紫坪鋪工程建設與管理回顧

李 洪

(四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

建國初期，紫坪鋪工程作為岷江流域規劃中的一級，因地理位置優越、交通便利，施工條件較好，被選為該流域第一期開發工程。工程在未充分進行勘測設計和施工論證的情況下快速上馬，后受工程地質條件復雜、施工技術和設備不足及中蘇關系惡化等因素影響而停建。改革開放后，成都市工業用電、生活和環保用水等迅速增加，開發紫坪鋪工程被提上議程。在詳細的規劃、勘測和設計之后，紫坪鋪工程于2001年開工建設，2006年完建。2008年遭受汶川8級地震震損，后經修復與重建，工程功能恢復至震前水平。工程投入運行12年來，發揮出巨大的綜合效益，但因受到原設計批復的反調節水庫未建、電站設計為500 kV單回送出線路等的影響，工程運行仍存在隱患，亟待解決。

1 工程規劃和建設歷程

紫坪鋪工程作為岷江上游茂縣至都江堰市河段可綜合開發項目，早在1954年就被規劃為第四級待開發項目；1956年，被確定為流域八級開發方案中的第七級；1958年，原八級開發方案改為七級，紫坪鋪位列第六級；1960年，受國內形勢變化影響，原七級開發方案調整為六級，紫坪鋪位列第五級； 1972年，該流域段又被提出五級和六級開發方案，紫坪鋪均被劃在魚嘴電站的上一級；1986年，成都平原的工農業用水、用電需求日趨迫切，開發紫坪鋪被再次提出。歷次規劃時間及參數見表1。

表1 紫坪鋪樞紐工程歷次規劃時間與開發參數表[1]

1.1 早期規劃和勘測設計階段(1954-1960)

1.1.1 規劃過程

1954年，原西南水力發電勘測處及北京勘測設計院提出岷江上游河流規劃的三個方案，其中一個方案將紫坪鋪工程列為岷江上游五級開發中的第四級[1]。

1955年，北京勘測設計院(局)成立工作組開展岷江上游水力發電規劃工作，提出岷江上游八級堤壩式開發方案。7月，蘇聯專家復勘后基本同意該方案，并提出紫坪鋪為第一期工程的意見。年底，成都水力發電勘測設計院(局)成立，正式開展岷江上游河流規劃工作，提出了堤壩式八級開發方案，推薦紫坪鋪為第一期工程。

1956年4月，成都水力發電勘測設計局編制完成《岷江上游綜合利用規劃報告》，并于8月在北京經水電總局及電力工業部組成的有關專家組審查通過。同年，《岷江上游綜合利用規劃報告》經國家建設委員會正式批準，流域八級開發方案中的第七級電站紫坪鋪水電站，被選定為開發岷江上游的第一期工程[2]。

1.1.2 壩址初選與建設情況

工程初設的勘測設計工作分別于1956年夏秋季開始。紫坪鋪電站的開發目標以發電為主，大壩設計為混凝土重力壩，最大壩高93 m，設計正常高水位814 m，壩前水頭67 m，庫容2億m3，裝機容量為4×72.5 MW，第一批機組計劃于1962年末投入運行。大壩左岸是非溢流壩，右岸是混凝土溢流壩，壩后式廠房位于左岸。壩區全長約2.5 km，共選擇4個壩址進行比較(圖1)。第一壩址位于現紫坪鋪大壩附近，第二壩址位于現沖砂洞出口附近，第三壩址位于現1號泄洪洞出口處附近，第四壩址位于白沙河口附近(圖1)

