丁河水库安全评价报告版214.docx

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丁河水库安全评价报告版214

【摘要】本文从水库的防洪安全标准、工程质量、结构安全、渗流安全、大坝运行管理以及现场安全检查等主要方面，依据有关现行规范规定和大坝安全评价分类标准，对丁河水库大坝工程安全性进行了全面复核和综合评价。

经复核，水库现有防洪标准满足要求，且存在许多严重安全隐患，如溢洪道不能安全泄洪，坝体填筑质量差，坝体、坝基渗漏等严重问题，已危及水库大坝的安全。

因此，综合评价该大坝为三类坝，属于病险水库，应及早进行除险加固。

关键词：

丁河水库安全评价病险水库除险加固

1前言

丁河水库位于信阳市新县周河乡汤冲村，处在淮河流域泼河上，是以防洪、灌溉为主，结合供水水产养殖等综合利用的小

（2）型水库。

水库于1975年冬季动工兴建，1977年4月基本建成，投入使用至今，为当地的防洪、除涝、抗旱减灾及灌溉、养殖等综合效益的发挥起到了很大作用。

水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水洞等组成。

水库下游为周河乡汤冲村，距新县至周河乡级公路1.5km，其中有1.0km为砂石路，保护区内有10个自然村组及学校1所，3600多人，地理位置重要，经济及社会效益显著，其安全问题关系重大，水库一旦失事，对下游造成巨大的损失。

水库原设计防洪标准采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，原总库容28.9万m3。

根据GB50201－94《防洪标准》及SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，本次复核防洪标准仍采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，总库容34.4万m3。

由于水库建设时，建筑材料缺乏，施工质量差，又经过30多年运行，出现大坝渗漏、滑坡，上、下游坝坡护砌塌滑、淘空，溢洪道消能设施不完善等问题，致使洪水无法安全下泄，直接威胁下游安全。

上述问题的存在，已影响到水库正常运行，危及水库安全。

为此，在信阳市水利局直接领导下，于2008年3月成立了水库大坝安全鉴定领导小组，组织力量对水库各方面进行了论证和评价，按照SL258－2000《水库大坝安全评价导则》和河南省水利厅豫水管[2007]5号文的要求，结合丁河水库的工程现状，提出的主要专题成果如下：

⑴丁河水库防洪能力复核；

⑵丁河水库工程质量标准评价；

⑶丁河水库结构安全分析；

⑷丁河水库渗流安全分析；

⑸丁河水库现场安全检查及运行管理分析；

⑹丁河水库大坝安全综合分析。

本文将以上述成果为主，并结合其它文献对大坝工程的安全性作综合评价。

2工程概况

2.1水库概况

丁河水库控制流域面积2.1km2。

水库处在山区，大坝为粘土心墙土坝，根据GB50201－94《防洪标准》，结合水库的实际情况，本次复核防洪标准选用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

