建筑物，洪水設防標準為重現期50年。

2.3.2 河堤式副壩頂高程

右岸副壩的最下游端與攔河閘相接，副壩頂高程433.20 m，壩頂設1.2 m高防浪墻，防浪墻頂高程434.40 m，樞紐主體壩頂高程435.20 m，因此副壩防浪墻頂高程比攔河閘壩壩頂高程低0.8 m，副壩成為庫區防洪工程較為脆弱的一環。按樞紐主體閘壩及廠房的防洪要求，該高程是不夠的。

一般來說，河流的水面曲線沿水流方向逐漸降低，而該工程副壩（長約3 km）均采用統一高程，將導致下游設計不夠經濟或上游頂部高程不滿足泄洪要求（后經復核，副壩末端重現期10年洪水位高出434.40 m高程近5.0 m）。同時，副壩高程的確定應考慮水庫“翹尾巴”和泥沙淤積等因素的影響，并且副壩后即為人口較多的鄉鎮和農田，應留一定的防洪富余庫容。

2.3.3設計標準差異原因分析

設計單位和蓄水安全鑒定單位就該工程右岸副壩的設計標準存在較大的爭議，雙方都有各自的依據和理由，并有相應的規程規范作為支撐。設計單位認為該河堤式副壩是擔負防洪任務的民防堤壩，根據GB50286-98《堤防工程設計規范》和GB50201-94《防洪標準》及上級水利部門批準的行洪論證報告確定其防洪標準為重現期10年；鑒定單位根據副壩的擋水壅水功能認為其屬于主要水工建筑物的性質，根據SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，屬于3級水工建筑物，防洪標準為洪水重現期50年。

可以說，爭議的主要來源在于對這種河道（槽）型水庫河堤式副壩的功能認定，造成同一工程的民用防洪標準和工程防洪標準出現不一致。因為對工程的認識不同，造成同一工程采用不同規范得出了不同的設計標準，現在尚無相關的規程規范來調和這種矛盾，這是在低山丘陵地區修建水電站出現的新課題。

2.4 問題解決

為妥善解決爭議，鑒定單位和設計單位進行了多次討論，并同初步設計審查專家和蓄水安全鑒定專家進行了分析，最后認為，雖然設計按照相關部門批準的行洪論證報告及部分規范設計，但相對于攔河閘壩3級水工建筑物重現期50年的洪水標準，重現期10年標準偏低；對于河道（槽）型水庫，回水較長，本工程右岸副壩若同攔河閘壩統一設防標準，成本較高；該電站右岸副壩是為了建立攔蓄區的工程，屬于防護堤性質，認為是次要建筑物，建筑物級別為4級，故對應的洪水設計標準可采用洪水重現期30年，不進行校核洪水設計。

鑒于工程已經基本施工完畢，一方面要求設計單位復核重現期30年洪水的回水長度及高程，加高不符合標準的壩段；同時建議業主單位制定切實可行的應急預案，運行期間要高度重視，加強監測，如有異常，應及時分析原因并采取有效措施。

3 吳家渡電航工程

吳家渡電航工程位于涪江干流上，水庫正常蓄水位395.00 m，裝機容量42 MW，屬三等工程，樞紐泄洪建筑物的設計洪水標準為重現期50年，洪水重現期500年校核。工程區位于四川盆地中北部的淺丘地帶，河谷開闊平坦，為不對稱“U”型谷，兩岸漫灘及階地發育。為充分利用水能資源并減少淹沒損失，設防洪堤進行保護，左岸防護堤的防護標準為洪水重現期10年，其堤頂高程按重現期10年洪水位加1 m超高確定。

蓄水安全鑒定專家組認為，雖然左岸防護堤設防標準重現期10年洪水在初步設計時得到了上級部門批準，但此段防護堤最下游端與攔河閘相接，且頂高程398.055 m，比壩頂高程402.40 m低3.545 m，重現期20年洪水時水庫洪水即會翻過堤頂；而背水面壩坡采用30 cm厚干砌卵石護坡，水流翻水的直接沖刷和向下游流動時的側向沖刷是存在的。因此，要求設計單位對此提出防護措施；業主運行中應高度重視，特別是危及攔河大壩的安全運行。

4 結語

（1）若水庫地處低山或丘陵地區，為開闊平坦的“U”型河谷，為防止庫區滲漏、形成水庫和保護兩岸的村鎮、土地、工礦企業而采取的工程措施不同于高山峽谷區。

（2）作為保護庫岸后居民、學校和工農業生產等防洪安全的民防工程，河堤式副壩的設計標準較低，頂部高程低于攔河大壩（或水閘）的壩頂高程；而與其它建筑物一起壅水形成電站的水庫時，作為電站的永久建筑物，設計標準根據工程等級和建筑物級別確定；后者的防洪標準遠高于前者，對應堤頂高程大于前者。

（3）由于對河堤式副壩功能的不同認定，采用不同規程規范，得出的防洪標準相差較大時，應對工程的功能做深入分析，以主要功能來選用相應的規程規范，使確定的設防標準能在較少的投資下滿足有效的防洪安全。

（4）為解決低山丘陵地區護岸工程設計標準爭議這一新問題，規程規范應進一步細化，將每一條款的使用范圍和對象具體化，避免誤解?！?/p>

[1]中華人民共和國水利部.SL252—2000,水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].北京:中國水利水電出版社,2000.

[2]國家技術監督局,中華人民共和國建設部.GB50286-98,堤防工程設計規范[S].北京:中國計劃出版社,1998.

[3]中華人民共和國建設部.GB50201-94,防洪標準[S].北京:建設部標準定額研究所,1994.

[4]國家技術監督局,中華人民共和國建設部.GB50199-94,水利水電工程結構可靠度設計統一標準[S].北京:建設部標準定額研究所,1994.