營口地區小型水庫安全評價分析與探討

董明

（遼寧省營口市水利勘測建筑設計院營口市115000）

營口地區小型水庫安全評價分析與探討

（遼寧省營口市水利勘測建筑設計院營口市115000）

文章對營口地區小型水庫進行了安全評價的探討，通過安全檢查、復核方法及存在的問題等進行論述，對營口地區水庫安全運行及效益發揮具有重要意義。

小型水庫安全評價防洪標準

前言

營口市位于遼東半島北部，地處中緯度西風帶，面臨渤海，北靠歐亞大陸，主要氣候受季風影響，屬于暖溫帶大陸性季風氣候。氣候特征為：光照充足，雨量適中，積溫適度，四季分明。由于受地形影響，降水量由西北向東南逐漸遞增，山區多于平原。從20世紀50年代開始營口地區逐步在東部山區各河上游修建水庫，現有水庫蓄水工程36座，其中大（Ⅱ）型1座，中型3座，小（Ⅰ）型12座，小（Ⅱ）型20座。總庫容2.68億m3，興利庫容1.97億m3。這些水庫在防洪、灌溉、工業和城市生活供水、養魚發電等方面發揮了重要的作用，為全市工農業生產、居民生活及社會發展提供了的基本保障。

1 小型水庫現場安全檢查

在小型水庫安全評價工作前先就水庫運行情況及工程安全狀況進行了現場檢查。其中和美、高士溝、何家溝、周屯4座水庫在近些年發生水毀，水毀水庫均在低水位運行。和美水庫水毀最為嚴重，大壩壩腳局部被沖刷，溢洪道損壞嚴重，兩側邊墻倒塌，底板被沖毀，輸水洞閘門損壞，無法使用，上壩路完全被沖毀；高士溝水庫溢洪道海漫出口處尾水渠段沖淘嚴重，海漫底板損壞。壩頂路面不規整，局部較窄，雜草重叢，防浪墻局部有縱向裂縫，大壩背水坡左側局部土料缺失；何家溝水庫下游壩腳局部有滲漏積水現象，溢洪道底板斷裂，局部破損嚴重，閘閥已運行多年，無法正常運用，大壩上游壩坡護砌局部變形，破損嚴重；周屯水庫輸水尾水渠損壞。其他水庫安全檢查情況如下廂房水庫大壩上游壩坡護砌局部破碎，風化嚴重。溢洪道陡槽收縮段右側邊墻不封閉，影響溢洪道安全泄洪。溢洪道兩側邊墻表面剝蝕嚴重，右側邊墻向內傾斜，消力池損壞。輸水洞進口段漿砌石擋土墻開裂、脫落破損嚴重，閘閥銹蝕嚴重，無法正常運用；孟屯水庫輸水渠道堵塞嚴重，溢洪道消力池下游無尾水渠；閘門有漏水現象；泉大水庫大壩下游坡壩腳處滲水，有積水現象，尾水渠斷面較小。

2 水庫安全評價復核方法

根據《水庫大壩安全評價導則》水庫安全評價分為工程質量評價，大壩運行管理評價，防洪標準復核，結構安全評價，滲流安全評價，抗震安全復核及金屬結構安全評價等方面。營口地區的小型的水庫大多建于20世紀60、70年代，由當地的人民公社組織興建，由于當時技術力量和經驗不足加之受經濟條件的限制，大多數水庫從設計和施工質量上都達不到現行標準，再加上經過幾十年的運行，存在一定的安全隱患，所以對這些小型水庫的安全評價復核是十分必要的。

2.1 防洪標準復合

2.1.1 洪水計算

在進行防洪標準復核前需收集相關資料包括計算設計洪水的水文資料，水位庫容關系曲線，大壩運行資料等。由于本地區小型水庫缺少相關流量資料，各種標準洪水計算采用無資料地區設計暴雨計算方法：《遼寧省中小河流（無資料地區）設計暴雨洪水計算方法》，營口地區水文分區為I3及IV區，設計洪峰流量Qp的計算公式如下：

式中ip——暴雨強度（mm）；

F——流域面積（km2）；φp——洪峰徑流系數。

本地區小型水庫流域內洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1天之內，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流。一次降雨即形成一次洪峰，由于洪水過程線的形狀系數小于0.05，采用簡化三角形洪水過程線。

2.1.2 調洪計算

營口地區小型水庫多為開敞式寬頂堰，據《溢洪道設計規范》SL 253-2000的寬頂堰流公式確定水位流量關系曲線，以防洪限制水位作為起調水位。根據以下公式進行簡易調洪演算，推算出各頻率洪水所對應的庫容、最大泄量。

式中qm——一定頻率的調洪出流量（m3/s）；

W調p——一定頻率下參與調洪洪水總量（萬m3）；

V防——防洪庫容（萬m3）。

2.1.3 壩頂高程復合

營口地區小型水庫主要由大壩、溢洪道、輸水洞組成，大壩壩型多為土石壩結構型式，其壩頂高程按照《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）規定，即壩頂高程為水庫靜水位加壩頂超高計算。

