崔華存

小型病險水庫溢洪道設(shè)計中的問題及解決方案

崔華存

（馬龍縣水利水電勘察設(shè)計研究所 云南馬龍 655199）

溢洪道是小型水庫汛期洪水下泄的唯一通道，在多年來?。ǘ┬筒‰U水庫除險加固安全評價、初步設(shè)計及施工管理中發(fā)現(xiàn)溢洪道存在的問題，若不加以注意，形式上加固一件、脫險一件、達標一件，解決不好這些問題，勢必給工程埋下新的安全隱患，對工程安全運行造成威脅。

溢洪道 除險加固 設(shè)計 問題解決

引言

由于多種因素制約，馬龍縣?。ǘ┬退畮炱毡榇嬖凇跋忍觳蛔?，后天失養(yǎng)”問題，嚴重危及大壩和下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計，全縣?。ǘ┬退畮熘杏胁‰U水庫156件，占其總數(shù)的83%，在病險水庫中，有138件未完全襯砌，甚至未襯砌造成病險，占病險水庫總數(shù)的88.5%。按云南省?。ǘ┬筒‰U水庫除險加固規(guī)劃報告，5年內(nèi)（2011年—2015年）全面完成?。ǘ┬筒‰U水庫除險加固任務(wù)。馬龍縣小（二）型病險水庫除險加固工程已經(jīng)開展了3年，溢洪道是水庫工程的一個重要組成部份，承擔著泄洪任務(wù)，溢洪道設(shè)計是此次除險加固的主要內(nèi)容，設(shè)計中對存在問題是否能處理得當，不僅直接影響著工程造價，施工難易，更主要的是對工程安全運行起著至關(guān)重要的作用，關(guān)系到下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，溢洪道的合理布置和選型是一個比較重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)多年來的工作實踐，本文對溢洪道存在的問題及解決方案進行探討。

1 存在問題

1.1徑流面積與流域參數(shù)不準確

（1）?。ǘ┬退畮齑蠖嘟ㄓ谖辶甏?，受技術(shù)手段的限制，徑流面積量算不準確。

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

由于主河道確定不準確，造成其長度不準，平均坡度計算錯誤。

1.2庫容面積曲線不實

?。ǘ┬退畮鞂汆l(xiāng)（鎮(zhèn)）、村委會、村（組）所轄，（1）為爭取上級資金投入將水庫庫容擴大上報。（2）完工時未達到設(shè)計規(guī)模，按設(shè)計規(guī)模上報。（3）勘測設(shè)計工作滯后，工作人員不務(wù)實，估列上報，人為降低或加大庫容和規(guī)模。

目前已實施完成的63件小（二）型水庫除險加固來看，其中3件重點小（二）型病險水庫的規(guī)模還比一般?。ǘ┬筒‰U水庫差，6件一般?。ǘ┬筒‰U水庫規(guī)模已達到重點小（二）型病險水庫規(guī)模（壩高大于10m，且?guī)烊荽笥?0萬m3的小（二）型病險水庫）。

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，對泄流十分不利，造成泄槽水流折沖擺動、翻出邊墻，許多水庫的溢洪道為土質(zhì)邊坡未襯砌，時有塌方發(fā)生。其抗沖能力很低，布置不當，極易威脅工程的安全運行。

溢洪道進口段距壩體過近甚至邊墻與壩肩相連。在平面布置上，（1）溢洪道進口段離壩肩太近，加之未進行有效襯砌，泄洪時一旦發(fā)生沖蝕現(xiàn)象，將危及大壩安全。（2）進口段襯砌邊墻與壩肩相連，受當時技術(shù)、建筑材料、資金及設(shè)計標準等因素，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，同時襯砌體與壩體結(jié)合面處理不徹底，溢洪道行洪時，一方面庫水沿結(jié)合面而進入壩體，另一方面從襯砌體直接進入壩體，產(chǎn)生接觸沖刷破壞。

溢洪道出口離壩腳過近，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。

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

1.4軸線布置不合理

在溢洪道布置時，未綜合分析研究，憑經(jīng)驗按地形布置，未按地形和地質(zhì)條件布置，部份溢洪道陡坡比降過大，布設(shè)在土質(zhì)的山坡上，有時省略一些不應(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控制段的選型不準確

由于?。ǘ┬退畮齑蠖嘣趬渭玳_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)計算時堰型采用寬頂壩，計算公式選錯，計算成果出現(xiàn)錯誤。

1.6運行不當、管理不到位

近年來，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)過了相應(yīng)的調(diào)整，因此，一些水庫的功能也隨之出現(xiàn)了調(diào)整，由原來傳統(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，對水的需求越來越迫切。用水戶未經(jīng)水行政主管部門許可，人為加高溢洪道堰頂高程，增加蓄水量，改變了水庫的運行工況，使水庫調(diào)洪庫容減小，不能發(fā)揮水庫的調(diào)洪、滯洪作用，加之大壩病險，晴天塌壩的事件在我縣也曾發(fā)生過。

