1、1中山川水库除险加固工程设计中几个问题的讨析中山川水库是子长县最大的水利工程，属国家中型水库。是一座具有综合效益的水利工程，不仅担负着向下游秀延川二万多亩农田灌溉用水，而且为下游发电厂、永坪炼油厂和子长县城十万群众生活用水，并兼防汛和养殖。目前是该县唯一的水源调节补充工程。 一、 基本概况 该水库为黄土均质坝。坝高 58 米，坝顶长 370 米。总库容 4430 万方。其中有效库容 3123 万方，死库容 83 万方，滞洪库容 1224 万方。1972 年开工修建，1976 年建成投入运行。工程主要由大坝和放水设施两部分组成。该库运行 20 多年来不仅为该县的经济发展和社会进步发挥了巨大的作用
2、，而且为今后的可持续发展起着举足轻重的作用。由于该工程属 70 年代的“三边”工程，又经过近 30 年的运行，有些设施年久老化急需加固，有些设施实践证明不符合多泥沙水库的运行规律，必须进行改造，有些设施因当时条件所限，未能配套，不能满足工程运行需要，必须完善提高。进入 90 年代，水库不断出现险情，不仅严重影响水库效益的发挥，而且对下游沿河村镇和县城防汛造成极大的威胁。1999 年经省、市、县组织专家进行安全鉴定，报省水利部门审查，属三类病险水库，应尽快进行除险加固。2002 年经国家批准，投资国债资金 2200 万元进行全面除险加固。该工程由省水利水电勘测设计研究院设计，经招投标，由三门峡库
3、区工程管理局等单位负责施工。从 2003 年 3 月开工，主2体工程已基本完成，辅助工程正在抓紧进行，即可蓄水投入运行。 该次除险加固是建库以来投资最多，规模最大的一次全面除险加固改造工程。对水库的安全运行和效益的充分发挥将起到极大的作用。但其除险加固后的运行方案和部分工程设计，与水库所处的地理环境、气候特点及多泥沙水库的特性以及该县经济社会的发展需要存在一定的差距，有待进一步的探讨研究改进，使其更加符合该库的水文特性和规律，以满足该县的经济社会发展和防汛的需要。省设计院以实事求是、科学求实的态度，对监理工程师和项目办提出的建议以极端负责的精神，进行了认真的研究讨论，实地勘测，及时作出了设计变
4、更，保证了工程的顺利进行，提高了除险加固工程质量和效益。为了总结经验，为以后类似水库的除险加固设计和施工，提供参考和借鉴，现将重要变更和有待探讨的问题作一分析讨论。 二、 几个重要变更的简介 1、 新建输水泄洪洞的布设 中山川水库最主要的病险和最大的安全威胁是：仅有一套放水设施，其最大输水能力仅为 32.0m?/s，而且泥沙淤积十分严重，累计淤积量已达 2080 多万方。淤积面和原放水洞进水口高差达 33.10 米。距坝顶仅 12.4米。放水泄洪极易发生水击堵洞。一旦堵洞，水库就变成死葫芦，无法泄洪排水。且堵洞后由于压力洞较长（80 米） ，不仅疏通十分危险。对下游沿河村镇和县城防汛构成极大的
5、威胁。因此急需增建第二套泄洪放水设施，以保证水库在堵洞后能及时排沙泄洪，安全运行。但新建输水泄洪洞进水口，却不正对水库主流和来洪方向，而设在坝前一条支沟内。3洪水到达坝前后，须经回流后方可进入新建输水泄洪洞，延长了洪水在水库的滞留时间，加快了水库淤积，对排沙泄洪，延长水库寿命十分不利，亦不利于效益的发挥。 2、新建输水泄洪洞放水塔基础的变更 原设计新建输水泄洪洞放水塔基础为 6 根 10 米长，直径 0.8 米的摩擦桩，而且坐落在湿陷性 Q3 黄土上。水库蓄水运行后，其自重和荷载及水压力将达到数百吨。Q3 黄土一旦发生不均匀沉陷，其后果将不堪设想。经监理工程师建议，项目办与设计院协商，最后改为
