1、1武鸣县元霄水库扩容工程建设的必要性摘要：以元霄水库扩容工程为例，分析水库现状存在的主要问题，论述元霄水库从小（1）型水库扩容为中型水库的必要性，提出扩容的可行性。 关键词：水库；加固；扩容；必要性 中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号： 1 项目提出的背景 元霄水库位于广西南宁市武鸣县府城镇进元村北面，距武鸣县城35km，1957 年动工兴建，初期形成的水库库容为 178.2 万 m3，经1963、1968 年两次扩建加高，共加高大坝 9.3m（即由初建时的 153.50m加高至 162.80m 高程） ，溢流堰加高 7.71m（即由初建时的 150.49m 加高至 158.20
2、m 高程)，建成总库容为 660 万 m3 的小（1）型水库。经运行二十多年的来水量观测并进一步复核，原设计集雨面积 32km2 有误，经复核元霄水库的集雨面积实为 61.62km2，由于水库库容偏小，弃水较多，且下游还有 0.8 万亩耕地无水保证灌溉，于是 1975 年再次对该水库进行扩建，大坝按中型水库规模加高至 169.0m 高程，库容为 898 万 m3，改建了放水设施，但溢洪道溢流堰及与堰坝结合部约有 60m 长的坝段没有进行加高施工，仍保留原小（1）型水库的形状。 为按最终规模完建该工程，1991 年经地质钻探和广西水电学校对溢洪道进行水工模型试验后，由南宁市水电设计室、武鸣县水电
3、设计室联2合完成了元霄水库扩建工程设计并上报区水电厅，区水电厅于 1992 年 9月 2 日以桂水电技字(1992)第 59 号文关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复 ，由于资金未能安排，加固扩建至今尚未全部实施，然而时隔 20 多年，工程的现状基本情况即建设条件已经发生变化，该批复结论与工程现状不符，并且由于元霄水库是水源点项目，是府城镇的饮用水源，承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务，也承担水库下游灌区 1.95 万亩农田的灌溉任务，因此，南宁市武鸣县水利局委托我院进行南宁市武鸣县元霄水库扩容工程的可行性研究报告工作。 2 工程现状 2011 年对元霄水
4、库进行除险加固设计，目前正在施工建设。2011 年元霄水库除险加固工程的完成情况即为本次扩容工程的现状，工程现状由大坝、溢洪道、放水设施、防汛公路、管理设施、及坝后水电站等建筑物组成。主要建筑物现状如下： （1）大坝 大坝建于武鸣河支流元霄河上，大坝为粘土心墙坝，坝体采用高压摆喷灌浆防渗加固，高压摆喷灌浆孔沿坝轴线布置，灌浆孔穿过坝基覆盖层入岩 2.0m，灌到坝体 162.0m 高程。高压摆喷灌浆孔全长布置154m，最大孔深 35.0m，采用单排布孔，孔距 1.2m，共设置了 130 个灌浆孔，灌浆总进尺 2407m。 坝顶长 200m，宽 5.0 m，坝顶高程为 169.00m，最大坝高 3
5、2.4m，坝顶上游侧设置浆砌石路缘石，路缘石宽 0.4m，深 1.0m，下游侧设置浆砌3石排水沟，排水沟截面尺寸为 300300（宽高） ；坝顶为泥结石路面并向下游侧放坡，坡度为 2%。 大坝上游面从 150.0m 高程至 152.40m 高程为干砌石勾缝护坡，从152.40m 高程至 163.00m 高程为现浇 C15 砼护坡，从 163.00m 高程至169.00m 高程为草皮护坡，从上至下坡比约为 1:2.5，分别在161.25、152.40m 高程设置宽 3.0m、1.0m 的马道；上游坝坡与两岸岸坡连接处设砼齿墙，上游坝坡左、右侧均设有 2m 宽的上下坝交通步级。 下游坝坡从 144
