關(guān)于小型水庫大壩安全評價的技術(shù)要點(diǎn)

徐毅帆

摘 要：上世紀(jì)五十到七十年代，我國大規(guī)模建設(shè)了一大批中小型水庫，由于早期施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件有限，加之經(jīng)過多年的運(yùn)行，工程暴露出一定的質(zhì)量缺陷及安全隱患。本文對水庫大壩安全評價過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行總結(jié)，并提出常用的工程措施。

關(guān)鍵詞：水庫；安全評價；技術(shù)要點(diǎn)

近年來，我國的經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)及社會結(jié)構(gòu)變化也日新月異。水庫的功能不再是簡單的調(diào)蓄、供水，諸多水庫兼顧了景觀功能。因此，保證水庫的安全運(yùn)行關(guān)系重大，不僅會影響防洪安全，還會對周邊經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響，一旦發(fā)生安全事故，后果十分嚴(yán)重。所以，在進(jìn)行水庫大壩安全評價時，一定要對其進(jìn)行綜合全面的分析、計算以及評價。

1 小型水庫大壩安全評價常見問題

在進(jìn)行水庫大壩安全評價時，需要從工程質(zhì)量、運(yùn)行管理、防洪能力、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全和金屬結(jié)構(gòu)安全等方面進(jìn)行全面評價。

（1）工程質(zhì)量

由于早期施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件有限，工程質(zhì)量尤其是土石壩的壓實(shí)度等易出現(xiàn)問題。但由于早期建設(shè)的水庫施工資料多不齊全，無法進(jìn)行定量計算，由于水庫已運(yùn)行多年，壩填筑土固結(jié)基本完成，大壩變形趨于穩(wěn)定，故可通過對其工程質(zhì)量進(jìn)行評價。

（2）管理運(yùn)行

隨著近年來“河長制”、“一湖一策”等政策的開展，水庫運(yùn)行管制制度相對完善，但大壩安全監(jiān)測方面易出現(xiàn)遺漏。

（3）防洪能力

在進(jìn)行防洪能力評價時，需先根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范對主要建筑物進(jìn)行定等定級，然后對設(shè)計洪水進(jìn)行復(fù)核。由于我國城市化發(fā)展較快，區(qū)域地形地貌、保護(hù)對象的重要性在幾十年間多出現(xiàn)較大的變化，因此，在進(jìn)行設(shè)計供水復(fù)核及調(diào)洪演算時，需進(jìn)行綜合考慮。常見的問題有：壩頂高程不足、溢洪道泄流能力不足、消能防沖設(shè)施不滿足規(guī)范要求等。

（4）滲流及結(jié)構(gòu)安全

滲流安全評價可通過觀察背水坡是否有滲漏或濕坡等現(xiàn)象進(jìn)行初步判斷，然后結(jié)合地質(zhì)勘察成果，對大壩的滲流穩(wěn)定進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析評價，常見的問題有：壩基滲漏、壩肩滲漏、繞壩滲流等。

結(jié)構(gòu)安全評價可通過大壩的外觀質(zhì)量進(jìn)行變形分析，結(jié)合穩(wěn)定分析成果對其進(jìn)行判斷。常見的問題有：大壩出現(xiàn)變形或裂縫、排水棱體變形、防浪墻等結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。在進(jìn)行穩(wěn)定分析時，需考慮地震工況的影響。

（5）金屬結(jié)構(gòu)安全

小型水庫大壩多不具備發(fā)電功能，其金屬結(jié)構(gòu)主要為閘門、啟閉機(jī)、放水涵管等。常見的問題有：金屬結(jié)構(gòu)老化、銹蝕，閘門啟閉故障或漏水等。

2 小型水庫大壩安全評價技術(shù)要點(diǎn)

一般來講，在對小型水庫大壩出現(xiàn)的問題進(jìn)行排查后，需提出相應(yīng)的治理措施，包含工程措施和管理措施。

（1）工程措施

①壩頂高程不足：導(dǎo)致該問題的原因一般有兩種，一是防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，二是壩頂超高不夠。在進(jìn)行壩頂高程復(fù)核前，應(yīng)先通過調(diào)洪演算推求水庫的設(shè)計、校核水位等，需先搜集流域面積等資料，然后結(jié)合測量資料以及流域內(nèi)的水文資料進(jìn)行計算。在進(jìn)行設(shè)計洪水和設(shè)計暴雨計算時，應(yīng)采用兩種或兩種以上的方法進(jìn)行比較，對比分析后采用安全值。華東地區(qū)推求設(shè)計洪水一般采用推理公式法和華東特小流域法進(jìn)行比選。另外，若水庫與周邊水庫有串聯(lián)、并聯(lián)的關(guān)系，應(yīng)結(jié)合相關(guān)水庫的調(diào)度方案進(jìn)行綜合考慮。

推求出設(shè)計及校核水位后，則可根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行壩頂高程安全評價。一般情況下，若壩頂迎水側(cè)設(shè)有防浪墻，且防浪墻閉合，可采用防浪墻頂高程作為壩頂高程進(jìn)行復(fù)核，即各工況下計算所需壩頂高程的最大值應(yīng)低于防浪墻頂高程，但該情況下，壩頂高程應(yīng)高于設(shè)計洪水位0.5m，且不低于校核洪水位。若需對壩頂進(jìn)行加高，常用的方法有培坡加高和戴帽加高法。在選擇壩頂加高方案時，應(yīng)結(jié)合不同工程的實(shí)際條件，在技術(shù)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)可行性等方面進(jìn)行方案比選，選擇最為合理的方案。在水庫大壩運(yùn)行安全的情況下，兼顧經(jīng)濟(jì)和美觀。

