蔡 璟

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學院，湖北宜昌 443000）

白洋沖水庫大壩安全評價分析

蔡 璟

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學院，湖北宜昌 443000）

白洋沖水庫于20世紀50年代修筑，由于國內(nèi)早期水庫設(shè)計施工水平較低，在多年運行下，壩體安全受到影響，為避免潰壩等事故發(fā)生，應(yīng)及時對大壩進行安全性鑒定，并采取有效的加固措施。本文以湖北省宜昌市伍家崗區(qū)白洋沖水庫工程實例，從地質(zhì)、防洪、工程質(zhì)量、滲流安全等主要方面，對該水庫工程的安全性進行全面復核和評價。

大壩安全；安全鑒定；復核；白洋沖水庫

我國水資源分布不均，為了有效利用水資源，自20世紀50年代起興建了各類型水庫近10萬座，這些水庫在防洪、灌溉、發(fā)電、航運等方面發(fā)揮了巨大作用［1］。由于建設(shè)時期的條件制約，設(shè)計能力和施工水平不足，大部分存在防洪標準低、工程質(zhì)量差等問題，目前，再加上普遍運行管理水平不足，導致大量水庫成為病險狀況，不僅不能正常發(fā)揮效益，而且存在較高的潛在潰壩危險，嚴重威脅人民的生命財產(chǎn)安全與社會的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)過60多年的發(fā)展，大壩數(shù)量越來越多，其主要的安全問題越來越明顯，主要集中在50—80年代修建的工程，引起了水利部門的高度重視［2-4］。因此，在“十一五”和“十二五”期間水利部聯(lián)合財政部花巨資進行病險水庫除險加固，目的是確保大壩安全和公共安全。

本文正是在這個特殊的時代背景下，結(jié)合湖北省“十一五”和“十二五”期間除險加固經(jīng)驗，從防洪標準、工程地質(zhì)、運行管理、滲流安全及結(jié)構(gòu)等方面對宜昌市白洋沖水庫進行復核，找出工程中存在的隱患，并提出有效的處理建議。

1 工程簡述

白洋沖水庫位于湖北省宜昌市伍家崗區(qū)火光村，壩址距宜昌市區(qū)5km，是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合效益的?。?）型水利工程。該水庫設(shè)計灌溉面積700畝，但由于水庫周邊城市發(fā)展需要，農(nóng)田已被征用，已無農(nóng)田灌溉任務(wù)，目前水庫主要任務(wù)是防洪和為城市綠化提供水源。水庫壩址以上集雨面積0.55km2，總庫容16.68萬m3。水庫正常蓄水位77.70m，設(shè)計洪水位78.51m，校核洪水位79.09m，死水位75.00m。白洋沖水庫主要由大壩、溢洪道、輸水建筑物等組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂全長110m，最大壩高79m，壩頂寬3m。

白洋沖水庫工程于1956年6月動工興建，1957年5月建成。受建設(shè)期間經(jīng)濟條件限制，大壩修建時未做地質(zhì)勘查工作，在工程設(shè)計和施工中出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題，常年帶病運行，需及時進行大壩安全鑒定。

2 目前存在的問題

白洋沖水庫是小型水庫中典型的帶病運行工程，前期未做地質(zhì)勘探工作，施工條件較差，給工程留下很多安全隱患。投入運用后，暴露出許多險情與問題，如原設(shè)計溢洪道過流能力不足，并且常年無人維護導致淤塞，2006年水庫水位曾一度達到設(shè)計洪水位，行洪能力嚴重不足，2007年由宜昌市政府出資對溢洪道進行加寬疏挖，得以保證安全，雖采取了一些除險加固措施，但任然未根除大壩的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場實地勘查和資料分析，存在以下主要問題：

a.水庫防洪能力不滿足現(xiàn)行國家標準。按現(xiàn)有溢洪道過洪能力復核，壩頂高程不滿足要求。

b.大壩迎水面左壩段未襯砌，右壩段壩體局部變形，下游壩坡凹凸不平，無反濾體，上游坡壩過陡。

c.輸水隧洞進口為笛子剅，破損，無控制設(shè)施。

d.管理設(shè)施不完善。無管理用房；壩頂公路凸凹不平，變形嚴重；大壩無任何監(jiān)測設(shè)施；通信報汛設(shè)施落后，無交通工具。

3 工程安全分析

本文主要從白洋沖水庫的工程地質(zhì)、防洪標準、滲流和結(jié)構(gòu)安全四個方面分別進行分析。

3.1 工程地質(zhì)

白洋沖水庫工程區(qū)屬丘陵地貌，以侵蝕—剝蝕地貌為主，表現(xiàn)為山谷相間為主的地形特征。山體起伏相對較小，海拔73.0～130.0m，相對高差約60.0m，兩岸山頂海拔一般在100～130m，相對高差30m，山頂渾圓，山脊走向與區(qū)域構(gòu)造域方向一致，走向NNW向。山體起伏相對較平緩，山坡地形坡度12°～20°，植被覆蓋較好。