调洪成果：

设计水位116.34m，相应库容33.1万m3；校核水位116.93m，相应库容34.4万m3。

水库起调水位114.5m，兴利水位114.5m，相应库容28.9万m3；死水位101.0m，死库容5.0万m3。

根据SL252－2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，丁河水库属小

（2）型水库，工程等别为V等，主要建筑物级别为5级。

主要建筑物有大坝、溢洪道、输水洞等。

详见工程总体布置图。

2.2大坝

大坝为粘土心墙坝，坝长110m，粘土心墙顶部高程113.7m，坝顶高程117.7m，最大坝高24.5m，坝顶宽5.0m，无防浪墙。

大坝上下游设计坡率分别为1∶2.0-1∶2.5、1∶2.0-1∶2.5。

但据我院2008年实测断面，大坝上下游坡率分别为1∶2.0、1：

2.0，未达到设计要求。

上、下游坝坡均为块石护坡，下游坝坡在100.67m戗台有一横向排水沟，与输水洞出口相连，纵向排水沟倒塌破坏。

输水洞以下外坝坡满坝面空洞、漏水。

坝脚为60m长，5.5m高的反滤坝，反滤坝坡为1：

0.7。

部分反滤坝脚砌石倒塌破坏。

2.3溢洪道

溢洪道位于水库大坝右侧山洼处，为开敞式宽顶堰，堰顶高程114.5m，堰顶宽11.0m。

基岩为强风化岩，下游无消力池，无海漫。

2.4输水洞

输水洞位于大坝桩号0+030m处，出口底部高程98.5m，洞身采用φ400mm砼预制管，总长90m，最大泄量1.31m3/s。

启闭方式采用斜拉活塞式开启，现已无法启闭。

闸室位于大坝上游侧，并建有管理房一间。

2.5观测设施

大坝建成时未设置任何工程安全监测设施，无位移及渗漏观测设施。

2.6大坝运行情况

水库大坝在30多年的运行中，曾发生大坝渗漏、坝坡空洞、滑坡、溢洪道出口倒塌、不满足泄流要求等严重问题，虽经处理，仍未消除工程隐患。

目前，大坝不能正常运行。

3执行标准

1）《水库大坝安全评价导则》；

2）国家标准GB50201-94《防洪标准》；

3）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SLO44-2006）；

4）《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；

5）《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）；

6）《关于印发点小型病险水库除险加固工程初步设计指导意见的通知》（水总[2008]428号）；

7）《河南省关于印发重点小型病险水库除险加固工程初步设计指导意见的通知》（水总[2008]428号）。

丁河水库工4程特性表

集雨面积

2.1km2

多年平均降雨量

1366mm

多年最大平均风速

15m/s

正常蓄水位

114.5m

死水位

101.0m

死库容

5.0万m3

设计水位

116.34m

相应库容

33.1万m3

校核水位

116.93m

总库容

34.4万m3

兴利水位

114.5m

相应库容

28.9万m3

设计洪水

设计洪水频率

30年一遇

校核洪水

校核洪水频率

300年一遇

洪峰流量

47.62m3/s

洪峰流量

71.05m3/s

24小时洪量

51.25万m3

24小时洪量

82.18万m3

下泄流量

43.75m3/s

下泄流量

66.30m3/s

设计洪水位

116.34m

校核洪水位

116.93m

大坝

型式

粘土心墙

溢

洪

道

型式

开敞式溢洪道

坝顶高程

117.7m

堰顶高程

114.5m

最大坝高

24.5m

堰顶宽度

11.0m

坝顶长度

110m

最大下泄流量

66.30m3/s

输水洞

型式

活塞斜拉闸门

进口底部高程

97.5m

洞身直径

Φ400mm

最大泄量

1.16m3/s

1基本情况

1.1洪水标准

丁河水库位于丘陵区，小

（2）型水库，主要建筑物为4级。

最大坝高24.5m。

根据GB50201—94标准《防洪标准》，洪水标准按山区标准确定，设计洪水标准采用30年一遇，校核洪水标准采用300年一遇。

1.2水文气象

土30年一遇域属亚热带季风气候区，兼有暖温带气候特征，气候温和，四季分明，雨量充沛。

多年平均降雨量1366mm，最大年降雨量2139mm，最小为827mm，最大与最小的比值为2.6，降雨历时短（约24小时），强度大，6～9月份降雨较多，常以暴雨形式出现，约占年降雨量的56％。

多年平均气温15.2℃，极端最低气温－17.3℃，极端最高气温42.5℃，多年平均无霜期222～250天，多年平均水面蒸发量约为800mm，陆面蒸发量为1300mm。

温度变化特点是：

春季温度波动大，夏季高温时间长，秋季降温来得快，冬季寒冷。

境内日照时间长，气候温和，雨量充沛，适宜水稻、小麦、油菜、花生、大豆、棉花、烟叶等多种农作物和经济作物的生长，为典型的鱼米之乡。

1.3水库特征值复核

通过1/50000航测图测量水库特征值，复核结果与建库补充设计及以往水文复核的特征值结果基本相同，流域面积为2.1km2，河道长度2.3km，河道平均比降0.05，水位库容数据关系见表2—1。

表2—1水位～库容数据关系表

水位（m）

库容（万m3）

101.0

5.0

114.5

28.9

115.0

30.0

116.0

32.3

116.34

33.1

116.93

34.4

117.2

35.0

2设计洪水

由于库区无实测资料，计算依据采用《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（河南省水利勘测设计院，1984年，以下简称《84图集》）和《河南省暴雨图集》（河南省水文水资源局编制，2005年，以下简称《05图集》）分别计算。

