孟家店水庫除險加固工程設計分析

彭 博，程海英

(1.遼寧省水文水資源勘測局撫順分局，遼寧 撫順 113015；2.錦州市水利科學研究所，遼寧 錦州 121015)

孟家店水庫除險加固工程設計分析

彭 博1，程海英2

(1.遼寧省水文水資源勘測局撫順分局，遼寧 撫順 113015；2.錦州市水利科學研究所，遼寧 錦州 121015)

孟家店水庫位于遼寧省葫蘆島市南票區缸窯鎮孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪為主，灌溉、養魚為輔的小(2)型水庫。水庫工程存在老化等諸多病害隱患，為病險水庫，不能滿足水庫工程安全運行。水庫存在的險情直接威脅下游人民生命財產安全，水庫一旦潰壩，下游人民財產將受到嚴重破壞，后果不堪設想。因此對水庫進行除險加固是確保水庫安全運行和社會發展的需要，除險加固后將徹底消除險情并有明顯的經濟合理性。

除險加固；工程；設計；分析；孟家店水庫

1 水庫概況

孟家店水庫位于遼寧省葫蘆島市南票區缸窯鎮孟家店村上游，是小凌河支流上一座以防洪為主，灌溉、養魚為輔的小(2)型水庫。水庫集水面積為4.53km2，壩址以上河道長2.9km，河道平均比降43.5‰。

孟家店水庫始建于1969年10月，水庫設計洪水標準20a一遇，校核洪水標準200a一遇。孟家店水庫為V等工程，主要建筑物級別為5級。

水庫樞紐的主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞3個部分。水庫設計正常蓄水位25.4m，相應庫容13.3萬 m3；死水位21.0m，相應庫容1.06萬 m3；設計水位28.0m，相應庫容28.10m3；校核洪水位29.5m，相應庫容39.45m3。

水庫在1992年和2006年進行了維修，輸水洞進行了除險加固，由于設計原因，啟閉機塔工作臺高程不能滿足啟閉要求。

經本次實測，大壩長125m，壩頂高程29.75～30.16m，壩頂寬2.0～1.16m。大壩高10.25～10.66m，防浪墻頂高程30.83m。大壩上游壩坡比為11.7，下游設一級戧臺二級壩坡，壩坡比從上至下為1∶1.52、1∶1.77。上游壩坡為混凝土板護坡，下游為干砌石護坡。

溢洪道設在大壩右側，為山體開鑿的開敞式明渠，堰頂高程25.4m，寬7～10m。輸水洞設在大壩左端，為壩下埋管，洞長45m，洞徑D為0.4m，其進口底高程21.0m。

2 水庫除險加固的必要性

水庫興建于20世紀70年代，工程投產運行至今已進入老化期，該工程主要建筑物大壩、溢洪道、灌溉輸水洞等工程均存在著程度不一、或大或小危及工程安全的問題。

水庫一直被限制蓄水帶病運行，嚴重影響了工程效益的正常發揮，水庫下游沿岸有2個村屯，人口2800余人，受保護耕地100hm2。

水庫一旦失事，將直接威脅下游村屯2800余人的生命和財產安全，對下游農田將造成破壞，其經濟損失和政治影響是不可估量的。

根據盤錦陸海水利設計有限公司的《葫蘆島市南票區孟家店水庫工程安全分析綜合評價報告》和葫蘆島市水利局《大壩安全鑒定書》的審議和結論，大壩壩頂寬度不夠，背水坡坡度陡，壩坡不穩定，土壩安全評價定為C級；溢洪道底板沒有襯砌，兩側漿砌石破損，溢洪道最窄處寬僅7m，不能滿足泄洪要求，溢洪道安全評價為C級；輸水洞啟閉塔工作臺高程不能滿足啟閉要求；出口無消能設施，輸水洞安全評價為C級；根據結構安全現狀、防洪安全，孟家店水庫綜合評定為C級。認定該水庫屬三類病險庫工程，并建議對孟家店水庫工程進行除險加固處理。

孟家店水庫除險加固工程完成后，能一定程度削減洪峰，提高下游河道防洪能力；最大限度蓄水，調節水量，保障附近耕地得到灌溉，同時利用水庫形成的水面發展水產養殖業，做到以水養水，使水庫運行達到良性循環[1-3]。

3 水庫任務和規模

孟家店水庫的主要任務是調洪與灌溉，同時兼有養魚，孟家店水庫總庫容39.45m3，按照SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》中有關規定，孟家店水庫規模為小(2)型水庫，工程等別為V等，永久性水工建筑物級別為5級。

當山區、丘陵區的水利水電工程永久性水工建筑物的擋水高度<15m，且上下游最大水頭差<10m時，其洪水標準宜按平原、濱海區標準確定；孟家店水庫最大壩高10.8m，上下游最大水頭差>10m(校核洪水29.5m，下游河床高程14.0m)，洪水標準宜按照山區、丘陵區標準確定：孟家店水庫設計洪水標準為P=5%；校核洪水標準P=0.5%。

孟家店水庫設計洪水標準P=5%，設計水位28.0m，相應庫容28.10萬 m3；校核洪水標準P=0.5%，校核水位29.5m，相應庫容39.45萬 m3[4-7]。

