貴州山區(qū)山塘整治設(shè)計(jì)探討

王正權(quán)

摘? 要：針對(duì)貴州山區(qū)山塘的現(xiàn)狀，通過對(duì)山區(qū)小山塘主要病險(xiǎn)問題的探討，介紹了山塘整治設(shè)計(jì)的一般原則和步驟，進(jìn)而提出典型的處理措施，以期為山塘整治設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：山塘;整治;洪水;穩(wěn)定;滲漏

中圖分類號(hào)：TV697.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）34-0090-03

Abstract： In view of the present situation of mountain ponds in Guizhou， through the discussion of the main disease and risk problems of mountain ponds in mountainous areas， this paper introduces the general principles and steps of mountain pond regulation design， and then puts forward typical treatment measures in order to provide reference for mountain pond regulation design.

Keywords： mountain pond; regulation; flood; stability; leakage

1 概述

山塘（容積小于10萬m3）在貴州山區(qū)廣泛分布，是農(nóng)村主要的小型蓄水工程，承擔(dān)著不可替代的農(nóng)田灌溉和農(nóng)村人畜飲水任務(wù)?，F(xiàn)有的山塘大都建設(shè)于上世紀(jì)50-70年代，受當(dāng)時(shí)條件所限，絕大部分山塘依靠當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾根據(jù)經(jīng)驗(yàn)“土法上馬”，沒有經(jīng)過專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)，施工時(shí)又無大型機(jī)械設(shè)備，基本采用人挑肩扛、手工或簡易工具夯實(shí)填筑施工而成，導(dǎo)致這些小山塘先天不足，經(jīng)過多年運(yùn)行后，存在諸多安全隱患，效益難以發(fā)揮。根據(jù)貴州省水利廳水利工程管理局2016年2月統(tǒng)計(jì)，全省水利部門管理的山塘19868處，應(yīng)蓄庫容1.96億m3，實(shí)蓄1.05億m3。山塘數(shù)量多、隱患多、投入少、管理弱，成為全省防汛抗旱和新農(nóng)村建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)。為了充分利用這部分山塘已占有的土地資源和來水資源，減少廣大農(nóng)村地區(qū)工程性缺水的問題，排除可能發(fā)生的危害，利用現(xiàn)有的技術(shù)、資金、材料和施工技術(shù)設(shè)備，對(duì)山塘進(jìn)行整治十分必要。

2 山塘的病險(xiǎn)原因查找

2.1 資料收集

現(xiàn)有山塘多分布于山區(qū)，由當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娮园l(fā)而建，山塘基礎(chǔ)資料缺失嚴(yán)重，收集詳實(shí)可靠的基礎(chǔ)資料十分重要。主要了解建壩時(shí)間、山塘運(yùn)行管理現(xiàn)狀，維修加固情況以及山塘供水效益等;其次通過現(xiàn)場踏勘，拍照等方式采集山塘現(xiàn)狀情況，主要通過現(xiàn)場查看山塘主要擋水、泄水及供水建筑物完好情況[2]。通過全面準(zhǔn)確的掌握山塘的整體情況，為查找分析病險(xiǎn)成因和整治方案奠定基礎(chǔ)。

2.2 山塘的功能設(shè)施是否齊全

首先需要了解壩址以上是否有足夠的集水面積以及庫盆的大小，庫盆淤積情況，能否有足夠的容積，判斷山塘整治的價(jià)值。其次是查看三大件（擋水建筑、取水設(shè)施和泄水建筑）現(xiàn)狀情況，擋水建筑物大壩是否具有攔水蓄集的功能;取水建筑物如放水涵洞、放水管、引管、閘門、閘閥是否配套、齊全，進(jìn)出水口設(shè)施是否完備;泄水建筑物如溢洪道或排洪洞完好情況，下游消力設(shè)施是否配備。最后，對(duì)于土石壩，還需要檢查下游面是否有完善的排水設(shè)施。

