营口地区小型水库安全评价分析与探讨

董明

（辽宁省营口市水利勘测建筑设计院营口市115000）

营口地区小型水库安全评价分析与探讨

（辽宁省营口市水利勘测建筑设计院营口市115000）

文章对营口地区小型水库进行了安全评价的探讨，通过安全检查、复核方法及存在的问题等进行论述，对营口地区水库安全运行及效益发挥具有重要意义。

小型水库安全评价防洪标准

前言

营口市位于辽东半岛北部，地处中纬度西风带，面临渤海，北靠欧亚大陆，主要气候受季风影响，属于暖温带大陆性季风气候。气候特征为：光照充足，雨量适中，积温适度，四季分明。由于受地形影响，降水量由西北向东南逐渐递增，山区多于平原。从20世纪50年代开始营口地区逐步在东部山区各河上游修建水库，现有水库蓄水工程36座，其中大（Ⅱ）型1座，中型3座，小（Ⅰ）型12座，小（Ⅱ）型20座。总库容2.68亿m3，兴利库容1.97亿m3。这些水库在防洪、灌溉、工业和城市生活供水、养鱼发电等方面发挥了重要的作用，为全市工农业生产、居民生活及社会发展提供了的基本保障。

1 小型水库现场安全检查

在小型水库安全评价工作前先就水库运行情况及工程安全状况进行了现场检查。其中和美、高士沟、何家沟、周屯4座水库在近些年发生水毁，水毁水库均在低水位运行。和美水库水毁最为严重，大坝坝脚局部被冲刷，溢洪道损坏严重，两侧边墙倒塌，底板被冲毁，输水洞闸门损坏，无法使用，上坝路完全被冲毁；高士沟水库溢洪道海漫出口处尾水渠段冲淘严重，海漫底板损坏。坝顶路面不规整，局部较窄，杂草重丛，防浪墙局部有纵向裂缝，大坝背水坡左侧局部土料缺失；何家沟水库下游坝脚局部有渗漏积水现象，溢洪道底板断裂，局部破损严重，闸阀已运行多年，无法正常运用，大坝上游坝坡护砌局部变形，破损严重；周屯水库输水尾水渠损坏。其他水库安全检查情况如下厢房水库大坝上游坝坡护砌局部破碎，风化严重。溢洪道陡槽收缩段右侧边墙不封闭，影响溢洪道安全泄洪。溢洪道两侧边墙表面剥蚀严重，右侧边墙向内倾斜，消力池损坏。输水洞进口段浆砌石挡土墙开裂、脱落破损严重，闸阀锈蚀严重，无法正常运用；孟屯水库输水渠道堵塞严重，溢洪道消力池下游无尾水渠；闸门有漏水现象；泉大水库大坝下游坡坝脚处渗水，有积水现象，尾水渠断面较小。

2 水库安全评价复核方法

根据《水库大坝安全评价导则》水库安全评价分为工程质量评价，大坝运行管理评价，防洪标准复核，结构安全评价，渗流安全评价，抗震安全复核及金属结构安全评价等方面。营口地区的小型的水库大多建于20世纪60、70年代，由当地的人民公社组织兴建，由于当时技术力量和经验不足加之受经济条件的限制，大多数水库从设计和施工质量上都达不到现行标准，再加上经过几十年的运行，存在一定的安全隐患，所以对这些小型水库的安全评价复核是十分必要的。

2.1 防洪标准复合

2.1.1 洪水计算

在进行防洪标准复核前需收集相关资料包括计算设计洪水的水文资料，水位库容关系曲线，大坝运行资料等。由于本地区小型水库缺少相关流量资料，各种标准洪水计算采用无资料地区设计暴雨计算方法：《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》，营口地区水文分区为I3及IV区，设计洪峰流量Qp的计算公式如下：

式中ip——暴雨强度（mm）；

F——流域面积（km2）；φp——洪峰径流系数。

本地区小型水库流域内洪水主要由暴雨产生，一次洪水过程大部分在1天之内，河道坡度较陡，属于陡涨陡落的山溪性河流。一次降雨即形成一次洪峰，由于洪水过程线的形状系数小于0.05，采用简化三角形洪水过程线。

2.1.2 调洪计算

营口地区小型水库多为开敞式宽顶堰，据《溢洪道设计规范》SL 253-2000的宽顶堰流公式确定水位流量关系曲线，以防洪限制水位作为起调水位。根据以下公式进行简易调洪演算，推算出各频率洪水所对应的库容、最大泄量。

式中qm——一定频率的调洪出流量（m3/s）；

W调p——一定频率下参与调洪洪水总量（万m3）；

V防——防洪库容（万m3）。

2.1.3 坝顶高程复合

营口地区小型水库主要由大坝、溢洪道、输水洞组成，大坝坝型多为土石坝结构型式，其坝顶高程按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定，即坝顶高程为水库静水位加坝顶超高计算。