以下以《05图集》参数为例计算。

2.1设计面雨量

根据流域水文气候特征，设计雨期确定为24小时。

查《05图集》1、6、24小时点雨量值

、相应时段的偏差系数Cv（Cs=3.5Cv）和相应频率的模比系数Kp，并计算各频率的设计面雨量值

（流域面积小于50km2，点面折减系数为1，面雨量等于点雨量），计算结果见表2—2。

表2—2年最大10分钟、60分钟、6、24小时设计面雨量表

时段

t

（mm）

Cv

Cs=3.5Cv

1/20

1/30

1/200

1/300

Kp

Htp

Kp

Htp

Kp

Htp

Kp

Htp

10mim

16.5

0.36

1.69

27.9

1.809

29.8

2.34

38.6

2.44

40.3

1h

46

0.40

1.78

81.9

1.912

88.0

2.53

116.4

2.66

122.4

6h

90

0.45

1.88

169.2

2.045

184.1

2.79

251.1

2.94

264.6

24h

140

0.50

1.99

278.6

2.18

305.2

3.06

428.4

3.24

453.6

2.2设计净雨

降雨径流关系线选用《84图集》“河南省山区丘陵地区降雨径流关系曲线图”Ⅰ号线，降雨最大初损值Imax=50mm。

由各频率24小时暴雨查《84图集》次降雨径流关系

得24小时净雨深R24，P为24小时设计雨量，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨

，30年一遇

。

计算结果见表2—3。

表2—324小时设计净雨计算表（单位：

mm）

项目

1/20

1/30

1/200

1/300

P

278.6

305.2

428.4

453.6

Pa

33.33

40

50

50

P+Pa

311.93

345.2

478.4

503.6

R24

213

244

368

391

2.3设计洪水

2.3.1设计洪量

24小时设计洪量采用下式计算：

—24小时净雨深，mm；

—流域面积，km2。

计算结果见表2—4。

表2—4各频率24小时设计洪量

频率P

项目

1/20

1/30

1/200

1/300

R24

213

244

368

391

W24（万m3）

44.75

51.25

77.30

82.18

2.3.2设计洪峰流量

用推理公式计算洪峰流量，基本公式为：

式中：

—设计洪峰流量，m3/s；

—洪峰径流系数；

—洪峰汇流时间，h；

—流域面积，km2；

—干流长度，km；

—

的平均比降；

—设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时面雨量，mm；

—设计暴雨递减指数,当

小时n=n2，

小时n=n3，

计算成果见下表2—5。

表2—5各频率暴雨递减指数

时段

t（h）

项目

1/20

1/30

1/200

1/300

<1

n1p

0.399

0.397

0.384

0.380

1～6

n2p

0.595

0.588

0.571

0.570

—平均入渗率，取

mm/h；

—汇流参数，根据公式

，

求出。

将三个基本公式联立转换成方程：

为最大1小时净雨平均强度。

计算过程如表2—6。

表2—6洪峰流量计算表

频率P

项目

1/20

1/30

1/200

1/300

求m用的θ值

5

5

5

5

n1

0.399

0.397

0.384

0.380

S（mm）

278.6

305.2

428.4

453.6

τ0（h）

1.08

1.058

0.974

0.960

S'（mm）

78.74

84.85

113.42

119.43

τ

1.093

1.069

0.982

0.967

ψ

0.961

0.965

0.974

0.976

Qm

43.59

47.62

66.91

71.05

3洪水调节计算

3.1水位库容数据关系表见表2-1

3.2溢洪道泄量计算

溢洪道泄量按宽顶堰计算

Q=mB

H01.5=1.58BH01.5

流量系数m选用0.36，溢洪道控制段宽度B=11.0m。

3.3采用简化三角形法调洪演算

起调水位114.5m，库水位超过114.5时，溢洪道自然泄洪。

计算成果表见2-7

表2—7调洪成果表

频率

库水位

（m）

相应库容

（万m3）

溢洪道泄量

（m3/s）

1/20

116.23

32.8

39.78

1/30

116.34

33.1

43.75

1/200

116.83

34.2

62.35

1/300

116.93

34.4

66.30

4水库抗洪能力复核

4.1防洪标准

该水库防洪标准选用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

4.2安全超高

根30年一遇189-96《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》规定，参照SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》的计算方法，计算结果见表2-8。

超高

式中：

y—超高，m;

