尚志万发水库大坝安全分析

秦立雁，赵冀斌

(1.黑龙江省农垦总局牡丹江分局云山水库管理站，黑龙江牡丹江157000; 2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

随着我国人口的快速增长，耕地资源也达到了“18亿红线”边缘，水资源高效利用已成为经济社会粮食安全的关键因素，但目前我国8万余座水库中存在着近40%的病险水库，维修加固后仅全国大中型水库可恢复的兴利库容就相当于7个大(1)型水库的总量。存在着隐患，不能正常发挥效益的水库已迫切需要完成安全鉴定和维修加固工作，强化水利工程的安全运行管理，促进水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展。本文根据现场安全检查结果及相关资料对粮食大省——黑龙江的尚志万发水库大坝进行安全分析评价，为除险加固工作提供重要依据，对黑龙江省“千亿斤粮食工程”也有着积极的作用。

本文选取了在黑龙江省具有代表性的病险土坝万发水库黏土均质坝作为研究对象，重点针对该工程中问题严重的工程质量，防洪标准，以及渗流安全和运行管理几个方面进行安全评价和分析，提出维修和加固的建议。对于黑龙江大量的其它病险土坝安全评价与除险加固，本文具有借鉴价值。

1 工程概述

黑龙江省尚志万发水库位于尚志市长寿乡万发村，蚂蚁河左岸一级支流上，行政上隶属于尚志市直接管辖。坝址以上控制流域面积20.9 km2，灌溉万发、河北两个村屯320 hm2亩耕地。水库总库容291万m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪，养鱼等综合利用的小(1)型水库。该水库始建于1958年，由于历史原因，属于“三边工程”，规模较小，简化设计，施工质量差，配套工程也不完善。水库枢纽由土坝、溢洪道、输水洞组成。其中土坝为均质坝，坝长510 m，坝顶高程102.0 m，坝顶宽度4.0 m。溢洪道为侧槽开敞式溢洪道，于1975年修建。输水洞为钢筋混凝土箱型涵洞。由于水库遭受两次水毁，原溢洪道、输水洞已经严重损坏，土坝在1994年7月13日的大洪水中决口，经长寿乡村民修复成现在规模。由于长期老化失修，工程隐患颇多，一直以来低水位运行，造成防洪安抢险任务繁重，大片水田无水灌溉。

2 土坝建筑质量评估

2.1 坝体质量评价

大坝为黏土均质坝，土坝全长约510 m，坝顶实测高程101.93～103.36 m，上下游坝破较陡，不利于坝坡稳定。迎水坡坡比为1∶1.66～1∶3.73，个别部位出现塌陷或者下沉现象，坡面不规整;背水坡坡比为1∶1.54～1∶1.60，有两处逸出点，每处长约30 m。坝体土的物理力学性质见表1，其组成为低液限黏土，进行了13组验数据分析。

表1 万发水库坝体土工试验成果统计表

2.2 坝基表层岩性及稳定性

坝基所所处为蚂蚁河小支流上，河流靠左岸发育，坝基为双层结构地基，上部为低液限黏土，其垂直渗透系数为1.95×10－5cm/s，为微弱透水，分布连续，厚度 1.80～3.60 m。压缩系数(αV1～3)平均值为0.31 MP－1，压缩模量(Es)平均值为6.32 MP－1，属中等压缩土，凝聚力(C)平均值为25.0 KPa;内摩擦角平均值为22.3°。下部为级配不良粗砂，为中等至强透水层，松散状，主要成分为长石、石英，揭露最大厚度4.30 m，未被揭穿。整体看坝基稳定性较好。

2.3 土坝质量评价

分析土工试验中数据并结合实地考查可知坝体基本为低液限黏土构成，土料不均匀，含碎石、砂、植物根系等。密实度和强度不高，个别地段土体空隙稍大，含水率偏高，黏性普遍较强。坝体断面尺寸不足，坝体浸润线位置高，且无护坡措施，无坝体排水措施，坝体渗流稳定上存在隐患，抗冲刷能力差。坝基未见软弱夹层，分布连续，不存在滑动稳定方面问题。

3 防洪标准复核

3.1 设计洪水

蚂蚁河的主汛期在每年的6～9月份，由于流域面积较小，汇流迅速，洪峰一般呈单峰形，持续时间在1～3 d。本文采用径流途径以及暴雨产汇流法推求水库的设计洪水，成果见表2。

表2 万发水库设计洪水成果对比表

由表2中数据可知，本次用径流途径法推求的设计洪水成果数值较大，考虑1994年发生决口的特大洪水的数据后高于原水库洪水设计成果，出于安全考虑本次洪水设计成果应在除险加固设计中推荐选用。

3.2 调洪计算

万发水库采用的是兴利调度，侧槽开敞式溢洪道堰顶高程即正常蓄水位99.60 m。水库特性曲线仍采用水库原设计成果，根据本次计算的设计洪水成果进行调节计算，结果见表3。本次设计洪水位比原设计高出0.11 m，校核洪水位比原设计低0.13 m。

表3 万发水库调洪成果表

3.3 防洪标准复核

万发水库坝顶高程为101.93～103.36 m，本次计算坝顶高程为102.75 m，目前工程现状防洪能力不足防御10 a一遇洪水，防洪安全性为C级。

4 渗流安全评价

应用水力学法进行多种不利工况渗流计算。见表4。

表4 渗流安全评价表

从计算结果可以看出大坝所有工况均不满足抗冲刷破坏条件，且从现场检查情况来看，大坝没有防渗排水工程设施，迎水坡曾经出现塌陷、下沉等渗透破坏现象，坝体渗流性态不安全，定为C级。

5 结论及建议

尚志市万发水库坝体施工质量差，土料不均匀，存在隐患，坝体强度和尺寸均不满足渗流稳定和抗冲刷破坏要求，缺少坝坡防护措施和坝体排水设备，坝基稳定性较好。由于建成40多年来的特大洪水数据影响和工程运行管理的不当，该水库的防洪标准已不符合现行规范要求，一直以来水库低水位运行，不能发挥应有的效益。根据SL258－2000水库大坝安全评价导则及相关规范对大坝安全进行综合评价，确定为Ⅲ类坝。

目前应尽快开始大坝的维修加固工作和建立安全运行管理制度。首先应按新规范防洪标准加高培厚大坝并维修加固溢洪道加强泄洪能力以提高水库防洪标准，护坡建议采用经济性和抗冻性好的干砌石护坡;应增加坝体排水减压设施;安装安全检测设备并建立安全运行管理制度，确保大坝安全运行。

［1］ 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，水利部大坝安全管理中心.水利水电工程安全评价与加固［M］.武汉:长江出版社，2004.

［2］ 钮新强，等.水库大坝安全评价［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.