小型病險(xiǎn)水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方案

崔華存

小型病險(xiǎn)水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方案

崔華存

（馬龍縣水利水電勘察設(shè)計(jì)研究所 云南馬龍 655199）

溢洪道是小型水庫(kù)汛期洪水下泄的唯一通道，在多年來(lái)小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固安全評(píng)價(jià)、初步設(shè)計(jì)及施工管理中發(fā)現(xiàn)溢洪道存在的問(wèn)題，若不加以注意，形式上加固一件、脫險(xiǎn)一件、達(dá)標(biāo)一件，解決不好這些問(wèn)題，勢(shì)必給工程埋下新的安全隱患，對(duì)工程安全運(yùn)行造成威脅。

溢洪道 除險(xiǎn)加固 設(shè)計(jì) 問(wèn)題解決

引言

由于多種因素制約，馬龍縣小（二）型水庫(kù)普遍存在“先天不足，后天失養(yǎng)”問(wèn)題，嚴(yán)重危及大壩和下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全縣小（二）型水庫(kù)中有病險(xiǎn)水庫(kù)156件，占其總數(shù)的83%，在病險(xiǎn)水庫(kù)中，有138件未完全襯砌，甚至未襯砌造成病險(xiǎn)，占病險(xiǎn)水庫(kù)總數(shù)的88.5%。按云南省小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固規(guī)劃報(bào)告，5年內(nèi)（2011年—2015年）全面完成小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固任務(wù)。馬龍縣小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程已經(jīng)開(kāi)展了3年，溢洪道是水庫(kù)工程的一個(gè)重要組成部份，承擔(dān)著泄洪任務(wù)，溢洪道設(shè)計(jì)是此次除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)中對(duì)存在問(wèn)題是否能處理得當(dāng)，不僅直接影響著工程造價(jià)，施工難易，更主要的是對(duì)工程安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，關(guān)系到下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，溢洪道的合理布置和選型是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)多年來(lái)的工作實(shí)踐，本文對(duì)溢洪道存在的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行探討。

1 存在問(wèn)題

1.1徑流面積與流域參數(shù)不準(zhǔn)確

（1）小（二）型水庫(kù)大多建于五六十年代，受技術(shù)手段的限制，徑流面積量算不準(zhǔn)確。

（2）通過(guò)50多年的運(yùn)行，徑流區(qū)人類活動(dòng)頻繁，如修路、采石、采砂、采礦、建房等。造成原設(shè)計(jì)的引洪工程現(xiàn)已喪失引洪功能，原未設(shè)計(jì)引洪工程現(xiàn)有外流域引水，徑流面積與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。

由于主河道確定不準(zhǔn)確，造成其長(zhǎng)度不準(zhǔn)，平均坡度計(jì)算錯(cuò)誤。

1.2庫(kù)容面積曲線不實(shí)

小（二）型水庫(kù)屬鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村委會(huì)、村（組）所轄，（1）為爭(zhēng)取上級(jí)資金投入將水庫(kù)庫(kù)容擴(kuò)大上報(bào)。（2）完工時(shí)未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，按設(shè)計(jì)規(guī)模上報(bào)。（3）勘測(cè)設(shè)計(jì)工作滯后，工作人員不務(wù)實(shí)，估列上報(bào)，人為降低或加大庫(kù)容和規(guī)模。

目前已實(shí)施完成的63件小（二）型水庫(kù)除險(xiǎn)加固來(lái)看，其中3件重點(diǎn)小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)的規(guī)模還比一般小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)差，6件一般小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)規(guī)模已達(dá)到重點(diǎn)小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)規(guī)模（壩高大于10m，且?guī)烊荽笥?0萬(wàn)m3的小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)）。

1.3平面布置方案不合理

受地形、地質(zhì)條件的變化，投資及施工技術(shù)條件的制約，采取一些平面折線、急流陡坡甚至急流交叉等不合理的布置方案，對(duì)泄流十分不利，造成泄槽水流折沖擺動(dòng)、翻出邊墻，許多水庫(kù)的溢洪道為土質(zhì)邊坡未襯砌，時(shí)有塌方發(fā)生。其抗沖能力很低，布置不當(dāng)，極易威脅工程的安全運(yùn)行。

溢洪道進(jìn)口段距壩體過(guò)近甚至邊墻與壩肩相連。在平面布置上，（1）溢洪道進(jìn)口段離壩肩太近，加之未進(jìn)行有效襯砌，泄洪時(shí)一旦發(fā)生沖蝕現(xiàn)象，將危及大壩安全。（2）進(jìn)口段襯砌邊墻與壩肩相連，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、建筑材料、資金及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等因素，砌體粘結(jié)材料以石灰砂漿為主，砂漿老化脫落，襯砌體整體結(jié)構(gòu)差，同時(shí)襯砌體與壩體結(jié)合面處理不徹底，溢洪道行洪時(shí)，一方面庫(kù)水沿結(jié)合面而進(jìn)入壩體，另一方面從襯砌體直接進(jìn)入壩體，產(chǎn)生接觸沖刷破壞。

