山塘水库除险加固工程设计中的几个问题探讨

曾 祥

(云浮市水利水电勘测设计院，广东 云浮 527300)

1 概 述

随着近年来水库除险加固工作的稳步推进，云浮市大部分小(2)型以上病险水库已逐步得到整治，但仍存在大量蓄水库容在10万m3以下的山塘水库仍未进行有效治理。据统计，云浮市蓄水库容在10万m3以下的山塘水库共计1169宗，这些规模以下的山塘水库工程基本上初建于20世纪60-70年代，未经标准设计和规范施工，绝大部份不具备完善的泄洪、调洪能力。相比于小(2)型以上的水库，此类山塘水库通常不被重视、忽视了必要的除险加固工作，但其出险的概率远远高于小(2)型以上水库。近年来云浮市已将部分除险加固工作的重点转移到山塘水库上、需要对其除险加固进行规范化设计。这些长期管理不善的山塘水库在除险加固设计的过程中，有其独特的工作重、难点。

2 常见问题及其解决方案

2.1 防洪标准的确定

云浮市规模以下山塘水库的大坝高度大部分低于15m且上下游最大水头差<10m。若洪水标准设计过高，工程量会相应增大、造成不必要的工程浪费。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)，当山区、丘陵区水库工程永久性挡水建筑物的挡水高度低于15m且上下游最大水头差<10m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准执行。所以即便是按照小(2)型水库确立洪水标准，规模以下山塘水库的设计洪水标准可定为10a一遇，校核洪水标准可定为20a一遇。由此确定的防洪标准较为符合实际工程需要。

2.2 设计洪水的计算

在设计工作开始阶段，需要对山塘水库的洪水过程进行定量计算，以确保下一步的调洪计算具备较为准确的前提条件。一般来说，流域无水文站、缺乏实测资料时，可根据《广东省暴雨参数等值线图》(2003年)和《广东省暴雨径流查算图表》(1991年)查取相关参数，由设计暴雨推求设计洪水，主要采用广东省综合单位线法和推理公式法(1988年修订)两种方法进行计算。由于推理公式法(1988年修订)计算洪量过于集中、调洪水位偏高；而广东省综合单位线法计算成果能够较好地反映降雨过程的变化、洪峰流量和洪水过程线的推求也是有机结合在一起。同时，广东省综合单位线法分析使用的资料基础稍好于推理公式法(1988年修订)，而用实测洪峰验证，精度也比推理公式法(1988年修订)高。总的来说，在推求设计洪水过程线方面，广东省综合单位线法显然优于推理公式法(1988年修订)。因此，在对参数合理调整的前提下，使两种方法的设计洪峰流量相差不超过20%后，原则上应采用广东省综合单位线方法的设计洪水成果。

云浮市规模以下山塘水库基本上缺乏实测水文资料，其设计洪水可沿用上述方法进行计算。在实际操作过程中，由于山塘水库的集雨面积绝大部分<10km2，按照上述方法计算得出的设计洪水明显偏大，与实际情况不相符。为了能够更准确地推求设计洪水成果，可参考广东省洪峰流量经验公式的计算成果进行调整。广东省洪峰流量经验公式主要针对除水库外的集雨面积<10km2的工程，其计算结果只能反映洪峰流量的数值，不能反映洪水过程。实践证明，对于集雨面积<10km2的工程，广东省洪峰流量经验公式法的洪峰流量成果明显比广东省综合单位线法和推理公式法(1988年修订)更符合实际情况。故此，对于山塘水库设计洪水的计算，我们可先采用广东省洪峰流量经验公式法计算出某频率的洪峰流量，以此数值为参考对广东省综合单位线法和推理公式法(1988年修订)的参数进行合理调整，在确保查算图表合理取值的前提下得出与广东省洪峰流量经验公式法计算的洪峰流量尽量相近的计算成果，从而保证设计洪水符合实际情况的同时，也能清晰地反映洪水过程[1]。