2.3 山塘的病險(xiǎn)成因分析

2.3.1 庫盆和大壩

庫盆（包括海子、水凼）病險(xiǎn)問題主要是滲漏，由于山塘區(qū)巖溶發(fā)育或是斷層、裂隙構(gòu)造，存在庫盆滲漏問題，庫盆漏水會(huì)造成山塘只能滯洪而不能正常蓄水和正常的運(yùn)行。大壩的病險(xiǎn)問題主要壩頂高程不夠、大壩穩(wěn)定和滲漏。當(dāng)時(shí)技術(shù)力量薄弱，因而達(dá)不到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn);由于壩體單薄，往往造成壩身（砌石、砼壩）和壩坡（土石壩）達(dá)不到穩(wěn)定要求;由于山塘修建時(shí)施工工藝落后，筑壩材料質(zhì)量控制差，大壩壩身施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，造成壩體嚴(yán)重漏水，危害大壩的壩身安全;由于壩基處理不當(dāng)，造成大壩壩基和大壩壩身的基礎(chǔ)接觸帶漏水，超過允許值造成不能正常蓄水，危害大壩的運(yùn)行安全等。

2.3.2 放水設(shè)施漏水或損壞

絕大多數(shù)山塘由于當(dāng)時(shí)技術(shù)、資金等諸多原因，放水涵洞、放水管采用石灰砂漿砌石涵洞或素混凝土預(yù)制涵管，經(jīng)過多年運(yùn)行，存在老化、斷裂、破損、錯(cuò)位;進(jìn)出水閘門、閘閥老化、損壞或缺失[1]。壩體與沿涵管或放水管接觸部位容易形成滲漏通道，造成壩體坍塌并危害大壩安全。

2.3.3 排洪設(shè)施

在現(xiàn)有山塘的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分小山塘現(xiàn)狀情況基本沒有溢洪道或是溢洪道為當(dāng)?shù)乩习傩兆孕型诰虻耐翜?，主要存在以下幾個(gè)問題：（1）溢洪道邊坡及底板基本沒有襯護(hù)，導(dǎo)致泄洪能力差;（2）溢洪的布置未進(jìn)行調(diào)洪演算，高程設(shè)置不合理，溢洪道出口沒有消能設(shè)施;（3）經(jīng)過多年的運(yùn)行，現(xiàn)有溢洪道泄水建筑物不同程度存在老化、破損、失穩(wěn)，沖刷嚴(yán)重，影響泄洪能力[1]。

2.3.4 蓄水不足

現(xiàn)狀部分山塘壩址以上集雨面積不足，造成山塘蓄水不足，如遇干旱就干涸，多數(shù)年份都不能蓄滿，已失去了應(yīng)有功能，不能滿足設(shè)計(jì)用水要求。

3 山塘整治有關(guān)問題探討

3.1 山塘樞紐布置的復(fù)核

山塘整治設(shè)計(jì)首先應(yīng)復(fù)核壩址以上集水面積等流域參數(shù)，一般通過1：1萬地形圖進(jìn)行勾繪量算，根據(jù)庫區(qū)實(shí)測地形圖（一般為1：1000），勾繪庫容曲線，量算山塘的容積;其次是后復(fù)核放水設(shè)施及進(jìn)口布置，根據(jù)現(xiàn)場查看放水設(shè)施的布置及運(yùn)行情況，初步評(píng)價(jià)存在的問題及設(shè)計(jì)采用的整治措施;最后復(fù)核溢洪道或排洪洞位置和出口與下游的連接情況，評(píng)價(jià)溢洪道進(jìn)出口位置是否合理，出口消力設(shè)施完好情況，確定主要整治措施。

