水電站河堤式副壩建筑物級別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的探討

任西平，劉善均，李歡,

（1.四川省電力公司，四川成都610041；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

0 概述

河堤式副壩是指水利水電工程中，從攔河大壩（或水閘）至水庫回水尖滅點(diǎn)范圍內(nèi)的庫區(qū)兩岸擋水護(hù)岸工程。水電站河堤式副壩除了減少庫區(qū)滲漏外，根據(jù)兩岸地形地貌的不同特征可以分為兩類，一類是水庫地處高山峽谷區(qū)，河谷呈“V”型，兩岸高陡，為防止崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害對水庫的威脅而采取的工程措施；一類是水庫地處低山或丘陵地區(qū)，呈開闊平坦的“U”型河谷，為形成水庫及保護(hù)兩岸的村鎮(zhèn)、土地、工礦企業(yè)而采取的工程措施。

筆者在水電站大壩蓄水安全鑒定中發(fā)現(xiàn)，在低山和丘陵地區(qū)修建的水利水電樞紐工程，對于庫區(qū)兩岸護(hù)岸工程的主要功能、水工建筑級別的劃分和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選取，各方都存在一定的爭議，本文旨在通過鑒定過程中的兩個(gè)工程實(shí)例，對此問題進(jìn)行分析和探討。

1 主要涉及規(guī)范

水電站河堤式副壩的設(shè)計(jì)等級及標(biāo)準(zhǔn)涉及部分國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（選用水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），其中有國家標(biāo)準(zhǔn)GB50199-94《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、GB50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》。

2 千佛巖水電站右岸副壩工程

千佛巖電站工程位于岷江的二級支流青衣江上，是青衣江干流河段梯級開發(fā)的第11級電站。電站為河床式開發(fā)，庫區(qū)內(nèi)河谷寬緩，兩岸階地不對稱發(fā)育。水庫正常蓄水位430.00 m，設(shè)計(jì)洪水位431.15 m，校核洪水位433.60 m，裝機(jī)容量102 MW，水庫總庫容2650萬m3。千佛巖電站工程為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。在蓄水安全鑒定時(shí)，專家組對右岸副壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提出了質(zhì)疑，與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了深入討論。

2.1 設(shè)計(jì)單位防洪標(biāo)準(zhǔn)確定

設(shè)計(jì)單位認(rèn)為，該段河堤式副壩（稱為“副壩”）的作用在于保護(hù)兩側(cè)的農(nóng)村、耕地及人口，屬于堤防性質(zhì)。堤防工程的級別應(yīng)按GB50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定[1]；堤防工程的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)江河防洪規(guī)劃和保護(hù)對象的重要性分析確定，對沒有整體防洪規(guī)劃河流的堤防或不影響整體防洪規(guī)劃的相對獨(dú)立的局部堤防，其洪水標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)保護(hù)對象的重要性按規(guī)范GB50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定[1]；堤防工程防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)確定[2]。以鄉(xiāng)村為主的防護(hù)區(qū)，當(dāng)防護(hù)區(qū)人口≤20萬或防護(hù)區(qū)耕地面積≤2萬ha時(shí)，該鄉(xiāng)村防護(hù)等級為Ⅳ等，對應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10～20年[3]。

工程庫區(qū)回水長度7.7 km，兩岸為耕地和農(nóng)戶，根據(jù)四川省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理暫行辦法規(guī)定以及本工程行洪論證報(bào)告（上級水利部門已批準(zhǔn)），庫區(qū)河段的防洪標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期10年；同時(shí)根據(jù)GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，確定該工程副壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期10年。

2.2 設(shè)計(jì)單位壩頂高程確定

經(jīng)設(shè)計(jì)分析，建庫后與天然情況下，重現(xiàn)期10年洪水位在CS9斷面處較為接近，右岸副壩末點(diǎn)設(shè)在CS9斷面附近。右岸副壩為混凝土面板碾壓砂卵石壩，水庫正常蓄水位430.00 m，安全加高0.50 m，波浪爬高+風(fēng)壅水面高度為1.86 m，故副壩起點(diǎn)壩頂高程可取432.36 m；CS9斷面建庫后重現(xiàn)期10年洪水位為433.43 m，本工程所在河段堤頂高程超高值按直接加1 m考慮，副壩末端壩頂高程可取434.40 m。設(shè)計(jì)將副壩布置為統(tǒng)一壩頂高程，即由副壩末端重現(xiàn)期10年洪水位控制壩頂高程，取434.40 m。