6、长 25.6 米，直径0.8 米六根钢筋混凝土的端承桩，桩体伸入基岩 2.0 米。保证了放水塔的稳固性和新建输水泄洪洞的安全运行。 3、 新建输水泄洪洞闸门的变更 中山川水库位于秀延河上游严重侵蚀区，属多泥沙水库，据黄委会子长水文站实测资料统计，其洪水最大含沙量达 1120kg/m?，泥沙容重达2.65g/cm?，一般洪水时其含沙量都在 8001000kg/m?，中山川水库洪水泥沙，比其只能有过之而无不及。特别在放水始初和喇叭口出现淤泥滑坡时，基本为泥石流，对放水设施的安全威胁极大。1995 年 7 月 17 日，进库洪水引发喇叭口淤泥滑坡，不仅将旧放水塔竖井击破（浆砌块石） ，而且将 5 吨
7、重的闸门冲击变形，无法开启，造成水库出现严重险情。而该次闸门重 1.68 吨，钢丝绳悬吊，50 吨卷扬机提升，自重关闭。这显然不符合该水库的水沙特性，经监理工程师提出后，项目办与设计院三方经过反复计算研究，认为原设计闸门强度的确较低，不能满足其安全运行。经重新设计，将工作闸门加重为 12.5 吨，检修闸门改为 3.5 吨，闸4门钢板由原 12mm2#钢变为 20mm3#钢，重量强度都较前大大增强。原钢丝绳悬吊亦改为工字钢软连接悬吊。启闭机也由原 50 吨卷扬机，改为 63吨和 100 吨（旧洞）液压启闭机。不仅较前先进，而且更加科学合理。 4、 新建输水泄洪洞通气孔的设计和布设变更 原新建输水
8、泄洪洞放水塔通气孔，为两根直径 200mm 钢管。经监理工程师重新核算后，不仅通气量不足，而且设置在放水塔内。新洞投入运行后，排洪量较大（最大排洪量 41.0m?/s） ，不仅通风不足，出现负压。而且孔壁还要受到塔内水头压力和锈蚀，时间不长就会遭到破坏。这种现象在旧放水塔已发生过多次。七年间曾更换通气孔三次。经协商研究将其直径增大为 400mm。且布设在放水塔外侧无压洞顶，不仅达到充分通风，而且避免了塔内水头的挤压和锈蚀，保证其长久安全运行，一举数得。 5、 坝右肩付坝排洪渠的变更 原设计该排洪渠为长 224 米，最大深度为 3.5 米，墙厚为 0.30 米浆砌块石。但该渠不仅地下水活动旺盛，
9、而且有两段各 20 的溜泥区。不但施工难度大，建成后很快被溜泥滑塌，而且更经不起冬天零下 20 多度的冻胀破坏，很快就会报废。经监理工程师建议，设计院来人现场勘察后，研究决定，在砌石下加填 0.700.30 的砾石层和加铺横向排水管。对两段溜泥段改建重力式挡土墙加反滤排水层。保证了工程的顺利进行和工程质量。经两个冬天的冰冻考验，实践证明较前科学合理。 6、 旧输水洞工作闸门出口改造的变更 原输水洞工作闸门出口为 1.81.8m 断面，但设计院该次设计将其5改为 1.80.9m，将出水口高改为 0.9m。其目的是为了压低工作闸门出水波的高度，防止冲蚀洞顶。但其结果不但对排砂泄洪不利，而且更易造成
10、堵洞。特别是较大的树木杂物一旦进入洞内卡在洞口，必然将洞子堵死，无法进行疏通。严重时造成旧洞彻底报废。水库 20 多年的实践证明，造成该库多次堵洞出现险情的重要原因，是无压洞断面小于压力洞断面，形成来多去少，排沙泄水不畅。按此设计不仅更易形成堵洞，而且使疏通将更加困难危险。经水科所水工实验证明，改变原断面弊大于利，因此仍按原断面规格进行加固维修，仅将无压洞比降适当加大。 7、 水晶沟交通桥基础的变更 其基础原设计为大放脚抛石，但其下游 100 米处有一弓形坝。该坝已运行 30 余年，一旦溃垮，桥基悬空，造成桥跨路断。为此经项目办建议，为长远之计，将大放脚抛石改为钢筋砼端承桩，将桥基坐在基岩上，