圖1 紫坪鋪水電站規劃壩址示意圖

初步地勘分析認為，4個擬定備選壩址中，第三、第四壩址在地質、地形上不如第一第二壩址好；第一壩址的壩基巖體質量、軟弱夾層處理、壩基下游消能及建壩投資上均優于第二壩址。1956年11月，成都水力發電勘測設計院提出選壩報告，選定第一壩址為紫坪鋪電站壩址，使勘探工作能在已選定的第一壩址上逐步深入[3]。12月，原電力工業部組織了紫坪鋪水電站選壩委員會，在蘇聯專家幫助下選定第一壩址作為下一步勘測設計施工對象。1957年審查初步設計階段報告時發現，在選定的第一壩址下游不遠處可能有斷層存在，地質構造上對大壩安全不利，建議跟第四壩址作進一步比較。1958年6月初，水利電力部勘測設計總局在北京組織了一次有蘇聯專家參加的會議，再次對壩址、壩高、壩型問題進行了審查，最后確定在第一壩址修建水頭67m的混凝土重力壩。[4]

1956年第4季度，紫坪鋪水電站建設的準備工作開始；1958年第2季度，主體工程開工，年底大江截流成功。1959年5月，一場暴雨沖垮了建設中的大壩，后因中蘇關系惡化，蘇聯專家撤走及其他因素影響，紫坪鋪水電站于1960年停建。

1.1.3 主要面臨的問題

在紫坪鋪水電站建設施工過程中，發現的工程地質條件比設計和開工時的情況要壞得多，在中國水利電力部工作的蘇聯專家組，受水利電力部和水利水電建設總局的委托，于1958年8月18日至25日召開會議研究樞紐工程地質條件、壩高、壩型、壩址、施工組織等方面遇到的難題。

蘇聯專家組認為，紫坪鋪壩區的工程地質條件極為復雜，構造斷裂為數眾多，且存在新地質構造現象。由于劇烈的構造作用，壩基的巖體十分支離破碎，強度大大減低[6]，需根據新的地勘資料再次復核壩區地震烈度；開挖揭露的壩基巖體質量不能滿足修建高混凝土重力壩的要求，結合國民經濟對修建67m水頭高壩的需求，特別是選擇土石壩可以節約缺乏的水泥達30萬噸，這對中國完成水電建設總的計劃來說具有重要意義[6]，建議選擇土石壩壩型；考慮在第一壩址已進行了圍堰、導流明渠和大壩基坑開挖施工，如將壩址由規劃中的第一壩址轉移到第四壩址，則將放棄已投資1 000萬的前期工程，損失重大，轉移壩址的經濟合理性需繼續深入研究；建議修整施工道路、改擴建橋梁、提升混凝土制拌能力等來確保工程施工進度。

1.2 復建可行性、初步設計研究論證階段(1984-2001)

隨著國民經濟的發展，灌溉和綜合用水的矛盾日益突出，八十年代中期，在沙金壩一帶即目前稱為第五壩址處，修建高土石壩的設想被提出。

1984年4月，水利電力部將岷江映秀至灌縣河段規劃任務下達給四川省水利電力廳，同年11月水電建設總局以(84)水建計字第164號文進一步明確紫坪鋪水利樞紐的規劃設計工作由四川省水利水電勘測設計研究院(以下簡稱“四川院”)承擔，地勘工作由成都勘測設計研究院(以下簡稱“成都院”)負責[5]。

河段規劃從1985年全面展開。1986年10月 《岷江映秀至灌縣河段規劃報告》編制完成。1988年3月水電部和四川省政府在都江堰市共同主持了該規劃報告審查會，會后省政府以川府函(1988)125號文將《岷江映秀至灌縣河段規劃報告》和《審查意見》報水利部。年底，水利部([1988]水規55號文)批復了該報告。1989年3月四川省水利電力廳于在規劃報告基礎上編制了《四川省都江堰紫坪鋪、魚嘴樞紐工程項目建議書》，并會同四川省計經委報水利部和國家計委。

根據進一步的勘探分析后認為，受F3斷層及地形條件的影響，原規劃的四個壩址中，一、二、三壩址均不如四壩址有利于樞紐布置。在可行性研究階段放棄了這三個壩址，保留四壩址與五壩址進行精度比較。經過同精度技術經濟比較：五壩址有利于樞紐布置、投資較省、施工期較短，發揮經濟效益較快，決定推薦五壩壩址(圖1)。1989年12月和1990年4月，紫坪鋪水庫工程環境影響報告書和可行性研究報告編制完成。1990年7月，水利水電規劃設計總院(以下簡稱“水規總院”)分別對上述兩個報告進行了預審和審查，同意推薦五壩址和當地材料壩壩型。1991年4月，國家環保局以(91)環監字150號文批復了《環境影響報告書》；11月，水利部(水規[1991]13號文)批復了可研報告和審查意見。

