浅析大港区沙井子水库的结构安全性

　　摘要：本文对沙井子水库的结构和渗流两方面进行了系统的分析，为以后水库的安全性提供了保障。
　　关键词：沙井子水库；结构安全；分析
　　沙井子水库位于天津市大港区西南部，在青静黄排水渠以北，红旗路以南，新联盟村以西，占地6.8平方公里。沙井子水库始建于1977年春，1978年6月竣工。设计最高库容2000万m3，正常蓄水位下库容1200万m3。设计灌溉面积20000亩，是一座以蓄水、灌溉、养殖为一体的综合型中型水库。
　　工程现状为：围堤大坝为土坝，大坝长12km，设计坝顶高程7.0m，坝顶宽5.0m，最大坝高3.5m；上下游均无护砌，内坡为1：10，外坡为1：4。该水库堤身为均质土堤，经过几十年的运行，围堤的沉降已经稳定，现有堤顶高程出现了不同程度的沉降。水库内现有防浪林台三条，一条连接水库南北堤，长1600m；.顶高程4.5m，台顶宽4.0m，坡度1：10，台上植苇防浪；另两条连接西堤和南北向防浪林台，长度分别为900m、1500m，顶高程5.1m，台顶宽50~150m，坡度1：10，台上植苇防浪。水库配套建筑物有：自力扬水站一座位于西堤上，设计流量4m3/s；蓄水涵闸2座，南堤方涵设计流量4m3/s，西堤管涵设计流量2m3/s；泄水涵闸一座位于东堤上，设计流量42m3/s泄入五排干。
　　沙井子水库建库三十多年以来，一直处于低水位运行状态，尤其进入80年代以来，随着工农业生产的迅速发展，人类活动的影响，流域下垫面条件因素发生了较大的变化，导致自产地表水与地下水资源均呈减少趋势，加之北大港水库、青静河等水系对区域防洪的影响，沙井子水库蓄水量减少，其防洪蓄水功能也明显下降，养殖功能占主导地位。针对该水库功能和运营方式的变化，本次评价拟定正常运行水位为4.3m，校核水位4.8m；库容900万m3。因此沙井子水库虽然原设计为中型水库，但从水源条件上我们可以降低其功能使用，确定按小型水库进行分析和运行。下面我们从结构和渗流两方面分析该水库的安全性。
　　1结构安全综合分析
　　（一）坝顶高程复核
　　坝顶现状高程：该水库堤身为均质土堤，设计堤顶高程为7.0m，库底高程为3.50m，经过几十年的运行，围堤的沉降已经稳定，现有堤顶高程出现了不同程度的沉降，经实地勘测，大坝现状平均堤顶高程为：东堤6.36m，西堤6.51m，南堤6.32m，北堤7.88m。
　　水库蓄水高程：建库三十多年以来，水库一直处于低水位运行状态，尤其进入80年代以来，随着工农业生产的迅速发展，人类活动的影响，流域下垫面条件因素发生了较大的变化，导致自产地表水与地下水资源均呈减少趋势，加之北大港水库、青静河等水系对区域水量的影响，沙井子水库蓄水量减少，其蓄水功能也明显下降。库区地表水近二十年来基本断流，水库运行三十多年以来，2003年，从青静黄排水渠引水400万m3；2004年，从大港水库蓄水1500万m3；2005年，从青静黄排水渠引水600万m3；水库多年蓄水深0.8~1.2m，该水位为正常运用条件下的蓄水位。
　　水库调度运用高程：几十年来，沙井子水库库区流域内水资源减少，水源条件的限制致使其在功能、运营方式上发生了变化。其蓄水功能减弱，目前水库主要以养殖为主，其兴利调度明显占主要地位，而且以后的运营方式在一定时期内也不会改变。从生态上讲，蓄水深不高于1.5m完全可满足养殖的要求，故本次分析以该水位为非常运用条件下的最高蓄水位4.80m。
　　计算情况如下：坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件进行计算，取其最大值。(1)正常运用条件蓄水位加坝顶超高(2)非常运用条件蓄水位加坝顶超高。
