孟家店水库除险加固工程坝顶高程复核

李 化

（辽宁省营口水文局，辽宁营口115003）



孟家店水库除险加固工程坝顶高程复核

李 化

（辽宁省营口水文局，辽宁营口115003）

摘要：坝顶高程是确定水库规模的主要因素之一。本文通过对孟家店水库库区气象、水文‘最大风速、主风向等资料分析，按照通用公式对水库坝顶高程进行了计算分析。通过复核与分析评价该水库大坝运行情况、存在的问题，为水库下一步工程运行管理提供依据，同时为类似水库除险加固工程建设提供参考和借鉴作用。

关键词：水库；大坝；高程；复核

1　工程概况

孟家店水库位于辽宁省葫芦岛市南票区缸窑镇孟葡村。水库建于1969年10月，是防洪、灌溉、养殖等综合利用的小（二）型水库［2］。水库控制面积4.53km2，坝址以上河长2.9km，河道平均比降为43.5‰。水库原设计标准为20年一遇洪水，校核标准为200年一遇洪水。水库枢纽由大坝、输水洞、溢洪道组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）规定，属山丘区，水库设计洪水标准应为20年一遇，校核洪水标准应为200一遇年，水库工程规模属于小（二）型水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级。水库大坝为粘土心墙土坝，坝顶高程30.5m，防浪墙顶高程为31.2m，坝顶宽3.0m，最大坝高10.8m；大坝迎水坡坡比1∶2.5，为干砌石护坡；背水坡坡比1∶2.0，为草皮护坡；大坝坝顶长125m［2］。

孟家店水库建于文革期间，由于受当时条件所限，水库为“三边工程”（边规划、边设计、边施工），存在着工程标准低、施工质量差、功能不完善等先天不足问题［1］。建库至今孟家店水库已运行了40多年，水库泥沙淤积严重，加之管理不到位，维修不及时，工程年久老化严重，大坝渗漏严重，平时水库经常蓄不上水，形成干库。汛期遇大暴雨时，水库蓄上水又成了险库。2012年，水库进行除险加固，至今仍在进行中。为了保证水不从坝顶漫过，土坝坝顶高程应在水库校核水位以上，而且应有足够的超高，超高的数值等于波浪在坝坡上爬高R和风雍高度e与安全超高A之和。为此需对该水库的坝顶高程进行复核分析［2］。

2　流域水文气象

孟家店水库位于南票区缸窑镇境内，属温带大陆性湿润季风气候区，夏季炎热多雨，冬季严寒少雪，春季多风，秋季凉爽，四季分明、雨量充沛，主要气候特点是降水偏多，主要集中在6～8月份。多年平均气温9.2℃左右，12～2月平均气温在0℃以下，1月最冷，实测极端最低气温达-26.9℃，7～8月平均气温最高，极端最高气温达40.7℃。气温年内变化较大，一般超过40℃，多年极端温差超过65℃。流域内多年平均降水量564.8mm。降雨在年内分配极不均匀，雨量多集中在夏季，6～9月约占全年降水量的78%以上，占全年51%。降水量的年际变化较大，丰水年和枯水年相差3倍以上。流域内多年平均蒸发量1573.3mm（20cm口径蒸发皿）。5～6月份相对湿度小，气温上升快，风速大，是蒸发量最大时期。11～2月为结冻期，蒸发量最小。流域内多年平均风速为2～4.3m/s，多年平均最大风速14.6m/s，最大风速为23.7m/s。流域内初霜一般在9月下旬，流域内极端最高地温40.7℃，极端最低地温-26.9℃。最大冻土深度为102.00cm，年最大冻土深可达120cm。

孟家店水库库区所在地属于Ⅵ1水文分区，坝址处无水文观测资料，故水库为无资料地区。

3　波浪爬高计算

3.1 计算依据

坝顶高程计算按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，分别计算两种运行情况，取其中最大值复核坝高程［3］。

（1）计洪水位加正常运行情况的坝顶超高。

（2）校核水位加非正常运行情况的坝顶超高。

计算公式：

式中：h超—坝顶超高（m）；

h爬—最大风浪在坝顶上的爬高；

e—最大风壅水面高度（m）；

A—安全加高（m），计算正常运行情况A= 0.5m，非正常运行情况，A=0.3m。

3.2 计算条件

（1）计算风速的确定

根据朝阳县气象站观测统计（该水库临近朝阳县）本水库多年平均年最大风速为14.6m/s。

（2）平均波高h计算

式中：g—重力加速度，g =9.81（m/s2）；

H—水域平均水深（m）；

D—由计算点逆风向量到对岸的距离（m）；

W—设计洪水位取1.5倍的多年平均年最大风速，校核洪水位取多年平均年最大风速。

（3）平均波长λ按下式计算

式中：T—平均波周期，按公式T=4.438h0.5计算；

H—水域平均水深（m）。

3.3 波浪爬高计算

平均波浪爬高的计算，采用莆田试验站公式：

式中：K△—斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护坡，K△=0.8；

KW—经验系数；

m—斜坡坡率，m=2.5；

λ—坝前波浪的波长（m）。

设计波浪爬高h爬，按爬高分布进行换算，该工程为5级建筑物，确定波高累积频率P=5%。

3.4 风壅水面高度计算

式中：K—综合摩阻系数，K=3.6×10-6；

β—风向与水域中线的夹角，取β=50°；

W—水面上10m处的风速（m/s）；

D—从计算点作水域中线（或坝轴中线）的平行线与对岸的交点到计算点的距离（m）；

H—水域的平均水深（m）。

3.5 安全加高确定

根据《碾压式土石坝设计规范》（S274-2001）表5.3.1取用：设计水位时，A=0.5m，校核水位时，A=0.3m。

3.6 坝顶超高计算

根据上述所列公式和计算参数，坝顶超高计算结果见表1。

表1　坝顶超高计算成果表

4　坝顶高程复核

4.1 设计洪水位坝顶高程计算

将水库设计洪水位加坝顶超高即得到设计洪水位时坝顶高程。H设=29.963（m）

4.2 校核洪水位坝顶高程计算

将水库校核洪水位加坝顶超高即得到校核洪水位时坝顶高程。H校=31.131（m）

4.3 水库坝顶高程确定

根据规范分别计算两种运行情况，取其中最大值校核洪水位的坝顶高程31.131m为水库的坝顶高程。孟家店水库各种运用情况的坝顶高程计算结果见表2。

表2　坝顶高程计算成果表

5　结论

孟家店水库除险加固工程的坝顶高程计算，防洪标准、公式选择、参数选取符合规范要求。通过表2可知，原报告中设计值和本次加固复核值基本一致，原设计计算合理。本次加固工程防浪墙与坝顶连接紧密，现状坝顶高程满足现行规范的要求。孟家店水库除险加固后，水库所存在的问题已初步得到解决，水库可正常运行，为防洪、灌溉和综合利用发挥其工程效益和经济效益。

参考文献

［1］徐强.水库工程管理存在的问题及措施［J］.水利规划与设计，2014（09）：8-9，59.

［2］马传华.孟家店水库防洪标准复核分析［J］.黑龙江水利科技，2014（10）.

［3］贾颜鹏，郑扶玲.佛塔密水库除险加固工程坝顶高程确定［J］.黑龙江水利科技，2011（05）.

［4］张云，侯锴.闹德海水库防洪标准复核评价分析［J］.黑龙江水利科技，2009（03）：134-136.

作者简介：李 化（1985年—），男，工程师。

收稿日期：2015-01-04

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.035

中图分类号：TV641

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）03-0100-02