白洋沖水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)分析

蔡 璟

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北宜昌 443000）

白洋沖水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)分析

蔡 璟

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北宜昌 443000）

白洋沖水庫(kù)于20世紀(jì)50年代修筑，由于國(guó)內(nèi)早期水庫(kù)設(shè)計(jì)施工水平較低，在多年運(yùn)行下，壩體安全受到影響，為避免潰壩等事故發(fā)生，應(yīng)及時(shí)對(duì)大壩進(jìn)行安全性鑒定，并采取有效的加固措施。本文以湖北省宜昌市伍家崗區(qū)白洋沖水庫(kù)工程實(shí)例，從地質(zhì)、防洪、工程質(zhì)量、滲流安全等主要方面，對(duì)該水庫(kù)工程的安全性進(jìn)行全面復(fù)核和評(píng)價(jià)。

大壩安全；安全鑒定；復(fù)核；白洋沖水庫(kù)

我國(guó)水資源分布不均，為了有效利用水資源，自20世紀(jì)50年代起興建了各類型水庫(kù)近10萬(wàn)座，這些水庫(kù)在防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等方面發(fā)揮了巨大作用［1］。由于建設(shè)時(shí)期的條件制約，設(shè)計(jì)能力和施工水平不足，大部分存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差等問(wèn)題，目前，再加上普遍運(yùn)行管理水平不足，導(dǎo)致大量水庫(kù)成為病險(xiǎn)狀況，不僅不能正常發(fā)揮效益，而且存在較高的潛在潰壩危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，大壩數(shù)量越來(lái)越多，其主要的安全問(wèn)題越來(lái)越明顯，主要集中在50—80年代修建的工程，引起了水利部門的高度重視［2-4］。因此，在“十一五”和“十二五”期間水利部聯(lián)合財(cái)政部花巨資進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，目的是確保大壩安全和公共安全。

本文正是在這個(gè)特殊的時(shí)代背景下，結(jié)合湖北省“十一五”和“十二五”期間除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)，從防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程地質(zhì)、運(yùn)行管理、滲流安全及結(jié)構(gòu)等方面對(duì)宜昌市白洋沖水庫(kù)進(jìn)行復(fù)核，找出工程中存在的隱患，并提出有效的處理建議。

1 工程簡(jiǎn)述

白洋沖水庫(kù)位于湖北省宜昌市伍家崗區(qū)火光村，壩址距宜昌市區(qū)5km，是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合效益的?。?）型水利工程。該水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積700畝，但由于水庫(kù)周邊城市發(fā)展需要，農(nóng)田已被征用，已無(wú)農(nóng)田灌溉任務(wù)，目前水庫(kù)主要任務(wù)是防洪和為城市綠化提供水源。水庫(kù)壩址以上集雨面積0.55km2，總庫(kù)容16.68萬(wàn)m3。水庫(kù)正常蓄水位77.70m，設(shè)計(jì)洪水位78.51m，校核洪水位79.09m，死水位75.00m。白洋沖水庫(kù)主要由大壩、溢洪道、輸水建筑物等組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂全長(zhǎng)110m，最大壩高79m，壩頂寬3m。

白洋沖水庫(kù)工程于1956年6月動(dòng)工興建，1957年5月建成。受建設(shè)期間經(jīng)濟(jì)條件限制，大壩修建時(shí)未做地質(zhì)勘查工作，在工程設(shè)計(jì)和施工中出現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題，常年帶病運(yùn)行，需及時(shí)進(jìn)行大壩安全鑒定。

