橫山縣西溝水庫除險加固工程方案探析

陳文波

（橫山縣水土保持工作站 陜西 橫山 719100）

1 概況

西溝水庫位于橫山縣趙石畔鎮(zhèn)大坪村，所在河流西溝為蘆河一級支流。多年平均降雨量400mm，其中7月～9月降水量占全年降水量的74.3%。水庫屬溫帶、半干旱帶大陸性季風氣候，根據(jù)橫山縣氣象站資料統(tǒng)計分析，多年平均氣溫8.6℃，極端最高氣溫38.4℃，極端最低氣溫－29℃；多年平均風速2.5m/s，最大風速為25.7m/s，風向N W；汛期平均最大風速23m/s；多年平均相對濕度54%，無霜期163天，最大凍土深129cm。

西溝水庫總庫容50萬m3，于1986年5月動工修建，1987年6月竣工，是一座具有農(nóng)業(yè)灌溉、防洪攔泥等綜合效益的小(2)型水庫，屬Ⅴ等工程。西溝水庫控制總流域面積6km2，主溝道長2.65km，河道平均比降7.5‰。樞紐工程由大壩、臥管、輸水洞、明渠陡坡等建筑物組成。西溝水庫屬陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地形支離破碎，梁峁起伏，溝壑縱橫，植被稀少，水土流失極為嚴重，年輸沙量為1.6萬m3，合2.16萬t。西溝水庫投入運行24年來，為當?shù)匕l(fā)揮了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 水庫工程存在問題

（1）西溝水庫為三無工程，設計標準較低。西溝水庫從1986年5月由當時的趙石畔鎮(zhèn)大坪村組織群眾興建，沒有經(jīng)過正規(guī)的勘測、設計和施工，沒有任何設計文件、圖紙和批準文件，屬典型的三無水庫——無設計、無資料、無批文。工程竣工后未進行驗收，沒有留下任何竣工文件和圖紙。經(jīng)過近三十年的運行，水庫泥沙淤積比較嚴重，淤積厚度已達13.56 m，壩前淤積面高程已達987.74 m，防洪標準和調(diào)蓄能力降低，防洪能力已不滿足《防洪標準》的要求。

（2）水庫管理不到位，加劇了險情。西溝水庫由趙石畔大坪村委管理，水庫建成以來，未設大壩浸潤線、沉降、位移觀測，進出庫流量安全監(jiān)測設施；沒有任何通訊設施，搶險物資、機具儲備不足，沒有交通工具；上壩道路為簡易土路；工程監(jiān)測沿用傳統(tǒng)的人為檢查觀察方式，根本無法全面掌握大壩內(nèi)在的病險情況，運行檔案也無法建立完善。

（3）大壩迎水坡未進行砌護，沖刷嚴重。西溝水庫大壩為水力充填均質(zhì)土壩，最大壩高26.2 m，壩頂高程1000.36m，壩頂長150 m，壩頂寬5.49 m，大壩迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比在988.98 m以下為1∶1.7 m，以上為1∶1.9 m。西溝水庫大壩迎水坡壩面無防護設施，受庫水風浪淘刷已形成0.5 m～1.0 m高的陡坎，迎水坡無排水溝有沖溝。大壩背水坡無排水溝，植被稀少雨水沖溝嚴重，壩坡腳未建反濾體，滲水流泥現(xiàn)象嚴重，已造成壩坡腳形成高0.8 m～2.0 m，長20 m的陡坎。

（4）放水建筑物設置不合理。西溝水庫放水設施由放水臥管和混凝土涵管組成，放水臥管建在大壩右岸對面山坡上，共18孔，孔口尺寸為Φ330mm，臥管下接消力井，長2.5 m，寬1.2 m，深2.0 m。輸水涵洞為Φ800mm混凝土管，涵管長81 m，出口與輸水明渠相接，明渠長35 m，陡坡總長67.8 m，斷面為寬1.0 m×深0.8 m，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。放水建筑物進口臥管為無閘控制，容易淤堵；且建在大壩對面山坡上，布置不合理，一旦庫水位上漲，不利于檢修。