3.2 庫盆及壩區(qū)的工程地質(zhì)勘探與調(diào)查

通過1：20萬和1：5萬區(qū)域地質(zhì)圖以及現(xiàn)場地質(zhì)踏勘，根據(jù)庫區(qū)的地層分布和地質(zhì)構(gòu)造，分析區(qū)域構(gòu)穩(wěn)定情況;根據(jù)隔水層分布，巖層傾角、走向及巖溶發(fā)育情況，分析區(qū)庫盆滲漏及成庫條件;根據(jù)壩址區(qū)地層巖性，巖層傾角等，分析壩基滲漏和穩(wěn)定;根據(jù)庫區(qū)農(nóng)田或房屋高程，庫區(qū)巖性和邊坡穩(wěn)定情況，分析浸沒影響、庫岸穩(wěn)定情況。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場試坑探揭示的筑壩材料，結(jié)合同類工程和經(jīng)驗(yàn)，提出各項(xiàng)力學(xué)參數(shù);必要時(shí)可增加鉆探等地質(zhì)勘查手段并取樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，纖細(xì)分析地質(zhì)條件和力學(xué)參數(shù)。

3.3 洪水復(fù)核及調(diào)洪演算

3.3.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)確定

山塘的等別及洪水標(biāo)準(zhǔn)，目前缺少統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前山塘整治洪水標(biāo)準(zhǔn)主要參照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定，山塘工程等別一般為Ⅴ等。根據(jù)壩型、失事后影響程度、壩高及上下游水位差不同，一般按10～20年設(shè)計(jì)，20～200年校核。

3.3.2 洪水計(jì)算

由于山塘一般分布于小型沖溝，集雨面積大部分小于10km2，水文和降雨資料缺乏，計(jì)算流域特征參數(shù)較為繁雜。推薦采用“雨洪法”進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)一般采用臨近雨量站或氣象站觀測值、《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》上“貴州省年最大1h點(diǎn)雨量均值等值線圖”及“貴州省年最大24h點(diǎn)雨量變差系數(shù)等值線圖”綜合偏安全取值。通過對(duì)山塘設(shè)計(jì)和校核洪水復(fù)核，一般采用高切林公式來推算山塘出庫洪水過程，用計(jì)算機(jī)逐時(shí)段進(jìn)行調(diào)算，起調(diào)水位為正常蓄水位，高切林公式為：q_m=Q_p×（1-ΔV/W_P），式中q_m—調(diào)節(jié)后山塘最大出庫流量，m³/s;Q_p—設(shè)計(jì)頻率P的洪峰流量，m³/s;ΔV—溢洪道頂以上至設(shè)計(jì)最高水位見滯洪庫容，萬m³;WP—設(shè)計(jì)洪量，萬m³。

3.4 山塘的來水不足

當(dāng)山塘的集雨面積較小，來水量不能正常運(yùn)行可采用以下的措施：（1）通過引洪水補(bǔ)給：即在山塘附近尋找能直流入庫的流水面積，建引洪渠，引入山塘蓄積，引洪渠的設(shè)計(jì)流量應(yīng)根據(jù)山塘控制的用水區(qū)的用水量、用水過程、引洪集雨面積的大小及山塘的容積分析計(jì)算確定。（2）引泉水入塘集蓄：當(dāng)山塘附近或是庫盆周圍有出露泉水時(shí)，可新建引水渠將取水引至山塘，用于干旱季節(jié)用書要求。

3.5 庫盆滲漏治理措施

山塘的庫盆漏水使山塘只起到滯洪的作用，不能正常發(fā)揮灌溉及其他用水的功能。對(duì)于這樣的山塘首先要查清庫區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和漏水情況，一般可分為以下兩種情況：（1）庫盆比較完整，沒有產(chǎn)生漏水的地質(zhì)構(gòu)造，僅有部分漏水點(diǎn)，可采用堵塞漏水點(diǎn)進(jìn)行處理，處理對(duì)時(shí)將漏點(diǎn)擴(kuò)大2～3倍，深度0.5～1.0m先用較稀的砂漿后用砼或漿砌石封堵。（2）當(dāng)庫盆坐落在透水層上，可采用全面防滲，主要措施為在庫盆正常水位以下全部鋪設(shè)防水油氈、粘土鋪蓋或者防滲土工膜。

