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容較多，主要包括運行管理[2～3]、壩體結構[4～5]、金屬結構[6～7]等。結合前人研究成果，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 水庫防洪復核

2.1 設計洪水計算

水庫所在區域多年平均最大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。

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

表1 降雨～徑流關系表 單位：mm

以不同的設計標準的最大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《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，根據當地水文氣象資料的收集，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分布有較多的水庫，在水庫洪水計算過程中應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。

古城水庫起調水位為82.00 m，庫容～水位～泄量關系見,2。

表2 古城水庫庫容- 水位- 泄量關系

采用圖表法推演不同頻率下古城水庫調洪結果，調洪推演見圖2。

圖2 調洪推演圖

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

2.3 防洪安全復核

根據防洪安全計算結果，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 防洪安全復核結果 單位：m

3 大壩變形、破損復核

1）壩頂

大壩壩頂未出現裂縫及異常變形，同時壩頂較為平整無積水、植物滋生現象。

2）迎水坡

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

3）背水坡及壩趾

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

4）壩基

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

4 壩體結構安全復核

4.1 抗滑安全分析

4.1.1 計算工況

根據水庫運行條件，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定計算模塊基于圓弧法計算壩體的穩定性。

4.1.3 計算結果

穩定計算成果見表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 壩坡穩定計算結果

圖3 最危險滑弧

4.2 滲流安全分析

4.2.1 計算工況及參數滲流計算工程水位組合見表5，參數取值見表6。

表5 計算工況 單位：m

表6 滲流計算參數

4.2.2 計算結果

滲流計算結果見表7。

表7 滲流計算結果

4.3 溢洪道安全復核

溢洪道位大壩左側，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，其余為土質邊坡。溢洪道上部交通橋寬7 m，長33 m，為5 孔板橋，有護輪帶，安全防護性較好。

5 結論

（1）水庫大壩現狀壩頂高程滿足防洪要求。根據現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，變形規律正常，無危及安全的異常變形。近壩岸坡未發現坍塌破壞，基本穩定。壩基經過除險加固處理，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）針對大壩現狀提出建議如下：完善大壩水文及變形觀測設施；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施。