（5）無大壩安全監(jiān)測設施，無法對大壩的安全運行進行有效的監(jiān)控；無管理設施，無防汛、搶險設備；進壩防汛路坑凹不平，難以滿足防汛搶險和安全運行的需求。

3 水庫除險加固的必要性

（1）除險加固是滿足水庫正常安全運行的需要。

西溝水庫工程標準低，大壩填筑質(zhì)量差，迎水坡淘刷嚴重，背水坡滲水流泥、壩后無反濾排水體。放水建筑物進口臥管為無閘控制，一旦庫水位上漲，不利于檢修，水庫存在嚴重的安全隱患和病險問題，嚴重地威脅著下游趙石畔、橫山等村鎮(zhèn)0.3萬人民生命財產(chǎn)安全和0.2萬畝農(nóng)田的安全，必須采取工程措施，消除安全隱患。

（2）除險加固是水庫發(fā)揮綜合效益的需要。

西溝水庫是一座綜合利用型水庫，即農(nóng)業(yè)灌溉、防洪和攔泥等，為庫區(qū)周圍1500畝農(nóng)田提供著灌溉水源。水庫實施除險加固后，不僅增大增強了水庫的滯洪攔沙能力，對控制泥沙入黃及確保下游防洪安全具有重要作用，而且對發(fā)揮水庫灌溉，促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和改善群眾生活起到積極的作用。與此同時，水庫攔沙能力的增強和蓄水面積的擴大，有利于小區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的改善，使流域內(nèi)水土流失得到有效控制，具有廣泛的社會效益。

（3）除險加固是滿足水庫科學管理的需要。

大壩監(jiān)測和通訊系統(tǒng)不健全，將給水庫的安全運行造成潛在的威脅，無法對水庫進行科學的管理及預防安全事故的發(fā)生，也無法進行水庫洪水的科學調(diào)度。只有通過除險加固建立健全安全監(jiān)測系統(tǒng)，才能為水庫管理提供科學的依據(jù)，從而使水庫的運行管理走向制度化、科學化。

4 工程設計

4.1 大壩加高培厚

根據(jù)西溝水庫大壩防洪標準及壩頂高程復核結(jié)果，擬加高大壩2.59 m，即從現(xiàn)狀高程1000.36 m加高到設計高程1002.95 m。根據(jù)壩址處兩岸的地形條件，結(jié)合大壩工程現(xiàn)狀，擬將壩軸線上移5.18 m，壩頂長度增為164.0 m，壩頂高程達到1002.95 m。大壩加高設計上游坡坡比取1∶2.5，下游培厚坡比均為1∶2.0，在高程989.18 m處設有寬2.5m的馬道（有交通要求）。加壩后的壩頂寬度為5.5 m，壩頂?shù)缆凡捎媚嘟Y(jié)碎石路面，兩邊設砼路沿。壩體采用人工清基土，1m3挖掘機開挖裝車，5t自卸汽車外運至棄渣場，土方回填采用5 t自卸汽車運料，59kW推土機平土，74kW拖拉機牽引羊腳碾碾壓，刨毛機刨毛，2.8kW蛙式夯實機補夯。

對西溝水庫上游進行護坡處理，護坡采用預制C 15砼六棱塊，底高程至現(xiàn)淤積面以下0.3 m，預制砼六棱塊厚0.1 m，下部鋪設20cm厚的砂礫料墊層。對背水坡進行植物護坡，下游壩坡及兩側(cè)岸坡設置縱向排水溝，反濾體頂和馬道設置橫向排水溝，與岸坡排水溝相接將水直接導入下游河床。根據(jù)壩體下游浸潤線出逸點高度，結(jié)合加壩實際情況，擬在下游壩坡腳設置組合式反濾排水體。

4.2 延伸放水臥管，增加控制蓋板

西溝水庫原放水建筑物由放水臥管、放水涵洞和明渠陡坡組成，位于大壩右岸。本次設計擬對臥管延伸，一級陡坡段進行加固處理，拆除舊二級陡坡段新建，延伸到下游溝底石坎處。具體方案為先清理風化石渣，對已損壞嚴重的部分臥管進行加固，新延伸安裝臥管6節(jié)，安裝臥管控制閘門24套，對嚴重剝落的部分，采用水泥砂漿抹面處理。