區(qū)內(nèi)地層巖性主要為白堊系下統(tǒng)粉細砂巖、粉砂巖泥巖互層。溝谷和坡地多覆蓋第四系沖洪積物和殘坡積物。白洋沖水庫位于長江中下游新華夏系第二沉降帶的次級構(gòu)造——宜昌單斜凹陷之上。新華下系沉降帶之一級構(gòu)造單元為上揚子準地臺中部偏北，二級構(gòu)造單元為江漢坳陷西北緣與黃陵斷穹東翼過渡地帶。宜昌單斜略呈三角形插入淮陽山字形構(gòu)造西翼反射弧砥柱——黃陵背斜東翼與長陽東西向構(gòu)造帶之間。單斜內(nèi)次級構(gòu)造簡單，主要為不連續(xù)的小型褶皺、揉皺及斷裂構(gòu)造，主要受新華夏NNW向至SSE向的應(yīng)力影響，部分受淮陽山字形西翼反射弧和長陽EW向構(gòu)造應(yīng)力的影響。

工程場區(qū)位于三峽山地近代上升的東部地區(qū)，表現(xiàn)為整體隆升的同時又顯示為西北快東南慢的差異掀斜，地殼總體不會發(fā)生強烈差異升降和褶皺，因地殼運動導致庫壩區(qū)地質(zhì)災害和危害工程事件的可能很小。工程建設(shè)范圍屬低山丘崗地貌，河床開闊，山頂圓滑，屬于侵蝕堆積地形地貌。壩區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，無明顯斷裂活動的跡象，因此，工程場區(qū)區(qū)域穩(wěn)定條件較好。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），工程所在地的地震動峰值加速度小于0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，該區(qū)域穩(wěn)定性較好。

3.2 防洪標準復合

3.2.1 防洪標準

此次洪水復核中，根據(jù)《防洪標準》（GB 50201—94）［5］，白洋沖水庫最大壩高6.15m，小于15m，水庫上下游水位差小于10m，防洪標準按10年一遇設(shè)計、50年一遇校核。

3.2.2 洪水復核

水庫及周圍未設(shè)置雨量監(jiān)測設(shè)施，無相關(guān)資料，因此設(shè)計點雨量按《湖北省可能最大暴雨圖集》和《湖北省暴雨徑流查算圖表》取值，以流域中心所在位置查暴雨參數(shù)等值線圖，用《湖北省暴雨徑流查算圖表》所推薦的瞬時單位線法、推理公式法、簡化算法得到各種頻率洪峰流量（見表1）。經(jīng)綜合分析比較，認為瞬時單位線法的計算成果較為合理，此次洪水計算采用瞬時單位線法的計算成果及設(shè)計過程線。10年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為9.3m3／s，50年一遇校核洪水洪峰流量為20.3m3／s。

表1 白洋沖水庫洪水計算成果比較單位：m3／s

3.2.3 調(diào)洪演算成果

根據(jù)白洋沖水庫水位-庫容曲線（見圖1）和溢洪道水位-泄流關(guān)系曲線（見圖2），對現(xiàn)狀溢洪道進行調(diào)洪計算，得到不同頻率的設(shè)計洪水調(diào)洪演算成果（見表2）。

圖1 白洋沖水庫水位-庫容關(guān)系曲線

圖2 溢洪道寬頂堰泄流曲線

表2 白洋沖水庫調(diào)洪演算成果

3.2.4 壩頂高程復核

白洋沖水庫實測壩頂高程79.30m。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》（SL 189—96）［8］，壩頂高程計算成果見表3。

表3 白洋沖水庫設(shè)計壩頂高程計算成果單位：m

計算結(jié)果表明：大壩校核設(shè)計壩高為79.49m，現(xiàn)狀壩頂高程79.30m不滿足防洪要求。

3.2.5 洪水標準復核結(jié)論

a.該水庫為?。?）型，對下游漢宜高鐵具有一定的防洪任務(wù)，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2000）［6］，該水庫屬V等工程，此次洪水復核按10年一遇洪水設(shè)計、50年一遇洪水校核。

b.洪水復核。瞬時單位線法、推理公式法、簡化算法均利用《湖北省暴雨徑流查算圖表》查算宜昌水文站暴雨資料用于此次洪水復核。經(jīng)單位線法、推理公式法、簡化算法之間成果對比，采用瞬時單位法計算的設(shè)計洪水成果合理。

c.通過此次洪水復核得設(shè)計洪水水位為78.51m，校核洪水水位為79.09m；復核壩頂高程為79.50m；實測壩頂高程為79.30m，低于復核壩頂高程；大壩防洪能力不滿足防洪要求。

d.通過此次洪水復核，該水庫的防洪能力不滿足國家現(xiàn)行標準。

3.3 大壩滲流安全復核

大壩滲流計算采用有限元法。由于大壩現(xiàn)狀形狀不很規(guī)則，計算時選取不利的最大斷面。大壩斷面外輪廓以此次加固后河床段剖面為準，壩基形狀以原資料為準。

