水库溢洪道灾后修复设计要点_李琦.pdf

河南水利与南水北调 2022年第12期勘测设计水库溢洪道灾后修复设计要点李琦（驻马店市薄山水库管理局，河南 驻马店 463000）摘要：2021年特大洪水后，该水库溢洪道下游冲刷严重，上游主河槽覆盖层冲毁，下游主河槽严重淤积，过流能力受到严重影响。溢洪道灾后水毁工程设计按照“原标准、原规模、原功能”的原则进行修复和加固处理，尽量挖填平衡，不增加永久用地，岸坡防护，岩石渠底整治，建筑物进行适当防护等。设计内容包括溢洪道尾水渠过流计算、平面布置、纵横断面、堤防工程及防护工程设计等。关键词：水库；溢洪道；灾后水毁；设计分析中图分类号：TV68文献标识码：A文章编号：1673-8853（2022）12-0061-02Design Points of Reservoir Spillway Restoration after DisasterLI Qi（Zhumadian Boshan Reservoir Authority,Zhumadian 463000,China）Abstract：After the catastrophic flood in 2021,the downstream spillway of the reservoir was seriously scoured,and the overburden ofthe upstream main channel was destroyed.The downstream main channel was seriously silted.The flow capacity was seriously affected.The design of the flood damaged spillway project is repaired and reinforced in accordance with the principles of original standard,original scale and original function,The design is tried to balance the excavation and filling,keep the number of permanent land andappropriately protect the bank slope,rock canal bottom and buildings.The design content includes overflow calculation,plane layout,vertical and horizontal sections,dike works and protection works design of spillway tailrace.Key words：reservoir;spillway;flood damage after disaster;design analysis作者简介：李琦（1987），男，水利工程师，主要从事水库管理、水土保持及水利工程相关研究。1溢洪道尾水渠水毁前情况该水库溢洪道泄洪闸20世纪50年代初建成后，一直未曾开闸泄洪，下游尾水渠长期被老百姓耕田种地。从消力池末端漫水桥至入颍河口，长1 585.30 m，地面高程由215.32 m渐变为187.13 m，地面纵坡约1/56，坡度较陡。桩号1+084以上在河道主河槽内有多级台地。溢洪道尾水渠主河槽宽度约50 m，河槽内有大片树林，白沙村至宣化镇公路下游有部分垃圾，并有废弃房屋、加工厂房和当地村民自建养殖场等。2溢洪道尾水渠水毁情况水库流域汛期除了2021年汛期有2次大的降雨过程外，其他降雨强度不大。2021年7月19-21日，水库流域内普降暴雨，水库水位超过汛限水位。下游河道正常泄水流量为500 m3/s，泄洪溢洪道最大流量200 m3/s，最小流量10 m3/s，其中200 m3/s泄洪流量持续61 h。溢洪道停止泄洪后，发现去年洪水后未进行治理段尾水渠0+214.71+800段下游冲刷严重，上游主河槽覆盖层冲毁，下游主河槽严重淤积，过流能力受到严重影响。冲刷后现状尾水渠0+214.700+964.70段河底纵坡约1/40，0+964.701+800段河底纵坡约1/400。3溢洪道尾水渠修复原则水毁修复的原则：按照“原标准、原规模、原功能”的原则进行修复和加固处理，尽量挖填平衡，不增加永久用地，岸坡防护，岩石渠底单间整治平顺水利，建筑物进行适当防护等。4溢洪道尾水渠过流计算水面线推算采用明渠恒定非均匀流基本方程式，考虑为丘陵区向平原区过渡区调整相应参数。规划修复工程治理后的河道糙率，依据 水力计算手册 中推荐的河道糙率n值表，结合河道特点、治理形式和现场实地查勘选取。溢洪道尾水渠上游正常泄流段（0+0000+214.70）主槽糙率选用2.5010-2，边滩410-2；块石广布的水毁段（0+264.700+864.70），综合糙率选用0.075；汇入颍河段（0+914.701+800）冲淤严重，综合糙率取用4.5010-2，溢洪道尾水渠0+000桩号位于溢洪道泄洪闸闸室上游起端。5溢洪道尾水渠水毁修复设计5.1平面布置2021年特大洪水后，某水库溢洪道泄洪闸海漫段末端为尾水渠水毁整治起点，尾水渠桩号0+214.70以上部分为溢洪道主体建筑物，为溢洪道进口段、闸室段、消力池及海漫段等，结61河南水利与南水北调 2022年第12期勘测设计构完好。水毁整治范围为尾水渠桩号0+214.701+800段，长1 585.30 m。尾水渠以洪水冲刷后的主河槽为中心线，以稳定现有河势并以规则平顺为原则进行整治。5.2纵横断面设计尾水渠纵横断面设计结合水毁冲刷现状、原尾水渠主河槽宽度、地质情况以及规划确定的设计流量等因素综合确定。