小型水库大坝安全分类初步分析

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小型水库大坝安全分类初步分析

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 1385


1、概述  据((2011年中国水利年鉴》,我国共有水库87873座(不含台、港、澳地区),其中小型水库84052座,占水库总数的95.65%,也是水库安全管理的主体。我国小型水库大多建于20世纪50—70年代,受当时技术经济和社会发展条件的影响,普遍存在建设标准低、工程质量差等问题。因工程等别与建筑物级别低,相应的设计标准、安全准则、管理标准也低于大、中型水库工程。实际施工与运行管理重视不足,给小型水库管理带来许多不利因素,且长期以来缺乏运行维护资金,管理粗放,工程老化失修。因此,小型水库工程安全问题突出、事故多发,直接威胁下游安全,并影响水库效益发挥。目前,我国的大坝安全采用三类坝的传统分类方法,发达国家已开始以后果进行分类。针对小型水库安全分类,进行初步比较分析。  2、小型水库与ICOLD小坝的区别  2.1ICOLD的小坝划分  国际上一般根据坝高与设计蓄水库容将坝划分为大坝(LargeDams)与小坝(SmallDams)。  ICOLD157号公告中关于坝的定义如下:  (1)大坝:满足以下两种条件之一即可:①坝高≥15m;②5m<15m且V>300万立方米。  (2)小坝:2.5m<H<15m且H2V0.5<200。  式中,H表示自河床底高程至坝顶的距离(m),在聚居点或人口多的地区,最小坝高可为2m或3m;表示最高运行水位(一般为设计蓄水位)对应的库容(10m),滞洪水库应选用溢洪道堰顶高程以下的(设计)库容。  大坝与小坝的分类见图1。

2.2我国小型水库划分  我国按总库容将水库工程规模划分为大、中、小型,按坝高分为高、中、低坝。小型水库是指10万立方米。≤V<1000万立方米的水库。其中,100万立方米≤V<1000万立方米的为小(1)型水库,l0万立方米≤V<IO0万立方米的为小(2)型水库。  按坝高H划分。水利水电系列标准(SL)定义:低坝高度为30m以下,中坝高度为3O一70m,高坝高度为70I1"1以上。电力系列标准(DL)定义,原与SL标准一致,新设计标准考虑技术进步与成功经验等,将中坝与高坝的界限提高至100m,将混凝土拱坝的低坝与中坝界限提高至50m,其他不变。据不完全统计,我国小(1)型水库平均坝高约20.1m,小(2)型水库平均坝高约l2.3m;坝高超过15m以上的小型水库约2.9万座,坝高30m以上的小型水库有3100余座,1993年溃坝的青海沟后水库坝高就达71m。

 对比国际大坝委员会(ICOLD)的定义可见:(1)“大坝”定义也可表述成:库容小于300万立方米且坝高超过15m,或库容超过300万立方米且坝高超过5m。可见,我国的小型水库可能拥有“大坝”。(2)根据“小坝”定义,假设H=15m则V-79万立方米,H=7.95m则V=1000万立方米,H=5m则V-6400万立方米,H=4m贝0V=I.56亿立方米,可见,“小坝”也可能拥有中型甚至大型水库的坝。  3、国外与我国大坝安全分类比较  3.1国外的HPC分类  虽然各国的分类标准会有所差别,但以HPC分类作为衡量大坝安全的标准已成为普遍的共识。美国、加拿大及欧洲的一些国家多采用潜在危害性分类——HazardPotentialClassification(HPC)。潜在后果包括生命安全、财产损失、环境损失、文化古迹损失。一般将风险分类按低、中、高、很高进行分类,并据此分类确定洪水与地震设防标准,指导坝的设计与运行。  加拿大大坝委员会(CDA)的大坝安全分类大致见表2、表3。

注:(1)风险人口定义:None(无),没有可识别的风险人口,除不可预见的事故外不会出现生命

HDPE土工膜是以(中)高密度聚乙烯树脂为原料生产的一种防水阻隔型材料。(密度为0.94g/cm3或以上的土工膜)。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯膜”,具有优良的耐环境应力开裂性能,抗低温、抗老化、耐腐蚀性能,以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命 (50年)。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯土工膜”,具有优良的耐环境应力开裂性能,抗低温、抗老化、耐腐蚀性能,以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命50年,广泛使用在生活垃圾填埋场防渗,固废填埋防渗,污水处理厂防渗,人工湖防渗,尾矿处理等防渗工程。

损失;Temporary(临时),暂时在溃坝淹没区的人(如使用季节性的小屋、运输路线、休闲活动);Permanent(永久),通常位于溃决淹没区的风险人口(如永久居民);三类(高、非常高、极高)要对潜在生命损失进行详细的估计;(2)未指定:临时人口风险取决于数量、暴露时间、活动和其他条件。根据要求,可选择一个高的级别;但设计洪水要求可能并不高,如临时人口不会出现在汛期。

注:利用洪水资料外推入库洪水的年超越概率不应小于1/1000  ICOLD小坝风险分类考虑五个方面的因子,按低、中、高进行分类,见表4。 

注:采用最高风险对应的分类  3.2我国的安全分类  我国目前还是传统型的安全分类,目前水利与电力大坝的安全分类是基于专家经验与确定性标准相结合的分类方法,一般分为三类。水利部门分为一类坝、二类坝、三类坝。电力部门分为正常坝、病坝、险坝。两种分类并无实质性的差别。评价内容主要包括:大坝的防洪能力、结构的承载能力和稳定性(含地基、边坡和近坝库岸)、消能防冲效、大坝防渗体(含地基)的工作状态、结构(含地基、边坡和近坝库岸)、泄洪设施运行的可靠性、结构耐久性、监测系统的完备性和可靠性。  主要评判标准还是现有的设计标准。设计标准是根据工程综合效益确定工程等别,进而确定建筑物级别,再以建筑物级别确定设计洪水、地震标准及相应的结构安全准则。工程等别确定因素包括水库、防洪、治涝、灌溉、供水、发电等。小型水库工程等别及建筑物级别确定一般见表5、表6。

注:(1)对失事后损失巨大或影响十分严重的主要永久性水工建筑物,经过论证并报主管部门批准,可提高一级;失事后造成损失不大的4级主要永久性水工建筑物,经过论证并报主管部门批准,可降低一级;(2)当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂或采用新型结构时,建筑物可提高一级设计,但洪水标准不予提高可见,水库工程等别确定主要考虑库容与综合效益因素,在结构准则中考虑坝高的因素。这一设计理念是以效益为主的思路,对下游防洪安全的考虑是粗略的,对工程失事可能产生的负面影响考虑较少,这对小型水库而言,往往潜在较大风险,甚至是致命的。事实上,工程(坝)的规模除考虑库容外,还应考虑坝高等因素影响。一个小库容的“大坝”可能与一个较大库容的“小坝”一样拥有高风险。在江浙等东部经济发达地区,很多小(2)型水库下游人口多、风险高。当小库大坝风险明显高于大库小坝风险时,现有设计标准会与风险明显不相匹配,尤其是小型水库的设计洪水标准需要做进一步分析。  4、结语与建议  小型水库是我国水库的主体,按库容划分小型水库的设计标准单一,三类坝的安全分类难以全面反映小型水库的大坝风险,应将大坝安全按潜在后果进行(风险)分类,借鉴国内外已有大坝风险评估工作经验,推动大坝风险评估工作的开展,同时也应对我国小型水库的洪水标准开展进一步研究以适应经济社会发展的需要。


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