东莞市三坑水库枢纽工程安全评价分析及处理建议.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER172第 40卷第 4期0 引言水库枢纽工程不仅能系统解决流域防洪、区域供水等关键性问题，更能整体提升区域生态涵养能力和生态景观水平，为打造“幸福河湖”诗画风光带提供新的支撑1。三坑水库枢纽工程位于东莞市清溪镇上元村委会以北，集雨面积5.3 km2，总库容 380104 m3，属于小（1）型工程。水库按 100 年一遇超标准洪水设计，1 000 年一遇洪水标准校核。枢纽工程由大坝、输水涵管以及溢洪道 3 个主要建筑物构成，其中大坝属于均质土坝，坝顶长 150 m、宽 8 m，坝顶高程 91.93 m，最大坝高 34 m；溢洪道建于大坝东面，为有闸控制宽顶堰型式，堰顶净宽 12.6 m，最大泄量为163.25 m3/s；输水涵管一段为直径 1 m 的钢管，一段为 1.0 m1.5 m（净宽 净高）的钢筋混凝土方涵。该水库枢纽工程由于建设年代久远，受制于当时的投资水平，整体建设质量不高，经多年运行后易出现病险隐患。为保证枢纽工程防洪兴利效益的稳定发挥，有必要开展安全评价工作。1 安全鉴定1.1 现场安全检查及检测根据水库大坝安全鉴定办法2、SL 258-东莞市三坑水库枢纽工程安全评价分析及处理建议罗小林（东莞市水利勘测设计院有限公司，广东 东莞 523000）摘要：水库枢纽工程运行可靠与否直接关系到流域防洪、区域供水安全等问题。东莞市三坑水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水涵管 3 个部分组成，经多年运行后存在一定病险隐患。为保证枢纽工程防洪兴利效益的稳定发挥，有必要开展安全评价工作。对三坑水库各分项性能进行了复核评价，最终评价大坝安全性为二类坝。在安全评价基础上，提出了相关处理措施建议供主管部门采纳和决策。关键词：水库枢纽工程；大坝；溢洪道；安全评价中图分类号：TV61文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)04-0172-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.042Safety Evaluation Analysis and Treatment Suggestions for Sankeng Reservoir Hub Project in DongguanLUO Xiaolin(Dongguan Water Resources Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Dongguan 523000,China)Abstract:The reliability of the operation of the reservoir hub project is directly related to issues such as flood control in the basin and regional water supply safety.The Sankeng Reservoir Hub Project in Dongguan City consists of three parts:a dam,a spillway,and a water conveyance culvert.After years of operation,there are certain risks and hazards.It is necessary to carry out safety evaluation work to ensure the stable play of flood control and profit benefits in hub projects.The performance of each sub item of Sankeng Reservoir is reviewed and evaluated,and the final evaluation of the dams safety is classified as a Class II dam.Based on the safety evaluation,relevant handling measures and suggestions have been proposed for the competent department to adopt and make decisions.Keywords:reservoir hub engineering;dam;spillway;safety evaluation收稿日期：2023-06-06作者简介：罗小林（1990-），男，广西梧州人，工程师，主要从事水文与水资源工程研究工作。*罗小林 东莞市三坑水库枢纽工程安全评价分析及处理建议1732017水库大坝安全评价导则3的要求，对水库枢纽工程进行了全面细致的现场检查，具体情况如下。1）水库大坝坝址位于库区南面，坝型为均质土坝。坝顶路面为杂填土含碎石压实路面，路面基本平整，无明显裂缝、异常变形等；防浪墙整体性良好，未见开裂、倾斜等迹象。