R—波浪爬高，m；

A—安全加高，水库主坝为4、5级建筑物，设计状态取0.5m，校核状态取0.3m；

4.2.1波浪爬高

丁河水库波浪的高度和平均波长可采用鹤地水库公式：

式中：

g—重力加速度，取9.81m/s2；

h2％—累积频率为2.23％的波高，m；

D—风区长度，m，水库沿风向两侧水域较宽广。

从五万分之一地形图上量得设计状况为210m，校核状况为220m；

W—计算风速，m/s，设计状况为22.5m/s，校核状况为15.0m/s；

Lm—平均波长，m。

大坝迎水面坡比m=1.5～5.0时，平均波浪爬高采用公式：

式中：

Rm—平均波浪爬高，m；

m—单坡系数,m=2；

KΔ—斜坡的糙率渗透系数，查表A.1.12-1（《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001）浆砌石护面取0.775；

Kw—经验系数，按表A.1.12-2查得。

丁河水库主坝为4级建筑物，应采用累积频率为5％的波浪爬高值R5%。

从1/五万地形图上测得，主风区来波波向线与坝轴线的法线的夹角β＝１０°。

经计算，设计、校核状况波浪爬高值分别为0.616m，0.395m。

根据以上公式核算坝顶高程见下表：

表4.2-1坝顶高程核算表

项目

设计状况

校核状况

最高静水位（m）

116.34

116.93

安全加高（m）

0.5

0.3

波浪爬高（m）

0.616

0.395

计算坝顶高程（m）

117.46

117.63

心墙顶部高程（m）

113.70

113.70

现状坝顶高程（m）

117.70

117.70

5.3结论

水库大坝心墙顶部高程113.7m，低于设计静水位和校核静水位，心墙不满足要求。

计算坝顶高程117.63m，现状坝顶高程117.7m，满足规范要求。

溢洪道泄洪能力差，大坝护坡损坏严重，水库大坝现状防洪能力为C级。

1大坝

1.1坝型及结构尺寸

丁河水库大坝为粘土心墙坝，坝长110m，坝顶高程117.7m，粘土心墙顶部高程为113.7m，最大坝高24.5m，坝顶宽5.0m。

大坝上、下游设计坡率分别为1∶2.0-1∶2.5、1∶2.0-1∶2.5。

但据我院2008年实测断面，大坝上、下游坡率分别为1∶2.0、1∶2.0，未达到设计要求。

上游坝坡为块石护坡。

下游坡原为块石护坡，此前，对外坡贴坡加固并在0+020～0+070坝段设“W”型导渗沟的渗漏处理，现为草皮护坡。

纵横向排水沟大部分倒塌。

内、外坝坡在高程109.09m以下满坝面空洞、漏水。

坝脚为60m长，5.5m高的砌石排水棱体，反滤坝坡为1：

0.7。

部分排水棱体砌石倒塌破坏。

1.2大坝工程质量分析及安全评价

1.2.1坝基

a）地质构造

坝基为片麻岩体，呈棕黄色，岩质结构不密实，含少量铁锰质结核，标准贯入试验击数16~20击，属透水性片麻岩体,承载力特征值fa＝275KPa。

b）大坝坝基评价

水库运行多年来，填筑土与自然土结合部位普遍存在渗漏现象。

期间先后由新县水利局及新县农业开发项目进行大坝漏水处理，但都没有从根本上解决大坝漏水问题。

本次勘察期间发现：

坝基段及高程109.0m以下坝面渗水较严重，反滤坝脚常年明流。

当年施工时，坝体填筑前虽进行了清基，但由于清基不彻底，使填筑土直接坐落在河沟岩体上，底部含有少量砾砂颗粒，从而造成坝基渗漏，当库水位常年处在114.0m高程时上，形成高水头大压力，库水沿坝基岩体向坝外渗漏，局部形成管涌，危及大坝安全，其工程质量判定为不合格。

1.2.2筑坝土料

据《工程地质勘察报告》对筑坝土料的分析资料得知：

丁河水库为粘土心墙坝，筑坝填土以低液限粘土为主，其间夹有不合格的淤泥质粘土和灰色耕种腐植土等。

故部分土料不满足筑坝要求。

1.2.3坝体填筑

据地质勘察资料揭示：

丁河水库大坝坝体填筑材料以低液限粘土和代料土主，呈黄色，颗粒匀细，粘塑性较强，含少量碳末腐植质，说明坝体部分填筑土料不合格。

坝体填筑质量普遍较差，根据水库最高水位及坝体多次渗漏分布的顶部高程，主要由岗地及田间取土填筑而成，填筑土不均匀，压密度不够，结构较疏松，标准贯入击数为7～32击。