2 目前存在的問(wèn)題

白洋沖水庫(kù)是小型水庫(kù)中典型的帶病運(yùn)行工程，前期未做地質(zhì)勘探工作，施工條件較差，給工程留下很多安全隱患。投入運(yùn)用后，暴露出許多險(xiǎn)情與問(wèn)題，如原設(shè)計(jì)溢洪道過(guò)流能力不足，并且常年無(wú)人維護(hù)導(dǎo)致淤塞，2006年水庫(kù)水位曾一度達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位，行洪能力嚴(yán)重不足，2007年由宜昌市政府出資對(duì)溢洪道進(jìn)行加寬疏挖，得以保證安全，雖采取了一些除險(xiǎn)加固措施，但任然未根除大壩的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查和資料分析，存在以下主要問(wèn)題：

a.水庫(kù)防洪能力不滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。按現(xiàn)有溢洪道過(guò)洪能力復(fù)核，壩頂高程不滿足要求。

b.大壩迎水面左壩段未襯砌，右壩段壩體局部變形，下游壩坡凹凸不平，無(wú)反濾體，上游坡壩過(guò)陡。

c.輸水隧洞進(jìn)口為笛子剅，破損，無(wú)控制設(shè)施。

d.管理設(shè)施不完善。無(wú)管理用房；壩頂公路凸凹不平，變形嚴(yán)重；大壩無(wú)任何監(jiān)測(cè)設(shè)施；通信報(bào)汛設(shè)施落后，無(wú)交通工具。

3 工程安全分析

本文主要從白洋沖水庫(kù)的工程地質(zhì)、防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流和結(jié)構(gòu)安全四個(gè)方面分別進(jìn)行分析。

3.1 工程地質(zhì)

白洋沖水庫(kù)工程區(qū)屬丘陵地貌，以侵蝕—?jiǎng)兾g地貌為主，表現(xiàn)為山谷相間為主的地形特征。山體起伏相對(duì)較小，海拔73.0～130.0m，相對(duì)高差約60.0m，兩岸山頂海拔一般在100～130m，相對(duì)高差30m，山頂渾圓，山脊走向與區(qū)域構(gòu)造域方向一致，走向NNW向。山體起伏相對(duì)較平緩，山坡地形坡度12°～20°，植被覆蓋較好。

區(qū)內(nèi)地層巖性主要為白堊系下統(tǒng)粉細(xì)砂巖、粉砂巖泥巖互層。溝谷和坡地多覆蓋第四系沖洪積物和殘坡積物。白洋沖水庫(kù)位于長(zhǎng)江中下游新華夏系第二沉降帶的次級(jí)構(gòu)造——宜昌單斜凹陷之上。新華下系沉降帶之一級(jí)構(gòu)造單元為上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)中部偏北，二級(jí)構(gòu)造單元為江漢坳陷西北緣與黃陵斷穹東翼過(guò)渡地帶。宜昌單斜略呈三角形插入淮陽(yáng)山字形構(gòu)造西翼反射弧砥柱——黃陵背斜東翼與長(zhǎng)陽(yáng)東西向構(gòu)造帶之間。單斜內(nèi)次級(jí)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要為不連續(xù)的小型褶皺、揉皺及斷裂構(gòu)造，主要受新華夏NNW向至SSE向的應(yīng)力影響，部分受淮陽(yáng)山字形西翼反射弧和長(zhǎng)陽(yáng)EW向構(gòu)造應(yīng)力的影響。

工程場(chǎng)區(qū)位于三峽山地近代上升的東部地區(qū)，表現(xiàn)為整體隆升的同時(shí)又顯示為西北快東南慢的差異掀斜，地殼總體不會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈差異升降和褶皺，因地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致庫(kù)壩區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和危害工程事件的可能很小。工程建設(shè)范圍屬低山丘崗地貌，河床開(kāi)闊，山頂圓滑，屬于侵蝕堆積地形地貌。壩區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，無(wú)明顯斷裂活動(dòng)的跡象，因此，工程場(chǎng)區(qū)區(qū)域穩(wěn)定條件較好。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），工程所在地的地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，該區(qū)域穩(wěn)定性較好。

3.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合

3.2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

此次洪水復(fù)核中，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—94）［5］，白洋沖水庫(kù)最大壩高6.15m，小于15m，水庫(kù)上下游水位差小于10m，防洪標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇設(shè)計(jì)、50年一遇校核。