1993年4月，按照基本建設程序，四川省水利電力廳和四川省計經委向國家計委報送了紫坪鋪水庫可行性研究報告。1994年4月，紫坪鋪水庫工程的初步設計報告編制完成，1995年5月水規總院進行了審查并將審查意見報水利部。2000年初，國家計委(計農經[2000]173號文)向國務院報送了《國家計委關于審批四川岷江紫坪鋪工程可行性研究報告的請示》。

2000年3月2日，國務院辦公會第60次會議討論通過《關于審批四川岷江紫坪鋪工程可行性研究報告的請示》，22日國家計委以計農經(2000)300號文下達了《印發國家計委關于審批四川岷江紫坪鋪工程可行性研究報告的請示的通知》，紫坪鋪工程正式被國家批準立項，工程建設進入施工準備階段。6月，四川院重新編制了補充初步設計報告，12月水規總院審查了該報告，水利部(水總[2000]612號文)批準了報告。當年，紫坪鋪工程被列入國家實施西部大開發首批開工建設的十大標志性工程、國家和四川省“十五”基礎設施建設重點項目。

2001年1月，國家環保局以環審(2001)5號文批復了《四川省岷江紫坪鋪工程環境影響評價報告書》。2月，國家計委(計投資[2001]222號文)下發了《國家計委關于2001年第一批基本建設新開工大中型項目計劃的通知》，將紫坪鋪工程列為國家2001年第一批基本建設開工項目計劃。

1.3 工程建設階段(2001～2006)

紫坪鋪工程設計為混凝土面板堆石壩，最大壩高156 m，屬超高面板壩(壩高大于150 m)，大壩抗震設防標準為VIII度。水庫正常蓄水位877 m，死水位817 m，總庫容11.12億m3，裝機容量為4×190 MW。大壩右岸依次為非常溢洪道、4條引水發電洞、沖砂洞、2條泄洪洞，電站廠房布置在壩后靠右岸。

1.3.1 建設過程

2001年3月29日，紫坪鋪工程正式開工。2002年11月23日，實現大江截流。2003年 3月，大壩開始填筑。2004年5月1日，大壩Ⅰ期面板開始施工，9月27日1號導流洞下閘封堵成功，11月17日2號導流洞左、右兩孔啟閉機及封堵門通過安裝驗收，試運行情況正常，具備下閘條件。2005年6月，大壩填筑至880m高程，9月30日，2號導流洞下閘，水庫開始蓄水，11月首臺機組(4號機組)發電。

2006年5月底，最后一臺機組(1號機組)通過啟動驗收。水庫淹沒影響涉及的3.64萬移民同步遷建安置完成。6月28日，大壩、溢洪道、2號泄洪排沙洞單位工程通過投入使用驗收。自此，紫坪鋪工程開始全面發揮灌溉、供水、發電、防洪和環境保護等綜合效益。至12月底，工程基本完建。

1.3.2 主要技術難題與設計優化

(1)復雜地質問題研究與高邊坡治理

紫坪鋪工程地理位置特殊，地質條件復雜。右岸條形山脊為向斜結構，斷層、層間剪切破碎帶及裂隙極為發育，風化卸荷作用強烈，且富含瓦斯地層和煤層，巖性軟弱，存在突出的高邊坡穩定性問題。通過對樞紐區10個主要高邊坡進行深入研究和設計優化，結合施工開挖建立了紫坪鋪地層的巖體分類標準和邊坡及建筑物基礎驗收標準，采用多種方法對其穩定性進行評價和預測，設立監測預警系統，修正和優化設計參數，為卓有成效地處理好高邊坡打下基礎。

