鄒平市古城水庫安全檢測分析

李 濤

（山東省鄒平市水利局，山東 鄒平256200）

1 引言

水庫在長期使用過程中安全性會發(fā)生改變，正確評價水庫安全性具有十分重要的意義[1]。水庫安全評價涉及內(nèi)容較多，主要包括運行管理[2～3]、壩體結(jié)構(gòu)[4～5]、金屬結(jié)構(gòu)[6～7]等。結(jié)合前人研究成果，以鄒平市古城水庫為例，對小型水庫安全檢測進行分析。

古城水庫坐落于淦溝河上游，建于1959 年，屬于孝婦河流域，流域面積45 km2，主壩長243.0 m，壩頂高程86.6 m，防浪墻墻頂高程87.6 m，壩型為均質(zhì)土壩。溢洪道上建有漿砌石溢洪閘5孔，每孔凈寬4.5 m，閘門尺寸為4.5 m×2.5 m，閘底板高程82.0 m。水庫校核洪水位85.25 m；興利水位84.50 m。

2 水庫防洪復(fù)核

2.1 設(shè)計洪水計算

水庫所在區(qū)域多年平均最大24 h 降雨量為80.0 mm。查閱《山東省水文圖集》，P=3.33%、P=0.333%最大24 h 降雨量分別為191.20 mm、310.4 mm。

根據(jù)超滲徑流原理計算設(shè)計凈雨，降雨～徑流關(guān)系采用P+Pa～R 的形式表現(xiàn)。前期影響雨量Pa 取40 mm。降雨～徑流關(guān)系見表1。

表1 降雨～徑流關(guān)系表 單位：mm

以不同的設(shè)計標準的最大24 小時暴雨的75%，加上前期雨量Pa,由此求得30 年一遇P+Pa=191.2×75%+40=183.4 mm，求得R 為95.06 mm。300 年一遇P+Pa=310.4×75%+40=272.8 mm，求得R 為175.52 mm。

2.2 洪水過程

根據(jù)《山東省水文圖集》M1 公式，不同頻率洪水過程見圖1。

圖1 洪水過程曲線

洪水總量W 采用下式計算：

式中：W 為洪水總量；hR為凈雨量。

流域總面積為45 km2，根據(jù)當?shù)厮臍庀筚Y料的收集，古城水庫流域降雨量hR為95.06 mm（P=3.33%）、175.52 mm（P=0.333%），洪水總量W 為427.77×104m3（P=3.33%）、789.84×104m3（P=0.333%）。同時需要考慮上游水庫的攔蓄作用，其中上河水庫攔蓄26.4×104m3，佛生水庫攔蓄12×104m3，郭莊水庫攔蓄10.4×104m3，望京水庫攔蓄6.4×104m3，北園水庫攔蓄14×104m3，大房水庫攔蓄27.5×104m3，西河水庫攔蓄20×104m3，淄博市丁家水庫攔蓄16.57×104m3。古城水庫控制流域范圍內(nèi)分布有較多的水庫，在水庫洪水計算過程中應(yīng)當充分考慮各個水庫的攔蓄作用，通過分析獲取古城水庫的洪水總量，分別減去古城水庫上游各水庫的攔蓄水量，獲取古城水庫的洪水總量。計算得到古城水庫洪水總量為294.5×104m3（P=3.33%）、656.57×104m3（P=0.333%）。因此，最大洪峰流量Qm=141.84 m3/s（P=3.33%）、299.44 m3/s（P=0.333%）。

溢洪道泄量計算方法如下：

式中：B 為溢洪道寬度；h 為堰上水深。

古城水庫起調(diào)水位為82.00 m，庫容～水位～泄量關(guān)系見,2。

表2 古城水庫庫容- 水位- 泄量關(guān)系

采用圖表法推演不同頻率下古城水庫調(diào)洪結(jié)果，調(diào)洪推演見圖2。

圖2 調(diào)洪推演圖

30 年一遇溢洪道安全下泄流量為120.01 m3/s，調(diào)洪庫容為47.46×104m3，設(shè)計水位為83.92 m；300 年一遇溢洪道安全下泄流量為263.5 m3/s，調(diào)洪庫容為81.93×104m3，設(shè)計水位為85.25 m。