5.2.1地质情况左岸0+664.700+950、右岸0+664.700+950段边坡主要由两岸上部分布的第四纪全新统轻粉质壤土及晚更新统黄土状粉质壤土组成，底部为二叠系上统石千峰组泥岩、砂岩强风化弱风化岩体，建议按开挖坡比建议值开挖。两岸地表主要为第四纪全新统冲积层（Q4apl）轻粉质壤土，厚度一般小于2 m，下部主要为第四纪晚更新统冲积层（Q3apl）卵石，最大厚度约6 m，部分地段于卵石层之上分布有第四纪晚更新统冲积层（Q3apl）黄土状粉质壤土，厚度一般小于2 m。地基多为卵石等松散土体，抗冲刷流速一般为0.701 m/s，建议将地基置于最大冲刷深度以下并对地基部位进行封闭保护，避免洪水冲刷导致地基破坏。开挖边坡高度不大，边坡主要由两岸上部分布的第四纪全新统轻粉质壤土及晚更新统黄土状粉质壤土组成，底部为卵石，总体上开挖边坡物质组成较差，按开挖坡比建议值开挖或加强支护。该段河道及两岸下部分布有卵石，透水性较强，地下水位埋深较浅，施工开挖可能遭遇地下水，且水量较大，建议做好截排水及降水措施。5.2.2断面设计桩号0+214.700+415.43段长200.73 m，为新北干渠涵洞防护段；桩号0+415.430+650段长243.57 m，现状河底高程为（203.98193.24），现状纵向坡比约1/20，该段河底岩石已裸露，为宽浅型河道，最大河口宽度约110 m，流速最大3.38 m/s，仅对该段边坡按12进行整理。桩号0+6500+950段长300m，现状河底高程为（193.24187.61），现状纵向坡比约1/20，该段河底岩石已裸露，形成深窄型河道，流速最大5.50 m/s，同时考虑现状两岸存在的建筑物拆迁和占地问题等影响因素，结合管理部门意见，暂时不整理河道断面，仅对该部分河道两岸进行安全防护。桩号0+9501+800段850 m长度范围内现状河底高程为（187.61187.12），该段河底受上游冲积物影响，现状淤堵比较严重，河底纵坡约1/1950，对该段进行清淤设计，设计河底高程为（188.24184.06）河道设计纵坡1/200，底宽45 m。5.3堤防工程设计5.3.1堤顶高程计算根据 堤防工程设计规范，工程堤防堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定。堤顶超高按下公式计算复核：YReA（1）式（1）中：Y堤顶超高；R设计波浪爬高，按 堤防工程设计规范 附录C计算；e设计风壅增水高度，按 堤防工程设计规范 附录C计算；A安全加高，m；4级堤防取0.60 m。根据气象站统计资料计算，汛期多年平均最大风速为19 m/s，风向与堤轴线夹角为90。根据规范，采用多年平均最大风速的1.50倍计算，最大风速为28.50 m/s。风区长度取堤防间距90 m。根据各断面滩面高程和设防水位，堤前平均水深按4 m计算。设计波浪爬高值应按不允许越浪堤防，采用累积频率为2%的爬高值。经计算，设计波浪爬高0.74 m，设计风壅增水高度3.0010-3m，根据规范，4级堤防安全加高为0.60 m，计算堤顶超高为1.34 m。因此，堤顶设计高程按20年一遇防洪水位加1.34 m确定。经分析，尾水渠桩号 0+9501+800 段，两岸堤防总长2850 m，该段地面高程高于20年一遇洪水位-0.141.70 m，仅有200 m左右地面高程不满足超高0.50 m的要求，考虑到该段现状堤防距离均大于100 m，渠道两侧预留有部分河道用地，结合两岸群众的生产生活方便，尾水渠清淤后开挖料就近堆砌1.503 m高的防护堤，堤宽5 m，在防护堤内侧坡顶设置安全防护网。5.3.2堤顶宽度根据 堤防工程设计规范，4级堤防设计堤顶宽度不宜小于3 m，考虑到交通需要，堤顶宽度取5 m，临背坡比均为1：2.50。5.3.3渗流计算某水库溢洪道灾后水毁工程堤防为防护堤，堤基均高于防洪水位，不再进行渗流分析。5.3.4加培方式堤身采用尾水渠清淤后开挖料就近堆砌1.503 m高的防护堤，堤顶设计高程均高于按20年一遇防洪水位加1.34 m。堤防加培施工前应进行清基清坡，清基清坡深度暂按0.30 m，根据具体情况，清基深度可进行调整，满足清基要求。加培范围内如有坑塘，要将坑塘内的水草等杂物清除干净；加培范围内如有树木，需将树木挖除。5.4防护工程设计5.4.1河道冲刷计算某水库溢洪道灾后水毁工程尾水渠上段河道较陡，流速大，主河床冲刷严重，最大冲切深度约7 m，现状河底冲刷严重，覆盖层破坏，露出岩底，河底及坡脚受水流冲刷较严重。下游河道坡度较缓，河底淤积严重，砂卵石及碎石为主，淤积厚度约23 m，根据河道分段加固的地形、地质条件，选择典型断面进行河床和护岸冲刷深度计算。0+950以上河道，底部为二叠系上统石千峰组泥岩、砂岩强风化弱风化岩体，抗冲流速为46 m/s，该段河道流速为1.455.25 m/s，河底不再进行防护。0+950以下河道，河道两岸地表主要为轻粉质壤土，现状河底为卵石土，卵石粒径较小，抗冲刷流速一般为0.701 m/s，该段河道流速为1.543.38 m/s，经计算水流平顺岸坡时的冲刷深度为1.10 m，水流斜冲护岸时冲刷深度1.101.50 m，护坡坡脚需采取防冲措施。0+950附近河底冲刷深度3.20 m，建议该处河道应进行底部防冲防护。6结语溢洪道灾后水毁工程设计根据原始地貌、地质结构，结合工程实际情况进行技术调整、工程设计变更，水毁修复计算均满足规范规程要求，保证了整个水库安全度汛及功能正常发挥，设计经验对溢洪道工程设计具有一定的借鉴价值。参考文献：1 孙培吉，祝在芳，杜滨.墙夼水库溢洪道水毁工程原因分析及应对措施 J.山东水利，2022（10）.2 郭玉龙，赵爱徐，苏灿英.某水库溢洪道泄槽段基础处理及变形数值分析 J.水利技术监督，2022（10）.收稿日期：2022-9-29编辑：刘长垠62