根據(jù)現(xiàn)復核防洪標準，水庫設(shè)計洪水位78.51m（P=10%），核洪洪水位79.07m（P=2%），正常蓄水位77.70m。此次滲流按以下五種工況計算：

a.上游水位為正常蓄水位77.70m時的穩(wěn)定滲流工況。

b.上游水位為設(shè)計洪水位78.51m時的穩(wěn)定滲流工況。

c.上游水位為校核洪水位79.09m時的非穩(wěn)定滲流工況。

d.上游水位為校核洪水位79.09m降至77.70m（正常蓄水位）時的非穩(wěn)定滲流工況。

e.上游水位為正常蓄水位77.70m降至75.00m（死水位）時的非穩(wěn)定滲流工況。

將不利的最大斷面幾何尺寸及各土層的滲透系數(shù)值輸入滲流分析軟件，得出的結(jié)果見表4。

表4 大壩滲流計算結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果繪制出各工況下浸潤線及等勢線圖，見圖3～圖5。

圖3 正常蓄水位工況下滲流等勢線（單位：m）

圖4 設(shè)計洪水位工況下滲流等勢線（單位：m）

圖5 校核洪水位工況下滲流等勢線（單位：m）

從計算結(jié)果看，三種工況下的滲流量都較小。校核洪水位下的單寬滲流量為0.054m3／（d·m），設(shè)計洪水位下的單寬滲流量為0.049m3／（d·m），正常蓄水位下的單寬滲流量為0.027m3／（d·m）。以常年在正常蓄水位下計算，全年滲漏量約為0.16萬m3，漏水量較小，說明壩體防滲效果較好。

根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》（SL 258—2000）［7］和《水庫大壩安全鑒定辦法》，綜合評定白洋沖大壩滲流基本滿足要求。

3.4 結(jié)構(gòu)安全分析

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》（SL 189—96）并結(jié)合水庫的使用情況，計算工況?。?正常工況：正常蓄水位下形成穩(wěn)定滲流時的上游壩坡穩(wěn)定；正常蓄水位穩(wěn)定滲流時下游壩坡穩(wěn)定；設(shè)計洪水位穩(wěn)定滲流時下游壩坡穩(wěn)定。?非常工況：校核洪水位穩(wěn)定滲流時下游壩坡穩(wěn)定；校核洪水位驟降至正常蓄水位時上游壩坡穩(wěn)定；上游水位為正常蓄水位降至死水位時的上游壩坡穩(wěn)定。穩(wěn)定復核計算采用瑞典條分法進行，計算成果見表5。

表5 白洋沖水庫加固前大壩穩(wěn)定分析計算成果

計算結(jié)果表明：白洋沖水庫在10年一遇洪水設(shè)計、50年一遇洪水校核的各種工況下，其上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性基本能滿足規(guī)范要求，但上游坡安全系數(shù)較低。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié) 論

通過工程存在問題分析、防洪安全復核及大壩滲流安全復核、結(jié)構(gòu)安全復核，白洋沖水庫大壩不滿足防洪要求：壩迎水面左壩段未襯砌，右壩段壩體局部變形，下游壩坡凹凸不平，無反濾體等，應(yīng)屬三類壩。

4.2 建 議

白洋沖水庫已運行50余年，目前已處于病險狀態(tài)，應(yīng)及時進行加固處理，消除隱患，確保安全運行，保障人民生命財產(chǎn)安全。主要處理建議：大壩上游進行削坡襯砌，溢洪道控制段進行處理，大壩進行加高，增設(shè)基本觀測設(shè)施等。

［1］ 鈕新強，楊啟貴，譚界熊，等.水庫大壩安全評價［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［2］ 牛運光.病險水庫加固實例［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［3］ 牛運光.試論土石壩除險加固技術(shù)［J］.大壩與安全，1995（3）：6-15.

［4］ 汝乃華，牛運光.土石壩的事故統(tǒng)計和分析［J］.大壩與安全，2001（1）：31-37.

［5］ GB 50201—94防洪標準［S］.北京：中國計劃出版社，1994.

［6］ SL 252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.北京：中國水利水電出版社，2000.

［7］ SL 258—2000水庫大壩安全評價導則［S］.北京：中國水利水電出版社，2000.

［8］ SL 189—96小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則［S］.北京：中國水利水電出版社，1996.

Analysis of dam safety evaluation in Baiyangchong Reservoir

CAI Jing
（Hubei Three Gorges Polytechnic，Yichang 443000，China）

Baiyangchong Reservoir was constructed in the 1950s.Since domestic early reservoir design and construction level is relativelylow，the dam body is affected after being operated for many years.The dam should undergo safety appraisal without delay to avoid dam break and other accidents.And effective reinforcement plans should be adopted.In the paper，engineering example of Baiyangchong Reservoir in Wujiagang District，Yichang，Hubei is combined for comprehensive review and evaluation on the safety of the reservoir project from main aspects of geology，flood control，engineering quality，seepage safety，etc.

dam safety；safety appraisal；review；Baiyangchong Reservoir

TV698

A

1673-8241（2016）09-0030-05

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.09.008