4.3 修建放水道路

目前西溝水庫樞紐沒有通行放水臥管道路，本次除險加固，修筑上壩放水道路長350 m。根據(jù)道路設計有關(guān)規(guī)范，標準路面設計寬度2.0 m，路肩寬度1×0.5 m，路基寬度2.5 m；路基設計壓實系數(shù)為0.93。路面為10cm厚砂礫石層路面，基礎(chǔ)為原土夯實路基。在道路邊設置排水溝，斷面型式為梯形，底寬30cm，深40cm，為漿砌石結(jié)構(gòu)。

4.4 陡坡段加固

泄水涵洞出口處接35 m長的明渠段，坡比i=1/100，明渠段出口處接一級陡坡段斜長48 m，坡比i=0.083。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8m（寬×高），為C25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層?，F(xiàn)陡槽底部受水流沖刷破壞嚴重，本次進行加固處理，采用C 25現(xiàn)澆砼襯砌，厚度0.1 m。一級陡坡段出口處接二級陡坡段原斜長18.5 m，坡比i=0.333。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8m（寬×高），為C25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層?，F(xiàn)陡槽受水流沖刷及凍融破壞，再加之原施工質(zhì)量不過關(guān)，需拆除后新建，本次新建二級陡坡段斜長23.63 m，坡比i=0.4。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8 m（寬×高），采用C 25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層。

4.5 改建防汛道路

目前水庫樞紐對外交通為土路，長度0.5km。水庫除險加固后，應提高防汛道路等級，對土路進行改造。根據(jù)道路設計有關(guān)規(guī)范，標準路面設計寬度3.5 m，路肩寬度2×0.5 m，路基寬度4.5 m。路基設計壓實系數(shù)為0.93。路面為10cm厚砂礫石層路面，基礎(chǔ)為原土夯實路基。在道路兩邊設置排水溝，斷面型式為梯形，底寬30cm，深30cm，內(nèi)邊坡為1∶0.3。路基兩側(cè)為耕地時修土質(zhì)排水溝，其余情況下修漿砌石排水溝。

4.6 大壩安全監(jiān)測設計

根據(jù)西溝水庫除險加固工程實際情況，考慮西溝水庫樞紐大壩為已成Ⅴ等小（2）型工程，結(jié)合大壩特點只進行水文、氣象的觀測設計，水文、氣象觀測項目包括上游水位和降雨量觀測。設計在上游庫區(qū)適當位置布置水位觀測點1個，在合適部位布置1個降雨量觀測點。水位采用水尺觀測，用雨量筒觀測降雨量。

4.7 加強水庫管護

由橫山縣趙石畔鎮(zhèn)大坪村管理的西溝水庫，一直沒有正式編制定員，水庫建庫至今，一直無專門的管理辦公設施及觀測、監(jiān)測設施、無防汛搶險物資等。在運行管理方面，無專職管理人員，規(guī)章制度有待健全，沒有資料整理、分析，達不到規(guī)范要求。除險加固工程竣工驗收后，原水庫的隸屬關(guān)系不變，但應根據(jù)水庫新的管理運行要求，調(diào)整充實管理人員，對水庫調(diào)度運用進行統(tǒng)一管理，使水庫的管理工作走向科學化、規(guī)范化、制度化，確保水庫長期安全運行。根據(jù)該水庫以后的運行特點和功能，其運行管理由鄉(xiāng)村負責，由鄉(xiāng)村批定2名專職管理人員，負責水庫的日常運行管理工作。

5 結(jié)語

鑒于西溝水庫存在影響使用和安全的問題，為恢復水庫正常功能，發(fā)揮其應有的效益和作用，擬對水庫進行除險加固。針對水庫大壩、放水建筑物、防汛道路、無監(jiān)測設施等存在問題，提出培厚大壩，修復下游壩腳壩體，整修壩坡并對迎水坡和背水坡進行防護，增建壩面排水系統(tǒng)和壩后排水體，延伸放水建筑物臥管，增設臥管進口閘門，明渠陡坡段加固，修筑放水臥管道路。此外，還建議增設大壩安全監(jiān)測設施，增加管理設施，增設防汛通訊、預警設備等，以確保除險加固后的水庫滿足新形勢需要。