邹平市古城水库安全检测分析

李 涛

（山东省邹平市水利局，山东 邹平256200）

1 引言

水库在长期使用过程中安全性会发生改变，正确评价水库安全性具有十分重要的意义[1]。水库安全评价涉及内容较多，主要包括运行管理[2～3]、坝体结构[4～5]、金属结构[6～7]等。结合前人研究成果，以邹平市古城水库为例，对小型水库安全检测进行分析。

古城水库坐落于淦沟河上游，建于1959 年，属于孝妇河流域，流域面积45 km2，主坝长243.0 m，坝顶高程86.6 m，防浪墙墙顶高程87.6 m，坝型为均质土坝。溢洪道上建有浆砌石溢洪闸5孔，每孔净宽4.5 m，闸门尺寸为4.5 m×2.5 m，闸底板高程82.0 m。水库校核洪水位85.25 m；兴利水位84.50 m。

2 水库防洪复核

2.1 设计洪水计算

水库所在区域多年平均最大24 h 降雨量为80.0 mm。查阅《山东省水文图集》，P=3.33%、P=0.333%最大24 h 降雨量分别为191.20 mm、310.4 mm。

根据超渗径流原理计算设计净雨，降雨～径流关系采用P+Pa～R 的形式表现。前期影响雨量Pa 取40 mm。降雨～径流关系见表1。

表1 降雨～径流关系表 单位：mm

以不同的设计标准的最大24 小时暴雨的75%，加上前期雨量Pa,由此求得30 年一遇P+Pa=191.2×75%+40=183.4 mm，求得R 为95.06 mm。300 年一遇P+Pa=310.4×75%+40=272.8 mm，求得R 为175.52 mm。

2.2 洪水过程

根据《山东省水文图集》M1 公式，不同频率洪水过程见图1。

图1 洪水过程曲线

洪水总量W 采用下式计算：

式中：W 为洪水总量；hR为净雨量。

流域总面积为45 km2，根据当地水文气象资料的收集，古城水库流域降雨量hR为95.06 mm（P=3.33%）、175.52 mm（P=0.333%），洪水总量W 为427.77×104m3（P=3.33%）、789.84×104m3（P=0.333%）。同时需要考虑上游水库的拦蓄作用，其中上河水库拦蓄26.4×104m3，佛生水库拦蓄12×104m3，郭庄水库拦蓄10.4×104m3，望京水库拦蓄6.4×104m3，北园水库拦蓄14×104m3，大房水库拦蓄27.5×104m3，西河水库拦蓄20×104m3，淄博市丁家水库拦蓄16.57×104m3。古城水库控制流域范围内分布有较多的水库，在水库洪水计算过程中应当充分考虑各个水库的拦蓄作用，通过分析获取古城水库的洪水总量，分别减去古城水库上游各水库的拦蓄水量，获取古城水库的洪水总量。计算得到古城水库洪水总量为294.5×104m3（P=3.33%）、656.57×104m3（P=0.333%）。因此，最大洪峰流量Qm=141.84 m3/s（P=3.33%）、299.44 m3/s（P=0.333%）。

溢洪道泄量计算方法如下：

式中：B 为溢洪道宽度；h 为堰上水深。

古城水库起调水位为82.00 m，库容～水位～泄量关系见,2。

表2 古城水库库容- 水位- 泄量关系

采用图表法推演不同频率下古城水库调洪结果，调洪推演见图2。

图2 调洪推演图

30 年一遇溢洪道安全下泄流量为120.01 m3/s，调洪库容为47.46×104m3，设计水位为83.92 m；300 年一遇溢洪道安全下泄流量为263.5 m3/s，调洪库容为81.93×104m3，设计水位为85.25 m。

2.3 防洪安全复核

根据防洪安全计算结果，各种工况下的水位见表3，从表中可知正常、P=3.33%、P=0.333%、地震工况下的防洪安全复核水位，各工况的方洪水水位分别为：85.69 m、86.24 m、85.62 m、85.49 m，坝顶及防浪墙高程分别为86.6 m 和87.6 m 满足防洪安全高程要求。

表3 防洪安全复核结果 单位：m

3 大坝变形、破损复核

1）坝顶

大坝坝顶未出现裂缝及异常变形，同时坝顶较为平整无积水、植物滋生现象。

2）迎水坡

迎水坡为混凝土预制块护坡，坡比为1∶2.5，通过现场检查护坡质量好，未出现裂缝、滑动等变形破坏迹象。同时由于古城水库已经多年未蓄水，故无法查明是否有冬季冻胀、旋涡、坝面冒泡等现象。

3）背水坡及坝趾

坝体背水坡未采用护坡，在坝后设计有排水沟但坝脚没有排水体。背水坡和坝趾结构完整，未出现裂缝、滑动等现象，由于水库多年未蓄水以及大坝检测季节原因造成无法判断是否会出现流土、管涌等现象。

4）坝基

均质土坝坝体与岸坡连接较好，未出现错动、开裂现象。同时，古城水库多年处于干旱状态，无法直接检验坝基渗流情况。坝端区域未出现裂缝、塌岸、虫洞等破坏现象。

4 坝体结构安全复核

4.1 抗滑安全分析

4.1.1 计算工况

根据水库运行条件，确定计算工况如下：

（1）正常运行工况：上游正常蓄水位84.50 m（兴利水位），下游78.4 m，计算下游坝坡；

（2）非常运行情况Ⅰ：库水位由校核洪水位85.25 m，降落至死水位81.66 m 时的上游坝坡；

（3）非常运行情况Ⅱ：正常运行+7 度地震，库内水位84.50 m（兴利水位），库外水位平下游地面78.4 m，计算上、下游坝坡。

4.1.2 计算断面及计算方法

选用大坝桩号0+059 断面（最大坝高断面）进行稳定计算，断面下游紧邻溢洪道，为古城水库大坝危险的典型断面。

采用理正岩土软件的渗流稳定计算模块基于圆弧法计算坝体的稳定性。

4.1.3 计算结果

稳定计算成果见表4，各工况最危险滑弧示意图见图3。计算中使用坐标原点：上游坝肩坐标为X=0.00 m、Y=0.00 m，X轴向上游为正，Y 轴向下为正。

表4 坝坡稳定计算结果

图3 最危险滑弧

4.2 渗流安全分析

4.2.1 计算工况及参数渗流计算工程水位组合见表5，参数取值见表6。

表5 计算工况 单位：m

表6 渗流计算参数

4.2.2 计算结果

渗流计算结果见表7。

表7 渗流计算结果

4.3 溢洪道安全复核

溢洪道位大坝左侧，为开敞式溢洪道，进口底高程82.00 m。下游段有浆砌石消力池，部分浆砌石护坡和护底，其余为土质边坡。溢洪道上部交通桥宽7 m，长33 m，为5 孔板桥，有护轮带，安全防护性较好。

5 结论

（1）水库大坝现状坝顶高程满足防洪要求。根据现场检查及运行管理情况分析，古城水库大坝渗漏轻微，坝基渗漏、绕坝渗漏均不严重。

（2）大坝坝体满足抗滑要求，变形规律正常，无危及安全的异常变形。近坝岸坡未发现坍塌破坏，基本稳定。坝基经过除险加固处理，基本不存在地震液化的可能性；大坝满足抗震要求，但缺乏抗震措施。

（3）针对大坝现状提出建议如下：完善大坝水文及变形观测设施；完善水库管理措施，延长水库寿命；完善溢洪道护底及消能设施。