小望海水庫提高防洪標準的方案比選與工程設計

孫繼會

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

小望海水庫提高防洪標準的方案比選與工程設計

孫繼會

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

遼寧省營口市鲅魚圈區的小望海水庫由于年久失修，長期處于帶病運行狀態，亟需進行除險加固。文章結合小望海水庫的現狀，提出三個提高防洪標準的可行方案，然后經泄流、調洪演算和壩高等試算和比選，確定了提高防洪標準的最優方案，并對相應的溢洪道工程設計進行了簡要闡述。

小望海水庫；除險加固；方案比選

1 水庫概況

小望海水庫位于營口市鲅魚圈區小望海村境內的沙河上，控制流域面積約15.34 km2，是一座集防洪、灌溉和供水功能為一體的小Ⅱ型河道水庫。水庫下游分布有宋家屯、龍王廟和芹菜洼等三個行政村，人口8300余人，耕地近340 hm2，地理位置十分重要。小望海水庫于20世紀70年代建成投運，現狀正常蓄水位27.94 m，相應庫容為17.3萬m3。

小望海水庫的主要水工建筑物為大壩、溢洪道和輸水隧洞。其中，水庫的大壩為均質土壩，為近似東西走向布置，壩頂高程29.3 m，壩長257.4 m，最大壩高17.5 m，壩底寬28.4 m。水庫的溢洪道位于大壩的左壩肩，進口為埋設的DN800混凝土管道，進口高程27.94 m，溢洪道主體部分全長69 m，為土質明渠，底寬6.5 m。輸水洞位于大壩右岸，進口高程為20.70 m，洞身為壩下埋管，進口處設有控制閘門，最大泄流量為0.5 m3/s。

2 水庫現存的問題與加固的必要性

水庫大壩為均質土壩，現狀大壩的壩頂坑洼不平，迎水坡面的漿砌石和卵石護坡殘缺破損嚴重，背水面缺少排水設施，局部有較大的沖溝。由于水庫修建時沒有對壩基進行徹底清基，壩基部分區域存在2.3～5.6 m厚的卵石層，為中等透水性，成為大壩壩基滲漏的主要通道。水庫的溢洪道在村級公路修建過程中被填埋，僅在道路下面布設了一條混凝土管，嚴重影響了溢洪道泄流能力。溢洪道的泄槽為土質明渠，坡度較大且出口沒有消能結構。水庫的輸水洞控制閘門已經損壞，且洞身滲漏嚴重。水庫的防洪能力未能達到《防洪標準》(GB 50201-2014)規定要求[1]。

小望海水庫下游村莊密集，人口眾多。水庫建成以來，在灌溉和防洪方面曾經發揮了重要作用。經過多年運行，該水庫的病險情況日趨嚴重，不僅影響到水庫效益的發揮，還給下游帶來了一定的防洪安全隱患。對水庫進行除險加固，提高防洪標準已經刻不容緩。

3 提高防洪標準的方案比選

3.1 設計方案比選

根據小望海水庫的安全鑒定結果，其現狀防洪能力未能達到20 a一遇的設計洪水標準。提高小型水庫的防洪設計標準，主要有以下兩種工程措施：一是通過加高大壩增加水庫庫容，進而提高水庫的整體調蓄能力；二是對現有的溢洪道進行改造，提升水庫的下泄能力[2]。結合水庫大壩和溢洪道現狀，本次設計溢洪道進口混凝土管拆除并拓寬、下挖，提出如下三個預選方案。

3.1.1 方案一

僅對溢洪道進口部分進行深挖，深挖后的溢洪道進口高程26.2 m，底寬設計為6.0 m，邊坡坡度為1∶0.1。為了不影響交通，在溢洪道進口處新建一座跨度為8 m的交通橋，對溢洪道泄槽進行襯砌處理，提高溢洪道的過流能力。該方案預計投資36.2萬元。

依據寬頂堰公式進行泄流計算，計算公式如下。

(1)

式中：Q為流量，m3/s；m為寬頂堰流量系數；σs為淹沒系數；ε為側收縮系數；B為總凈寬，m；H為堰上總水頭，m；g為重力加速度，m/s2。

計算獲得的水位與泄流量之間的關系如表1所示，調洪演算成果如表2所示，由計算結果可知，在遭遇200 a一遇洪水的情況下，壩前最高水位為28.81 m，低于壩頂的最低高程29.3 m，壩頂高程符合防洪要求。該方案的優勢是開挖占地面積不大，溢洪道口的橋梁工程規模較小，整體投資費用較小；缺點是溢洪道下挖會降低水庫的興利庫容，施工期間會對溢洪道進口交通造成較大影響。