本次勘探，共采取原状土样16组，含水量18.01～27.2%，孔隙比0.716～0.811,干密度为1.42～1.62g/cm3，其中干密度大于1.60g/cm3的仅3组，占总数的18.8%；干密度在1.55～1.60g/cm3之间的7组，占43.8%；干密度小于1.55g/cm3的6组，占37.5%，通过钻孔注水试验得知，渗透系数k=3.26×10-5～9.52×10-４cm/s,呈中等透水性，承载力特征值fa＝152KPa。

由于填筑质量差而引起坝体渗漏,故判定坝体填筑质量为不合格。

土的基本性质试验成果见表3-1；大坝工程地质纵剖面见附图。

1.2.4大坝护坡

大坝迎水坡采用块石护坡，厚10cm-30cm，下铺10cm厚粗砂垫层，护砌范围为全坝段。

由于坝体填筑质量差，坝坡塌陷，经多年的水流冲刷及风吹日晒，绝大部分砼与块石已严重损毁，砂石垫层散失殆尽。

据现场查看，整个上游坡面护坡严重损坏，已严重危及坝体安全。

大坝下游坡原为块石护坡，此前，先后经新县水利局及新县农业开发项目进行大坝漏水处理，对外坡贴坡加固并在0+020～0+070坝段设“W”型导渗沟的渗漏处理，现为草皮护坡。

内处纵横向排水沟大部分倒塌。

内、外坝坡在高程109.09m以下满坝面空洞、漏水。

坝脚部分排水棱体砌石倒塌破坏。

表3-1大坝填土试验成果表

孔号

土号

取土深度

（m）

含水量

W（%）

密度

ρ（g/cm3）

干密度

ρd（g/cm3）

土粒比重

Gs

孔隙比

e

液限

WL（%）

塑限

Wp（%）

塑性指数Ip

典型土名

符

号

压缩

系数

（MPa-1）

压缩模量

（MPa）

饱和固结快剪

Sr饱和度（%）

渗透系数k20

cm/s

摩擦角

。

凝聚力

Kpa

ZK-1

1

2.5-2.8

19.3

1.92

1.62

2.70

0.716

40.2

17.7

22.5

低液限粘土

CL

0.205

8.37

91.3

3.6×10-5

坝

体

填

筑

土

2

5.2-5.5

20.8

1.95

1.60

34.1

17.1

71.05

低液限粘土

CL

14.6

22

94.5

8.2×10-5

3

7.7-8.0

22.5

1.99

1.56

2.72

0.722

39.5

17.2

22.3

低液限粘土

CL

0.321

5.36

96.4

1.96×10-4

4

10.2-10.5

18.1

1.91

1.55

37.2

17.4

19.8

低液限粘土

CL

9.6

31

91.7

4.41×10-4

ZK-2

1

2.2-2.5

18.8

1.92

1.60

2.70

0.757

36.7

16.4

20.3

低液限粘土

CL

0.382

4.60

95.9

3.26×10-5

2

4.7-5.0

19.5

1.95

1.61

2.72

0.73

39.9

18.2

21.7

低液限粘土

CL

0.315

5.51

6.2

18

93.6

1.75×10-4

3

7.2-7.5

20.3

1.98

1.57

2.73

0.77

39.0

18.0

21.0

低液限粘土

CL

0.290

5.92

97.0

3.66×10-4

4

9.7-10.0

22.4

1.98

1.51

32.2

16.8

15.4

低液限粘土

CL

6.8

26

86.7

8.80×10-4

5

12.2-12.5

24.8

1.99

1.45

44.4

20.9

23.5

低液限粘土

CL

7.5

51

84.5

9.52×10-4

6

15.0-15.2

25.2

1.98

1.42

2.71

0.809

33.5

16.5

17.05

低液限粘土

CL

0.471

3.84

85.6

6.76×10-4

7

19.5-19.8

26.1

1.99

1.45

34.2

17.0

17.1

低液限粘土

CL

13.2

21

86.2

2.14×10-4

8

22.7-23.0

27.3

1.97

1.44

2.69

0.811

34.8

18.1

18.42

低液限粘土

CL

0.423

4.42

88.3

4.05×10-4

ZK-3

1

2.2-2.5

20.5

1.90

1.61

35.6

19.4

16.2

低液限粘土

CL

5.1

16

94.6

5.77×10-5

2

4.5-4.7

18.5

1.91

1.58

46.8

21.5

25.3

低液限粘土

CL

92.6

8.7×10-4

3

7.0-7.5

20.5

1.