滨海平原水库波浪防护设计—以宁波地区为例

周 健，魏立峰

（宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192）

滨海平原水库波浪防护设计—以宁波地区为例

周 健，魏立峰

（宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192）

随着社会经济发展，用水的规模却在逐年增大，为了解决水资源时间和空间上的分布不均，需要建设更多的水库来利用水资源，而山区可用于水库建设的地方越来越少，平原水库在水资源利用中发挥着越来越重要的作用。这些水库常建设在滨海平原上，由于坝高不大，有较多的坝体建设在软土覆盖层上，后期的沉降一般较大，常导致坝顶超高不足，有的甚至严重影响防洪安全。平原区地势开阔，风速较高，由于风浪作用所需要的超高占坝高的比例较大，可以从预防风浪过高，增加越浪保护等方面，降低水库防洪对坝高的要求。

波浪防护；平原水库；设计案例

1 问题提出

为了解决水资源短缺及分布不均的问题，近年来宁波市实施了多项跨流域调水工程，配套这些调水工程，新建了多座水库。由于土地紧张，这些水库多修建在滨海地区的滩涂上，一般采用半挖半填式结构，在水库四周填筑坝体，坝轴线的长度比较大，一座中型水库的坝轴线一般有数公里，甚至10多公里，加之这些地区覆盖层一般较厚，且以高压缩性软土为主，坝体填筑高度对沉降量影响较大。坝高对工程投资的影响巨大。

滨海地区一般地势开阔，风速较大，水库就需要较大的波浪超高。波浪爬高占据了整个坝高的一个较大的比例，通过合理的设计，以降低这部分的需求，具有极大的经济效益。

通过对四灶浦 — 浒山水库、郑徐水库、慈西水库（建设中）这3座不同时期建设的水库案例分析，总结平原水库波浪防护设计思路，为类似工程建设提供依据。

2 水库概况

四灶浦 — 浒山水库、郑徐水库、慈西水库这3座水库均位于杭州湾杭州南岸、浙东宁绍平原的北部沿海地区，是典型的平原滩涂水库。受台风影响，均无主导风向，多年平均年最大风速都较大，具体见表1。

表1 各水库多年平均年最大风速表 m/s

四灶浦 — 浒山水库位于杭州湾南岸四灶浦与水云浦之间，四灶浦一期、二期水库与浒山水库相互连通。水库正常水位6.13m，设计洪水位6.27m，校核洪水位6.34m，总库容3617.4万m3。四灶浦一期水库总集雨面积4.78km2，大坝长9265m，坝顶高程为8.50～ 9.30m。四灶浦二期水库 — 浒山水库总集雨面积2.15km2，大坝长6270m，坝顶高程为9.00～ 9.20m。

郑徐水库位于郑家浦至徐家浦段现有十塘海堤南侧、九塘横江北侧已开发的造地区和规划道路以北的围区内。水库正常水位4.50m，设计洪水位4.83m，校核洪水位4.95m，总库容4270万m3。根据平面布置，郑徐水库堤坝轴线（坝顶道路中心线）总长10920m。

慈西水库位于建塘江两侧围涂工程三八江至建塘江围区内。水库正常水位4.95m，设计洪水位5.28m，校核洪水位5.44m，总库容6400万m3。水库堤坝轴线（堤顶道路中心线）总长14610m。

3 设计思路

根据SL 274— 2001《碾压式土石坝设计规范》，平原地区水库风浪要素一般采用蒲田公式确定，影响波浪要素的因素主要有：风速、分区长度、水域平均水深。而影响波浪爬高的主要因素有：坝体上游坡坡率、护坡材料、堤前水深。通过对这些因素的优化设计，以达到降低坝体高度的目的。具体的措施有以下几项：

（1）降低分区长度，在水库中设人造岛屿，降低各库岸的有效分区长度，以达到降低深水波波浪要素的目的。

（2）改变上游坡坡率，在常水位附近设消浪平台，以改变上游坡综合坡率，降低波浪爬高的同时减小波浪作用。

（3）采用合适的护坡材料，采用干砌石护坡或栅栏板护坡，代替原预制块护坡，降低波浪爬高。

（4）采用允许越浪设计方案，传统水库一般不允许土石坝坝顶越浪，而平原水库坝体高度不大，水位较低，越浪对坝体的安全影响较小，采取一些植物措施或者坝体保护措施后可有效降低坝体高度。