壩頂設(shè)1.20 m高防浪墻，壩頂高程取433.20 m，副壩末端壩頂高程由433.20 m漸變至原堤頂高程434.50 m，下游與樞紐銜接處通過混凝土重力壩漸變段連接，壩頂高程由433.20 m漸變至435.20 m。

2.3 蓄水鑒定單位爭議

鑒定過程中，專家組指出，水利水電工程建筑物的功能決定了其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，千佛巖水電站庫區(qū)屬于河道（槽）型水庫，副壩是水庫擋水壅水建筑物的有機(jī)組成部分，有兩個(gè)主要功能：（1）與其它主要建筑物一起壅水，形成電站的水庫，減少淹沒范圍；（2）保護(hù)庫岸后的居民、學(xué)校和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的防洪安全。專家組認(rèn)為該工程庫區(qū)右岸工程（即副壩）的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)過低，因此進(jìn)行了深入的分析。

2.3.1 建筑物級別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

水利水電工程永久性建筑物根據(jù)其重要性分為主要建筑物和次要建筑物，主要建筑物是指失事后將造成下游災(zāi)害或嚴(yán)重影響工程效益的建筑物，如堤壩、水閘、電站廠房及泵站等；次要建筑物指失事后不致造成下游災(zāi)害或?qū)こ绦б嬗绊懖淮蟛⒁子谛迯?fù)的建筑物，如擋土墻、導(dǎo)流墻及護(hù)岸等[4]。

千佛巖水電站水庫屬河道（槽）型水庫，泄洪沖沙閘、河床式發(fā)電廠房屬于主要建筑物，右岸副壩作為水庫壅水建筑的有機(jī)組成部分，按照前一功能，應(yīng)為3級建筑物，洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期50年。

2.3.2 河堤式副壩頂高程

右岸副壩的最下游端與攔河閘相接，副壩頂高程433.20 m，壩頂設(shè)1.2 m高防浪墻，防浪墻頂高程434.40 m，樞紐主體壩頂高程435.20 m，因此副壩防浪墻頂高程比攔河閘壩壩頂高程低0.8 m，副壩成為庫區(qū)防洪工程較為脆弱的一環(huán)。按樞紐主體閘壩及廠房的防洪要求，該高程是不夠的。

一般來說，河流的水面曲線沿水流方向逐漸降低，而該工程副壩（長約3 km）均采用統(tǒng)一高程，將導(dǎo)致下游設(shè)計(jì)不夠經(jīng)濟(jì)或上游頂部高程不滿足泄洪要求（后經(jīng)復(fù)核，副壩末端重現(xiàn)期10年洪水位高出434.40 m高程近5.0 m）。同時(shí)，副壩高程的確定應(yīng)考慮水庫“翹尾巴”和泥沙淤積等因素的影響，并且副壩后即為人口較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)田，應(yīng)留一定的防洪富余庫容。

2.3.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差異原因分析

設(shè)計(jì)單位和蓄水安全鑒定單位就該工程右岸副壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在較大的爭議，雙方都有各自的依據(jù)和理由，并有相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范作為支撐。設(shè)計(jì)單位認(rèn)為該河堤式副壩是擔(dān)負(fù)防洪任務(wù)的民防堤壩，根據(jù)GB50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及上級水利部門批準(zhǔn)的行洪論證報(bào)告確定其防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10年；鑒定單位根據(jù)副壩的擋水壅水功能認(rèn)為其屬于主要水工建筑物的性質(zhì)，根據(jù)SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，屬于3級水工建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期50年。

可以說，爭議的主要來源在于對這種河道（槽）型水庫河堤式副壩的功能認(rèn)定，造成同一工程的民用防洪標(biāo)準(zhǔn)和工程防洪標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)不一致。因?yàn)閷こ痰恼J(rèn)識不同，造成同一工程采用不同規(guī)范得出了不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在尚無相關(guān)的規(guī)程規(guī)范來調(diào)和這種矛盾，這是在低山丘陵地區(qū)修建水電站出現(xiàn)的新課題。

