海南省小型水庫增設防浪墻、提高洪水標準的思考

李英培，陳德皎，陳佳，張曉柳

(海南省水務廳建設與管理處，海南 海口 571126)

1 概述

海南省建有水庫1105座，總庫容111.38億m3，興利庫容71.65億m3。其中，小型水庫1019座，占全省水庫總數的92.2%，總庫容為12.36億m3，占全省水庫總庫容的11.19%。這些水庫在防洪、灌溉、供水、發電等方面發揮了巨大的經濟和社會效益，為促進海南經濟社會發展、提高人民生活水平、保障社會穩定、改善生態環境做出了巨大的貢獻。鑒于省內所有水庫均已進行過除險加固，根據工程防洪標準，大部分水庫壩頂均滿足現行規范運行標準，基于資金原因故均未考慮防浪墻建設。但海南的降雨特點導致經常出現超標準洪水，威脅水庫大壩防汛安全。當水庫遭遇超標準洪水等特殊情況時，未設置防浪墻的水庫存在著運行過程的管理隱患，威脅水庫防汛人員生命財產和重要設施的安全，制約著水庫綜合效益的發揮。然而，受地理環境、經濟條件等限制，通過加高培厚水庫大壩來提高防洪標準不現實，而建設標準的水庫大壩防浪墻，是相應提高水庫防洪能力簡單而有效的方法，對提高水庫防洪能力是非常重要的。特別是海南省小型水庫眾多且分散，很多水庫附近都有村莊，未設置防浪墻的水庫壩頂，行人、車輛經過很不安全。建設大壩特別是土石壩防浪(護)墻，不僅有利于保護人民生命財產安全和防汛人員的防汛安全，而且可以提高水庫大壩防洪能力，起到防御超標準洪水作用。因此，水庫大壩防浪(護)墻是確保水庫運行管理安全和防汛搶險人員生命安全的重要安全設施。

2 超標準洪水的形成與水庫大壩防洪影響

2.1 自然條件特點導致超標準洪水

海南省位于中國最南端。地勢為中部高四周低，中部偏南到四周沿海由山地、丘陵、臺地、平原逐級遞降，組成環形層狀地貌。海南省屬熱帶季風海洋性氣候，降雨量充沛，但時空分布不均，干濕季節分明。汛期為每年5月—10月，但降雨的地區分布差異大；降雨年內分配不均勻，且年際變化大；常年降雨時空分布不均，局部強降雨經常出現，導致發生超標準洪水，水庫防汛安全問題突顯。

2.2 臺風雨影響帶來超標準洪水

海南省是我國的“臺風走廊”，深受臺風影響。對海南造成嚴重影響的臺風年均4.3次，正面登陸的臺風年均2.7次。臺風影響海南的時間相對集中，主要集中在6月中旬—10月下旬，而臺風登陸的時間主要發生在5月上旬—11月下旬，其中7月中旬—9月中旬期間登陸臺風次數最多[1]。臺風活動帶來的降水現象，稱為臺風雨。臺風雨往往帶來強降雨，形成超標準洪水，給水庫造成防汛壓力。2016年“電母”臺風給我省帶來強降雨，雨量大，西部市縣降雨量大都達到300mm以上，局部達到500mm以上，最高昌江縣霸王嶺地區接近1000mm，超標準洪水造成省西部儋州、臨高、昌江、東方等市縣少量水庫漫壩，還有少數水庫水位接近壩頂，而且這些水庫都沒有設置防浪(護)墻。

2.3 水庫溢洪道出口阻礙影響

由于歷史原因，許多小型水庫溢洪道出口下游都有耕地、林地、建筑物等，溢洪道得不到疏浚或疏浚不及時，嚴重阻礙了水庫溢洪道泄洪，降低了水庫防洪能力和標準，因此建設水庫防浪(護)墻很有必要。

2.4 增高培厚水庫大壩與建設防浪墻經濟分析

由于絕大多數小型水庫都是二十世紀六七十年代建成，基礎數據缺乏，填土質量差，標準低，大壩的增高培厚及技術處理難度大，且從經濟上考慮成本高。在不考慮外圍環境的影響，填筑培厚增高至少1m的水庫大壩與建設防浪墻相比較，經計算，建設防浪墻的成本僅占大壩填筑土方30%左右，填筑大壩成本中還有征地、購運土未考慮，且征地是個未知數，足可見靠增高培厚水庫大壩來提高水庫防洪標準難度大，成本高。相比之下，建設水庫大壩防浪(護)墻，提高水庫防洪能力，時間短見效快，且經濟實用。

3 小型水庫防浪墻結構安全現狀

根據調查摸底統計數據可知，很多水庫特別是小型水庫尚未設置防浪墻，或者現有防浪墻運行年久、質量不合格及結構型式不合理。下面分別從水庫設計、工程施工和運行管理等方面論述小型水庫未設置防浪墻存在的主要問題。