(2)地下洞室群圍巖穩定性和廢舊煤洞煤窯的調查處理

紫坪鋪工程2條泄洪洞，沖沙洞，1-4號引水發電洞共計7條隧洞橫穿右岸條形山脊，將遭遇6條(L9-L14)剪切破碎帶，其中泄洪洞穿越F3斷層(寬80-100 m)。壩區煤洞開采歷史長達300年，廢舊煤洞多，揭示43個煤洞，對洞室群穩定具有非常不利的作用。為此開展了以瞬間電磁法結合前期地質地表探察成果和開挖過程的煤洞揭示工作，發現40余條在洞室布置區的廢舊煤洞，相互連通，危害較大的穿越趾板和帷幕線的貫穿性煤洞10余條。對洞室群和煤洞針對性地進行了分析評價和處理。

(3)壩前堆積體監測和處理

左岸壩前堆積體距引水系統進水口250 m，距大壩618 m，總方量3 500萬m3。經研究，蓄水前該堆積體整體穩定，水庫運行時整體穩定但安全余度少，燈盞坪和葫豆坪前沿一帶處于不穩定狀態。庫水位從877 m快速消落至817 m并遭遇Ⅶ度地震時，其前沿土體(約100余萬)將失穩，同時帶動上部土體失穩變形，失穩后將嚴重威脅工程安全。采取結合上游圍堰對堆積體進行壓坡腳處理，并進行工程監測和評價，取得顯著成效。

(4)紫坪鋪水情自動測預報系統建設

紫坪鋪工程下游的都江堰灌區及成都市屬于四川省最重要、經濟最發達地區，保障水庫運行安全，確保下游防洪安全極其重要。工程建立了采用衛星通訊為主的自動化水情測報系統，盡量縮短上游實時水雨情數據的采集和傳輸時間，以完成實時數據聯機作業預報，為工程防洪創造有效時間，同時將氣象預報納入水情預報，設置壩區氣象雷達，通過氣象定量預報達到增長洪水預報有效預見期的目的，為水庫安全運行提供良好的基礎。

(5)樞紐布置、單體建筑物與施工技術優化

先后開展了覆蓋層建超高面板堆石壩、趾板帷幕灌漿、填筑料料源優化和試驗等大壩的設計優化，泄洪洞進水塔設計優化，減少混凝土面板變形裂縫研究，對大壩面板周邊縫變形和止水效果的試驗和研究，泄洪洞高速水流的水力學模型試驗研究和設計體型優化(泄洪洞最高流速45 m/s)，機組設計控制參數研究(紫坪鋪機組具有運行水頭變幅大的特點，最大水頭和最小水頭之比Kh=132.76/68.4=1.94為國內罕見)，工程地質、開挖、基礎處理和高邊坡工程處理方案與對策研究，防滲與排水，壩體施工及分期、水流控制與防洪渡汛，水庫地震臺網監測設計等多項專題研究，并借助于技術發展的多種手段，實踐表明成效非常顯著。

1.4 震后抗震搶險和災后恢復重建階段(2008～2011)

2008年5月12日汶川發生的里氏8.0級特大地震是新中國成立以來破壞力最大的一次地震。紫坪鋪大壩距震中約17.7公里，地震時庫水位828.74 m，壩址區地震烈度超過IX度，遠超大壩抗震設防標準。紫坪鋪大壩成為世界上第一座經受高烈度地震檢驗的超高混凝土面板堆石壩。大壩等樞紐工程建筑物在地震中遭受一定程度的震損震害。

在黨中央、國務院和四川省委省政府的堅強領導下，在社會各界的大力支持下，項目法人紫坪鋪開發公司(以下簡稱“公司”)通過三年不懈努力，圓滿完成了抗震搶險和災后恢復重建任務。

