壩系工程除險加固中溢洪道布設遇到的問題

王 統，董俊天

(定西市安定區水土保持局，甘肅 定西 743000)

壩系工程除險加固中溢洪道布設遇到的問題

王 統，董俊天

(定西市安定區水土保持局，甘肅 定西 743000)

溢洪道；壩系；除險加固；安定區

甘肅省定西市安定區目前有各類淤地壩155座，經水利部復核認定為病險淤地壩的有51座。計劃利用3～6年時間，完成轄區內所有病險壩除險加固任務。但是，隨著淤地壩除險加固項目的實施，遇到了一些急需解決的問題，如已達到或超過設計淤積高程、背水坡滑坡或壩體下部嚴重滲水、水毀決口或穿洞、壩體有裂縫等，這些情況可以結合實際采取相應的措施處理，但實際淤積量超過設計淤積庫容或下游有重要設施的工程處理起來就非常棘手。詳細探討了溢洪道布設遇到的問題并提出了建議。

安定區位于甘肅省中部，是定西市委、市政府所在地，總面積3 638 km2。屬黃土丘陵溝壑區，區內溝壑縱橫，梁峁起伏，植被稀疏，生態脆弱。全區有大小支毛溝2.4萬余條，平均溝壑密度2.4 km/km2。水土流失面積占總土地面積的91%，多年平均土壤侵蝕模數5 640 t/(km2·a)。年均降水量380 mm，年均蒸發量高達1 500 mm以上。干旱少雨和水土流失是制約區域生態建設和經濟社會發展的瓶頸因素。截至目前，全區共建成各類淤地壩155座，其中骨干壩81座、中型壩37座、小型壩37座，分布在全區12個鄉(鎮)的20多條小流域。淤地壩數量約占全省的1/10，占全市的近一半。在工程布局上主要有兩大類，一是以單壩布設的31座，這些工程大多數建于20世紀八九十年代，目前多數已達到或超過設計淤積年限。二是以壩系布設的124座，形成了花岔、官興岔、石門、九華溝、稱鉤河、李家河等6條壩系工程。骨干工程與其他淤地壩相間分布，形成了比較完整的溝道水土保持綜合防護體系。淤地壩的建設，極大地改善了項目區農業和農村基礎條件，尤其是在滯洪、攔泥、淤地、抗旱、交通等方面發揮了十分重要的保障和支撐作用。但是，各類淤地壩出現的老化、病險、損毀及隱患等情況也日益凸顯。目前，已超過設計淤積年限的有91座(其中骨干壩45座、中小型壩46座)，達到設計淤積年限的有13座(其中骨干壩3座、中小型壩10座)。經水利部復核認定為病險淤地壩的有51座。2011年以來，先后有35座病險淤地壩被列入除險加固和抗旱水源維修工程，29座已完成了應急維修和除險加固，安全隱患基本得到排除，有6座正在組織實施中。計劃利用3～6年時間，完成轄區內所有病險壩除險加固任務。但是，隨著淤地壩除險加固項目的實施,也遇到了一些突出的問題，急需進一步探討和解決。

1 淤地壩病險情況及相應的處理方法

目前，安定區淤地壩工程的病險情況主要有如下幾種：已達到或超過設計淤積高程；背水坡滑坡或壩體下部嚴重滲水；水毀決口或穿洞；壩體有裂縫；壩下游有重要設施等。針對現有淤地壩工程普遍存在的壩坡過陡、背水坡腳反濾體損壞、壩體干容重降低等問題，采取增設反濾體并將背水坡下部壩坡放緩的方案，即在現有滑坡面或有滲水的區域布設網狀微孔波紋管，在波紋管上蓋土并放緩壩坡，增強壩體抵抗力。針對土壩決口或穿洞的問題，若確定為水毀決口，則施工要求同土壩施工要求；若確定為填筑穿洞，則必須將壩體全部挖開后施工。針對上下游的橫向裂縫和沿壩軸線方向的縱向裂縫，多采用開挖回填與灌漿結合的方式處理橫向裂縫，而縱向裂縫只可采用開挖回填方式處理。針對明渠存在的問題，如常見的嚴重斷裂，采用涵管替代明渠方式處理。