溢洪道出口離壩腳過(guò)近，泄槽末端、消力池及送水渠與壩腳相離太近，容易發(fā)生橫流沖刷，更易危及壩腳安全。

溢洪道出口無(wú)歸河渠道，自1982年包產(chǎn)到戶，農(nóng)民們私挖亂開(kāi)，有的甚至耕種到大壩保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，侵占河道，造成洪水無(wú)排泄通道。

1.4軸線布置不合理

在溢洪道布置時(shí)，未綜合分析研究，憑經(jīng)驗(yàn)按地形布置，未按地形和地質(zhì)條件布置，部份溢洪道陡坡比降過(guò)大，布設(shè)在土質(zhì)的山坡上，有時(shí)省略一些不應(yīng)省去的工程措施，如溢洪道底板與基礎(chǔ)之間沒(méi)有做好必要的反濾結(jié)構(gòu)，溢洪道滲水和地表水滲入后，不但造成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，而且極易出現(xiàn)山體滑坡現(xiàn)象。

1.5控制段的選型不準(zhǔn)確

由于小（二）型水庫(kù)大多在壩肩開(kāi)挖一條槽將洪水引至下游，在溢洪道控制段上很少設(shè)堰體，而洪水調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)堰型采用寬頂壩，計(jì)算公式選錯(cuò)，計(jì)算成果出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1.6運(yùn)行不當(dāng)、管理不到位

近年來(lái)，我縣遭受連續(xù)四年的特大旱情，加之多種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都經(jīng)過(guò)了相應(yīng)的調(diào)整，因此，一些水庫(kù)的功能也隨之出現(xiàn)了調(diào)整，由原來(lái)傳統(tǒng)上僅服務(wù)于農(nóng)業(yè)灌溉，轉(zhuǎn)向了城鎮(zhèn)供水、工業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及旅游業(yè)等的功能轉(zhuǎn)變，對(duì)水的需求越來(lái)越迫切。用水戶未經(jīng)水行政主管部門(mén)許可，人為加高溢洪道堰頂高程，增加蓄水量，改變了水庫(kù)的運(yùn)行工況，使水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容減小，不能發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)洪、滯洪作用，加之大壩病險(xiǎn)，晴天塌壩的事件在我縣也曾發(fā)生過(guò)。

由于管理人員工資及維護(hù)資金未落實(shí)，對(duì)水庫(kù)的管護(hù)只局限于看庫(kù)守壩，每年汛前、汛中、汛后各檢查一次，形成重建輕管現(xiàn)象，造成溢洪道內(nèi)坑坑洼洼、雜草叢生、淤積嚴(yán)重，嚴(yán)重影響其正常行洪。

2 解決方案

為滿足水庫(kù)大壩防洪達(dá)標(biāo)，需對(duì)溢洪道進(jìn)行改造加固處理，溢洪道的設(shè)計(jì)不是獨(dú)立的，它是樞紐工程重要的三大件之一，必須與大壩、輸水隧（涵）洞統(tǒng)籌考慮，布置方案的合理與否，不僅直接影響水庫(kù)的安全運(yùn)行，而且關(guān)系到整個(gè)工程造價(jià)，土石壩小型水庫(kù)溢洪道投資約占樞紐工程總投資的1/4—1/3。故溢洪道處理方案是一個(gè)比較重要的內(nèi)容。因此，要做好小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確掌握基礎(chǔ)資料，選用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)恰當(dāng)，直接關(guān)系到整個(gè)除險(xiǎn)加固工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2.1認(rèn)認(rèn)真真、踏踏實(shí)實(shí)掌握基礎(chǔ)資料

（1）水庫(kù)徑流區(qū)受人類活動(dòng)的影響，徑流面積發(fā)生變化，必須深入徑流區(qū)對(duì)分水嶺界線，是否存在外流域引洪（水），原來(lái)的引洪（水）設(shè)施是否發(fā)揮其引水功能等，應(yīng)重新復(fù)核徑流面積、主河道長(zhǎng)度和平均比降。

（2）小（二）型水庫(kù)因庫(kù)盆條件差，建壩時(shí)絕大部份水庫(kù)均把筑壩土料場(chǎng)選在庫(kù)區(qū)正常蓄水位以下，以便增加庫(kù)容，與勘測(cè)時(shí)量算的庫(kù)容存在差距；或因多年淤積，減小了庫(kù)容；或因建設(shè)前期勘測(cè)設(shè)計(jì)工程滯后，工程完工時(shí)未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，上報(bào)庫(kù)容偏小；或因工程完工時(shí)規(guī)模超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)模，上報(bào)庫(kù)容偏大。從而許多水庫(kù)注冊(cè)登記資料與水庫(kù)實(shí)際相差甚大。人為增大滯洪庫(kù)容，造成調(diào)洪水位偏低，形成新的潛在的安全隱患。應(yīng)合理安排在大春灌溉結(jié)束后實(shí)測(cè)庫(kù)區(qū)地形圖，確保洪水復(fù)核的準(zhǔn)確性。