3.1 水庫設計標準普遍偏低

大多數小型水庫建設水平起點低，技術落后，防洪標準低。修建時，江河實測水文系列較短或沒有實測水文資料，實測大暴雨、大洪水的記錄資料嚴重缺乏，工程設計洪水成果精度不夠高，在滿足防洪標準后，水庫除險加固過程中均未考慮防浪墻的設置。近年來，隨著水文系列的延長，歷史洪水調查手段科學、設備先進、經費增加，以及極端天氣現象頻繁發生，積累了大量的水文資料，設計洪水計算精度有很大的提高。現行水庫設計洪水標準進行過幾次調整，標準有所不同。加上超標準洪水時有發生，水庫設計洪水標準已滿足不了防洪需要。

3.2 防浪墻工程結構不合理

小型水庫的除險加固建設過程受當時建設技術及資金條件的限制，部分水庫防浪墻設計存在不合理及結構型式不安全的情況。防浪墻宜按全壩段布置在壩頂上游側，且原則上不留缺口，避免留下薄弱環節，同時也可根據大壩兩端地形條件及大壩實際情況適當擴大范圍。防浪墻原則上采用鋼筋混凝土結構型式，根據SL189—2013《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》中6.1.5款的要求，防浪墻高度(壩頂以上部分)可采用1.0～1.2m。目前，海南省很多水庫未設置防浪墻或是防浪墻采用漿砌石結構或混凝土結構，高度普遍低于0.9m，這既不利于大壩防汛安全，也不利于水庫運行管理安全，同時威脅水庫防風、防汛和搶險工作人員的安全。另外，一些水庫防浪墻采用不合理的簡化設計，墻身高度過低，結構為紅磚墻或不達標混凝土上加鐵防護網等，整體性較差，致使許多水庫防浪墻建設質量先天不足，隱患較多，起不到水庫大壩防浪作用，達不到水庫防洪目的。

3.3 管理體制落實不到位、維修養護不及時

受水庫管理體制僵化、機制不活、管理人員素質低、管理經費缺少等因素的制約，以及受“重建設、輕管理”思想的影響，小型水庫管理投入長期不足，管理水平低。大多數水庫特別是小型水庫由于缺乏維修加固資金，管理單位難以完成必要的維修加固工作，水庫運行中出現的一些問題，只能進行應急處理，致使水庫防浪墻不能及時得到維修或維修不徹底，不少水庫“積病成險”。

4 極端降水事件的水情實例分析

極端降水事件往往會產生超過蓄水水庫工程設計標準的超標準洪水，造成嚴重洪澇，甚至造成水庫受損毀。2010年以來，在全球變暖大趨勢下，海南島大氣溫度和大氣中水汽含量的增加，使得區域降水總量總體呈上升趨勢，強降水事件增多。水庫上游發生超標準降雨現象頻發，水庫入庫流量長時間大于出庫流量，給水庫防汛帶來極大壓力，也對水庫本身抗御非常洪水的能力提出更高要求。

本次選取近十年在海南影響較大的4場暴雨、8個站點的三天暴雨過程進行調查分析，并選取位于站點控制區域的5座小型水庫，對相應場次降雨過程的水情進行分析。

4.1 暴雨調查

2010年9月30日—10月9日，受弱冷空氣、南海輻合帶和熱帶低壓云團共同影響，海南島連續9天出現大范圍暴雨過程。據統計，在本場降雨的最后階段10月5—8日，降雨主要集中在海南島東北部的文昌市，降雨最強烈為大暴雨到特大暴雨，強降雨造成文昌市城區受淹、小水庫出險。本次降雨過程，文昌市南陽小學站最大3d雨量為1081.5mm，最大24h降雨量為543.5mm。

圖1 幾場強降雨的3天降雨過程

2014年10月24—27日，晚秋后汛期，海南省10個市縣出現1～4d的暴雨或大暴雨天氣。此次強降水過程造成萬寧、瓊海、定安和文昌4個市縣大量農田和低洼地區受淹，局部地區交通受阻，部分水利設施受損。本次降雨過程，萬寧大茂農場站最大3d雨量為564.5mm，最大24h降雨量為351.5mm。

2016年8月17—20日，受當年第8號臺風“電母”(強熱帶風暴級)臺風天氣過程影響，海南島出現1951年有完整氣象記錄以來8月第二強的暴雨天氣過程，海南多數地區遭遇暴雨襲擊。臨高、澄邁的最大日降水量突破當地歷史年極值，儋州突破當地歷史同期極值。強降雨導致臨高、儋州、昌江等地嚴重受災，部分地區交通和通信中斷，部分水利設施受損。本次降雨過程，臨高臨城站最大3d雨量為969mm，最大24h降雨量為528mm；儋州、昌江幾個近海測站最大3d雨量接近850mm。