迎水坡混凝土护面基本完整，表面平整，无开裂及滑动迹象，但局部存在老化裂纹。背水坡坡面种植草皮，未见明显隆起、塌陷等现象，排水系统完整通畅。背水坡坡脚排水槽基本完整，未见其他异常渗水。大坝无坝体浸润线、位移、变形、渗流量等安全监测设施。2）水库溢洪道建于大坝东面，为有闸控制宽顶堰，闸门为直拉式钢筋混凝土闸门，并配备螺杆式电动启闭，有备用电源，目前运行状况良好。溢洪道主体结构基本完好，其上、下游挡墙无倾斜、沉陷，底板无开裂、淤塞等现象。溢洪道无相关变形、位移、泄量等方面的安全检测设施。3）水库输水涵管由钢管和钢筋混凝土方涵组成，涵底高程为 58.93 m。入口处启闭机螺杆润滑较好，经现场试运行，处于正常可运行状态。经现场检查，进水塔、涵管及工作桥均能正常运行。1.2 安全监测资料分析大坝安全监测资料分析的目的是通过对水位、气温、降水量等环境量与变形、裂缝开度、应力应变、渗流压力、渗流量等监测资料的分析，评估大坝安全性态是否正常或发生转移4。分析结果表明：水库枢纽目前只有环境量监测中的水位监测，除此之外无其他监测设施。2 安全评价2.1 防洪能力复核三坑水库溢洪道为有闸控制，最高汛期限制水位由当地管理部门根据清溪镇洪水防御方案来确定不同时期的汛限水位。当来水流量小于汛期限制水位的下泄能力时，控制下泄流量等于来水流量，维持汛期限制水位运行；当来水流量大于限制水位的下泄能力时，闸门全开以保证洪水宣泄，且库水位逐渐抬升。当下泄流量逐渐减小时，库水位同步降低至汛期限制水位，最后关闸保持汛期限制水位。从安全角度考虑，采用水库正常蓄水位 87.61 m 为起调水位进行库区调洪演算，调洪成果见表 1。复核结果表明：三坑水库总库容介于100104 m3至 1 000104 m3之间，属于小（1）型水库，枢纽主体工程等别属等，永久性主要建筑物为 4 级，次要建筑物为 5 级；水库防洪标准为 100 年一遇洪水设计，1 000 年一遇洪水校核，不同库容及水位皆见表 1。表 1 三坑水库复核调洪成果表频率P/%洪峰流量/（m3/s）最高库水位/m最大库容/104m3最大下泄流量/（m3/s）削峰流量/（m3/s）0.122088.61509.8104116116588.18490.28283214888.07485.476.871.2513887.96480.271.166.91010887.81474.164.443.6基于调洪演算成果，根据 SL 274-2001碾压式土石坝设计规范5，水库静水位加坝顶超高即为坝顶高程值，其中坝顶超高应按式（1）计算：Y=R+e+A （1）式中：Y坝顶超高，m；R波浪爬高，m；e风壅增水高度，m；A安全加高，m。坝顶高程分别按以下情况进行计算后取其最大值：正常蓄水位或设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。坝顶计算高程复核成果见表 2，结果表明：设计与校核工况下大坝堤顶高程均满足防洪要求。综上，根据 SL 258-2017水库大坝安全评价导则，三坑水库大坝防洪安全性为 A 级。表 2 大坝坝顶高程复核成果表m工况项目频率P=1%工况项目频率P=0.1%设计工况波浪爬高0.959校核工况波浪爬高0.609风雍水面高度0.005风雍水面高度0.002安全加高0.5安全加高0.3坝顶超高1.46坝顶超高0.91水位88.18水位88.61计算相应坝顶高程89.64计算相应坝顶高程89.52现状坝顶高程91.93现状坝顶高程91.93现状防浪墙顶高程92.37现状防浪墙顶高程92.37是否满足满足是否满足满足174云南水力发电2024 年第 4 期2.2 渗流安全评价由于大坝坝体为均质土坝，经长期运行后，坝体填土力学指标已经发生改变，故需进行坝体渗流稳定性分析。分析方法采用北京理正软件库中的渗流分析模块来计算整体渗流场6，渗流计算断面如图 1。基于不同水位在运行中出现的各种不利组合，计算工况包括：上游不利低水位与下游相应的水位；上游正常蓄水位与下游相应的水位；上游设计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位；库水位降落期上游坝坡稳定最不利的情况。常蓄水位稳定渗流期、设计洪水位稳定渗流期、校核洪水位稳定渗流期、正常蓄水位下降至死水位非稳定渗流期的计算工况下，上游坡的抗滑稳定安全系数均满足规范要求；在不利低水位稳定渗流期、正常蓄水位稳定渗流期、设计洪水位稳定渗流期计算工况下，下游坡的抗滑稳定安全系数基本满足规范要求；在校核洪水位稳定渗流期计算工况时，下游坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求，大坝现场检查亦未发现明显裂缝及位移等现象，因此认为大坝在结构上是安全的7。2）经计算，溢洪道排洪渠挡墙抗滑稳定不满足稳定要求，但考虑到水库溢洪道正常运行多年，且近年无险情出现，因此不考虑挡墙抗滑稳定问题。由于现状下游消力池无完整消力池结构，池底由现状破碎岩层构成，建议新建消力池。3）通过对输水涵管内部采用管道检测摄像系统进行 CCTV 视频检测，结果表明涵管内部整体状况良好，无明显结构性及功能性缺陷。综上所述，结合复核结果及大坝实际运行情况，三坑水库大坝结构安全综合评价为 B 级。2.4 抗震安全评价工程场地地震动峰值加速度 0.05g，地震基本烈度为 VI 度，场地土以中硬土为主，地震动反应谱特征周期为 0.35s。