2.3 防洪安全復(fù)核

根據(jù)防洪安全計算結(jié)果，各種工況下的水位見表3，從表中可知正常、P=3.33%、P=0.333%、地震工況下的防洪安全復(fù)核水位，各工況的方洪水水位分別為：85.69 m、86.24 m、85.62 m、85.49 m，壩頂及防浪墻高程分別為86.6 m 和87.6 m 滿足防洪安全高程要求。

表3 防洪安全復(fù)核結(jié)果 單位：m

3 大壩變形、破損復(fù)核

1）壩頂

大壩壩頂未出現(xiàn)裂縫及異常變形，同時壩頂較為平整無積水、植物滋生現(xiàn)象。

2）迎水坡

迎水坡為混凝土預(yù)制塊護坡，坡比為1∶2.5，通過現(xiàn)場檢查護坡質(zhì)量好，未出現(xiàn)裂縫、滑動等變形破壞跡象。同時由于古城水庫已經(jīng)多年未蓄水，故無法查明是否有冬季凍脹、旋渦、壩面冒泡等現(xiàn)象。

3）背水坡及壩趾

壩體背水坡未采用護坡，在壩后設(shè)計有排水溝但壩腳沒有排水體。背水坡和壩趾結(jié)構(gòu)完整，未出現(xiàn)裂縫、滑動等現(xiàn)象，由于水庫多年未蓄水以及大壩檢測季節(jié)原因造成無法判斷是否會出現(xiàn)流土、管涌等現(xiàn)象。

4）壩基

均質(zhì)土壩壩體與岸坡連接較好，未出現(xiàn)錯動、開裂現(xiàn)象。同時，古城水庫多年處于干旱狀態(tài)，無法直接檢驗壩基滲流情況。壩端區(qū)域未出現(xiàn)裂縫、塌岸、蟲洞等破壞現(xiàn)象。

4 壩體結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

4.1 抗滑安全分析

4.1.1 計算工況

根據(jù)水庫運行條件，確定計算工況如下：

（1）正常運行工況：上游正常蓄水位84.50 m（興利水位），下游78.4 m，計算下游壩坡；

（2）非常運行情況Ⅰ：庫水位由校核洪水位85.25 m，降落至死水位81.66 m 時的上游壩坡；

（3）非常運行情況Ⅱ：正常運行+7 度地震，庫內(nèi)水位84.50 m（興利水位），庫外水位平下游地面78.4 m，計算上、下游壩坡。

4.1.2 計算斷面及計算方法

選用大壩樁號0+059 斷面（最大壩高斷面）進行穩(wěn)定計算，斷面下游緊鄰溢洪道，為古城水庫大壩危險的典型斷面。

采用理正巖土軟件的滲流穩(wěn)定計算模塊基于圓弧法計算壩體的穩(wěn)定性。

4.1.3 計算結(jié)果

穩(wěn)定計算成果見表4，各工況最危險滑弧示意圖見圖3。計算中使用坐標原點：上游壩肩坐標為X=0.00 m、Y=0.00 m，X軸向上游為正，Y 軸向下為正。

表4 壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果

圖3 最危險滑弧

4.2 滲流安全分析

4.2.1 計算工況及參數(shù)滲流計算工程水位組合見表5，參數(shù)取值見表6。

表5 計算工況 單位：m

表6 滲流計算參數(shù)

4.2.2 計算結(jié)果

滲流計算結(jié)果見表7。

表7 滲流計算結(jié)果

4.3 溢洪道安全復(fù)核

溢洪道位大壩左側(cè)，為開敞式溢洪道，進口底高程82.00 m。下游段有漿砌石消力池，部分漿砌石護坡和護底，其余為土質(zhì)邊坡。溢洪道上部交通橋?qū)? m，長33 m，為5 孔板橋，有護輪帶，安全防護性較好。

5 結(jié)論

（1）水庫大壩現(xiàn)狀壩頂高程滿足防洪要求。根據(jù)現(xiàn)場檢查及運行管理情況分析，古城水庫大壩滲漏輕微，壩基滲漏、繞壩滲漏均不嚴重。

（2）大壩壩體滿足抗滑要求，變形規(guī)律正常，無危及安全的異常變形。近壩岸坡未發(fā)現(xiàn)坍塌破壞，基本穩(wěn)定。壩基經(jīng)過除險加固處理，基本不存在地震液化的可能性；大壩滿足抗震要求，但缺乏抗震措施。

（3）針對大壩現(xiàn)狀提出建議如下：完善大壩水文及變形觀測設(shè)施；完善水庫管理措施，延長水庫壽命；完善溢洪道護底及消能設(shè)施。