南素民 張伏祥

【摘要】南谷洞水庫大壩壩高較大，未能充分利用現(xiàn)有寶貴的水資源。擬抬高水庫興利水位，擴(kuò)大興利庫容，對(duì)擴(kuò)容后的水庫進(jìn)行安全分析評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】南谷洞水庫；抬高興利水位；擴(kuò)容興利；分析評(píng)價(jià)

1、概述

1.1 南谷洞水庫概況

南谷洞水庫是舉世聞名的紅旗渠灌區(qū)的重要補(bǔ)源工程，是海河流域濁漳河支流露水河上的一座以防洪灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫控制流域面積270km2，興利庫容3762萬m3，總庫容7750萬m3，主要建筑物有攔河壩、溢洪道、輸水洞、電站等。

自1972年以來，水庫共攔蓄1000m3/s以上的洪峰4次，攔蓄洪峰70%以上，在工程防洪上發(fā)揮了巨大作用。從1990年水庫基本正常運(yùn)行以來，累計(jì)向紅旗渠補(bǔ)充水源3.12億m3，水電站自1993年建成累計(jì)發(fā)電1267萬kw·h，為林州市的工農(nóng)業(yè)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。

1.2 水庫擴(kuò)容的必要性

南谷洞水庫位于濁漳河支流露水河上，流域面積720km2，河道全長(zhǎng)約60km，壩址以上流域面積270km2，河道長(zhǎng)45km。水庫多年平均徑流深208mm，多年平均年徑流量為5605萬m3。水庫大壩壩高較大，而現(xiàn)狀興利庫容為3762萬m3，未能充分利用現(xiàn)有寶貴的水資源。

水庫壩頂高程為541.5m，高出現(xiàn)狀允許最高水位8.31m，庫容還有較大的可利用余地。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水庫多年平均徑流量情況，擬將興利水位提高3m。水庫進(jìn)行擴(kuò)容后，水庫興利庫容可達(dá)4240萬m3，增加478萬m3，對(duì)緩解目前林州市日益緊張的用水和保證紅旗渠灌區(qū)的正常運(yùn)行有著非常重要的意義。

2、分析評(píng)價(jià)內(nèi)容

南谷洞水庫興利水位抬高3.0m以后，對(duì)水庫的工作性態(tài)產(chǎn)生一定的影響，有可能影響水庫的正常運(yùn)用。應(yīng)按照《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258—2000），對(duì)擴(kuò)容后的水庫進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以確定擴(kuò)容后大壩的安全性，或者在不滿足安全性能時(shí)，考慮采取何種措施進(jìn)行處理。

分析評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容：大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流性狀安全和結(jié)構(gòu)安全分析。并在分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上提出綜合評(píng)價(jià)結(jié)論及建議。

3、防洪安全分析評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)目的

南谷洞水庫擴(kuò)大興利庫容后，興利水位由現(xiàn)狀520.0m抬高至523.0m，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位也相應(yīng)抬高。對(duì)水庫設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，確定擴(kuò)容后水庫運(yùn)行過程中相應(yīng)最高水位，分析水庫抗洪能力，評(píng)價(jià)擴(kuò)容后水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)是否滿足有關(guān)規(guī)范要求。

3.2 調(diào)洪演算

水庫擴(kuò)容前，水庫防洪起調(diào)水位為520.00m。水庫擴(kuò)容后，根據(jù)不同泄流形式采用不同的運(yùn)用方式。采用寬頂堰泄流：水庫防洪起調(diào)水位為堰頂高程523.00m；采用橡膠壩泄流：水庫防洪起調(diào)水位為橡膠壩底板高程520.30m。本次分析評(píng)價(jià)將對(duì)此兩種泄流形式分別進(jìn)行調(diào)洪演算，以確定擴(kuò)容后水庫運(yùn)行過程中相應(yīng)最高水位。

調(diào)洪演算按照水量平衡原理，采用半圖解法，根據(jù)水庫所采用的兩種泄流形式的運(yùn)行方式及不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程線，進(jìn)行調(diào)洪演算，得出各泄流形式下各種頻率洪水時(shí)的水位、庫容和泄量，調(diào)洪演算成果見表3.1、3.2。

3.3 防洪安全分析評(píng)價(jià)結(jié)論

3.3.1 允許最高水位的確定

南谷洞水庫防浪墻頂高程為541.50m，根據(jù)有關(guān)規(guī)范和資料，計(jì)算風(fēng)浪高為0.72m。根據(jù)有關(guān)規(guī)范，中型水庫校核洪水時(shí)安全加高值不低于0.4m，水庫允許最高水位為540.38m。

3.3.2 抗洪能力分析

南谷洞水庫大壩屬3級(jí)建筑物。按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，水庫防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100～50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為2000～1000年一遇。

根據(jù)調(diào)洪演算成果，采用寬頂堰泄流時(shí)1000年一遇校核洪水位為533.66m，采用橡膠壩泄流時(shí)1000年一遇校核洪水位為531.50m，均低于水庫現(xiàn)狀允許最高水位540.38m。

