白洋冲水库大坝安全评价分析

蔡 璟

（湖北三峡职业技术学院，湖北宜昌 443000）

白洋冲水库大坝安全评价分析

蔡 璟

（湖北三峡职业技术学院，湖北宜昌 443000）

白洋冲水库于20世纪50年代修筑，由于国内早期水库设计施工水平较低，在多年运行下，坝体安全受到影响，为避免溃坝等事故发生，应及时对大坝进行安全性鉴定，并采取有效的加固措施。本文以湖北省宜昌市伍家岗区白洋冲水库工程实例，从地质、防洪、工程质量、渗流安全等主要方面，对该水库工程的安全性进行全面复核和评价。

大坝安全；安全鉴定；复核；白洋冲水库

我国水资源分布不均，为了有效利用水资源，自20世纪50年代起兴建了各类型水库近10万座，这些水库在防洪、灌溉、发电、航运等方面发挥了巨大作用［1］。由于建设时期的条件制约，设计能力和施工水平不足，大部分存在防洪标准低、工程质量差等问题，目前，再加上普遍运行管理水平不足，导致大量水库成为病险状况，不仅不能正常发挥效益，而且存在较高的潜在溃坝危险，严重威胁人民的生命财产安全与社会的可持续发展。经过60多年的发展，大坝数量越来越多，其主要的安全问题越来越明显，主要集中在50—80年代修建的工程，引起了水利部门的高度重视［2-4］。因此，在“十一五”和“十二五”期间水利部联合财政部花巨资进行病险水库除险加固，目的是确保大坝安全和公共安全。

本文正是在这个特殊的时代背景下，结合湖北省“十一五”和“十二五”期间除险加固经验，从防洪标准、工程地质、运行管理、渗流安全及结构等方面对宜昌市白洋冲水库进行复核，找出工程中存在的隐患，并提出有效的处理建议。

1 工程简述

白洋冲水库位于湖北省宜昌市伍家岗区火光村，坝址距宜昌市区5km，是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益的小（2）型水利工程。该水库设计灌溉面积700亩，但由于水库周边城市发展需要，农田已被征用，已无农田灌溉任务，目前水库主要任务是防洪和为城市绿化提供水源。水库坝址以上集雨面积0.55km2，总库容16.68万m3。水库正常蓄水位77.70m，设计洪水位78.51m，校核洪水位79.09m，死水位75.00m。白洋冲水库主要由大坝、溢洪道、输水建筑物等组成。大坝为均质土坝，坝顶全长110m，最大坝高79m，坝顶宽3m。

白洋冲水库工程于1956年6月动工兴建，1957年5月建成。受建设期间经济条件限制，大坝修建时未做地质勘查工作，在工程设计和施工中出现了一些质量问题，常年带病运行，需及时进行大坝安全鉴定。

2 目前存在的问题

白洋冲水库是小型水库中典型的带病运行工程，前期未做地质勘探工作，施工条件较差，给工程留下很多安全隐患。投入运用后，暴露出许多险情与问题，如原设计溢洪道过流能力不足，并且常年无人维护导致淤塞，2006年水库水位曾一度达到设计洪水位，行洪能力严重不足，2007年由宜昌市政府出资对溢洪道进行加宽疏挖，得以保证安全，虽采取了一些除险加固措施，但任然未根除大坝的安全隐患。经现场实地勘查和资料分析，存在以下主要问题：

a.水库防洪能力不满足现行国家标准。按现有溢洪道过洪能力复核，坝顶高程不满足要求。

b.大坝迎水面左坝段未衬砌，右坝段坝体局部变形，下游坝坡凹凸不平，无反滤体，上游坡坝过陡。

c.输水隧洞进口为笛子剅，破损，无控制设施。

d.管理设施不完善。无管理用房；坝顶公路凸凹不平，变形严重；大坝无任何监测设施；通信报汛设施落后，无交通工具。

3 工程安全分析

本文主要从白洋冲水库的工程地质、防洪标准、渗流和结构安全四个方面分别进行分析。

3.1 工程地质

白洋冲水库工程区属丘陵地貌，以侵蚀—剥蚀地貌为主，表现为山谷相间为主的地形特征。山体起伏相对较小，海拔73.0～130.0m，相对高差约60.0m，两岸山顶海拔一般在100～130m，相对高差30m，山顶浑圆，山脊走向与区域构造域方向一致，走向NNW向。山体起伏相对较平缓，山坡地形坡度12°～20°，植被覆盖较好。

