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高庄水库大坝安全评价分析

文档作者：王工作王安民许朝东刘铠源文档来源：平凉市水土保持科学研究所		更新日期： 2026年06月16日	点击数：
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基金项目：平凉市科技计划资助项目
作者简介：王工作（1988- ），男，汉族，甘肃静宁，本科，工程师，主要从事水土保持研究工作。
高庄水库大坝安全评价分析
摘要：高庄水库的主要作用是配合八里庙水库保障二沟村42户居民、平凉东城区10万人的生命财产安全
和防汛安全，但建成于1975年，已运行近50年，急需进行安全鉴定，彻底查清水库目前的安全状况。通过现场
对高庄水库安全检查和检测，从水库质量、管理运行、洪水复核及渗流、结构、抗震等安全方面对水库大坝进行
综合分析，确定大坝安全类别，找出工程存在的问题，提出运行管理或维修养护意见和建议。
关键词：高庄水库；大坝；安全评价
中图分类号：TV698.2 文献标识码：B 文章编号：1007-6344（2023）05-0065-03
王工作王安民* 许朝东刘铠源
（平凉市水土保持科学研究所，甘肃平凉744000）
0 引言
众所周知，病险水库不仅不能发挥正常效益，还存
在溃坝风险，严重危害社会公共安全与经济持续发展。
对已建水库定期开展水库安全评价工作至关重要，根据
安全评价结论采取相应的管理措施和实施除险加固方
案，从而确保水库坝体安全运行，充分发挥水利基础设
施的综合效益。本文对平凉市高庄水库大坝进行安全
鉴定及评价，确定安全类别，并提出了管养措施。
1 工程概况
高庄水库位于泾河右岸一级支流纸坊沟右岸一级
支流，距沟口3.9km，距平凉市区4.8km。高庄水库总库
容28万m3，其中死库容15万m3；大坝坝高21.5m，坝顶宽
4m，长65m，坝顶高程1471.20m，上游坝坡坡比1∶2，下游
坝坡坡比1∶1.5，为黄土均质坝；泄洪涵洞（管）位于大坝
右岸，距坝右肩5m，由竖井、涵洞、HDPE 双壁波纹管及
消力池组成。竖井进口高程为1467.67m，竖井为0.8m
直径的环形钢筋混凝土预制件砌筑而成，深4m；消力井
深1m，高程为1462.67m。在竖井1463.67m 处接浆砌石
坝下涵洞34.3m，涵洞断面型式为马蹄形宽1.4m、高
1.8m，涵洞出口设6m 长1m 宽的消力池，消力池尾接直
径为0.8m、58 节总长为174m 的HDPE 双壁波纹管，末端
接长7m、宽1m的消力池，出水注入纸坊沟主河道。
高庄水库属V等小（2）型工程，其主、次要建筑物级
别均为5 级，设计洪水标准P 设=5%（20 年一遇），校核洪
水标准P 校=0.5%（200 年一遇），设计洪水位高程
1468.40m，校核洪水位高程1468.80m。
目前，高庄水库运行方式为空库运行，水库不承担
下游灌溉、供水等任务，其主要作用是配合八里庙水库
保障下游1.5km 处崆峒区峡门乡二沟村何家庄社42 户
居民148 人的生命财产安全及平凉东城区10 万余人的
防汛安全。该坝下泄洪水与八里庙水库尾水渠和主沟
道河床衔接、经过纸坊沟水库泄洪设施横穿平凉城区南
环路、新民商厦、新民路、中山商场、312国道等人口密集
商业区和重要交通干道后，在平凉火车站前的泾河大桥
南岸下游160m 处汇入泾河。水库大坝控制的流域面积
约为1.9km2，河道长约1.8km。高庄水库建成于1975 年
4 月，后经1982 年、2013 年加固加高，枢纽工程由土坝和
泄洪洞（管）两部分组成。