2.3 来水量的计算

规模以下山塘水库的集雨面积较小，有可能出现来水量不足导致山塘水库不能正常运行的情况。为了保证山塘水库发挥其应有的功能，可采用以下的措施：

1)引调洪水：于山塘附近寻找天然汇水区域，根据区域特征新建引洪渠道，引流至山塘蓄水，引洪渠道的设计流量应根据山塘下游控制的用水区的需水量、需水过程、引流汇水面积和山塘的库容量分析计算确定。

2)引调泉水：若库盆周边或山塘附近存在出露泉水，可新建引水渠道将取泉水引至山塘积蓄。引水积蓄对山塘水库在干旱季节能够正常运行能够起到很好的补充作用。

2.4 调洪演算

在设计工作过程中，经常会遇到一些特殊的山塘水库——集雨面积小、库容容积较大，现状未设置溢洪道、只埋设了放水涵管，每逢暴雨来临时，只需打开放水涵管泄洪即可满足防洪要求。此类山塘水库往往没有固定的正常蓄水位，平时蓄放水都是根据当地的用水需求决定的。若采用常规的水量平衡方程基本原理进行水库调洪计算来确定坝顶高程，其现状坝顶高程往往大大高于计算坝顶高程。由于此类山塘水库集雨面积小，暴雨汇水时间较短，可根据广东省综合单位线法和推理公式法(1988年修订)算出1天洪量。将该洪量与山塘库容作定量比较，当1天洪量小于山塘库容时，可认为现状山塘大坝的坝高符合防洪要求，无需进行调洪演算[2]。

2.5 消能设施的布置

云浮市规模以下山塘水库，其已建“溢洪道”大多只是土渠、且下游往往未设置消能设施。对于现状“溢洪道”，往往是沿着当地地形开挖成渠，其渠底纵向坡度较大。我们对其进行拓宽挖深加固时，如果重新设计泄洪段纵向坡度，必然占用较多附近的土地，常会引发用地矛盾。为了避免用地争端，同时考虑工程的经济性，通常沿现状“溢洪道”进行加固设计即可。而一旦维持原状纵向坡度不变，则泄洪流速将会远大于不冲流速。此时可从两个方面采取措施：溢洪道泄洪段底板横向增设若干道消力坎；溢洪道末端布置消力池和海曼。特别要注意的是，若采用底流式消能，其消力池长度将会非常大，故建议采用挑流式消能[3]。

2.6 更换放水涵管

除有些条件较好的地质可以通过新打隧洞取代放水涵管、或顶管施工、或采用虹吸管外，仍有一些山塘水库需要通过大开挖来更换原放水涵管。这些涵管更换时除了保证基础不发生不均匀沉降外，尤其要注意其回填压实土方必须要“无死角”。涵管安装定位后，两侧需要回填土方，由于靠近涵管的位置压实土方时容易由于施工工作面不足而造成“漏压”现象。而该部位若不密实，将有可能导致坝体产生致命隐患——横向裂缝。我们可在设计环节消除这种可能出现的隐患：涵管安装定位后，两侧采用混凝土振捣密实填充。

2.7 施工用电和防汛道路

云浮市规模以下的山塘水库大多地处偏僻，在实际施工时往往面临用电困难和材料运输困难的问题。倘若采取常规方案：即架设线路引电、修建标准化防汛道路，无疑需要高昂的费用，该部分费用甚至占据总工程造价的大部分。为了提高工程效益，笔者认为可采取以下措施：施工场地自发电，费用按照实际发生费用计算；防汛道路则应降低修建标准，采取开挖平整后压实即可，无需标准化建设。

3 结论与建议

云浮市规模以下的山塘水库位于山区地带，其特点是地处偏僻、库容小、主体建筑和次要建筑等级低，如果按照常规方法对其进行除险加固设计，很有可能会造成不必要的工程浪费。在不与规范产生冲突的前提下，可根据山塘水库的实际情况调整设计方法和理念实现设计目标，以达到最佳工程经济效益。