（3）小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固地勘工作薄弱，地質(zhì)勘探極少，甚至僅對(duì)地表作簡(jiǎn)單的地質(zhì)描述。一般工程僅在壩軸線兩端各布1個(gè)孔，大壩的最大斷面壩頂、上游坡、下游坡各布1個(gè)孔，共5個(gè)孔。對(duì)輸、泄水建筑物軸線上未布孔，未能查清地質(zhì)構(gòu)造、巖性、巖層的傾向以及不利地質(zhì)條件，建筑物的布置僅局限在地形上布置，未結(jié)合地質(zhì)條件布置，會(huì)造成建筑物結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和山體滑坡現(xiàn)象，形成新的安全隱患。

應(yīng)重新對(duì)樞紐區(qū)進(jìn)行地形測(cè)繪，按現(xiàn)行《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)現(xiàn)狀溢洪道平面上進(jìn)行調(diào)整布置。

2.2設(shè)計(jì)洪水及洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

由于小（二）型水庫(kù)資料短缺，同時(shí)徑流面積小，主河道短、坡降偏陡、洪水匯流時(shí)間短、洪水位上漲速度快，具有陡漲陡落的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)洪水可采用暴雨推求洪水和推理公式進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)兩種方法的合理性進(jìn)行檢查，一般采用暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水較為合理。準(zhǔn)確判別控制段的堰型，選用與其相應(yīng)的出流公式進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算。

2.3規(guī)劃布置

依據(jù)樞紐區(qū)平面布置圖、地質(zhì)圖、縱橫地質(zhì)剖面圖，對(duì)現(xiàn)狀布置不合理的地方進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)彎段盡量平緩，進(jìn)出口在平面上最好布置成直線，并分別與壩肩、壩腳有一定距離。縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)剖面圖選用緩坡、陡坡或多級(jí)躍水等形式，做到經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)安全。

2.4在小（二）型除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中值得探討的兩個(gè)問(wèn)題

（1）水庫(kù)供水范圍擴(kuò)大，又具備擴(kuò)容條件，可采取除險(xiǎn)加固與擴(kuò)容同步實(shí)施。

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、河道生態(tài)與環(huán)境要求和水資源的優(yōu)化配置的需要，水庫(kù)的功能也隨之出現(xiàn)了變化，由原來(lái)單一的服務(wù)于農(nóng)業(yè)灌溉轉(zhuǎn)向了城鎮(zhèn)供水、工業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以及旅游業(yè)等的功能轉(zhuǎn)變，因此，對(duì)水庫(kù)原設(shè)計(jì)功能的定位應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)水庫(kù)任務(wù)進(jìn)行合理調(diào)整。

水利部、省水利廳為積極穩(wěn)妥推進(jìn)小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作，初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)明確規(guī)定了不擴(kuò)大規(guī)模（既維持堰頂高程不變）的硬性要求。但水庫(kù)供水范圍擴(kuò)大，又具備擴(kuò)容條件（徑流面積滿足、壩軸線短、地形地質(zhì)條件好）的可同步實(shí)施，培厚加高3～5m，庫(kù)容可擴(kuò)大一倍甚至幾倍。若不同步實(shí)施，一旦擴(kuò)容，已完成除險(xiǎn)加固的大部分設(shè)施無(wú)法利用，勢(shì)必造成大量資金浪費(fèi)。同時(shí)也避免用水戶在溢洪道內(nèi)擋小壩，改變水庫(kù)的運(yùn)行工況，對(duì)大壩運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

（2）對(duì)大壩欠高、徑流面積小、來(lái)水不足的大壩可適當(dāng)降低堰頂高程。

這種情況與《指導(dǎo)意見(jiàn)》也不符，但由于當(dāng)時(shí)前期工作設(shè)計(jì)滯后，對(duì)來(lái)水過(guò)程不清，水庫(kù)規(guī)模確定不合理。完工時(shí)規(guī)模過(guò)大，造成來(lái)水量不足，多年蓄水達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模。可適當(dāng)降低溢洪道堰頂高程以滿足防洪達(dá)標(biāo)，以及下游河道的生態(tài)用水。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)多年來(lái)在土石壩小（二）型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)實(shí)施中的一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)，對(duì)溢洪道的布置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和調(diào)整，最大程度上保證水庫(kù)汛期運(yùn)行的安全性和可靠性，供相關(guān)工程的同行們參考。

1. 吳持恭主編.《水力學(xué)》（上冊(cè)）.高等教育出版社.出版日期1982年11月第二版.

2. 中華人民共和國(guó)水利部《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000.中國(guó)水利水電出版社.出版日期2000年12月.

3. 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001.科學(xué)出版社.2004年7月1日.

4. 江西省水利科學(xué)研究所《無(wú)閘控制溢洪道水力設(shè)計(jì)》.水利出版社.1981年3月.

5. 武漢水利電力學(xué)院主編《水工建筑物》.水利電力出版社.1984年6月.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.022

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1672-2469（2014）03-0062-03

22作者簡(jiǎn)介：崔華存（1965年—），男，高級(jí)工程師。