2 工程质量评价
根据坝体2 个钻孔的土工试验资料：大坝填筑材料
为素填土，成分以粉土为主。其颗粒组成：黏粒（≤ 0.005mm）含量12.0%～21.8%、粉粒（0.005～0.075mm）
含量78.2%～88.0%；土粒比重2.71，湿密度1.58～2.06g/
cm3，干密度1.31～2.04g/cm3；塑性指数6.1～21.3。渗透
系数为（1.13～7.12）×10-5cm/s，根据此渗透系数分析，
坝体填筑土为微透水土体，坝体允许渗透比降为0.5。
坝体防渗满足现行规范渗透系数小于1.0×10-5cm/s 要
求，坝体不存在渗漏稳定问题。因此，大坝坝顶填筑质
量基本合格。
高庄水库大坝左右库岸为黄土质边坡，且形成年代
久远，现状比较稳定，不会出现滑塌现象[1]。水库库区自
建成以来未进行清淤，冲积的泥土已占死库容的95% 以
上，淤积物来源主要为上游沟道周边重力侵蚀和水力侵
蚀。现状工程坝基清理符合要求，坝基具有轻微的透水
性，坝基和左右岸坝肩的稳定性较好，大坝坝基、水库两
岸边坡施工质量评定为合格。
从大坝运行情况来看，坝体填筑土料及质量符合要
求，加上1986年以来的多次维修加固，坝体质量良好，施
工质量评价为基本合格。
高庄水库泄洪涵洞（管）施工质量合格，且能够满足
水库防洪安全运用要求。
综上所述，高庄水库大坝坝体填筑质量评价结论为
“基本合格”。
3 运行管理评价
高庄水库由平凉市水土保持科学研究所管理，由该
所水库管理科负责水库日常管理、管理制度的制定、防
汛调度计划和应急预案的制定等。高庄水库水情监测
研究与探讨
YANJIU YU TANTAO 65
四川水泥
SICHUAN SHUINI 2023年第5期
设施仅有库水位观测标尺1 副，目前尚无能够监测流域
内水文、大坝水平与垂直位移、坝体浸润线、坝体及绕坝
肩渗流量的设备。大坝安全监测主要依靠巡视，平时管
理人员每月定期检查一次，汛前汛后检查水库大坝、坝
基、坝肩、建筑物是否正常，有无裂缝、变形、渗流等，发
现隐患要积极采取措施进行消除。汛期管理人员24h值
班，通过监控视频观测水情汛情。
经评价分析，高庄水库工程运行管理评价结论为
“较规范”。
4 防洪能力复核
4.1防洪标准复核
高庄水库防洪的设计标准和校核标准，满足水利行
业现行规范20～30a设计洪水重现年、200～300a校核洪
水重现年的规定。
4.2设计洪水计算
运用铁一院法计算出20a 一遇设计洪峰流量为
25.3m3/s，200a一遇校核洪峰流量为51.1m3/s。原设计洪
峰流量与复核计算量相差1.6%，复核《导则》规定的误差
范围。
4.3库容曲线复核
利用库区1∶1000实测地形图，量算各高程下的水面
面积，计算出不同水位高程下的库容，点绘出水位库容
曲线。经过计算复核，高庄水库设计洪水重现年对应的
洪水位与库容分别为1468.40m 和6.45 万m3；校核洪水
重现年对应的洪水位与库容为1468.80m和10.48万m3。
4.4大坝安全超高复核
依照土石坝设计规范，水库静态水位加上坝顶超高
的和等于坝顶高程，按设计运用条件和校核运用条件分
别加上与之对应的洪水位2种工况计算后取大值。计算
结果表明，坝顶超高由非常运用条件下校核洪水位工况
控制，计算坝顶高程为1470.28m。水库大坝实际坝顶高
程为1471.20m，比计算所得坝顶高程值高0.92m，满足规
范要求。
综上评价，高庄水库大坝防洪能力满足水利行业现
行规范要求，水库防洪能力安全性评定为“B级”。
5 渗流安全评价
大坝渗流的类型有坝体渗漏、坝基渗漏、坝肩绕渗
等[2]。坝肩绕渗可以通过灌浆、黏土铺盖等措施处理后