3.2.2 洪水復(fù)核

水庫(kù)及周圍未設(shè)置雨量監(jiān)測(cè)設(shè)施，無(wú)相關(guān)資料，因此設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量按《湖北省可能最大暴雨圖集》和《湖北省暴雨徑流查算圖表》取值，以流域中心所在位置查暴雨參數(shù)等值線圖，用《湖北省暴雨徑流查算圖表》所推薦的瞬時(shí)單位線法、推理公式法、簡(jiǎn)化算法得到各種頻率洪峰流量（見(jiàn)表1）。經(jīng)綜合分析比較，認(rèn)為瞬時(shí)單位線法的計(jì)算成果較為合理，此次洪水計(jì)算采用瞬時(shí)單位線法的計(jì)算成果及設(shè)計(jì)過(guò)程線。10年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為9.3m3／s，50年一遇校核洪水洪峰流量為20.3m3／s。

表1 白洋沖水庫(kù)洪水計(jì)算成果比較單位：m3／s

3.2.3 調(diào)洪演算成果

根據(jù)白洋沖水庫(kù)水位-庫(kù)容曲線（見(jiàn)圖1）和溢洪道水位-泄流關(guān)系曲線（見(jiàn)圖2），對(duì)現(xiàn)狀溢洪道進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，得到不同頻率的設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果（見(jiàn)表2）。

圖1 白洋沖水庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系曲線

圖2 溢洪道寬頂堰泄流曲線

表2 白洋沖水庫(kù)調(diào)洪演算成果

3.2.4 壩頂高程復(fù)核

白洋沖水庫(kù)實(shí)測(cè)壩頂高程79.30m。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL 189—96）［8］，壩頂高程計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 白洋沖水庫(kù)設(shè)計(jì)壩頂高程計(jì)算成果單位：m

計(jì)算結(jié)果表明：大壩校核設(shè)計(jì)壩高為79.49m，現(xiàn)狀壩頂高程79.30m不滿足防洪要求。

3.2.5 洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核結(jié)論

a.該水庫(kù)為?。?）型，對(duì)下游漢宜高鐵具有一定的防洪任務(wù)，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2000）［6］，該水庫(kù)屬V等工程，此次洪水復(fù)核按10年一遇洪水設(shè)計(jì)、50年一遇洪水校核。

b.洪水復(fù)核。瞬時(shí)單位線法、推理公式法、簡(jiǎn)化算法均利用《湖北省暴雨徑流查算圖表》查算宜昌水文站暴雨資料用于此次洪水復(fù)核。經(jīng)單位線法、推理公式法、簡(jiǎn)化算法之間成果對(duì)比，采用瞬時(shí)單位法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果合理。

c.通過(guò)此次洪水復(fù)核得設(shè)計(jì)洪水水位為78.51m，校核洪水水位為79.09m；復(fù)核壩頂高程為79.50m；實(shí)測(cè)壩頂高程為79.30m，低于復(fù)核壩頂高程；大壩防洪能力不滿足防洪要求。

d.通過(guò)此次洪水復(fù)核，該水庫(kù)的防洪能力不滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 大壩滲流安全復(fù)核

大壩滲流計(jì)算采用有限元法。由于大壩現(xiàn)狀形狀不很規(guī)則，計(jì)算時(shí)選取不利的最大斷面。大壩斷面外輪廓以此次加固后河床段剖面為準(zhǔn)，壩基形狀以原資料為準(zhǔn)。

根據(jù)現(xiàn)復(fù)核防洪標(biāo)準(zhǔn)，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位78.51m（P=10%），核洪洪水位79.07m（P=2%），正常蓄水位77.70m。此次滲流按以下五種工況計(jì)算：

a.上游水位為正常蓄水位77.70m時(shí)的穩(wěn)定滲流工況。

b.上游水位為設(shè)計(jì)洪水位78.51m時(shí)的穩(wěn)定滲流工況。

c.上游水位為校核洪水位79.09m時(shí)的非穩(wěn)定滲流工況。

d.上游水位為校核洪水位79.09m降至77.70m（正常蓄水位）時(shí)的非穩(wěn)定滲流工況。

e.上游水位為正常蓄水位77.70m降至75.00m（死水位）時(shí)的非穩(wěn)定滲流工況。

將不利的最大斷面幾何尺寸及各土層的滲透系數(shù)值輸入滲流分析軟件，得出的結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 大壩滲流計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出各工況下浸潤(rùn)線及等勢(shì)線圖，見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 正常蓄水位工況下滲流等勢(shì)線（單位：m）