由于管理人員工資及維護資金未落實，對水庫的管護只局限于看庫守壩，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、淤積嚴重，嚴重影響其正常行洪。

2 解決方案

為滿足水庫大壩防洪達標，需對溢洪道進行改造加固處理，溢洪道的設(shè)計不是獨立的，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，不僅直接影響水庫的安全運行，而且關(guān)系到整個工程造價，土石壩小型水庫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比較重要的內(nèi)容。因此，要做好小（二）型病險水庫溢洪道設(shè)計，準確掌握基礎(chǔ)資料，選用的設(shè)計標準恰當，直接關(guān)系到整個除險加固工程的經(jīng)濟性和安全性。

2.1認認真真、踏踏實實掌握基礎(chǔ)資料

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

（2）?。ǘ┬退畮煲驇炫钘l件差，建壩時絕大部份水庫均把筑壩土料場選在庫區(qū)正常蓄水位以下，以便增加庫容，與勘測時量算的庫容存在差距；或因多年淤積，減小了庫容；或因建設(shè)前期勘測設(shè)計工程滯后，工程完工時未達到設(shè)計規(guī)模，上報庫容偏??；或因工程完工時規(guī)模超過設(shè)計規(guī)模，上報庫容偏大。從而許多水庫注冊登記資料與水庫實際相差甚大。人為增大滯洪庫容，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)束后實測庫區(qū)地形圖，確保洪水復核的準確性。

（3）?。ǘ┬筒‰U水庫除險加固地勘工作薄弱，地質(zhì)勘探極少，甚至僅對地表作簡單的地質(zhì)描述。一般工程僅在壩軸線兩端各布1個孔，大壩的最大斷面壩頂、上游坡、下游坡各布1個孔，共5個孔。對輸、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)重新對樞紐區(qū)進行地形測繪，按現(xiàn)行《溢洪道設(shè)計規(guī)范》對現(xiàn)狀溢洪道平面上進行調(diào)整布置。

2.2設(shè)計洪水及洪水調(diào)節(jié)計算

由于?。ǘ┬退畮熨Y料短缺，同時徑流面積小，主河道短、坡降偏陡、洪水匯流時間短、洪水位上漲速度快，具有陡漲陡落的特點，設(shè)計洪水可采用暴雨推求洪水和推理公式進行計算，并對兩種方法的合理性進行檢查，一般采用暴雨資料推求設(shè)計洪水較為合理。準確判別控制段的堰型，選用與其相應(yīng)的出流公式進行洪水調(diào)節(jié)計算。

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，對現(xiàn)狀布置不合理的地方進行調(diào)整，轉(zhuǎn)彎段盡量平緩，進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?？v斷面設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)剖面圖選用緩坡、陡坡或多級躍水等形式，做到經(jīng)濟合理結(jié)構(gòu)安全。

2.4在?。ǘ┬统U加固設(shè)計中值得探討的兩個問題

（1）水庫供水范圍擴大，又具備擴容條件，可采取除險加固與擴容同步實施。

隨著當?shù)亟?jīng)濟可持續(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，水庫的功能也隨之出現(xiàn)了變化，由原來單一的服務(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，對水庫原設(shè)計功能的定位應(yīng)進行復核，對水庫任務(wù)進行合理調(diào)整。

水利部、省水利廳為積極穩(wěn)妥推進?。ǘ┬筒‰U水庫除險加固工作，初步設(shè)計指導意見明確規(guī)定了不擴大規(guī)模（既維持堰頂高程不變）的硬性要求。但水庫供水范圍擴大，又具備擴容條件（徑流面積滿足、壩軸線短、地形地質(zhì)條件好）的可同步實施，培厚加高3～5m，庫容可擴大一倍甚至幾倍。若不同步實施，一旦擴容，已完成除險加固的大部分設(shè)施無法利用，勢必造成大量資金浪費。同時也避免用水戶在溢洪道內(nèi)擋小壩，改變水庫的運行工況，對大壩運行帶來安全隱患。

（2）對大壩欠高、徑流面積小、來水不足的大壩可適當降低堰頂高程。

這種情況與《指導意見》也不符，但由于當時前期工作設(shè)計滯后，對來水過程不清，水庫規(guī)模確定不合理。完工時規(guī)模過大，造成來水量不足，多年蓄水達不到設(shè)計規(guī)模?？蛇m當降低溢洪道堰頂高程以滿足防洪達標，以及下游河道的生態(tài)用水。

3 結(jié)語

本文根據(jù)多年來在土石壩小（二）型病險水庫除險加固工程設(shè)計實施中的一些認識和體會，對溢洪道的布置進行合理設(shè)計和調(diào)整，最大程度上保證水庫汛期運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》（上冊）.高等教育出版社.出版日期1982年11月第二版.

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

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

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

5. 武漢水利電力學院主編《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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22作者簡介：崔華存（1965年—），男，高級工程師。