崮山水库除险加固后溢洪闸泄洪能力分析

韩保国，刘春晓

（威海市崮山水库管理处，山东 威海 264300）

崮山水库位于威海市经济技术开发区崮山镇西村西南1 km 处，控制流域面积90.3 km2，总库容 2 505 万 m3，兴利库容 1 500 万 m3，死库容100 万m3。正常蓄水位24.60 m，死水位14.20 m。崮山水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，是威海市重要的水源地。2018 年10 月崮山水库开始进行除险加固工程建设，2019 年7 月26 日大坝、放水洞、溢洪（闸）道三大主体工程竣工，完成蓄水验收，溢洪闸正式下闸蓄水。

1 存在的主要问题

1.1 大坝坝体

大坝坝体填筑压实度，现场勘查心墙干密度小于1.7 g/cm3，不满足现行规范要求；上、下游坝坡高程17.0 m 以上坝壳填土为粉土质中细沙，其密度、内摩擦角、渗透系数均不满足沙砾石填筑料质量技术要求；坝基砂层厚6～10 m 存在液化可能；上游干砌石护坡不满足规范要求，干砌石护坡块石底面较小且形状不规则，侧面接触面积小，容易产生块石松动，外观检查发现水位变动带存在明显的砌石松动、翘起、塌陷现象。

1.2 溢洪闸启闭设备

水库坝址原基本地震烈度设计为6°区，新的地震图谱显示在7°区，抗震标准提高，溢洪闸闸室、边墩、上下游边墙结构抗震安全性不满足规范要求；左边墩下游边坡变形和渗漏严重，底板局部存在剥蚀、冻融现象，机架桥板存在裂缝，机架桥梁为预制组装结构，不利于抗震安全；启闭机使用20 多年，启闭设施及电气设备老化，机壳漏油，闸门止水橡胶老化，有2 孔闸门漏水严重；溢洪闸未设置检修闸门及闸门槽，无相应启闭设备，无检修桥（台），工作闸门故障时无法进行检修，不符合规范要求。

1.3 放水洞

放水洞为内径1.0 m 预制钢筋混凝土圆管，工作闸门为1.0 m×1.0 m 平板钢闸门、卷扬机启闭，多年锈蚀、变形、配重不足，导致闸门无法正常启闭；消力池长度仅有8 m，不满足规范要求，且高墙砌石结构抗震安全性不足；洞身钢筋混凝土强度和抗裂性能不满足规范要求，洞内混凝土局部剥蚀、渗水，有白色析出物；启闭设备及电气设备老化严重，无法正常工作。

1.4 监测与设施

大坝监测与管理设施不完善。坝坡人工水位观测水尺破损、不完善，缺少自动水位观测设备；大坝在桩号 0+153、0+233、0+313 断面设有坝体测压管、无坝基测压管，无自动观测设施，管口缺少保护装置；溢洪道中墩无渗压观测，边墩无绕流测压管，溢洪道、放水洞均无沉陷位移标点；无中控室，视频监控系统不完善。

2 加固前后溢洪闸位置结构型式

2.1 加固前

溢洪道为河岸开敞式，位于大坝右端东侧，通过裹头、右岸南北墙与大坝连接，溢洪闸为直线布置得宽顶堰，溢洪道轴线与大坝轴线交角约为76°。溢洪道由进水渠、溢洪闸、泄槽、消力池、出水渠组成。溢洪道进口呈喇叭形，加固前溢洪闸位于喇叭开口端，为4 孔净宽10 m 径向弧形布置的WES 实用堰，堰顶高程19.2 m。

2.2 加固后

结合溢洪闸移址重建，对溢洪道及两岸边墙拆除重建，对右坝头南北墙高墙段及渐变段进行加固处理。改建后墙体由砌石结构改为C35 钢筋混凝土结构，墙后回填抛石混凝土和壤黏土并通过护坡和现状地面连接。加固后的溢洪道由进水渠、溢洪闸、泄槽、二级消能防冲设施、出水渠组成。

加固后维持溢洪道纵轴线不变，在喇叭口末端新建钢筋混凝土开敞式溢洪闸，顺水流方向长22 m（闸墩上分别布置检修桥、机架桥、交通桥），横向为直线布置3 孔净宽8 m 的宽顶堰，（闸底）堰顶高程15.5 m，闸室设弧形工作闸门。泄槽宽度由25 m 调整为27 m。相比较加固前溢洪闸轴线向下游平移52 m。闸室上游设检修桥宽1.5 m，增加检修闸门，闸门为5 节8 m×1.5 m 叠梁式平面钢闸门，设置1 台起吊设备。

2.3 溢洪闸室位置的确定

1）溢洪闸闸基座于中风化黑云斜长片麻岩之上，岩体坚硬，力学强度高，稳定性好，抗冲刷能力强，工程地质条件优越。2）溢洪道两岸边坡主要为岩质边坡，未发现不利于边坡稳定的构造组合，边坡稳定性较好。3）场区地下水对混凝土无腐蚀性。

2.4 溢洪闸特性比较

崮山水库溢洪闸除险加固前后工程特性比较见表1。

3 溢洪闸泄洪能力分析

3.1 溢洪闸调度运用方式

根据《水利水电计算手册》，闸底板为宽顶堰时，0.1＜e/H≤0.65，为孔流；e/H＞0.65，为堰流。

闸孔出流计算：

式中：δs为淹没系数，自由出流时取 1.0；u0为流量系数；e 为闸门开启高度，m；n 为闸门孔数；b 为单孔净宽，m。

表1 崮山水库溢洪闸除险加固前后工程特性表

敞泄堰流计算：

式中：m 为堰流流量系数；ε 为闸墩侧收缩系数；B 为闸门总净宽，m。

3.2 溢洪闸加固前后敞泄能力分析

崮山水库溢洪闸敞泄堰流优化后计算公式Q=mBH3/2，流量系数m=1.9，B 加固前后分别是40 m，24 m。选取水库汛期控制运用方案中三个特征值，汛中限制水位21.80 m，允许超蓄水位22.75 m，兴利水位24.60 m 三种工况泄流能力进行比较，结果见表2。

表2 加固前后汛中限制水位、超蓄水位、兴利水位计算结果

4 结 语

1）新建溢洪闸的泄洪能力在不同水位较加固之前增加30%～100%，可更好地应对较大洪水。

2）溢洪闸位置、型式更加优化，实际工作中更方便操作；采用弧形钢闸门，启闭力减小50%，动力保障率更加可靠。

3）在汛期控制运用实际工作中应进一步研究熟悉溢洪闸闸孔出流泄洪规律，在上级防汛指挥部门领导下，严格遵守水库汛期控制运用方案，适时适量开启溢洪闸调洪，保护崮山水库上下游人民群众生命财产安全。