圖4 設(shè)計(jì)洪水位工況下滲流等勢(shì)線（單位：m）

圖5 校核洪水位工況下滲流等勢(shì)線（單位：m）

從計(jì)算結(jié)果看，三種工況下的滲流量都較小。校核洪水位下的單寬滲流量為0.054m3／（d·m），設(shè)計(jì)洪水位下的單寬滲流量為0.049m3／（d·m），正常蓄水位下的單寬滲流量為0.027m3／（d·m）。以常年在正常蓄水位下計(jì)算，全年滲漏量約為0.16萬(wàn)m3，漏水量較小，說(shuō)明壩體防滲效果較好。

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258—2000）［7］和《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》，綜合評(píng)定白洋沖大壩滲流基本滿足要求。

3.4 結(jié)構(gòu)安全分析

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL 189—96）并結(jié)合水庫(kù)的使用情況，計(jì)算工況?。?正常工況：正常蓄水位下形成穩(wěn)定滲流時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定；正常蓄水位穩(wěn)定滲流時(shí)下游壩坡穩(wěn)定；設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流時(shí)下游壩坡穩(wěn)定。?非常工況：校核洪水位穩(wěn)定滲流時(shí)下游壩坡穩(wěn)定；校核洪水位驟降至正常蓄水位時(shí)上游壩坡穩(wěn)定；上游水位為正常蓄水位降至死水位時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定。穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算采用瑞典條分法進(jìn)行，計(jì)算成果見(jiàn)表5。

表5 白洋沖水庫(kù)加固前大壩穩(wěn)定分析計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明：白洋沖水庫(kù)在10年一遇洪水設(shè)計(jì)、50年一遇洪水校核的各種工況下，其上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性基本能滿足規(guī)范要求，但上游坡安全系數(shù)較低。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié) 論

通過(guò)工程存在問(wèn)題分析、防洪安全復(fù)核及大壩滲流安全復(fù)核、結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，白洋沖水庫(kù)大壩不滿足防洪要求：壩迎水面左壩段未襯砌，右壩段壩體局部變形，下游壩坡凹凸不平，無(wú)反濾體等，應(yīng)屬三類壩。

4.2 建 議

白洋沖水庫(kù)已運(yùn)行50余年，目前已處于病險(xiǎn)狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加固處理，消除隱患，確保安全運(yùn)行，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。主要處理建議：大壩上游進(jìn)行削坡襯砌，溢洪道控制段進(jìn)行處理，大壩進(jìn)行加高，增設(shè)基本觀測(cè)設(shè)施等。

［1］ 鈕新強(qiáng)，楊啟貴，譚界熊，等.水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

［2］ 牛運(yùn)光.病險(xiǎn)水庫(kù)加固實(shí)例［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

［3］ 牛運(yùn)光.試論土石壩除險(xiǎn)加固技術(shù)［J］.大壩與安全，1995（3）：6-15.

［4］ 汝乃華，牛運(yùn)光.土石壩的事故統(tǒng)計(jì)和分析［J］.大壩與安全，2001（1）：31-37.

［5］ GB 50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1994.

［6］ SL 252—2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

［7］ SL 258—2000水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

［8］ SL 189—96小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

Analysis of dam safety evaluation in Baiyangchong Reservoir

CAI Jing
（Hubei Three Gorges Polytechnic，Yichang 443000，China）

Baiyangchong Reservoir was constructed in the 1950s.Since domestic early reservoir design and construction level is relativelylow，the dam body is affected after being operated for many years.The dam should undergo safety appraisal without delay to avoid dam break and other accidents.And effective reinforcement plans should be adopted.In the paper，engineering example of Baiyangchong Reservoir in Wujiagang District，Yichang，Hubei is combined for comprehensive review and evaluation on the safety of the reservoir project from main aspects of geology，flood control，engineering quality，seepage safety，etc.

dam safety；safety appraisal；review；Baiyangchong Reservoir

TV698

A

1673-8241（2016）09-0030-05

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.09.008