1.4.1 抗震應急搶險與修復

地震后，公司第一時間開展應急搶險和生產自救，及時組織國內科研、設計、施工單位專家進行現場評估和大壩震后修復方案的咨詢論證。

震后10分鐘，立即恢復了向成都供水(60 m3/s), 基本滿足了下游生產生活用水需求，避免了可能因斷水引起的更大混亂；震后30 min，成功黑啟動電站機組，及時解決了廠區內的自供電，為設備搶修、開啟閘門提供了電源保障，部分緩解了水位上漲給大壩造成的威脅；震后24小時，開啟沖沙洞向下游泄水(300 m3/s),震后27小時，開啟2號泄洪洞向下游泄水(500 m3/s)，至此，泄洪洞和沖沙洞下泄流量之和已大于水庫入庫流量(600 m3/s)，水位上漲給大壩造成的威脅完全化解；震后5天，電廠4臺機組全部并網發電，發電流量達到800 m3/s，大于水庫震后入庫流量。

2008年5月下旬，四川院編制完成《紫坪鋪工程震后大壩面板修復設計報告》，6月6日水利部(水總[2008]174號文)批復該報告。為確保工程安全，公司先后安排了大壩面板應急修復、邊坡搶險，泄洪洞閘門及啟閉設備等應急搶險項目施工。10月，大壩面板應急修復完成，大壩恢復設計擋水標準。12月底，應急搶險項目施工完成。

2009年3月，水規總院組織的震后應急除險工程安全評估。同年9月，通過水規總院組織的震后安全鑒定。

1.4.2 災后恢復重建

2008年6月至2010年4月，《紫坪鋪工程災后恢復重建初步設計報告》(以下簡稱《初設報告》)批復前，為滿足大壩、泄洪建筑物的度汛要求和水庫蓄水需要，公司相繼優先組織實施了包括大壩防浪墻及壩頂公路拆除重建、壩后坡修復、泄洪排沙洞進水塔頂閘房拆除重建、2號泄洪洞固結灌漿及過流面裂縫化灌、水情自動測預報系統、廠房橋機等涉及防洪度汛安全項目的恢復重建。

2008年10月國家發改委(發改廳[2008]2688號文)印發了汶川地震災后恢復重建基礎設施專項規劃，將紫坪鋪水庫納入水利重建規劃項目，屬“次高危”水庫。11月，四川院受公司委托組織開展紫坪鋪工程地震安全性評價、抗震設計復核和加固設計工作。次年10月，四川院和成都院編制完成了《初設報告》并通過審查。2010年5月水利部(水總[2010]147號文)批復了《初設報告》,工程建設轉入災后恢復重建階段。按照批準的設計，2010年6月災后恢復重建主體項目開工，2011年9月災后恢復重建工程全部完建，并通過項目法人組織驗收。

2 工程建設與管理取得的重要成就

為加強紫坪鋪水庫建設領導，1997年8月，四川省政府(川府函[1997]285號文)成立了四川省紫坪鋪水庫建設領導小組，同年，四川省政府第72次常務會議決定成立四川省紫坪鋪水庫建設管理局。1998年10月，四川省政府(川府函[1998]578號文)批準成立了紫坪鋪開發公司，與紫坪鋪水建設管理局并行運作，同時成立了紫坪鋪工程前期工作籌備小組。2001年9月，四川省政府決定成立紫坪鋪工程建設指揮部，負責工程建設的領導和建設中重大問題的協調處理。2006年，紫坪鋪工程從建設期轉入運行期。

工程投運12年來，公司始終按照“電調服從水調，水調支持電調”的調度運行原則，科學管理，精心調度，較好地發揮了工程綜合供水、防洪、發電、生態環境保護等綜合效益。

2.1 提前完成工程建設任務，工程質量經受住汶川地震的考驗

工程建設過程中，公司精心組織，精心實施，攻克了復雜地質條件下“三高兩超”(超高壩、高流速、高邊坡、超深閘門、機組運行水頭超寬變幅)系列重大技術難題，平穩有序地完成了庫區3.5萬移民搬遷安置，于2006年5月提前半年完成國家下達的工程建設計劃。汶川特大地震中，紫坪鋪大壩經受住了強震考驗，成為世界上唯一一座距離地震震中最近、經過8級強震嚴峻考驗的超高混凝土面板堆石壩，在中國和世界壩工史上寫下了光輝的篇章，被國際大壩協會授予“國際里程碑面板堆石壩特別工程獎”，入選全國土木工程行業“百年百項杰出土木工程”。