11、保证了防汛道路的畅通。另桥面狭窄，桥面设计简单，已明显不能满足交通发展的需要。栏杆已多次被撞坏补修。 三、 对水库运行方案的商榷 根据设计报告，水库除险加固竣工后，其运行方案为非汛期蓄水，汛期 6、7、8 月为敞开闸门空库运行，这样可形成 550 万方的槽库容供水库蓄水。该方案不仅不符合该县原建水库的目的，而且也不符合该地区的水文气象特点，更不符合该县工农业生产和人民生活的需要。也不符合该次除险加固，为进一步发挥和扩大水库效益的目的。该县地处黄土高原腹地，属半干旱地区，不仅降雨量时空分布十分不均，而且十年九旱。特别是伏旱常常造成河干断流，用水困难。为此该县在十分困难6的情况下，啃着“老黄” ，
12、勒紧裤带的条件下，动员全县人民，经过艰苦奋斗，才建成该库。当初建库的目的就是以丰补歉，平水蓄水，干旱季节给下游工农业生产和县城群众生活供水。据气象资料统计，该县多年平均降雨量仅为 515.0mm，最少年份仅有 297.3mm（1972 年） 。虽然7、8、9 三个月降雨量占到年总量的 6080%左右，但每年 57 月份正是工农业生产的关键时期，且极易发生干旱，造成河流干枯，水源枯竭，给工农业生产和人民生活造成极大的困难。如果空库运行，一旦发生“伏旱” ，不仅下游数万亩良田无水可灌，电厂、炼油厂被迫停产，而且县城十多万群众亦无水可吃。不但经济损失巨大，而且对社会安定、人民群众的正常生活都将造成极
13、大的负面影响。近十年子长县已数次出现百日大旱，河水断流现象。1993 年从春天开始直至 8 月 25 日才落透雨。秀延河断流长达两月之多，幸好当年水库汛前蓄水较多，从 5 月底开闸放水直至 8 月 25 日下雨后才关闸停水。为了防止水库放干造成堵洞，供水流量从 2.0m?/s 逐渐压缩到 0.5m?/s。总供水量达 400 多万方。不仅满足了工农业生产的需要，而且保证了县城群众生活用水。在关键时期发挥了巨大的经济效益和社会效益。七月份省市领导来子长视察旱情时十分感慨地说：“看山上没有收成，看川里没有*，水利工程功不可没。应进一步重视加强水利工程建设，多建几座这样的水库。 ”从现代经济和社会发展
14、状况来看，水不仅是生命的源泉，农业的命脉，更是国民的经济建设、社会进步的命脉。为了满足该县及延安经济发展和社会进步，及人民生活的需要，汛期空库运行，显然是不现实，也是无法实行的。应该实行在保证水库大坝安全的前提下，有计划蓄水的排洪蓄清运行方7案。汛前必须认真做好度汛方案，在保证抗旱用水的原则下，腾出尽可能多的空库容，供防汛之用。汛期要加强管理，严格按度汛计划操作，坚持排洪蓄清，加强雨情水情测报工作，洪水一旦进入水库，及时开大闸门排洪拉沙，减少淤积。洪水泥沙一过，关闸蓄水，以备抗旱工农业生活和生产用水。严格控制汛限水位，一旦超蓄及时开闸放水拉沙。这样既可减少水库泥沙淤积，延长水库寿命，又可保证下
15、游工农业生产和人民生活用水，充分发挥水库的调节补水等综合效益，更好的为县域经济社会发展服务。 为延长水库寿命，从根本上解决泥沙淤积的问题。应该加强库区植被绿化工程，从源头上减少和制止泥沙入库。从建库 30 年水库淤积资料分析，充分证明了库区绿化对减少入库泥沙的重要性。90 年前库区未进行石油开发，植被较好，每年淤积量平均仅有 50 万方，最少年份只有 30万方。90 年代后库区石油开发，每年平均淤积量高达 100 多万方，最高年份达 130 多万方。 不仅使有效库容急剧减少，淤积面迅速台高，造成多次堵洞险情。而且水质也较前变差。由此可见库区绿化和水土保持对水库的寿命和水质量有着极其重要的作用。另外从除险加固两年水库排沙情况看，空库运行并未形成多少库容。两年来基本是敞开闸门运行，但也只在坝前形成一道很狭窄的沟道，只形成很少的库容。由此长远有效的办法还是应该加强库区造林绿化工作，必要时应建立林库管理局，统一规划管理库区的建设绿化工作。实行科学化、规范化、环保化管理。这样既可延长水库寿命，又可减少入黄泥沙。事半功倍，何乐而不为。