由于水库枢纽历史地震震级较低，发生破坏性地震的可能性不大，且场地地震活动水平较低，不具备中、强地震的地质条件，所在区域比较有利于工程的建设。综上，考虑水库大坝遭遇地震破坏的可能性很小，故不对其进行抗震安全评估。2.5 金属结构安全评价三坑水库枢纽工程主要金属结构包括大坝放水涵控制闸及其启闭设备。大坝放水涵设置平板钢筋混凝土闸门两扇（1 扇为工作闸门，1 扇为检修闸门），工作闸及检修闸各配套电动单吊点螺杆式启闭机一台。配电设备为：放水涵闸设置两个开关盒、1 个控制箱。现场检查情况为：工作闸门及检修闸门现状良好，两扇闸门目前运行正常，无漏水情况，闸门均未达到规范中对螺杆式启闭机的报废标准要求；放水涵闸工作闸门螺杆式启闭机可以正常运行，启闭机螺杆采用润滑图 1 大坝渗流计算断面简图?渗流计算成果见表 3，结果表明：大坝坝体填土可能发生的渗透破坏形式为流土，允许水力坡降 J允许=0.39 0.48，临界水力坡降Jcr=0.79 0.97。根据渗流计算结果，水库在正常、设计、校核水位形成稳定渗流场的情况下，大坝坝体渗流逸出段最大水力坡降 0.83J允许。大坝各工况下，理论浸润线较合理，逸出高度低于排水棱体顶部，渗水经下游反滤体由砌石棱体排出，因此发生渗透破坏的可能性很小；结合现场调查情况，水库大坝未发现明显管涌和流土等现象。综上所述，三坑水库渗流安全综合评价为 B 级。表 3 大坝渗流计算成果表计算工况水位逸出点高程/m逸出段最大水力比降下游单宽渗流量/（m3/dm）上游下游不利低水位79.9371.8672.860.330.077 78正常蓄水87.6171.8672.860.770.180 75设计洪水88.1871.8672.860.810.190 25校核洪水88.6171.8672.860.830.196 47水位降落87.6171.2071.8672.860.700.162 42 注：坝坡排水棱体顶高程为 73.85m。2.3 主体结构安全评价1）大坝主体结构安全由坝坡稳定理论计算结果可知，水库大坝在不利低水位稳定渗流期、正罗小林 东莞市三坑水库枢纽工程安全评价分析及处理建议175脂保护无锈蚀。启闭设备机身、金属构件均有涂料防锈蚀，设备整体保护良好，未见有锈蚀情况，未达到规范中对螺杆式启闭机的报废标准要求。综上，金属结构安全性综合评价为 B 级。2.6 枢纽工程安全综合评价结合工程质量、运行管理等专项复核评价，各分项评价结果见表 4。根据 SL 258-2017水库大坝安全评价导则 中对水库大坝及其附属建（构）筑物的分项安全性等级评价规定，其中安全性级别为 A 的有 1 项、B 的有 3 项，工程质量基本合格、运行管理较规范。综合各项安全性评价结论，水库大坝工作状态基本正常，虽然存在一些问题，但可以通过加大维护力度并加强监控的综合措施来保证大坝安全运行，因此水库大坝安全性综合评价为二类坝。表 4 水库枢纽分项安全评价等级表序号评价项目安全级别1工程质量评价基本合格2运行管理评价较规范3防洪能力复核A 级4渗流安全评价B 级5主体结构安全评价B 级6金属结构安全评价B 级3 问题及处理建议根据上述安全评价分析，三坑水库枢纽工程目前主要存在问题如下：大坝及其附属建（构）筑物检查监测设施较少；大坝迎水面混凝土护面基本完整，但存在一定程度老化，多处见细小裂纹；溢洪道下游段无完整消力池结构，无法保证消能完整性；水库建成后运行至今，部分区域存在淤积现象，使水库死库容减少。根据大坝安全评价结论及现场安全检查情况，为消除大坝安全隐患，避免洪水灾害和险情的产生，最大程度发挥水库效益，建议制定针对性处理措施如下：大坝近期应在加强监控条件和降低防洪标准的情况下运行；建议落实和加强水库的日常维护管理，定期清除大坝迎水坡混凝土护面分缝中的杂草，并重新进行填缝处理；建议定期对涵管做 CCTV 视频检测，一旦出现问题可以尽早发现和解决；由于现状下游消力池无完整消力池结构，池底由现状破碎岩层构成，建议新建消力池，削弱水流对下游渠道的冲击能力；大坝安全监测是了解大坝运行状况最直接有效的方法，因此建议增设变形、位移等监测项目；建议每隔 6 10 a 对水库进行 1 次安全评价，及时了解大坝运行情况，从而保证大坝安全高效运行。4 结束语对三坑水库进行现场安全检查及监测资料分析基础上，对水库各分项性能进行了复核分析，最终评价大坝安全性为二类坝，说明该枢纽工程整体运行性态基本正常，但存在工程质量缺陷和安全监测等管理设施不完善、养护不到位等问题。后续水库管理部门应基于安全评价结论及相关建议，采取针对性处理措施来保证大坝的可靠、稳定运行。参考文献：1戴淑君.黄坦水库大坝安全评价及治理对策分析J.水利科技与经济，2022,18（8）:85-87.2水利部水建管2003271 号水库大坝安全鉴定办法S.3SL 258-2017 水库大坝安全评价导则S.4 蒋晓林，董秋艳.西大坡水库安全评价探究 J.黑龙江水利科技，2016，44（5）:167-168.5SL 274-2001 碾压式土石坝设计规范S.6张丛彭，杨旭，雷鸣，等.湖南怀化晒口水库安全评价分析J.华中师范大学学报：自然科学版，2021，55（2）:204-209.7张荣宇.安全生产标准化在新建中型水库实施中的思考J.云南水力发电，2022,38（12）:278-281.