2 溢洪道布設存在的問題

一般的病險情況，結合實際可以采取有效措施進行處理，而針對實際淤積量超過設計淤積庫容或下游有重要設施的工程，多采用增設溢洪道的方法來處理，但在具體實施中，困難重重。①無地形條件布設溢洪道。截至目前，安定區已建成的淤地壩，無論是單壩，還是壩系，多無條件布設溢洪道，主要原因是：在前期規劃設計時，依據相關技術規范，只布設了壩體和放水建筑物“兩大件”，無溢洪道設施；在前期規劃壩址比選中，只考慮了庫容、壩體工程量大小、放水建筑物基礎地形，沒有考慮溢洪道布設的地形條件，導致目前加設溢洪道時無科學合理的地形條件；即使當時壩址選擇時，有布設溢洪道的條件，但在施工過程中，考慮施工方便，降低施工成本，破壞了后期增設溢洪道的地形。②調洪演算與實際不相符。壩系工程在前期規劃過程中，以相關技術規范為依據，以單壩為單元，孤立地進行壩高和總庫容的計算，沒有考慮上游工程的泄水量，也就是在調洪演算中，出現串聯的骨干壩時，只考慮單壩控制流域范圍內的洪水總量，沒有考慮上游骨干壩的泄水量，一旦出現局部強降雨，不但單壩的安全沒有保障，而且還會造成連環垮壩安全事故。③無法確定溢洪道的斷面尺寸。根據水利部辦公廳文件(辦水保〔2015〕90號)要求，下游有重要設施時，包括下游有骨干壩時，必須增設溢洪道。但是在壩系工程單壩規劃設計中，依據《水土保持綜合治理技術規范 溝壑治理技術》(GB/T 16453.3—2008)進行總庫容計算時，已經滿足校核頻率的要求，導致除險加固設計中，若采用原設計淤積庫容，則經過調洪演算確定的最大下泄流量為零，溢洪道斷面尺寸無法確定，這是除險加固設計時遇到的最關鍵的問題。

3 建 議

3.1 以泄洪洞替代溢洪道

針對實際情況確需增設泄洪建筑物，但又無地形條件開設溢洪道的淤地壩工程，在除險加固時根據工程的實際地形條件，以泄洪洞代替溢洪道，降低泄洪建筑物進口高程，確保工程安全運行。

3.2 上下通盤考慮增設泄洪設施

針對壩系工程在前期規劃過程中，沒有考慮上游工程的泄水量，也就是在調洪演算中，出現串聯的骨干壩時，只考慮單壩控制流域范圍內的洪水總量，沒有考慮上游骨干壩的泄水量的情況，需要按從上到下的順序逐壩進行調洪演算，確定最大下泄流量，從而進一步確定增設溢洪道或泄洪洞的斷面尺寸，以確保工程安全運行。

3.3 通過擴大校核頻率下的洪水總量確定泄洪建筑物尺寸

當前各地普遍采用抬高設計淤積高程的方法確定泄洪建筑物尺寸，即針對因按原設計進行調洪演算無法確定泄洪建筑物尺寸的問題，設計時抬高了原設計淤積高程，減少滯洪庫容，再計算下泄流量，從而來確定泄洪建筑物尺寸，但是這種方法實際存在很大的缺陷。在設計時若以抬高設計淤積高程來確定泄洪建筑物尺寸，則沒有從根本上解決問題，這對消除安全隱患是短期的，一旦實際淤積高程達到除險加固時確定的高程，則淤地壩的安全隱患與在沒有增設溢洪道之前的安全隱患是一樣的，也就是說以抬高設計淤積高程的方式來確定泄洪建筑物尺寸的方法進行除險加固，無法從根本上消除隱患。

針對以上存在的缺陷，建議采取擴大校核頻率下的洪水總量即給校核頻率下的洪水總量乘以安全系數(一般取1.1～1.4)的方法來解決，再進行調洪演算來確定泄洪建筑物尺寸，而無須抬高設計淤積高程。對上游有串聯壩的情況，還應提前考慮上游工程的下泄量，同時兼顧建筑物布設時的地形條件及經濟安全等多方面因素，這樣才能通過除險加固，從根本上消除安全隱患，確保工程的安全運行。

王統(1963—)，男，甘肅定西市人，工程師，從事水土保持管理與工程建設工作；通信作者董俊天(1969—)，男，甘肅定西市人，高級工程師，從事水土保持淤地壩建設管理與研究工作。

2017-06-08

(責任編輯 孫占鋒)

S157.31;TV640.32

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1000-0941(2017)11-0028-02