不会对挡水建筑物造成破坏[3]。判别大坝坝体是否有不
同形式的渗漏性破坏，应选择坝体最大横剖面计算出坝
体浸润线在不同工况下逸出点的位置，将渗透坡降与允
许最小水力坡降作比较。
5.1计算断面
选择坝顶宽4.0m，坝高21.5m，坝顶高程1471.20m，
迎水面与背水面坡比分别为1:2和1:1.5的梯形断面进行
计算，为高庄水库大坝最大横剖面。
5.2计算工况
根据规范并结合水库现状运行情况，选取上游设计
洪水位、校核洪水位分别与下游无水2 种组合工况进行
计算。
5.3渗流计算
由于下游无水，对于均质土坝（无排水棱体、截水槽）
的渗流计算，可取x，y坐标系，依照浸润线方程画出浸润
线，先求出单宽流量，再求得下游坝坡逸出段渗流量最
大坡降。
计算得出设计水位高程1468.40m 时，坝体背水面坝
坡逸出点距坝基高度为5.13m，单宽渗流量为0.124m3/d/
m；校核洪水位高程1468.80m 时，坝体迎水面坝坡逸出
点距坝基高度为5.43m，单宽渗流量为0.131m3/d/m。
5.4坝体渗流稳定分析
经计算得出，坝体在20a 一遇设计洪水重现年或者
200a一遇校核洪水重现年运用情况下，允许水力坡降值
都远远大于渗透坡降计算值，故坝体不会有流土现象发
生，即坝体不会渗透破坏。
5.5泄洪建筑物渗流安全评价
泄洪涵洞（管）已运行多年，未观测到洞（管）身以上
地面有水流渗出。因此，泄洪洞（管）无接触冲刷等渗透
稳定问题。
5.6渗流安全评价结论
根据高庄水库坝体探坑土样室内试验数据和计算
分析，坝体土质渗透系数满足水利部发行的现行规范要
求，且大坝填筑土料允许水力坡降值大于计算渗透坡降
值，坝体内部渗流状态正常，在日常运行巡查检查中未
发现水流渗出或管涌现象。因此，高庄水库坝体、坝基、
坝肩均无渗透稳定问题，大坝渗流性态安全，评为A级。
6 结构安全评价
根据高庄水库工程级别和规模，主要、次要、临时性建
筑物级别，在设计洪水标准运行条件时，坝坡抗滑稳定最
小安全系数K 取1.25；在校核洪水标准运行条件Ⅰ、Ⅱ时
坝坡抗滑稳定最小安全系数K 分别取1.15和1.10。
6.1计算参数
计算参数选取本次高庄水库坝体、坝基探坑土样地
质勘测报告中数据的平均值，见表1。
表1 大坝材料填筑指标
序号
1
2
部位
坝体填筑
坝基
干容重
/(kN/m3)
15.6
16.5
天然容重
（/ kN/m3）
19.2
19.6
渗透系数
/(cm/s)
4.20×10-5
9.46×10-6
黏聚力
/kPa
22
25
内摩擦
角/°
18°10′
18°26′
6.2计算方法及基本假定
采用拟静力圆弧法（瑞典圆弧法）进行稳定计算时
假定：
（1）高庄水库大坝已建成运行多年，认为坝体不可
压缩，不计孔隙压力；
66
（2）根据高庄运行情况，下游坝面无水，计算时假定
下游水深为零。
6.3计算成果复核
根据规范中的工况和确定的坝体填筑料物理力学
指标，计算出坝坡稳定成果见表2。
表2 坝坡稳定计算成果汇总表
工况
设计洪水位
校核洪水位
设计水位遭遇地震时
迎水坡
安全系数
3.201
3.102
2.160
背水坡
安全系数
2.795
2.476
1.260
允许最小
安全系数
1.3
1.3
1.1
稳定
评价
稳定
稳定
稳定
复核计算成果表明，各计算工况下，水库大坝上、下
游坡的稳定性均满足规范要求。
6.4泄洪建筑物安全评价
受地质地形条件的限制，泄洪洞（管）布置在以粉质
黄土为基础的右岸坝肩处，采用竖井涵洞形式泄洪，现
阶段泄洪洞运行良好，结构稳定。
6.5结构安全评价结论
（1）经计算，高庄水库在3 种不同运用工况下，迎水
