孟家店水库除险加固工程设计分析

彭 博，程海英

(1.辽宁省水文水资源勘测局抚顺分局，辽宁 抚顺 113015；2.锦州市水利科学研究所，辽宁 锦州 121015)

孟家店水库除险加固工程设计分析

彭 博1，程海英2

(1.辽宁省水文水资源勘测局抚顺分局，辽宁 抚顺 113015；2.锦州市水利科学研究所，辽宁 锦州 121015)

孟家店水库位于辽宁省葫芦岛市南票区缸窑镇孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪为主，灌溉、养鱼为辅的小(2)型水库。水库工程存在老化等诸多病害隐患，为病险水库，不能满足水库工程安全运行。水库存在的险情直接威胁下游人民生命财产安全，水库一旦溃坝，下游人民财产将受到严重破坏，后果不堪设想。因此对水库进行除险加固是确保水库安全运行和社会发展的需要，除险加固后将彻底消除险情并有明显的经济合理性。

除险加固；工程；设计；分析；孟家店水库

1 水库概况

孟家店水库位于辽宁省葫芦岛市南票区缸窑镇孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪为主，灌溉、养鱼为辅的小(2)型水库。水库集水面积为4.53km2，坝址以上河道长2.9km，河道平均比降43.5‰。

孟家店水库始建于1969年10月，水库设计洪水标准20a一遇，校核洪水标准200a一遇。孟家店水库为V等工程，主要建筑物级别为5级。

水库枢纽的主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水洞3个部分。水库设计正常蓄水位25.4m，相应库容13.3万 m3；死水位21.0m，相应库容1.06万 m3；设计水位28.0m，相应库容28.10m3；校核洪水位29.5m，相应库容39.45m3。

水库在1992年和2006年进行了维修，输水洞进行了除险加固，由于设计原因，启闭机塔工作台高程不能满足启闭要求。

经本次实测，大坝长125m，坝顶高程29.75～30.16m，坝顶宽2.0～1.16m。大坝高10.25～10.66m，防浪墙顶高程30.83m。大坝上游坝坡比为11.7，下游设一级戗台二级坝坡，坝坡比从上至下为1∶1.52、1∶1.77。上游坝坡为混凝土板护坡，下游为干砌石护坡。

溢洪道设在大坝右侧，为山体开凿的开敞式明渠，堰顶高程25.4m，宽7～10m。输水洞设在大坝左端，为坝下埋管，洞长45m，洞径D为0.4m，其进口底高程21.0m。

2 水库除险加固的必要性

水库兴建于20世纪70年代，工程投产运行至今已进入老化期，该工程主要建筑物大坝、溢洪道、灌溉输水洞等工程均存在着程度不一、或大或小危及工程安全的问题。

水库一直被限制蓄水带病运行，严重影响了工程效益的正常发挥，水库下游沿岸有2个村屯，人口2800余人，受保护耕地100hm2。

水库一旦失事，将直接威胁下游村屯2800余人的生命和财产安全，对下游农田将造成破坏，其经济损失和政治影响是不可估量的。

根据盘锦陆海水利设计有限公司的《葫芦岛市南票区孟家店水库工程安全分析综合评价报告》和葫芦岛市水利局《大坝安全鉴定书》的审议和结论，大坝坝顶宽度不够，背水坡坡度陡，坝坡不稳定，土坝安全评价定为C级；溢洪道底板没有衬砌，两侧浆砌石破损，溢洪道最窄处宽仅7m，不能满足泄洪要求，溢洪道安全评价为C级；输水洞启闭塔工作台高程不能满足启闭要求；出口无消能设施，输水洞安全评价为C级；根据结构安全现状、防洪安全，孟家店水库综合评定为C级。认定该水库属三类病险库工程，并建议对孟家店水库工程进行除险加固处理。

孟家店水库除险加固工程完成后，能一定程度削减洪峰，提高下游河道防洪能力；最大限度蓄水，调节水量，保障附近耕地得到灌溉，同时利用水库形成的水面发展水产养殖业，做到以水养水，使水库运行达到良性循环[1-3]。

3 水库任务和规模

孟家店水库的主要任务是调洪与灌溉，同时兼有养鱼，孟家店水库总库容39.45m3，按照SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》中有关规定，孟家店水库规模为小(2)型水库，工程等别为V等，永久性水工建筑物级别为5级。