3.3.3 分析評(píng)價(jià)結(jié)論

南谷洞水庫采用寬頂堰和橡膠壩擴(kuò)容后均能滿足抗洪安全要求，其防洪標(biāo)準(zhǔn)符合規(guī)范要求。與采用橡膠壩擴(kuò)容相比，采用寬頂堰便于施工、管理，費(fèi)用較低，而且在汛期時(shí)橡膠壩容易被含沙石水流破壞，因此建議南谷洞水庫采用新建3.0m高寬頂堰進(jìn)行擴(kuò)容。

4、滲流安全分析評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)目的

南谷洞水庫擴(kuò)大興利庫容后，興利水位由現(xiàn)狀520.0m抬高至523.0m，水庫滲流性狀發(fā)生變化，需進(jìn)行滲流分析評(píng)價(jià)。本次根據(jù)大壩滲流理論重新分析計(jì)算，評(píng)價(jià)其滲流性狀是否安全。

4.2 計(jì)算分析

2004年以來，南谷洞水庫實(shí)施了第五次除險(xiǎn)加固工程，完善了防滲工程。水庫形成了以壩基防滲墻、大壩瀝青砼面板、壩肩帷幕灌漿為主體的較完善的防滲體系，從滲流觀測(cè)情況看，現(xiàn)狀大壩防滲效果較好。

經(jīng)滲流理論計(jì)算，水庫擴(kuò)容前和擴(kuò)容后壩體滲漏量分別為 224m3/d和255m3/d，瀝青砼面板后滲流水面線高度分別為0.78和0.82m。水庫擴(kuò)容后壩體計(jì)算滲漏量較擴(kuò)容前增加31m3/d，滲漏量增加較小，而且擴(kuò)容后面板后滲流水面線高度增加很小，滲透坡降增加也很小。

4.3 滲流安全分析評(píng)價(jià)結(jié)論

滲流理論計(jì)算按照形成穩(wěn)定滲流期的危險(xiǎn)水位523.00m進(jìn)行，大壩擴(kuò)容前、后滲流量和滲透坡降變化很小，說明水庫擴(kuò)容后對(duì)大壩滲流安全影響很小。

南谷洞水庫采用寬頂堰或橡膠壩擴(kuò)容后均能滿足防滲要求，大壩滲流安全符合規(guī)范要求。

5、大壩結(jié)構(gòu)安全分析評(píng)價(jià)

5.1 評(píng)價(jià)目的

南谷洞水庫擴(kuò)大興利庫容后，興利水位由現(xiàn)狀520.0m抬高至523.0m，壩體所受各項(xiàng)作用也相應(yīng)變化。本次將對(duì)擴(kuò)容后大壩壩坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算分析，評(píng)價(jià)其結(jié)構(gòu)安全是否滿足要求。

5.2 計(jì)算分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，分別對(duì)大壩上下游壩坡正常工作條件及非常工作條件下的各種危險(xiǎn)組合進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析。壩坡穩(wěn)定分析按剛體極限平衡理論，分別采用瑞典圓弧法、畢肖普法的有效應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算采用土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序—STAB95進(jìn)行，并將各計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。

壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算了主槽段一個(gè)斷面2種工況組合情況的深層及淺層滑動(dòng)，其穩(wěn)定計(jì)算成果如見表5.1。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，3級(jí)建筑物正常情況下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.3。由此，上游壩坡在正常蓄水位時(shí)淺層和深層滑弧最小安全系數(shù)均滿足要求。下游壩坡在正常蓄水位下形成穩(wěn)定滲流期時(shí)淺層滑弧最小安全系數(shù)為1.09，不滿足要求。但比較其它水庫大壩實(shí)際情況，堆石體的內(nèi)摩擦角均大于40°，本次計(jì)算中未計(jì)入壩面干砌塊石等有利因素，而實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)表明采用瑞典圓弧法時(shí)計(jì)算的安全系數(shù)偏低，且此淺層危險(xiǎn)滑弧只存在于下游壩坡的表層，即使發(fā)生滑動(dòng)，也不致影響大壩整體安全。綜合考慮，南谷洞大壩在興利水位抬高3m后壩坡穩(wěn)定性能夠滿足要求，運(yùn)行安全。

5.3 分析評(píng)價(jià)結(jié)論

大壩運(yùn)行將近四十年，經(jīng)過多年較高庫水位考驗(yàn)，未發(fā)生危及大壩安全的滑動(dòng)問題。經(jīng)分析計(jì)算，各種工況的安全系數(shù)基本滿足有關(guān)規(guī)范允許值，個(gè)別滑弧略小于允許值，但未計(jì)入一些有利因素，綜合考慮應(yīng)能滿足規(guī)范要求。因此，大壩在水庫擴(kuò)容后運(yùn)行是安全的。

6、分析評(píng)價(jià)結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

溢洪道新建3.0m高的擋水堰后，大壩防洪安全、滲流安全和壩坡穩(wěn)定安全等均能滿足有關(guān)規(guī)范要求，水庫能夠正常、安全運(yùn)行。

6.2 建議

擴(kuò)大興利庫容，采用寬頂堰便于施工、維護(hù)、管理，且費(fèi)用較低。因此，建議南谷洞水庫采用新建3.0m高寬頂堰進(jìn)行擴(kuò)容興利。