2.2 全面發揮工程綜合效益，促進成都平原經濟發展

截至2017年年底，紫坪鋪水庫累計向下游供水1 622億m3；枯水期和旱期，累計增加供水96.5億m3，有效緩解了下游旱情和成都市的用水緊張狀況；春灌期向下游增加供水36.2億m3，為都江堰灌區糧食豐產穩產打下了堅實基礎；實施應急調水10余次，累計調水3.8億m3，有效協助處置了下游多起水污染事件；每年枯期向成都市提供環保用水流量20 m3/s以上,年增加供水3億m3，確保了府南河連續12年枯期不斷流，極大改善了城市水環境質量。累計攔蓄60余場洪水，攔蓄洪量70.8億m3，最大消減洪峰3 600 m3/s，大大減少了下游地區洪澇災害損失。紫坪鋪電站累計發電364億度，為四川經濟發展提供了大量優質清潔能源。防災減災方面，除汶川地震外，還成功抗御了2006年四川百年不遇特大干旱和2013年區域“7·9”特大暴雨洪澇災害，為區域經濟發展、社會穩定、糧食生產安全和防災減災作出了重要貢獻。

2.3 奪取抗震救災重大勝利

“5·12”地震發生后，公司第一時間啟動地震災害應急搶險救援預案，及時化解了岷江斷流可能給成都地區社會穩定帶來的巨大風險，緩解了四川電網一度出現的電力供應緊張狀況，全面解除大壩安全風險，順利完成了工程災后恢復重建重任。緊急協助救援部隊開辟紫坪鋪水庫通往災區的水上生命通道(通過水庫轉運救援人員與受災群眾4萬多人)，在四川抗震救災中發揮了至關重要的作用。

3 工程運行中存在的主要問題

一是由于紫坪鋪工程原設計批復的下游反調節水庫未建，工程缺乏專用供水通道，樞紐供水功能不完善；二是由于紫坪鋪電站設計為500 kV單回送出線路，線路出現事故、故障和檢修時，無法通過機組而只能開啟高流速泄洪設施向下游供水；三是“5·12”震后電站GIS設備尚未檢修，一旦出現故障，檢修期間亦無法通過機組向下游供水，只能利用泄洪設施長時間向下游供水。加之受“5·12”汶川地震及震后次生災害、流域水文情勢和電力市場供需形勢變化等多重因素影響，高流速泄洪隧洞被作為供水設施頻繁用于向下游供配水，其設計運行條件發生改變，洞室襯砌在高速水流的作用下已經受到一定程度損壞，給工程運行安全、供水安全和泄洪安全帶來隱患，亟需采取工程措施予以解決。

近年來，公司同紫坪鋪工程原設計單位四川院反復研究，共同提出了增設紫坪鋪輸水隧洞及配套工程的解決方案。通過新建該工程，進一步完善紫坪鋪樞紐的供配水功能，提高供水保證率，提高工程的可靠性和調度的靈活性，確保大壩防洪安全，保證工程長期安全運行。

4 結 語

紫坪鋪工程是成都市最重要的防洪屏障和飲用水源地，其地理位置特殊，地質條件復雜，建設受特定歷史背景和社會經濟發展變革的影響，具有較為曲折和長期的歷史，加之經受住了汶川特大地震的考驗，成為業界和社會普遍關注的焦點。工程建成投產以來發揮出了巨大的經濟和社會效益，但因原設計批復的下游反調節水庫未建、500 kV單回出線等多重因素影響，工程運行安全、供水安全和泄洪安全仍存在一定隱患。建設高質量的紫坪鋪工程，并讓其運行地更加安全、高效，是公司重大的歷史責任，相信在各方的支持和共同努力下，完善樞紐功能，促進岷江上游生態屏障建設，構建成都平原安全用水保障體系，紫坪鋪工程定會在新時代治蜀興川戰略中為四川經濟、社會、生態環境可持續發展做出更大貢獻。