区内地层岩性主要为白垩系下统粉细砂岩、粉砂岩泥岩互层。沟谷和坡地多覆盖第四系冲洪积物和残坡积物。白洋冲水库位于长江中下游新华夏系第二沉降带的次级构造——宜昌单斜凹陷之上。新华下系沉降带之一级构造单元为上扬子准地台中部偏北，二级构造单元为江汉坳陷西北缘与黄陵断穹东翼过渡地带。宜昌单斜略呈三角形插入淮阳山字形构造西翼反射弧砥柱——黄陵背斜东翼与长阳东西向构造带之间。单斜内次级构造简单，主要为不连续的小型褶皱、揉皱及断裂构造，主要受新华夏NNW向至SSE向的应力影响，部分受淮阳山字形西翼反射弧和长阳EW向构造应力的影响。

工程场区位于三峡山地近代上升的东部地区，表现为整体隆升的同时又显示为西北快东南慢的差异掀斜，地壳总体不会发生强烈差异升降和褶皱，因地壳运动导致库坝区地质灾害和危害工程事件的可能很小。工程建设范围属低山丘岗地貌，河床开阔，山顶圆滑，属于侵蚀堆积地形地貌。坝区断裂构造不发育，无明显断裂活动的迹象，因此，工程场区区域稳定条件较好。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），工程所在地的地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，该区域稳定性较好。

3.2 防洪标准复合

3.2.1 防洪标准

此次洪水复核中，根据《防洪标准》（GB 50201—94）［5］，白洋冲水库最大坝高6.15m，小于15m，水库上下游水位差小于10m，防洪标准按10年一遇设计、50年一遇校核。

3.2.2 洪水复核

水库及周围未设置雨量监测设施，无相关资料，因此设计点雨量按《湖北省可能最大暴雨图集》和《湖北省暴雨径流查算图表》取值，以流域中心所在位置查暴雨参数等值线图，用《湖北省暴雨径流查算图表》所推荐的瞬时单位线法、推理公式法、简化算法得到各种频率洪峰流量（见表1）。经综合分析比较，认为瞬时单位线法的计算成果较为合理，此次洪水计算采用瞬时单位线法的计算成果及设计过程线。10年一遇设计洪水洪峰流量为9.3m3／s，50年一遇校核洪水洪峰流量为20.3m3／s。

表1 白洋冲水库洪水计算成果比较单位：m3／s

3.2.3 调洪演算成果

根据白洋冲水库水位-库容曲线（见图1）和溢洪道水位-泄流关系曲线（见图2），对现状溢洪道进行调洪计算，得到不同频率的设计洪水调洪演算成果（见表2）。

图1 白洋冲水库水位-库容关系曲线

图2 溢洪道宽顶堰泄流曲线

表2 白洋冲水库调洪演算成果

3.2.4 坝顶高程复核

白洋冲水库实测坝顶高程79.30m。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL 189—96）［8］，坝顶高程计算成果见表3。

表3 白洋冲水库设计坝顶高程计算成果单位：m

计算结果表明：大坝校核设计坝高为79.49m，现状坝顶高程79.30m不满足防洪要求。

3.2.5 洪水标准复核结论

a.该水库为小（2）型，对下游汉宜高铁具有一定的防洪任务，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）［6］，该水库属V等工程，此次洪水复核按10年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核。

b.洪水复核。瞬时单位线法、推理公式法、简化算法均利用《湖北省暴雨径流查算图表》查算宜昌水文站暴雨资料用于此次洪水复核。经单位线法、推理公式法、简化算法之间成果对比，采用瞬时单位法计算的设计洪水成果合理。

c.通过此次洪水复核得设计洪水水位为78.51m，校核洪水水位为79.09m；复核坝顶高程为79.50m；实测坝顶高程为79.30m，低于复核坝顶高程；大坝防洪能力不满足防洪要求。

