海龙川水库除险加固工程设计

周 媛，杨 芬，杨晓雪

(1. 海城市水利水电工程移民局，辽宁 海城114200;2. 兴城市曹庄镇水利站，辽宁 兴城125107;3. 锦州市水土保持站，辽宁 锦州121015)

1 工程概况

海龙川水库位于海城市南部，距市内40 km。坝址位于岔沟镇海龙川村，该水库属于海城河支流，坝址以上河道长2.33 km，河道平均坡度为124‰，多年平均径流量69.6 万m3。水库集雨面积2.94 km2，属于山区小型水库。

该地区属于秋春两季多季风、北风，夏秋两季多南风，年平均风速3.6 m/s。年平均降水量为600 ～700 mm，大部分集中在7—9月，占年平均降水量的61.5%。根据海城站提供多年平均蒸发量为1 767 mm，由于春风影响，5—6月蒸发量为589.5 mm，占全年蒸发量的33.97%，最大蒸发量约为7 ～10 mm/d。

海龙川水库主要由拦河大坝、输水洞、开敞式溢洪道组成。水库原设计总库容20.6 万m3，防洪库容为10.2 万m3，兴利库容9.9 万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》( SL252—2000)［1］规定，水库工程规模属于小(2) 型水库，所以海龙川水库原工程规模为: 工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5 级。

2 除险加固的必要性和紧迫性

2.1 水库除险加固的必要性

该水库工程始建于1958年，属于“三边”、“三无工程”，施工质量差，虽然经过几次加固改造，但经过多年运行，加上冬季气温较低，经过反复冻融破坏，风化岩堆积加剧。经过对大坝现场进行检查发现存在以下4个问题:

1) 上游护坡石大范围出现坍陷，局部块石滑动和丢失，水库左侧坝肩上坝公路低于坝顶高程1.5 m。

2) 溢洪道右侧山体局部脱坡，底板年久失修。

3) 输水洞闸阀锈蚀，启闭困难。

4) 输水洞下游输水渠道两侧挡墙局部坍塌。

2.2 安全鉴定结论

根据水库大坝安全鉴定评价结论，海龙川水库属三类坝，为病险水库，不能满足水库工程安全运行。依据《碾压土石坝设计规范》( SL274—2001)［2］及水利部和省水利厅关于病险水库除险加固实施方案等规定，鉴于海龙川水库存在诸多严重的问题，并且经鉴定为病险水库，必须进行除险加固处理。

2.3 除险加固的紧迫性

海龙川水库主要是以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合利用的水库。水库总库容20.6 m3。水库调度原则是在确保水库主体工程安全的前提下，确保水库下游海龙川村、岔沟镇人口2.6 万人，耕地900 hm2的防洪安全。从水库社会经济角度考虑，除险加固是必要的。

除险加固是确保水库安全运行的需要。水库兴建至今，虽未发生重大事故，但主要建筑物大坝、输水洞、溢洪道等目前存在较多较严重的安全隐患，且水库在安全运行和管理方面亦存在不少问题，已危及到水库的安全运行。

海龙川水库除险加固工程是一项关系到国计民生的大事，除险加固后，将彻底消除险情并有明显的经济合理性，因此除险加固非常必要和十分紧迫。

3 水库任务

海龙川水库是以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合利用的小( 2) 型水利枢纽工程。控制流域面积2.94 km2，水库总库容20.6 ×104m3。自1958年以来，水库发挥了拦洪削峰的作用，同时还灌溉了33 hm2耕地和发展了养鱼等副业。水库的防洪任务很重，社会效益显著。

农业供水严格按年初提出的用水计划执行。水库每年的供水量随蓄水、来水、需水的变化而不同。控制灌溉面积30 hm2，供水保证率75%。9月20日以后—次年6月10日为非汛期，其中5月末—10月上旬为灌溉期，在灌溉期间由水库输水洞放水灌溉13 hm2水田，水位超过防洪限制水位时洪水将自动泄流。

4 规模复核

4.1 原设计洪水标准及规模

海龙川水库原设计洪水标准20 a一遇，校核洪水标准300 a一遇。水库总库容20.6 万m3，防洪库容为10.2 万m3，兴利库容9.9 万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》( SL252—2000) 规定，水库工程规模属于小(2) 型水库。