4 设计案例及效果

四灶浦 — 浒山水库选取风浪条件最不利的一期西南角，平均分区长度1650m，水库库底高程2.00m，原设计上游坡采用混凝土预制块护坡，设计坡比1∶2.4～1∶2.6（选取的设计断面为1∶2.5），设计标准断面见图1。由于超强台风登陆，导致水库越浪较为严重，并造成原护坡局部破坏，对水库上游坡进行了加固设计，在常水位以下4.80m高程处设置3.70m宽消浪平台，平台以上至7.50m高程之间采用栅栏板护坡，加固设计标准断面见图2。

图1 四灶浦水库原设计标准断面图

图2 四灶浦水库维修加固设计标准断面图

该案例为水库维修加固案例，原坝顶超高裕度较大，工程加固的目的是以减小波浪作用为主。本文通过该案例分析不同护坡材料选择对设计波浪爬高的影响，为今后类似工程设计提供依据。根据SL 274— 2001《碾压式土石坝设计规范》附录，拟定混凝土预制块护坡、砌石护坡3种材质方案进行对比，通过对比可见不同的护坡对波浪的削减作用有所不同，可结合各工程的特点进行综合技术经济比选，确定选定方案。四灶浦水库不同方案各工况波浪爬高见表2。

表2 四灶浦水库不同方案各工况波浪爬高表 m

郑徐水库选取风浪条件相对最不利坝段为东南角，平均风区长度约3200m，本工程针对水库运行特点，在经常性的水位变动区设置直立挡墙，考虑到挡墙结构安全在挡墙前后设置平台兼作消浪平台，推荐的断面坝前坡型式见图3：库底 - 2.80～ - 1.00m为土坡、土平台，- 1.00～ 1.00m为干砌石护坡（细石混凝土灌缝），1.00～ 4.00m高程为维持水位变动范围内景观的一致性及结构的安全性采用埋石混凝土挡墙，4.00m高程设消浪平台，平台宽度不小于5.00m，4.00～ 5.50m采用硬质材料护坡，用于消浪需要护坡材料采用栅栏板、坡比采用1∶4.0，5.50m以上设置防浪墙。

图3 郑徐水库设计标准断面图

根据SL 274— 2001《碾压式土石坝设计规范》附录，在静水位上下0.5h1%高程处的平台对消浪作用最为明显，故取平台高程为4.00m，拟定1.00，3.00，5.00，7.00，9.00m五组平台宽度方案进行计算分析，得出平台宽度与波浪爬高的关系，为坝体设计的技术经济比选提供依据。郑徐水库不同消浪平台宽度方案各工况波浪爬高见表3，从表3可以看出，平台宽度加大可以降低对坝体高度的要求。

表3 郑徐水库不同消浪平台宽度方案各工况波浪爬高表 m

慈西水库根据郑徐水库运行管理经验，采用了相类似断面形式，并进行了改进，标准断面形式见图4。设计加大了消浪平台宽度，在消浪平台前段采用栅栏板铺设，后部直至防浪墙前采用植物保护，并在下游坝脚布置了排水沟，排除坝面雨水、坝体渗水，并作为越浪排除的安全储备。

目前，针对植物措施防浪效果尚无定量计算方法，但从定性方面分析，更宽的消浪平台，根加有利于波浪的防护，同时植物保护可以结合景观设计，进一步改善水库环境。

图4 慈西水库设计标准断面图

5 结 语

目前风浪防护设计措施（1）～（3）在平原水库设计中都得到了应用，有效的减小了坝高，取得了较高的工程效益。在慈西水库的设计过程中，将整个坝体及背坡均进行了防护，坡脚设置了排水沟，为水库越浪防护提供了条件，但考虑到工程规模较大，仅将这部分作为安全储备考虑。允许越浪方案已经在窖湖水库（小型平原水库）的加固设计中的政策处理困难段进行了应用，并经过了多个台汛期的考验。

TV222

B

1008- 701X(2017)06- 0049- 03

10.13641/j.cnki.33- 1162/tv.2017.06.013

2017-04-25

周 健(1985- )，男，工程师，硕士，主要从事水利工程设计工作。E - mail：mail_zj@qq.com

（责任编辑 姚小槐）