当山区、丘陵区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度<15m，且上下游最大水头差<10m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定；孟家店水库最大坝高10.8m，上下游最大水头差>10m(校核洪水29.5m，下游河床高程14.0m)，洪水标准宜按照山区、丘陵区标准确定：孟家店水库设计洪水标准为P=5%；校核洪水标准P=0.5%。

孟家店水库设计洪水标准P=5%，设计水位28.0m，相应库容28.10万 m3；校核洪水标准P=0.5%，校核水位29.5m，相应库容39.45万 m3[4-7]。

4 死水位复核

孟家店水库上游林草覆盖率较高，植被条件良好。从水库40多年的运行结果来看，泥沙淤积较小。

据估算，水库40多年来总淤积体积2780m3左右，占水库死库容的26.2%左右，没有影响水库库容及水库的正常运行。因此，本次水库死水位依然采用原水位，即21.0m。

5 水库洪水调节计算

主要包括2个方面：

5.1 水位与库容曲线

根据泥沙分析估算，水库40多年来总淤积体积2780m3左右，占水库死库容的26.2%左右，没有影响水库库容及水库的正常运行。故本次设计依然采用水库原设计时的水位～库容曲线，详见图1。

图1 水库设计水位～库容关系曲线

5.2 洪水调度方式

孟家店水库输水洞泄量能力较小，不参与水库泄洪。溢洪道属于开敞式宽顶堰，无闸控制，当水库水位超过溢洪道堰顶高程后，即自行泄流。水库洪水调度方式为自由泄流。本次设计采用现状堰顶高程25.4m[8-10]。

5.2.1 溢洪道水位与泄流曲线

水库溢洪道属于开敞式宽顶堰，溢洪道宽度按10m计算，溢洪道没有闸门控制，当水库水位超过溢洪道堰顶高程后，即自行泄流。水库洪水调度方式为自由泄流。本次设计采用现状堰顶高程25.4m[11]。

本次设计对溢洪道底板进行了加固设计，对泄流能力进行复核，溢洪道下泄流量采用《辽宁省水文手册》简易调洪法溢洪道下泄流量公式：

q=mBh3/2

(1)

式中：q为下泄流量，m3/s；B为溢洪道底宽，m；h为溢洪水深，m。

m=δsεm(2g)0.5=1.53

(2)

(宽顶堰堰长超过水头h的2～3倍)

式中：δs为淹没系数，δs=1；ε为侧收缩系数，ε=0.9；m为流量系数，m=0.385(P0/H=0时，m=0.385)。

孟家店水库溢洪道水位～泄量关系见表1和图2。

5.2.2 洪水调节计算

本次设计洪水调节计算采用试算法，基本计算原理如下：

入库流量过程线(将校核洪水过程和设计洪水过程作为入库流量过程线)与经过水库调蓄后的出库流量过程线之间关系，用水量平衡方程式来表示。计算公式如下：

(Q1+Q2)/2×△t-(q1十q2)/2×
△t=V2-V1=△V

(3)

式中：Q1为时段初入库流量，m3/s；Q2为时段木入库流量，m3/s；q1为时段初出库流量，m3/s；q2为时段末出库流量，m3/s；V1为时段初入库蓄水量，万m3；V2为时段末入库蓄水量，万m3；t为时段长，本工程计算时段长度按洪水入库过程中变化大小确定；△V为时段内的水库需水变量，万m3。

表1 孟家店水库水位～溢洪道泄量关系表

图2孟家店水库水位～溢洪道泄量关系曲线

经过除险加固的洪水复核，p=5%，洪水位28.0m，相应库容28.10万 m3；p=0.5%，洪水位29.5m，相应库容39.45万 m3，成果详见表2。

表2 孟家店水库洪水调节计算成果表

6 结 论

为保障水库效益的正常发挥及国家和人民的财产安全，通过对孟家店水库这座小(2)型病险水库的死水位的复核和对除险加固后洪水成果的计算分析，表明对水库进行除险加固对确保水库安全运行是十分必要的。

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1007-7596(2014)01-0088-03

2013-11-01

彭博(1983-)，女，辽宁鞍山人，助理工程师，研究方向为水利工程施工、水资源、水库除险加固等；程海英(1968-)，女，辽宁锦州人，高级工程师，研究方向为农田水利、水土保持、水利监理等。

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