6、.20m 高程至 169.00m 高程采用草皮护坡，从上至下坡比分别为 1：2.0、1：2.4、1：2.6，分别在160.00、150.80、144.20m 高程设置宽 1.7m、4.0m、1.76 的马道；下游坝脚从 138.70m 高程至 144.20m 高程为干砌石贴坡排水体，贴坡排水体顶部高程为 144.20m，宽度为 1.76m，贴坡排水体底部高程为 136.60m，贴坡排水体厚 1.0m，其中干砌石厚 600mm，粗砂层厚 200mm，碎石层厚200mm，排水体体外侧坡比为 1:2.5，总高度为 7.6m，排水体外侧设400400mm 浆砌石排水沟。 （2）溢洪道 溢洪道位于大坝左
7、侧，距大坝约 60m，溢流堰轴线呈拱形布置，溢洪堰为开敞式折线型实用堰，堰体顶部分为 0.3m 厚的 C20 钢筋砼，堰顶高程为 158.2m，堰顶净宽 53.0m；溢流堰堰体及基础渗漏采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔布置于堰顶部，单排孔，孔距 2.0m，底高程深入坝基岩石 2m；右边墙为在旧浆砌石边墙外侧浇筑 0.3m 厚的 C20 砼护面，左边墙为外包 C20 埋石砼护面，均设有锚杆，墙顶高程均为 162.50m； 4一级消力池段长 18.0m，底板为 0.3m 厚的 C20 钢筋砼，原有边墙为0.3m 厚的 C20 砼护面，并设锚杆。二级消力池长 42.0m，进口宽 17.0m，出口宽 13
8、.4m，消力池底板为 300mm 厚的 C20 钢筋砼；原有边墙采用0.3m 厚的 C20 砼护面，并设锚杆。 （3）放水设施 放水塔和放水隧洞位于大坝右岸，进水口明渠段长 5.0m，隧洞进口设拦污栅；放水塔为竖井式钢筋砼圆筒结构，竖井圆筒直径 4.0m，闸孔式放水，孔口尺寸为 1.21.4（宽高） ，塔内设有 1 扇检修闸门和 1 台固定式启闭机，闸室启闭机平台高程为 171.5m，检修平台高程为167.3m；放水隧洞穿过大坝右岸山体，隧洞为有压隧洞，隧洞进水口底板高程为 151.65m，总长 126m，底坡 i=1/200，隧洞断面采用 1.60m 的圆洞型，全断面采用 30cm 厚的 C
9、25 钢筋砼衬砌，隧洞出口接 4.0m 长镇墩后再接原灌溉发电压力钢管，钢管分岔为 900 灌溉支管和 900 发电支管，均采用电动闸阀控制。 （4）防汛公路 进库防汛公路从府城镇至元霄水库长 5.0km，其中府城镇至进源村坡那屯路段长 3.0 km，为砼路面，宽 3.0m；其余坡那屯至水库大坝路段长2.0km，按四级公路标准进行设计，行车道宽 3.5m，路肩宽 0.50m，路面采用泥结石路面。 （5）管理设施 元霄水库由武鸣县那打水库管理所负责水库大坝的管理工作，具体的日常管理由元霄管水站负责，管水站现有在职职工 3 人具体负责水库5的日常管理工作。水库坝首管理房是元霄水电站宿舍，位于大坝右
10、坝脚，距元霄水库大坝 100m，管水站管理房 108m2，是建元霄电站时建成的，为砖混结构，现已属危房。2011 年水库除险加固设计时新建了值班用房50m2，并配备了必要的水位观测、雨量观测、通讯和交通设施。 3 工程存在的主要问题 （1）不满足城镇供水要求：元霄水库扩容工程是水源点项目，元霄水库是府城镇的饮用水源，元霄水库承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务。现供水人口 4.5 万（农村人口 4.2 万人，城镇人口 0.3 万人） ，牲畜 3.5 万头；远期规划水平年定为 2020 年，供水人口 7.6 万人（规划农村人口 6.5 万认为呢，城镇人口 1.1 万人） ；牲畜5.