3.6 土壩壩坡穩(wěn)定及壩體漏水

（1）土壩壩坡的穩(wěn)定復(fù)核：對(duì)于較大山塘（壩較高，庫容較大）應(yīng)采用計(jì)算的方法進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核計(jì)算一般采用3種計(jì)算工況：a.正常蓄水位時(shí)穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。b.校核洪水位時(shí)穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。c.水位降落期的上游壩坡（水位從校核洪水位下降至死水位）。當(dāng)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)大壩上游壩坡在庫水發(fā)生驟降時(shí)達(dá)不到穩(wěn)定要求，應(yīng)采用培土加厚大壩，使其達(dá)到穩(wěn)定要求。在培厚應(yīng)注意新、老土料結(jié)合部位的施工處理。（2）經(jīng)驗(yàn)壩坡：計(jì)算中由于計(jì)算參數(shù)收集困難，對(duì)于一般的山塘可考慮用經(jīng)驗(yàn)壩坡復(fù)核。a.山塘壩高5m以下，上游迎水面壩坡應(yīng)不小于1：2，下游壩坡不小于1：1.5。b.山塘壩高大于5m，上游壩坡應(yīng)不小于2：2.25，下游壩坡不小于1：1.8。（3）土壩的壩身漏水：土壩施工中由于碾壓不實(shí)，施工面層處理不當(dāng)，造成壩身嚴(yán)重漏水。浸潤度過高，影響大壩的安全運(yùn)行，可采用以下兩種處理方法：a.土壩的劈裂灌漿，該方法由于劈裂的縫隙有限，形成的泥漿較薄，易被滲水擊穿，使用壽命較短，一般較少采用。b.土壩上游表面防滲，上游表面采用防滲土工膜或防滲油氈鋪設(shè)于壩體的上游壩坡上。鋪設(shè)土工膜或防滲油氈首先應(yīng)清理壩坡，鋪設(shè)細(xì)沙墊層后在進(jìn)行土工膜或防滲油毛氈的鋪設(shè)，最后再加上一層保護(hù)層。土工膜或油氈正常水位以下應(yīng)有齒墻與壩基和岸邊基礎(chǔ)連接。頂部應(yīng)采用適當(dāng)?shù)墓潭ù胧┕潭?，采用表面防滲的壩坡的坡度一般應(yīng)大于1：2.25。

3.7 砼、砌石重力壩壩身漏水

砼或砌石重力壩施工中由于座漿不滿或施工面處理不當(dāng)?shù)穆┧c(diǎn)，工程運(yùn)行時(shí)間較長部分損失造成的漏水或者由于溫度變化產(chǎn)生溫度裂縫而漏水。對(duì)于表面裂縫或空洞，可以將漏水點(diǎn)、孔、縫擴(kuò)大2倍（包括表面和深度），用高強(qiáng)度砂漿封堵，待達(dá)到凝固后針對(duì)孔、縫進(jìn)行灌漿處理。

3.8 砼、砌石重力的穩(wěn)定復(fù)核

3.8.1 建立穩(wěn)定安全計(jì)算模型

根據(jù)洪水復(fù)核及調(diào)洪演算成果，確定設(shè)計(jì)和校核的洪水位;通過現(xiàn)場的地質(zhì)調(diào)查查勘壩基的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖性，確定壩與基巖之間的摩擦系數(shù)和粘結(jié)力，建立穩(wěn)定安全的計(jì)算模型。大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算荷載按基本組合和特殊組合分別進(jìn)行，正常水位及設(shè)計(jì)洪水情況為基本組合，校核洪水情況為特殊組合。大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法采用抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算：K'=式中：K'—按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f'—滑裂面上的抗剪斷安全系數(shù);c'—滑裂面上的抗剪斷凝聚力;A—滑裂面面積;？撞W—作用于計(jì)算截面上壩體全部荷載對(duì)滑裂面的法向分值;？撞p—作用于計(jì)算截面上壩體全部荷載對(duì)滑裂面的切向分值。

3.8.2 穩(wěn)定計(jì)算