4 死水位復核

孟家店水庫上游林草覆蓋率較高，植被條件良好。從水庫40多年的運行結果來看，泥沙淤積較小。

據估算，水庫40多年來總淤積體積2780m3左右，占水庫死庫容的26.2%左右，沒有影響水庫庫容及水庫的正常運行。因此，本次水庫死水位依然采用原水位，即21.0m。

5 水庫洪水調節計算

主要包括2個方面：

5.1 水位與庫容曲線

根據泥沙分析估算，水庫40多年來總淤積體積2780m3左右，占水庫死庫容的26.2%左右，沒有影響水庫庫容及水庫的正常運行。故本次設計依然采用水庫原設計時的水位～庫容曲線，詳見圖1。

圖1 水庫設計水位～庫容關系曲線

5.2 洪水調度方式

孟家店水庫輸水洞泄量能力較小，不參與水庫泄洪。溢洪道屬于開敞式寬頂堰，無閘控制，當水庫水位超過溢洪道堰頂高程后，即自行泄流。水庫洪水調度方式為自由泄流。本次設計采用現狀堰頂高程25.4m[8-10]。

5.2.1 溢洪道水位與泄流曲線

水庫溢洪道屬于開敞式寬頂堰，溢洪道寬度按10m計算，溢洪道沒有閘門控制，當水庫水位超過溢洪道堰頂高程后，即自行泄流。水庫洪水調度方式為自由泄流。本次設計采用現狀堰頂高程25.4m[11]。

本次設計對溢洪道底板進行了加固設計，對泄流能力進行復核，溢洪道下泄流量采用《遼寧省水文手冊》簡易調洪法溢洪道下泄流量公式：

q=mBh3/2

(1)

式中：q為下泄流量，m3/s；B為溢洪道底寬，m；h為溢洪水深，m。

m=δsεm(2g)0.5=1.53

(2)

(寬頂堰堰長超過水頭h的2～3倍)

式中：δs為淹沒系數，δs=1；ε為側收縮系數，ε=0.9；m為流量系數，m=0.385(P0/H=0時，m=0.385)。

孟家店水庫溢洪道水位～泄量關系見表1和圖2。

5.2.2 洪水調節計算

本次設計洪水調節計算采用試算法，基本計算原理如下：

入庫流量過程線(將校核洪水過程和設計洪水過程作為入庫流量過程線)與經過水庫調蓄后的出庫流量過程線之間關系，用水量平衡方程式來表示。計算公式如下：

(Q1+Q2)/2×△t-(q1十q2)/2×
△t=V2-V1=△V

(3)

式中：Q1為時段初入庫流量，m3/s；Q2為時段木入庫流量，m3/s；q1為時段初出庫流量，m3/s；q2為時段末出庫流量，m3/s；V1為時段初入庫蓄水量，萬m3；V2為時段末入庫蓄水量，萬m3；t為時段長，本工程計算時段長度按洪水入庫過程中變化大小確定；△V為時段內的水庫需水變量，萬m3。

表1 孟家店水庫水位～溢洪道泄量關系表

圖2孟家店水庫水位～溢洪道泄量關系曲線

經過除險加固的洪水復核，p=5%，洪水位28.0m，相應庫容28.10萬 m3；p=0.5%，洪水位29.5m，相應庫容39.45萬 m3，成果詳見表2。

表2 孟家店水庫洪水調節計算成果表

6 結 論

為保障水庫效益的正常發揮及國家和人民的財產安全，通過對孟家店水庫這座小(2)型病險水庫的死水位的復核和對除險加固后洪水成果的計算分析，表明對水庫進行除險加固對確保水庫安全運行是十分必要的。

[1]李浩.莫家溝水庫除險加固工程設計[J].中國科技信息，2011(13)：45-46.

[2]郭文斗.般若院水庫除險加固工程設計[J].河北水利，2007(06)：38-39.

[3]徐麗娜.淺談小型水庫除險加固設計注意事項[J].價值工程，2011(05)：85-86.

[4]武樂志.塔城地區平原地區病險水庫預防處理措施綜述[J].中國西部科技，2008，36(09):29-32.

[5]唐雪雙,趙飛.中、小型病險水庫除險加固工程措施剖析[J].黑龍江水利科技,2006，34(04):235.

[6]王維.病險水庫除險加固問題探討[J].中小企業管理與科技：上半月，2008(05):14-15.

[7]和麗清,張仕紅,柴正先.淺談如何有效處理水庫除險加固問題[J].經營管理者，2010(13):364.

[8]柳湘平,高春鳳,楊淑梅.加快病險水庫除險加固工程建設[J].黑龍江水利科技，2010，38(03):231-232.

[9]李銳.綏化分局小型病險水庫險情分析及除險加固建議[J].現代化農業，2009(11):25-27.

[10]任玉秋,王亞亮.水庫除險加固建議與實施[J].中國新技術新產品，2009，38(03):50.

[11]鄒洪臣,王世忠.病險水庫除險加固的幾點意見[J].中國新技術新產品，2010(07):65.

1007-7596(2014)01-0088-03

2013-11-01

彭博(1983-)，女，遼寧鞍山人，助理工程師，研究方向為水利工程施工、水資源、水庫除險加固等；程海英(1968-)，女，遼寧錦州人，高級工程師，研究方向為農田水利、水土保持、水利監理等。

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