d.通过此次洪水复核，该水库的防洪能力不满足国家现行标准。

3.3 大坝渗流安全复核

大坝渗流计算采用有限元法。由于大坝现状形状不很规则，计算时选取不利的最大断面。大坝断面外轮廓以此次加固后河床段剖面为准，坝基形状以原资料为准。

根据现复核防洪标准，水库设计洪水位78.51m（P=10%），核洪洪水位79.07m（P=2%），正常蓄水位77.70m。此次渗流按以下五种工况计算：

a.上游水位为正常蓄水位77.70m时的稳定渗流工况。

b.上游水位为设计洪水位78.51m时的稳定渗流工况。

c.上游水位为校核洪水位79.09m时的非稳定渗流工况。

d.上游水位为校核洪水位79.09m降至77.70m（正常蓄水位）时的非稳定渗流工况。

e.上游水位为正常蓄水位77.70m降至75.00m（死水位）时的非稳定渗流工况。

将不利的最大断面几何尺寸及各土层的渗透系数值输入渗流分析软件，得出的结果见表4。

表4 大坝渗流计算结果

根据计算结果绘制出各工况下浸润线及等势线图，见图3～图5。

图3 正常蓄水位工况下渗流等势线（单位：m）

图4 设计洪水位工况下渗流等势线（单位：m）

图5 校核洪水位工况下渗流等势线（单位：m）

从计算结果看，三种工况下的渗流量都较小。校核洪水位下的单宽渗流量为0.054m3／（d·m），设计洪水位下的单宽渗流量为0.049m3／（d·m），正常蓄水位下的单宽渗流量为0.027m3／（d·m）。以常年在正常蓄水位下计算，全年渗漏量约为0.16万m3，漏水量较小，说明坝体防渗效果较好。

根据《水库大坝安全评价导则》（SL 258—2000）［7］和《水库大坝安全鉴定办法》，综合评定白洋冲大坝渗流基本满足要求。

3.4 结构安全分析

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL 189—96）并结合水库的使用情况，计算工况取：ⓐ正常工况：正常蓄水位下形成稳定渗流时的上游坝坡稳定；正常蓄水位稳定渗流时下游坝坡稳定；设计洪水位稳定渗流时下游坝坡稳定。ⓑ非常工况：校核洪水位稳定渗流时下游坝坡稳定；校核洪水位骤降至正常蓄水位时上游坝坡稳定；上游水位为正常蓄水位降至死水位时的上游坝坡稳定。稳定复核计算采用瑞典条分法进行，计算成果见表5。

表5 白洋冲水库加固前大坝稳定分析计算成果

计算结果表明：白洋冲水库在10年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核的各种工况下，其上、下游坝坡的抗滑稳定性基本能满足规范要求，但上游坡安全系数较低。

4 结论及建议

4.1 结 论

通过工程存在问题分析、防洪安全复核及大坝渗流安全复核、结构安全复核，白洋冲水库大坝不满足防洪要求：坝迎水面左坝段未衬砌，右坝段坝体局部变形，下游坝坡凹凸不平，无反滤体等，应属三类坝。

4.2 建 议

白洋冲水库已运行50余年，目前已处于病险状态，应及时进行加固处理，消除隐患，确保安全运行，保障人民生命财产安全。主要处理建议：大坝上游进行削坡衬砌，溢洪道控制段进行处理，大坝进行加高，增设基本观测设施等。

［1］ 钮新强，杨启贵，谭界熊，等.水库大坝安全评价［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［2］ 牛运光.病险水库加固实例［M］.北京：中国水利水电出版社，2002.

［3］ 牛运光.试论土石坝除险加固技术［J］.大坝与安全，1995（3）：6-15.

［4］ 汝乃华，牛运光.土石坝的事故统计和分析［J］.大坝与安全，2001（1）：31-37.

［5］ GB 50201—94防洪标准［S］.北京：中国计划出版社，1994.

［6］ SL 252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［7］ SL 258—2000水库大坝安全评价导则［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［8］ SL 189—96小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则［S］.北京：中国水利水电出版社，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