表1 方案一 水位泄量關系計算結果

表2 方案一 調洪演算成果

3.1.2 方案二

對溢洪道進口適當下挖，下挖后的進口高程設計為27.2 m，將底寬拓寬至16 m，溢洪道邊坡坡度設定為1∶0.1。在溢洪道進口處新建一座總長18 m的3跨交通橋，對溢洪道泄槽進行襯砌處理，提高溢洪道的過流能力。該方案預計需要投資62.4萬元。計算獲得的水位與泄流量之間的關系如表3所示，調洪演算成果如表4所示，由計算結果可知，在遭遇200 a一遇洪水的情況下，壩前最高水位為28.76 m，低于壩頂的最低高程29.3 m，壩頂高程符合防洪要求。該方案的優勢是具有較大的興利庫容，施工對溢洪道口交通的影響較小；缺點是溢洪道進口較寬，需要較大的開挖占地面積，新建橋梁工程較大，總體投資較大。

表3 方案二 水位泄量關系計算結果

表4 方案二 調洪演算成果

3.1.3 方案三

對溢洪道進口適當下挖，下挖后的進口高程設計為27.2 m，將底寬拓寬至10 m。為彌補溢洪道泄流能力不足，在壩頂新建防浪墻，溢洪道邊坡坡度設定為1∶0.1。在溢洪道進口處新建一座總長12 m的2跨交通橋，對溢洪道泄槽進行襯砌處理，提高溢洪道的過流能力。計算獲得的水位與泄流量之間的關系如表5所示，調洪演算成果如表6所示。由計算結果可知，在遭遇200 a一遇洪水的情況下，壩前最高水位為29.19 m，低于壩頂的最低高程29.3 m，經過壩頂超高計算，壩頂高程應為29.72 m，所以防浪墻高程設計為29.8 m即可滿足要求，該方案預計需要投資46.4萬元。該方案的優勢是具有較大的興利庫容，開挖占地面積相對較小，施工對溢洪道口交通的影響較小；缺點是需要在壩頂新建防浪墻，總體投資較大。

表5 方案三 水位泄量關系計算結果

表6 方案三 調洪演算成果

對以上三種方案的優缺點進行對比分析，結合經濟實用的原則，為了盡量增加興利庫容，同時盡量減少投資，本次研究推薦方案三作為除險加固施工中提升水庫防洪標準的方案。

3.2 溢洪道工程設計

3.2.1 進口段設計

根據設計方案三，溢洪道進口段底部高程為27.20 m。交通橋上游兩岸采用C20混凝土構筑八字斜降擋土墻結構。擋土墻的迎水面坡度設計為1∶0.5，背水坡面的坡度設計為1∶0.3。擋土墻的頂寬0.5 m，基礎埋深0.8 m。進口段底部采用厚度為20 cm的C20混凝土護砌。

3.2.2 泄槽段設計

在主體段施工中為減少土方開挖，在部分溢洪道泄槽段的兩側采用C20混凝土仰斜式擋土墻結構，迎水面坡度為1∶0.5，墻背坡度為1∶0.2，擋土墻的頂寬設計為0.3 m，基礎埋深 0.6 m；其余部分采用C20混凝土重力式擋土墻，其中迎水面為直墻，背水面坡度為1∶0.3，擋土墻的頂寬設計為0.3 m，基礎埋深0.6 m，底部采用厚度為20 cm的C20混凝土護砌。

3.2.3 出口段設計

消能方式設計為底流消能，采用綜合式消力池進行消能。依據《溢洪道設計規范》(SL 253-2000)中的相關計算公式進行設計參數計算，設計消力池長取8 m，池深1.2 m，池底板厚度為0.5 m[3]。

4 結 語

由于小望海水庫缺乏原始建設資料和水文資料，文章結合水庫現狀以及鲅魚圈區沿海地區的地質水文特點，經過計算與分析，對提高水庫防洪標準的備選方案進行比對，并給出了兼具防洪效益、興利效益和經濟效益的施工方案。對小型水庫的除險加固設計具有指導意義。

[1] 住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.防洪標準：GB 50201-2014[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2] 樊灝.五曲灣水庫除險加固工程防洪設施改造的分析和計算[J].山西水利科技,2010(3):71-73，78.

[3] 中華人民共和國水利部.水利水電工程等級劃分及洪水標準：SL 252-2000 [S].北京：中國水利水電出版社，2001.

孫繼會(1980-)，男，遼寧朝陽人，工程師，主要從事水利工程施工管理工作。E-mail:sjh123@163.com。

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