壩頂超高為最大波浪在壩坡上的爬高、最大風壅水面高度與安全加高之和。波浪要素的計算一般采用莆田試驗站公式，多年平均年最大風速：蓋州地區采用18.6 m/s，大石橋地區采用18.4 m/s，安全加高正常運用條件下為0.5 m，非常運用條件下為0.3 m。

2.2 結構安全評價

大壩結構安全評價主要包括變形分析及穩定分析復核，由于小型水庫沒有變形監測資料，大壩變形分析根據現場檢查及大壩在運行管理中的異常變形記錄來進行評價。大壩穩定性復合依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）選用地勘報告中提供的相關物理力學性質指標，選取最不利的大壩斷面，計算時采用瑞典圓弧法或簡化畢肖普法計算壩坡抗滑穩定安全系數，計算工況如下：正常運用條件：①正常高水位穩定滲流期上、下游坡的穩定計算；②設計洪水位穩定滲流期上、下游坡的穩定計算；③1/3壩高水位穩定滲流期上、下游坡的穩定計算。非常運用條件Ⅰ：④校核洪水位穩定滲流期上、下游坡的穩定計算；⑤校核洪水位降落至正常高水位上游坡的穩定計算。考慮到大壩的抗震安全復核還應包括非常運用條件Ⅱ：正常高水位遇地震和設計水位遇地震的上、下游坡的穩定計算兩種工況。

2.3 滲流安全評價

滲流安全評價需要收集工程相關設計、施工資料及滲流監測資料，壩址區的工程地質及水文地質勘查報告和試驗資料。由于小型水庫建庫時大多屬于“三邊工程”，經過多年運行保留下的設計及施工資料很少，有的水庫則沒有任何相關資料，加上水庫規模小沒有大壩的變形、浸潤線和滲漏觀測設施，也無觀測資料進行分析。只能通過少量現存資料、現場檢查、運行中發現的滲流異常現象記錄及地質勘察報告來進行評價。

滲流穩定分析根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001），采用北京理正軟件設計研究院有限公司的《理正滲流分析軟件》，按照有限元法進行數值計算。計算工況為：①上游正常高水位+相應下游最低水位；②設計洪水位+相應下游水位；③校核水位+相應下游水位；④水庫水位降落期時上游壩坡最不穩定的情況。

3 存在的主要的問題

營口市現已對大部分現存的小型水庫進行了全面的安全評價工作，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）防洪標準不合格。根據《遼寧省小（Ⅰ）型（小Ⅱ型）水庫除險加固工程初步設計報告編制規程》小（Ⅰ）型水庫的設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為300年一遇。小（Ⅱ）型水庫的設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為200年一遇。經安全評價復核有些水庫防洪標準偏低，壩頂高程不滿足要求。如水庫大壩在非常運用條件下，大壩校核水位超出心墻頂高程，防浪墻與心墻沒有連接上，不能滿足現行規范的要求。

（2）大壩結構安全不合格。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2001）小型水庫壩坡抗滑穩定安全系數正常運用條件下應不小于1.25，在非常運用條件Ⅰ應不小于1.15，在非常運用條件Ⅱ應不小于1.10，當采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法計算時，壩坡抗滑穩定安全系數應比上述規定減少8%。在大壩的抗滑穩定分析計算復核中，有些水庫壩坡不滿足上述安全系數要求，壩坡存在不穩定的安全隱患。

（3）大壩滲流安全存在隱患。經現場檢查有些水庫下游沒有排水設施，有的雖存在貼坡排水但經復核貼坡排水頂高程低于下游出逸點高程，個別水庫壩基、壩腳有滲漏現象。

（4）其他建筑物的結構安全不合格。水庫溢洪道邊墻、底板及消能設施由于年久失修或水毀破壞比較嚴重，輸水洞進出口擋墻破損坍塌。

（5）輸水洞金屬結構不合格。本地區小型水庫的金屬結構多為輸水洞的閘門、閘閥，經安全評價小水庫閘門、閘閥不能正常使用甚至損壞的問題較多。

（6）大壩運行管理較差。小型水庫的管理仍比較薄弱，特別是小（Ⅱ）型水庫，部分沒有管理用房，少數沒有落實專門管理人員。有些小型水庫管理不到位，工程記錄資料簡單、隨意。雖有巡查制度，但巡查力度不夠，人員缺乏管護知識和搶險知識。

4 結論與建議

對于水庫大壩安全評價鑒定中定為三類壩的水庫，應立即安排資金進行除險加固。病險階段加強運行管理，調整調度方案，提高管護人員素質。加強日常巡視及汛前檢查，發現險情及時報告，確保下游人民生命財產安全。

[1]遼寧省水利廳.遼寧省水利普查成果[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

2016-11-24）

董明玥（1984-），女，遼寧營口人，大學本科，工程師，主要從事水利工程設計工作，手機：15941712920，E-mail: hdzw13@163.com。