4.2 水库规模复核

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》( SL252—2000) 中有关规定，海龙川水库防洪标准采用设计洪水标准为20 a一遇，校核洪水标准为200 a一遇。复核后的洪水标准值为设计洪峰流量77 m3/s，校核洪峰流量137 m3/s。水库总库容为17.70 万m3，其库容量＜100 万m3，因此海龙川水库属小(2) 型水库，主要建筑物为5 级。

5 死水位复核

中小型水库淤积年限一般为15 ～30 a，本次设计根据小(2) 型病险水库除险加固初步设计报告编制规程和初步设计指导意见，水库淤沙年限可采用10 ～20 a，固本次设计采用淤沙年限为20 a。

式中:V 为淤积库容，m3; T 为淤积年限，a; G 为多年平均悬移质输沙量，t/a 或G = FS0;S0为多年平均侵蚀模数，t·km2/a;F 为坝址集水面积，km; γ 为泥沙的容重，约为1.0 ～1.4 t/m3，一般用1.3 t/m3; E 为为推移质和岸崩二者占悬移质泥沙的百分数，一般用15% ～30%，本次设计采用20%。

即: V = GT/γ × (1 + E) =1.09 万m3

经过计算可得海龙川水库死库容为1.09 万m3，而海龙川水库原有设计死库容0.5 万m3。水库自1958年12月竣工后已运行近53 a，其累积淤积量为37 679 t，折合成总淤积库容为2.89 万m3。如上述淤积库容全部产生在死库容内，根据以上计算结果，海龙川水库死库容已全部淤满。根据实测库区地形图水库已经淤至近259 m高程。因此，本次加固设计水库死水位，经复核后选用260.00 m，死库容选用1.09 万m3。

6 洪水调节计算

6.1 基本资料

依据2006年水库安全鉴定阶段实测的1/2 000库区地形图及1/10 000地形图分别复核水库水位与库容关系曲线，复核结果与2006年安全鉴定一致，故仍采用安全鉴定成果，水位库容关系曲线见1 表与图1。

表1 海龙川水库水位～库容关系曲线表

图1 海龙川水库水位库容关系曲线

6.2 水库调度原则

水库采用自由泄洪方式，不考虑洪水预报和预腾防洪库容，正常蓄水位即为防洪限制水位，当水位超过正常蓄水位264.5 m时自由泄流。输水洞不参加洪水的调节。海龙川水库溢洪道水位～泄量关系曲线见表2 与图2。

表2 海龙川水库溢洪道水位～泄流量关系曲线

图2 海龙川水库水位～流量关系曲线

6.3 洪水调节计算成果

6.3.1 主峰洪水过程线形状系数rp的计算

沿用上表中的Qp和W24p，根据水文分区Ⅲ4区，采用东部( ⅡⅢⅣ区) 计算式计算，其结果为:

式中: rp=0.03 ＜0.05，可不计算过程线，只计算出不同频率下参与调洪的洪水总量W调p( 万m3) 。

Wp= 0.67W24p+0.12Qpι，各频率的Wp值为:6

.3.2 调洪计算

此次设计采用简易调洪方法调洪，即用简化公式:

式中: qM为某一频率的最大泄量，m3/s; Qp 为某一设计频率洪峰流量，m3/s; V防为溢洪道底以上防洪库容，万m3; W调p为某一设计频率参与调洪的洪量，万m3。

溢洪道下泄流量计算公式为:

式中: q 为下泄流量，m3/s; B 为溢洪道底宽，m; H 为溢洪水深，m; M 为流量系数，m 取0.385。调洪计算成果见表3。

表3 海龙川水库洪水调节计算成果

按本次洪水调节计算成果，20 a一遇设计洪水位266.03 m，相 应 库 容14.16 × 104m3，最 大 泄 量64.28 m3/s;200 a一遇设计洪水位266.79 m，相应库容16.93 ×104m3，最大泄量118.52 m3/s。

7 结 论

通过对海龙川水库这座小2 型病险水库的死水位的复核和对除险加固后洪水成果的计算分析，对水库进行除险加固是确保水库安全运行和社会发展的需要。

［1］长江勘测规划设计研究院.SL252—2000 水利水电工程等级划分及洪水标准［S］. 北京: 中国水利水电出版社，2002.

［2］黄河水利委员会勘测研究设计院.SL274—2001 碾压土石坝设计规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2002.