　　位置 计算条件 静水位 安全加高 计算坝顶高程 现状坝顶高程
　　东堤 正常运用条件蓄水位 4.30 1.5 5.80 6.36
　　 非常运用条件蓄水位 4.80 1.5 6.30 
　　西堤 正常运用条件蓄水位 4.30 1.5 5.80 6.51
　　 非常运用条件蓄水位 4.80 1.5 6.30 
　　南堤 正常运用条件蓄水位 4.30 1.5 5.80 6.32
　　 非常运用条件蓄水位 4.80 1.5 6.30 
　　北堤 正常运用条件蓄水位 4.30 1.5 5.80 7.88
　　 非常运用条件蓄水位 4.80 1.5 6.30 
　　坝顶高程计算成果表
　　单位：m
　　由上表可以看出：在上述正常运用及非常运用两种计算工况下，现状坝高均不可能发生水流漫顶溃坝的现象，坝顶高程均能满足现运用状况下超高要求。
　　（二）坝顶宽度及坝坡稳定复核
　　水库大坝东西堤堤顶宽度5m，南堤为青静黄排水渠的北大堤，堤顶宽80~100m，北堤顶宽8m。大坝断面尺寸能够满足防汛抢险、交通、规范的要求。
　　（三）坝体结构稳定复核
　　水库坝体为均质坝，东堤、西堤、南堤均生长着茂密的芦苇、灌木、庄稼、杂草等植物，这种状况对库岸的稳定起到良好的作用，形成了工作可靠、造价低廉、外形美观的天然护坡；北堤的迎水面为钢筋混凝土护坡。水库周边排水通畅，大坝下游与岸坡的结合处为连通的排水沟，与东坝背靠港西街的五排干、西堤旁边的六排干纵横贯通，两条主干渠用来排除水库周边积水，保障了坝体的稳定。
　　（四）坝体变形分析
　　通过现场检查，大坝经过几十年来的沉降已趋于稳定，坝头和坝体与建筑物结合部位均未发现异常现象，未发现塌陷和裂缝。依据《水库大坝安全评价导则》SL258-2000规定，在当前运用状况下大坝的结构是安全的。
　　（五）建筑物
　　沙井子水库配套建筑物有：西堤自力泵站，西堤进水涵闸，东堤排水涵洞，通过现场观测没有发现裂缝、渗水等情况，各种建筑物的左右岸浆砌石结构相对完整，砌石无明显裂缝，上下游连接段河床地质条件也较好，多年来运用得较好。
　　2大坝渗流安全分析
　　沙井子水库已运行了30年，大坝的综合防渗能力肯定有所调整和改变。大坝渗漏量包括坝体和坝基渗流量，大坝渗漏量的大小的因素有库水位及地下水位、降雨和时效，而真正影响大坝渗流的基本效应的主要原因为库水位，也就是说大坝渗流的基本效应主要是库水位引起的，而由降雨形成的坝后渗漏量骤增往往由表面径流产生，对大坝渗流并无较大影响。所以，在进行坝体、坝基和两岸绕坝渗漏基流分析时主要考虑库水位的影响。
　　沙井子水库多年来一直处于低水位运行，由此推断大坝浸润线在坝下游坡逸出点高程都很低，不会引起较大渗漏，坝体填土不会发生渗流破坏。下游坝坡布置有纵横相连的排水系统，能将坝坡上的水及时排出去，减小了坝基扬压力，有利于坝体的渗流安全。
　　通过现场检测及当地管理部门介绍，沙井子水库多年来未发现管涌、流土、接触冲刷、接触流土等渗透破坏，其渗流性态是正常的。
　　大坝综合分析
　　综上所述，依据《水库大坝安全评价导则》SL258-2000规定，经过观测和分析，大坝在本拟定水位下运行，能够满足抗滑稳定的规范要求；近坝库岸稳定；大坝无危及安全的变形。大坝渗流性态是安全的。同时大坝自运行以来，未曾发生安全事故，由以上定性分析可知，大坝在以后的运行中也无安全隐患。沙井子水库原设计为中型水库，现在由于水源条件的限制，按小型水库进行运行和管理。这样，既能保证了水库的安全运性，又能发挥其经济、生态效益，并且避免了对这样一个相对安全的水库进行降等处理。

《浅析大港区沙井子水库的结构安全性》

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