崮山水庫除險加固后溢洪閘泄洪能力分析

韓保國，劉春曉

（威海市崮山水庫管理處，山東 威海 264300）

崮山水庫位于威海市經濟技術開發區崮山鎮西村西南1 km 處，控制流域面積90.3 km2，總庫容 2 505 萬 m3，興利庫容 1 500 萬 m3，死庫容100 萬m3。正常蓄水位24.60 m，死水位14.20 m。崮山水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，是威海市重要的水源地。2018 年10 月崮山水庫開始進行除險加固工程建設，2019 年7 月26 日大壩、放水洞、溢洪（閘）道三大主體工程竣工，完成蓄水驗收，溢洪閘正式下閘蓄水。

1 存在的主要問題

1.1 大壩壩體

大壩壩體填筑壓實度，現場勘查心墻干密度小于1.7 g/cm3，不滿足現行規范要求；上、下游壩坡高程17.0 m 以上壩殼填土為粉土質中細沙，其密度、內摩擦角、滲透系數均不滿足沙礫石填筑料質量技術要求；壩基砂層厚6～10 m 存在液化可能；上游干砌石護坡不滿足規范要求，干砌石護坡塊石底面較小且形狀不規則，側面接觸面積小，容易產生塊石松動，外觀檢查發現水位變動帶存在明顯的砌石松動、翹起、塌陷現象。

1.2 溢洪閘啟閉設備

水庫壩址原基本地震烈度設計為6°區，新的地震圖譜顯示在7°區，抗震標準提高，溢洪閘閘室、邊墩、上下游邊墻結構抗震安全性不滿足規范要求；左邊墩下游邊坡變形和滲漏嚴重，底板局部存在剝蝕、凍融現象，機架橋板存在裂縫，機架橋梁為預制組裝結構，不利于抗震安全；啟閉機使用20 多年，啟閉設施及電氣設備老化，機殼漏油，閘門止水橡膠老化，有2 孔閘門漏水嚴重；溢洪閘未設置檢修閘門及閘門槽，無相應啟閉設備，無檢修橋（臺），工作閘門故障時無法進行檢修，不符合規范要求。

1.3 放水洞

放水洞為內徑1.0 m 預制鋼筋混凝土圓管，工作閘門為1.0 m×1.0 m 平板鋼閘門、卷揚機啟閉，多年銹蝕、變形、配重不足，導致閘門無法正常啟閉；消力池長度僅有8 m，不滿足規范要求，且高墻砌石結構抗震安全性不足；洞身鋼筋混凝土強度和抗裂性能不滿足規范要求，洞內混凝土局部剝蝕、滲水，有白色析出物；啟閉設備及電氣設備老化嚴重，無法正常工作。

1.4 監測與設施

大壩監測與管理設施不完善。壩坡人工水位觀測水尺破損、不完善，缺少自動水位觀測設備；大壩在樁號 0+153、0+233、0+313 斷面設有壩體測壓管、無壩基測壓管，無自動觀測設施，管口缺少保護裝置；溢洪道中墩無滲壓觀測，邊墩無繞流測壓管，溢洪道、放水洞均無沉陷位移標點；無中控室，視頻監控系統不完善。

2 加固前后溢洪閘位置結構型式

2.1 加固前

溢洪道為河岸開敞式，位于大壩右端東側，通過裹頭、右岸南北墻與大壩連接，溢洪閘為直線布置得寬頂堰，溢洪道軸線與大壩軸線交角約為76°。溢洪道由進水渠、溢洪閘、泄槽、消力池、出水渠組成。溢洪道進口呈喇叭形，加固前溢洪閘位于喇叭開口端，為4 孔凈寬10 m 徑向弧形布置的WES 實用堰，堰頂高程19.2 m。

2.2 加固后

結合溢洪閘移址重建，對溢洪道及兩岸邊墻拆除重建，對右壩頭南北墻高墻段及漸變段進行加固處理。改建后墻體由砌石結構改為C35 鋼筋混凝土結構，墻后回填拋石混凝土和壤黏土并通過護坡和現狀地面連接。加固后的溢洪道由進水渠、溢洪閘、泄槽、二級消能防沖設施、出水渠組成。

加固后維持溢洪道縱軸線不變，在喇叭口末端新建鋼筋混凝土開敞式溢洪閘，順水流方向長22 m（閘墩上分別布置檢修橋、機架橋、交通橋），橫向為直線布置3 孔凈寬8 m 的寬頂堰，（閘底）堰頂高程15.5 m，閘室設弧形工作閘門。泄槽寬度由25 m 調整為27 m。相比較加固前溢洪閘軸線向下游平移52 m。閘室上游設檢修橋寬1.5 m，增加檢修閘門，閘門為5 節8 m×1.5 m 疊梁式平面鋼閘門，設置1 臺起吊設備。

2.3 溢洪閘室位置的確定

1）溢洪閘閘基座于中風化黑云斜長片麻巖之上，巖體堅硬，力學強度高，穩定性好，抗沖刷能力強，工程地質條件優越。2）溢洪道兩岸邊坡主要為巖質邊坡，未發現不利于邊坡穩定的構造組合，邊坡穩定性較好。3）場區地下水對混凝土無腐蝕性。

2.4 溢洪閘特性比較

崮山水庫溢洪閘除險加固前后工程特性比較見表1。

3 溢洪閘泄洪能力分析

3.1 溢洪閘調度運用方式

根據《水利水電計算手冊》，閘底板為寬頂堰時，0.1＜e/H≤0.65，為孔流；e/H＞0.65，為堰流。

閘孔出流計算：

式中：δs為淹沒系數，自由出流時取 1.0；u0為流量系數；e 為閘門開啟高度，m；n 為閘門孔數；b 為單孔凈寬，m。

表1 崮山水庫溢洪閘除險加固前后工程特性表

敞泄堰流計算：

式中：m 為堰流流量系數；ε 為閘墩側收縮系數；B 為閘門總凈寬，m。

3.2 溢洪閘加固前后敞泄能力分析

崮山水庫溢洪閘敞泄堰流優化后計算公式Q=mBH3/2，流量系數m=1.9，B 加固前后分別是40 m，24 m。選取水庫汛期控制運用方案中三個特征值，汛中限制水位21.80 m，允許超蓄水位22.75 m，興利水位24.60 m 三種工況泄流能力進行比較，結果見表2。

表2 加固前后汛中限制水位、超蓄水位、興利水位計算結果

4 結 語

1）新建溢洪閘的泄洪能力在不同水位較加固之前增加30%～100%，可更好地應對較大洪水。

2）溢洪閘位置、型式更加優化，實際工作中更方便操作；采用弧形鋼閘門，啟閉力減小50%，動力保障率更加可靠。

3）在汛期控制運用實際工作中應進一步研究熟悉溢洪閘閘孔出流泄洪規律，在上級防汛指揮部門領導下，嚴格遵守水庫汛期控制運用方案，適時適量開啟溢洪閘調洪，保護崮山水庫上下游人民群眾生命財產安全。