坝顶超高为最大波浪在坝坡上的爬高、最大风壅水面高度与安全加高之和。波浪要素的计算一般采用莆田试验站公式，多年平均年最大风速：盖州地区采用18.6 m/s，大石桥地区采用18.4 m/s，安全加高正常运用条件下为0.5 m，非常运用条件下为0.3 m。

2.2 结构安全评价

大坝结构安全评价主要包括变形分析及稳定分析复核，由于小型水库没有变形监测资料，大坝变形分析根据现场检查及大坝在运行管理中的异常变形记录来进行评价。大坝稳定性复合依据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）选用地勘报告中提供的相关物理力学性质指标，选取最不利的大坝断面，计算时采用瑞典圆弧法或简化毕肖普法计算坝坡抗滑稳定安全系数，计算工况如下：正常运用条件：①正常高水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算；②设计洪水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算；③1/3坝高水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算。非常运用条件Ⅰ：④校核洪水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算；⑤校核洪水位降落至正常高水位上游坡的稳定计算。考虑到大坝的抗震安全复核还应包括非常运用条件Ⅱ：正常高水位遇地震和设计水位遇地震的上、下游坡的稳定计算两种工况。

2.3 渗流安全评价

渗流安全评价需要收集工程相关设计、施工资料及渗流监测资料，坝址区的工程地质及水文地质勘查报告和试验资料。由于小型水库建库时大多属于“三边工程”，经过多年运行保留下的设计及施工资料很少，有的水库则没有任何相关资料，加上水库规模小没有大坝的变形、浸润线和渗漏观测设施，也无观测资料进行分析。只能通过少量现存资料、现场检查、运行中发现的渗流异常现象记录及地质勘察报告来进行评价。

渗流稳定分析根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001），采用北京理正软件设计研究院有限公司的《理正渗流分析软件》，按照有限元法进行数值计算。计算工况为：①上游正常高水位+相应下游最低水位；②设计洪水位+相应下游水位；③校核水位+相应下游水位；④水库水位降落期时上游坝坡最不稳定的情况。

3 存在的主要的问题

营口市现已对大部分现存的小型水库进行了全面的安全评价工作，主要存在以下几个方面的问题：

（1）防洪标准不合格。根据《辽宁省小（Ⅰ）型（小Ⅱ型）水库除险加固工程初步设计报告编制规程》小（Ⅰ）型水库的设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。小（Ⅱ）型水库的设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。经安全评价复核有些水库防洪标准偏低，坝顶高程不满足要求。如水库大坝在非常运用条件下，大坝校核水位超出心墙顶高程，防浪墙与心墙没有连接上，不能满足现行规范的要求。

（2）大坝结构安全不合格。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）小型水库坝坡抗滑稳定安全系数正常运用条件下应不小于1.25，在非常运用条件Ⅰ应不小于1.15，在非常运用条件Ⅱ应不小于1.10，当采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法计算时，坝坡抗滑稳定安全系数应比上述规定减少8%。在大坝的抗滑稳定分析计算复核中，有些水库坝坡不满足上述安全系数要求，坝坡存在不稳定的安全隐患。

（3）大坝渗流安全存在隐患。经现场检查有些水库下游没有排水设施，有的虽存在贴坡排水但经复核贴坡排水顶高程低于下游出逸点高程，个别水库坝基、坝脚有渗漏现象。

（4）其他建筑物的结构安全不合格。水库溢洪道边墙、底板及消能设施由于年久失修或水毁破坏比较严重，输水洞进出口挡墙破损坍塌。

（5）输水洞金属结构不合格。本地区小型水库的金属结构多为输水洞的闸门、闸阀，经安全评价小水库闸门、闸阀不能正常使用甚至损坏的问题较多。

（6）大坝运行管理较差。小型水库的管理仍比较薄弱，特别是小（Ⅱ）型水库，部分没有管理用房，少数没有落实专门管理人员。有些小型水库管理不到位，工程记录资料简单、随意。虽有巡查制度，但巡查力度不够，人员缺乏管护知识和抢险知识。

4 结论与建议

对于水库大坝安全评价鉴定中定为三类坝的水库，应立即安排资金进行除险加固。病险阶段加强运行管理，调整调度方案，提高管护人员素质。加强日常巡视及汛前检查，发现险情及时报告，确保下游人民生命财产安全。

[1]辽宁省水利厅.辽宁省水利普查成果[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

2016-11-24）

董明玥（1984-），女，辽宁营口人，大学本科，工程师，主要从事水利工程设计工作，手机：15941712920，E-mail: hdzw13@163.com。