海龍川水庫除險加固工程設計

周 媛，楊 芬，楊曉雪

(1. 海城市水利水電工程移民局，遼寧 海城114200;2. 興城市曹莊鎮水利站，遼寧 興城125107;3. 錦州市水土保持站，遼寧 錦州121015)

1 工程概況

海龍川水庫位于海城市南部，距市內40 km。壩址位于岔溝鎮海龍川村，該水庫屬于海城河支流，壩址以上河道長2.33 km，河道平均坡度為124‰，多年平均徑流量69.6 萬m3。水庫集雨面積2.94 km2，屬于山區小型水庫。

該地區屬于秋春兩季多季風、北風，夏秋兩季多南風，年平均風速3.6 m/s。年平均降水量為600 ～700 mm，大部分集中在7—9月，占年平均降水量的61.5%。根據海城站提供多年平均蒸發量為1 767 mm，由于春風影響，5—6月蒸發量為589.5 mm，占全年蒸發量的33.97%，最大蒸發量約為7 ～10 mm/d。

海龍川水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫原設計總庫容20.6 萬m3，防洪庫容為10.2 萬m3，興利庫容9.9 萬m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》( SL252—2000)［1］規定，水庫工程規模屬于小(2) 型水庫，所以海龍川水庫原工程規模為: 工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5 級。

2 除險加固的必要性和緊迫性

2.1 水庫除險加固的必要性

該水庫工程始建于1958年，屬于“三邊”、“三無工程”，施工質量差，雖然經過幾次加固改造，但經過多年運行，加上冬季氣溫較低，經過反復凍融破壞，風化巖堆積加劇。經過對大壩現場進行檢查發現存在以下4個問題:

1) 上游護坡石大范圍出現坍陷，局部塊石滑動和丟失，水庫左側壩肩上壩公路低于壩頂高程1.5 m。

2) 溢洪道右側山體局部脫坡，底板年久失修。

3) 輸水洞閘閥銹蝕，啟閉困難。

4) 輸水洞下游輸水渠道兩側擋墻局部坍塌。

2.2 安全鑒定結論

根據水庫大壩安全鑒定評價結論，海龍川水庫屬三類壩，為病險水庫，不能滿足水庫工程安全運行。依據《碾壓土石壩設計規范》( SL274—2001)［2］及水利部和省水利廳關于病險水庫除險加固實施方案等規定，鑒于海龍川水庫存在諸多嚴重的問題，并且經鑒定為病險水庫，必須進行除險加固處理。

2.3 除險加固的緊迫性

海龍川水庫主要是以灌溉為主，結合防洪、養殖等綜合利用的水庫。水庫總庫容20.6 m3。水庫調度原則是在確保水庫主體工程安全的前提下，確保水庫下游海龍川村、岔溝鎮人口2.6 萬人，耕地900 hm2的防洪安全。從水庫社會經濟角度考慮，除險加固是必要的。

除險加固是確保水庫安全運行的需要。水庫興建至今，雖未發生重大事故，但主要建筑物大壩、輸水洞、溢洪道等目前存在較多較嚴重的安全隱患，且水庫在安全運行和管理方面亦存在不少問題，已危及到水庫的安全運行。

海龍川水庫除險加固工程是一項關系到國計民生的大事，除險加固后，將徹底消除險情并有明顯的經濟合理性，因此除險加固非常必要和十分緊迫。

3 水庫任務

海龍川水庫是以灌溉為主，結合防洪、養殖等綜合利用的小( 2) 型水利樞紐工程。控制流域面積2.94 km2，水庫總庫容20.6 ×104m3。自1958年以來，水庫發揮了攔洪削峰的作用，同時還灌溉了33 hm2耕地和發展了養魚等副業。水庫的防洪任務很重，社會效益顯著。

農業供水嚴格按年初提出的用水計劃執行。水庫每年的供水量隨蓄水、來水、需水的變化而不同。控制灌溉面積30 hm2，供水保證率75%。9月20日以后—次年6月10日為非汛期，其中5月末—10月上旬為灌溉期，在灌溉期間由水庫輸水洞放水灌溉13 hm2水田，水位超過防洪限制水位時洪水將自動泄流。

4 規模復核

4.1 原設計洪水標準及規模

海龍川水庫原設計洪水標準20 a一遇，校核洪水標準300 a一遇。水庫總庫容20.6 萬m3，防洪庫容為10.2 萬m3，興利庫容9.9 萬m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》( SL252—2000) 規定，水庫工程規模屬于小(2) 型水庫。