2017年11月5—7日，受東風波動和弱冷空氣共同影響，汛末晚秋時節，海南省萬寧、瓊海、瓊中和陵水4個市縣出現暴雨天氣過程，造成大面積受災。本次降雨過程，萬寧樂來水聲站最大24h降雨量為412.6mm，最大6h降雨量為234.6mm。

從幾場強降雨的3天降雨過程可知，2010年10月海南東北部暴雨低區的文昌南陽小學站降雨呈單峰型，且主峰偏后；2014年1年月底晚秋的這場雨，萬寧大茂農場站雨型呈雙峰型；2016年“電母”期間，海南省西北部昌江叉河站降雨呈多峰型。如圖1所示。

4.2 暴雨重現期估算

海南絕大部分小型水利工程流域范圍內無水文站站點，降水量站點主要為近5～10年布設，資料系列較短，因此至今為止，海南小型水利工程設計洪水計算及洪水復核計算仍采用以《廣東省暴雨徑流查算使用手冊》及《廣東省水文圖集》(海南島部分)提供的計算方法為主。因此，本次分析仍選取《廣東省暴雨洪水計算手冊》及《廣東省水文圖集》(海南島部分)中的暴雨分區、雨量均值等值線圖和雨量變差系數等值線圖作為參考依據，分析3d雨程各歷時暴雨重現期。相近的時段雨量在暴雨高區和暴雨低區的重現期差別顯著，有幾個站點24h時段雨量均在400mm左右，在暴雨高區的萬寧樂來水聲站，重現期為20年一遇，在瓊北的暴雨低區文昌縣城站，重現期為50年一遇，在瓊西北的儋州紅洋水管所站，重現期為100年一遇。各站點暴雨重現期見表1。

本次選取5座位于站點控制區域的小型水庫進行洪水復核分析。2010年9月底—10月初的持續降雨，使得文昌李山水庫最高水位達到31.20m，距離壩頂0.93m，水位稍高于水庫200年一遇設計洪水位，水庫校核標準為100年一遇。2014年萬寧晚秋后汛這場降雨，位于大茂農場的袁水水庫最高水位相當于水庫10年一遇設計水位，水庫校核標準為500年一遇。2016年8月臺風“電母”期間，儋州八一紅嶺水庫最高水位超過壩頂0.16m，洪水漫壩；昌江東邊水庫和臨高美銳水庫最高水位接近壩頂高程，3座水庫校核洪水標準均為50年一遇，東邊水庫非常洪水接近水庫200年一遇設計洪水標準，八一紅嶺水庫和美銳水庫非常洪水均超過水庫200年一遇設計洪水標準。強降雨期間各水庫洪水復核成果見表2。

表1 各站點時段暴雨量及重現期分析計算成果

表2 強降雨產生非常洪水時暴雨中心區小水庫洪水復核計算成果 單位：m

4.3 防浪墻的作用

海南東北部、北部、西北部多為平原、臺地，屬于海南暴雨低區，蓄水工程多為建筑物級別為4級、5級的小型碾壓式土石壩。海南省小型水庫1019座，其中主壩壩型為土壩的小型水庫994座。經統計，共計792座小型水庫的校核洪水標準小于等于200年一遇，占比79.8%；444座小型水庫的校核洪水標準小于等于50年一遇，占比46.7%。最大壩高小于等于15m的小型水庫694座，其中681座水庫核洪水標準小于等于200年一遇，占比達98.1%。上述792座小型碾壓土石壩中，尚有115座水庫未設防浪墻且壩頂與校核水位的高差小于0.3m，壩高未達標為14.5%，存在極大的安全隱患。

按洪水標準及壩高標準統計的小型水庫數量見表3和表4。

表3 按洪水標準統計海南省小型水庫(土壩)

表4 按壩高及洪水標準統計海南省小型水庫(土壩)

根據規范，壩頂上游設有防浪墻時，壩頂超高要求可改為對防浪墻的要求。因此，水庫設計標準不改變情況下，通過修建防浪墻，可將全省校核標準小于200年一遇的小型碾壓土石壩壩高達標率從85.5%提升到100%，消除115座小型水庫因壩高不滿足要求而防洪能力不達標的隱患。其它壩頂高程滿足規范要求的小型水庫，增設防浪墻后，將增大水庫泄洪時的凈出水高度至少0.3m，這部分庫容將在極端氣候條件下，在關鍵時期抵御超標準洪水侵襲，有效阻擋洪水溢壩往下游淹沒，提升水庫防洪能力。

5 結語

(1)海南省小型壩頂防浪墻的建設非常必要，不僅提高了防洪能力，有利于水庫安全運行管理和防汛安全，而且確保并促進水庫工程效益的發揮。

(2)針對目前海南省小型水庫運行時間較長、水庫防御超標準洪水能力低下的現實，對海南省小型水庫采取增設或加高防浪墻工作，迫切、必要且現實。

(3)建議盡快啟動對海南省小型水庫進行增設或加高防浪墻調查、分析及論證，以便有效發揮水庫工程的效益，以策安全。