11、57 万头。可见，城镇居民用水困难，元霄水库现状不能满足城镇居民的用水要求。 （2）不满足灌溉用水要求：元霄水库的集雨面积为 61.62km2，目前水库库容偏小，弃水较多，元霄水库灌区现有灌溉面积 11550 亩，其中水田 8150 亩，旱地 3400 亩，下游还有 7907 亩耕地无水保证灌溉。 （3）大坝存在的主要问题：2011 年除险加固设计时，坝体填土压实度是按照小（1）型水库的标准进行加固的，压实度为 93.8%，未满足碾压式土石坝设计规范 SL274-2001关于中型水库坝体填土压实度不低于 96%的要求，坝体密实度欠佳。大坝坝体填土的渗透系数不满足规范要求；在设计及校核洪水位工况
12、条件下坝体浸润线出逸点较高，从下游坝坡面溢出；高喷灌浆水泥浆心墙高程仅灌到 162.0m，上游坝破混凝土块仅护到 163.0m，均低于扩容后的正常蓄水位，不满足规范要求。 6（4）溢洪道存在的主要问题：溢洪道位于大坝左侧，溢洪道长约200m，目前溢流堰顶高程约 158.2m，扩容后正常水位抬高至 164.00m，溢流堰尚需加高 5.8m。2011 年的除险加固工程中对消力池进行了加固，重建一级、二级消力池，但由于资金有限没有按水工模型试验在二级消力池后设扩散段，且溢洪道两侧挡墙墙顶高程均低于正常蓄水位164.00，须将挡墙墙顶高程加高至 169.00m。溢流堰下游消力坎末端往下约 70m 处的
13、槽中凸起一块大岩石，挡住了洪水的去路，迫使水流冲向右岸，造成岸边崩塌，对大坝外坡脚的安全构成威胁。 （5）连接坝存在的主要问题：大坝与溢洪道的结合部顶部高程约为162m，比设计高程低约 7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安全；另外，水位抬高后，溢洪道左岸与山体结合部约有 18m 现状地面高程低于 169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连接坝进行填筑加高是非常必要的。 （6）没有位移和渗漏量等安全监测设施。 （7）管理体制不完善，管理办公设施落后。 （8）大坝下游的灌溉渠道多处开裂，漏水严重，本次扩容需对灌溉渠道进行维修。 4 工程任务
14、为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，现计划将元霄水库扩建为中型水库，工程按 100 年一遇设计，1000 年一遇校核。水库正常蓄水位为 164.0m，有效库容 1123 万 m3；设计洪水（P=1%）经调洪后最高洪水位为 166.51m，最大下泄流量为 451m3/s，对应的库容为 15537万 m3；水库的校核洪水（P=0.1%）经调洪后最高洪水位为 167.13m，最大下泄流量为 639m3/s，对应的库容为 1660 万 m3。元霄水库扩容后，是一座以供水与灌溉为主，兼有发电与防洪等综合利用的中型水库。 5 扩容建设的必要性 （1）元霄水库目前正在实施除险加固，完成后水库正常进
15、行，具备扩容条件。 （2）原水库总库容为 898 万 m3，属小（1）型水库，水库集雨面积经过进一步复核，发现原设计的集雨面积 32km2 有误，实际应为 61.62 km2。元霄水库是府城镇的饮用水源，现供水人口 4.5 万人，牲畜 3.5 万头；远期规划供水人口 7.6 万人，牲畜 5.57 万头，未能满足城镇居民的用水要求。据调查，水库下游灌区尚有 7907 亩农田无水灌溉；为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，提高水库的供水、灌溉、发电、防洪等综合利用效益，及时对元霄水库枢纽进行扩容是非常必要的。（3）根据中华人民共和国国标 GB50201-94 防洪标准及 1992 年 9
16、月2 日水利厅桂水电技字(1992)第 59 号文关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复 ，在水利厅的批复中同意元霄水库设计洪水标准 50 一遇，校核洪水标准为 1000 一遇，设计及校核洪水位相应分别为 166.21 及 167.13m 高程。元霄水库枢纽经过多次除险加固，目前大坝顶高程为 169.0m，坝顶全长 200m，大坝与溢洪道的结合部高程约为 162m，比设计高程低约 7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安；另外，溢洪道左岸与山体结合部约有 18m 现状地面高程低于8169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连
17、接坝进行填筑加高是非常必要的。 为了元霄水库枢纽工程的安全，满足水库下游府城镇工业、生活用水的需要，解决下游农业灌溉用水月分配不均、水量不足的情况，满足下游防洪需要，满足兼顾发电的需要及改善和保护生态环境的需要，确保水库下游人民生命财产的安全，充分发挥水库应有的综合效益，及时对元霄水库枢纽进行加固扩容是非常必要的。 6 结论与建议 元霄水库扩容工程是在南宁市武鸣县元霄水库除险加固工程初步设计 （2011 年）已批复、现正在实施的基础上，进行了水文资料的分析计算、地质勘探及试验，通过对水库进行供水、灌溉、发电与防洪等几方面研究设计后，将水库扩容为中型水库，并选择了技术可行、经济合理的方案；通过经济分析评价，经济内部收益率大于 8%，经济净现值大于 0，效益费用比大于 1，说明元霄水库扩容工程在技术上可行，经济上是合理的。工程的实施，将极大的充分发挥水库应有的综合效益，对当地的经济发展，构建和谐社会发挥积极作用，因此，建议元霄水库扩容工程尽早开工。 作者简介：吴艳清（1983） ，女，广西罗城仫佬族自治县人，广西南宁水利电力设计院工程师，主要从事水利水电工程设计工作。
