浅析大港区沙井子水库的结构安全性

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
Abstract: in this paper the Shajingzi reservoir structure and percolation in two aspects has carried on the system analysis, for the future reservoir safety has provided a guarantee.
Key words: Shajingzi reservoir structural safety; analysis
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7.0 m，坝顶宽5.0 m，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4 m3/s；蓄水涵闸2座，南堤方涵设计流量4 m3/s，西堤管涵设计流量2 m3/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。

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。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。