面、背水面抗滑稳定安全系数，均小于允许最小安全系
数，结构安全评价为稳定。坝体迎水面、背水面坝坡维
护良好；水库大坝无安全监测设备，缺少大坝坝体变形
及渗流观测数据。
（2）分别对泄洪涵洞（管）的竖井段、涵洞段、HDPE
双壁波纹管段进行水利计算，取三段泄洪流量值的最小
值，得出泄洪涵洞（管）的泄流能力满足工程泄洪要求，
但无排沙设施。
综上所述，高庄水库坝体结构安全，泄洪涵洞（管）
可以保证水库泄流安全，评价为B级。
7 抗震安全复核
土石坝抗震稳定分析计算的目的：复核土石坝在内部
荷载（如自重、孔隙水压力等）或外部荷载（如地震动土压
力等）作用下，迎水坡、背水坡的稳定性足够，避免发生坝
体局部剪切破坏、坝体和坝基连接处整体剪切破坏。
7.1抗震设防烈度复核
高庄水库所在地区50a 超越概率10% 时，地震动峰
值加速度、地震基本烈度、地震动反应谱特征周期分别
为0.15g、Ⅶ度和0.45s，与原设计一致。
7.2大坝抗震安全复核
本次坝体抗震安全复核采用瑞典圆弧法，复核在稳
定渗流阶段，坝体遭遇地震情况下迎水坡、背水坡的稳
定性。
7.3计算参数
本次稳定计算参数选择土工试验数据的平均值，坝
体重度取15.6kN/m3，饱和重度取19.2kN/m3，黏聚力c ′取
22kPa，内摩擦角φ ＇取14°10′。计算工况和结果见表3。
表3 坝体抗震稳定分析计算成果表
序号
1
2
计算工况
上游坝坡设计
水位遇地震
下游坝坡设计
水位遇地震
安全系数
允许值
1.1
1.1
最小安全
系数计算值
2.16
1.26
结论
满足要求
满足要求
7.4泄洪洞抗震安全评价
泄洪洞竖井口完好，无混凝土块脱落、裂缝等现象
发生，地基无滑动沉降等现象，洞室结构抗震是安全的。
结构稳定，整体的抗滑能力、抗倾覆及基础承载能力都
是安全的。
7.5抗震安全评价结论
经复核，高庄水库工程抗震设防烈度为Ⅶ度，与原
设计烈度一致。用瑞典圆弧法计算，大坝迎水坡、背水
坡抗震稳定性满足要求。据此，高庄水库大坝抗震安
全，评为A级。
8 大坝工程存在的主要问题及管养建议
8.1存在的问题
（1）由于缺少冲沙设施，水库淤积严重。
（2）库区杂草丛生，容易造成堵塞竖井口，影响泄洪
涵洞（管）正常泄洪行洪。
（3）水库大坝无安全监测设备，缺少大坝坝体变形
及渗流观测数据。
（4）坝顶兼通行路面，无安全防护栏杆。
（5）竖井口无安全防护措施，泄洪涵洞前段为浆砌
石涵洞结构，已运行40多年，存在安全隐患。
8.2运行管理养护建议
（1）对水库泄洪竖井口增设防护设施并定期进行清
障，确保水库在正常运行期泄水通畅。
（2）增设水库大坝安全监测设施及设备，加强安全
监测及其数据分析预报。
（3）坝顶增设安全防护栏，确保上坝道路安全通畅。
9 结束语
根据评价内容，该水库工程质量“基本合格”，运行
管理“较规范”，防洪能力为“B”级，渗流安全为“A”级，结
构安全为“B”级，抗震安全为“A”级，综合各项安全评价
结论，高庄水库大坝安全类别评定为“二类坝”，属病险
库。依据安全评价结论，及时制定除险加固方案，着重
解决坝体结构安全，优化安全监测系统，加强科学监测，
加强安全防护，确保水库工程运行安全。
参考文献
[1]全贞蓉. 小堡子水库大坝安全评价[J]. 陕西水利,
2021(7):3.
[2]李晓璐.王家沟水库大坝渗流及抗震安全评价[J].
甘肃水利水电技术,2020,56(3):4.
[3]李鑫. 纸坊沟水库大坝安全综合评价[J]. 陕西水
利,2021(8):275-277.
研究与探讨
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