②泄流能力不足：一般采用的措施有加寬溢洪道、降低堰頂高程和增加溢洪道側(cè)墻高度等。

溢洪道陡坡段水面線一般采用《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（SL253-2018）中的“分段求和法”計算，泄槽水面線計算公式為：

需要注意的是，在進(jìn)行溢洪道復(fù)核時，不僅要計算溢洪道的泄流能力，還要注意流速，若流速過大，水庫泄洪時，會對溢洪道造成沖刷破壞，同時危及大壩的安全，后果不堪設(shè)想，因此，應(yīng)采取工程措施以降低流速。另外，溢洪道底部一般設(shè)有排水溝或排水管，這是為了防止?jié)B流破壞，在進(jìn)行水庫大壩安全評價工作時容易忽略。

③消能防沖設(shè)施不滿足規(guī)范要求：可根據(jù)放沖消能計算結(jié)果對消力池進(jìn)行加寬或加長等，也可通過改變消能設(shè)施的結(jié)構(gòu)來達(dá)到設(shè)計目的。常見的小型水庫消能方式多為底流消能，計算時不應(yīng)出現(xiàn)遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。

在進(jìn)行消能工計算時，應(yīng)將通過泄水建筑物的最小流量到最大流量范圍內(nèi)的各級流量，計算出相應(yīng)的hc和hc”，并定出相應(yīng)的ht，則（hc”-ht）的最大值所對應(yīng)的流量，即為消能工深度或高度的設(shè)計流量，消能工長度的設(shè)計流量為最大流量。

④滲流及結(jié)構(gòu)安全問題：滲流問題的處理原則是“上堵下排”，主要工程措施有：設(shè)置防滲設(shè)施，延長滲徑，降低滲透坡降，可在大壩上游側(cè)設(shè)置土工膜或粘土防滲墻、帷幕灌漿等；設(shè)置排水溝或減壓井，降低出口處的滲透壓力；下游設(shè)置排水棱體反濾層等。對于結(jié)構(gòu)安全問題，多進(jìn)行加固處理措施。

在進(jìn)行滲流和結(jié)構(gòu)計算時，應(yīng)選取各種可能出現(xiàn)的工況的不同組合，包括水位驟降及地震工況。計算時應(yīng)選取一個或多個大壩的典型斷面，計算程序可采用Autobank等軟件，在進(jìn)行建模時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察成果分層進(jìn)行，各土層的滲流系數(shù)等參數(shù)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格論證，以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

⑤金屬結(jié)構(gòu)安全問題：對于閘門或啟閉機(jī)銹蝕、老化等問題，一般需對其進(jìn)行除銹或更換；放水涵管多采用內(nèi)部襯砌等工程措施。

（2）管理措施

可通過控制大壩的運(yùn)行管理措施，來保證大壩在現(xiàn)有條件下安全運(yùn)行，此情況下，需認(rèn)真做好雨情水情觀測工作，及時掌握水情、雨情，通過汛前提前泄洪或相關(guān)調(diào)蓄建筑物的聯(lián)合調(diào)度，以保證大壩的運(yùn)行安全。這對運(yùn)行管理部門的調(diào)度能力有較高的要求，需配備足夠的管理人員，并編制完善的運(yùn)行管理制度、應(yīng)急預(yù)案等。

①在進(jìn)行水庫運(yùn)行管理時，應(yīng)注意水庫的景觀應(yīng)與周邊景觀相協(xié)調(diào)。

②應(yīng)加強(qiáng)對工程維修養(yǎng)護(hù)工作（如設(shè)備的維修、白蟻的防治、壩坡草皮養(yǎng)護(hù)和雜草的清除等），確保水庫安全和可靠的運(yùn)行。

③加大水庫管理力度，建議對基層水庫管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，進(jìn)一步提高其業(yè)務(wù)水平。

④進(jìn)一步加強(qiáng)對大壩的日常巡視監(jiān)測和安全監(jiān)測工作，并做好檢查和監(jiān)測資料的記錄、整編和保管工作（尤其是沉降、位移及滲流觀測資料的記錄和保管）。

⑤按《綜合利用水庫調(diào)度通則》要求完善水庫防洪和興利調(diào)度運(yùn)用規(guī)程，及時做好水庫防洪應(yīng)急預(yù)案報備工作。

3 結(jié)束語

綜上所述，水庫作為與人民生活及生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)相關(guān)的工程，在調(diào)蓄、灌溉及景觀等方面發(fā)揮著重要的作用，因此，水庫大壩的安全尤為重要。進(jìn)行水庫大壩的安全評價，不僅是工程的需要，還是保證水庫正常運(yùn)行、排查安全隱患并防患于未然的需要。因此在進(jìn)行水庫安全評價工作時，要嚴(yán)格按照編規(guī)進(jìn)行，從工程及運(yùn)行管理等各個方面進(jìn)行評價，并得出最終結(jié)論。同時，還應(yīng)就出現(xiàn)的問題，提出合理可靠的技術(shù)措施，為后期的出險加固工作提供指意見，只有這樣，才能從根本上保證水庫的安全運(yùn)行，進(jìn)而保證人民的人身財產(chǎn)安全，同時，在一定程度上，為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到推動作用。

參考文獻(xiàn)

[1]鈕新強(qiáng).水庫大壩安全評價.2007-08.長江委長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.9787508448756.

[2]黃其愚.大壩安全評價簡述.1995-01.電力部成都勘測設(shè)計研究院，TV698.