4.2 水庫規模復核

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》( SL252—2000) 中有關規定，海龍川水庫防洪標準采用設計洪水標準為20 a一遇，校核洪水標準為200 a一遇。復核后的洪水標準值為設計洪峰流量77 m3/s，校核洪峰流量137 m3/s。水庫總庫容為17.70 萬m3，其庫容量＜100 萬m3，因此海龍川水庫屬小(2) 型水庫，主要建筑物為5 級。

5 死水位復核

中小型水庫淤積年限一般為15 ～30 a，本次設計根據小(2) 型病險水庫除險加固初步設計報告編制規程和初步設計指導意見，水庫淤沙年限可采用10 ～20 a，固本次設計采用淤沙年限為20 a。

式中:V 為淤積庫容，m3; T 為淤積年限，a; G 為多年平均懸移質輸沙量，t/a 或G = FS0;S0為多年平均侵蝕模數，t·km2/a;F 為壩址集水面積，km; γ 為泥沙的容重，約為1.0 ～1.4 t/m3，一般用1.3 t/m3; E 為為推移質和岸崩二者占懸移質泥沙的百分數，一般用15% ～30%，本次設計采用20%。

即: V = GT/γ × (1 + E) =1.09 萬m3

經過計算可得海龍川水庫死庫容為1.09 萬m3，而海龍川水庫原有設計死庫容0.5 萬m3。水庫自1958年12月竣工后已運行近53 a，其累積淤積量為37 679 t，折合成總淤積庫容為2.89 萬m3。如上述淤積庫容全部產生在死庫容內，根據以上計算結果，海龍川水庫死庫容已全部淤滿。根據實測庫區地形圖水庫已經淤至近259 m高程。因此，本次加固設計水庫死水位，經復核后選用260.00 m，死庫容選用1.09 萬m3。

6 洪水調節計算

6.1 基本資料

依據2006年水庫安全鑒定階段實測的1/2 000庫區地形圖及1/10 000地形圖分別復核水庫水位與庫容關系曲線，復核結果與2006年安全鑒定一致，故仍采用安全鑒定成果，水位庫容關系曲線見1 表與圖1。

表1 海龍川水庫水位～庫容關系曲線表

圖1 海龍川水庫水位庫容關系曲線

6.2 水庫調度原則

水庫采用自由泄洪方式，不考慮洪水預報和預騰防洪庫容，正常蓄水位即為防洪限制水位，當水位超過正常蓄水位264.5 m時自由泄流。輸水洞不參加洪水的調節。海龍川水庫溢洪道水位～泄量關系曲線見表2 與圖2。

表2 海龍川水庫溢洪道水位～泄流量關系曲線

圖2 海龍川水庫水位～流量關系曲線

6.3 洪水調節計算成果

6.3.1 主峰洪水過程線形狀系數rp的計算

沿用上表中的Qp和W24p，根據水文分區Ⅲ4區，采用東部( ⅡⅢⅣ區) 計算式計算，其結果為:

式中: rp=0.03 ＜0.05，可不計算過程線，只計算出不同頻率下參與調洪的洪水總量W調p( 萬m3) 。

Wp= 0.67W24p+0.12Qpι，各頻率的Wp值為:6

.3.2 調洪計算

此次設計采用簡易調洪方法調洪，即用簡化公式:

式中: qM為某一頻率的最大泄量，m3/s; Qp 為某一設計頻率洪峰流量，m3/s; V防為溢洪道底以上防洪庫容，萬m3; W調p為某一設計頻率參與調洪的洪量，萬m3。

溢洪道下泄流量計算公式為:

式中: q 為下泄流量，m3/s; B 為溢洪道底寬，m; H 為溢洪水深，m; M 為流量系數，m 取0.385。調洪計算成果見表3。

表3 海龍川水庫洪水調節計算成果

按本次洪水調節計算成果，20 a一遇設計洪水位266.03 m，相 應 庫 容14.16 × 104m3，最 大 泄 量64.28 m3/s;200 a一遇設計洪水位266.79 m，相應庫容16.93 ×104m3，最大泄量118.52 m3/s。

7 結 論

通過對海龍川水庫這座小2 型病險水庫的死水位的復核和對除險加固后洪水成果的計算分析，對水庫進行除險加固是確保水庫安全運行和社會發展的需要。

［1］長江勘測規劃設計研究院.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，2002.

［2］黃河水利委員會勘測研究設計院.SL274—2001 碾壓土石壩設計規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2002.