2.4 問題解決

為妥善解決爭議，鑒定單位和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了多次討論，并同初步設(shè)計(jì)審查專家和蓄水安全鑒定專家進(jìn)行了分析，最后認(rèn)為，雖然設(shè)計(jì)按照相關(guān)部門批準(zhǔn)的行洪論證報(bào)告及部分規(guī)范設(shè)計(jì)，但相對于攔河閘壩3級水工建筑物重現(xiàn)期50年的洪水標(biāo)準(zhǔn)，重現(xiàn)期10年標(biāo)準(zhǔn)偏低；對于河道（槽）型水庫，回水較長，本工程右岸副壩若同攔河閘壩統(tǒng)一設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，成本較高；該電站右岸副壩是為了建立攔蓄區(qū)的工程，屬于防護(hù)堤性質(zhì)，認(rèn)為是次要建筑物，建筑物級別為4級，故對應(yīng)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可采用洪水重現(xiàn)期30年，不進(jìn)行校核洪水設(shè)計(jì)。

鑒于工程已經(jīng)基本施工完畢，一方面要求設(shè)計(jì)單位復(fù)核重現(xiàn)期30年洪水的回水長度及高程，加高不符合標(biāo)準(zhǔn)的壩段；同時(shí)建議業(yè)主單位制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案，運(yùn)行期間要高度重視，加強(qiáng)監(jiān)測，如有異常，應(yīng)及時(shí)分析原因并采取有效措施。

3 吳家渡電航工程

吳家渡電航工程位于涪江干流上，水庫正常蓄水位395.00 m，裝機(jī)容量42 MW，屬三等工程，樞紐泄洪建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期50年，洪水重現(xiàn)期500年校核。工程區(qū)位于四川盆地中北部的淺丘地帶，河谷開闊平坦，為不對稱“U”型谷，兩岸漫灘及階地發(fā)育。為充分利用水能資源并減少淹沒損失，設(shè)防洪堤進(jìn)行保護(hù)，左岸防護(hù)堤的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為洪水重現(xiàn)期10年，其堤頂高程按重現(xiàn)期10年洪水位加1 m超高確定。

蓄水安全鑒定專家組認(rèn)為，雖然左岸防護(hù)堤設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期10年洪水在初步設(shè)計(jì)時(shí)得到了上級部門批準(zhǔn)，但此段防護(hù)堤最下游端與攔河閘相接，且頂高程398.055 m，比壩頂高程402.40 m低3.545 m，重現(xiàn)期20年洪水時(shí)水庫洪水即會(huì)翻過堤頂；而背水面壩坡采用30 cm厚干砌卵石護(hù)坡，水流翻水的直接沖刷和向下游流動(dòng)時(shí)的側(cè)向沖刷是存在的。因此，要求設(shè)計(jì)單位對此提出防護(hù)措施；業(yè)主運(yùn)行中應(yīng)高度重視，特別是危及攔河大壩的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

（1）若水庫地處低山或丘陵地區(qū)，為開闊平坦的“U”型河谷，為防止庫區(qū)滲漏、形成水庫和保護(hù)兩岸的村鎮(zhèn)、土地、工礦企業(yè)而采取的工程措施不同于高山峽谷區(qū)。

（2）作為保護(hù)庫岸后居民、學(xué)校和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等防洪安全的民防工程，河堤式副壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，頂部高程低于攔河大壩（或水閘）的壩頂高程；而與其它建筑物一起壅水形成電站的水庫時(shí)，作為電站的永久建筑物，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工程等級和建筑物級別確定；后者的防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于前者，對應(yīng)堤頂高程大于前者。

（3）由于對河堤式副壩功能的不同認(rèn)定，采用不同規(guī)程規(guī)范，得出的防洪標(biāo)準(zhǔn)相差較大時(shí)，應(yīng)對工程的功能做深入分析，以主要功能來選用相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，使確定的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)能在較少的投資下滿足有效的防洪安全。

（4）為解決低山丘陵地區(qū)護(hù)岸工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)爭議這一新問題，規(guī)程規(guī)范應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化，將每一條款的使用范圍和對象具體化，避免誤解?！?/p>

[1]中華人民共和國水利部.SL252—2000,水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國水利水電出版社,2000.

[2]國家技術(shù)監(jiān)督局,中華人民共和國建設(shè)部.GB50286-98,堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1998.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.GB50201-94,防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所,1994.

[4]國家技術(shù)監(jiān)督局,中華人民共和國建設(shè)部.GB50199-94,水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所,1994.