北票市小型水庫加固設計方案的優選研究

王 興

(遼寧省北票市水利規劃勘測設計院，遼寧 朝陽 122100)

小型水庫作為組成供水體系和防洪保安體系的重要部分，對推動國民經濟發展、保障國家糧食安全以及區域防洪排澇等發揮著巨大作用，確保小型水庫安全運行與安全度汛，直接關系著人畜飲水安全、農業灌溉和下游沿河群眾財產安全[1-3]。近年來，極端天氣頻率的增加及全球氣溫的升高，在很大程度上增加了局部地區發生暴雨的概率，確保小型水庫安全逐漸成為社會關注的熱點。對于境內的小型病險水庫，北票市水務局批準實施了一系列的除險加固改造工程，整治范圍涉及周家營、王法溝、蒙古營等12座小型水庫，通過輸水洞加固、壩體加固、進口八字形處理、建設溢流堰與邊墻、挖深拓寬溢洪道等，基本消除了水庫的安全隱患，對提高水庫安全保障水平、完善工程管理設施和水利設施發揮著巨大作用。然而，在選擇加固設計方案上還存在許多的不足，對于實施過程中出現的問題還要給予足夠的重視和關注。

1 小型水庫的除險加固

1.1 病險問題分析

北票市現有的小型水庫大多修建于六、七十年代，受當時的歷史條件限制，大多數水庫屬于典型的“三邊”工程，建設初期行業標準、設計規范不健全，水文地質勘探資料較少，施工和設計力量薄弱，方案審查把關不認真；水庫建設以群眾大會戰為主要施工方式，技術手段有限且施工設備簡陋，多數壩基處理不徹底甚至沒有處理，無法保證設計標準和壩體填筑質量，大部分水庫都或多或少的存在一定安全隱患；由于固定投資渠道的缺乏，后期維修養護水庫工程設施時受到限制，水庫帶病運行、老化失修的現象普遍存在；因缺乏專業管理人員、管護水平低，無法及時有效的了掌握水庫的真實運行狀況，水庫病險問題未能有效處理，對下游防洪安全以及區域發展產生安全隱患。雖然應急除險過少數的水庫大壩，但并未從根本上解決實際問題，無法充分發揮水庫工程的功能效應[4，5]。

根據工程原設計、校核標準以及大壩安全鑒定成果，壩體壩基滲流不穩定、防洪能力不達標、金屬結構與機電設備老化、結構安全不過關等為小型病險水庫常見的問題。依據北票市小型水庫加固整治專項規劃，有7座水庫已無法正常使用其金屬結構，僅有1座水庫可以正常運行其金屬結構，另有4座根本沒有配置閘門等結構設備，病險程度統計如圖1。

圖1 北票市小型病險水庫統計結果

1.2 除險加固技術

滲流不穩定、結構不安全、防洪不達標等問題作為水庫加固整治的為核心，并考慮每座水庫的實際情況，結合其存在的安全隱患選擇適應的除險加固措施。

解決滲流不穩定問題。依據小型水庫加固工程初設報告，北票市主要選用3種方案解決其滲流不安全問題，即壩體、壩基和壩肩防滲加固。其中，比較常用的防滲處理措施有劈裂灌漿、混凝土防滲墻、壩基帷幕灌漿、壩體充填灌漿等，通過實施有效的防滲處理技術，從根本上解決滲流不安全問題。

解決結構不安全問題。結合水庫加固工程設計報告，北票市主要利用4種方案解決結構的不安全問題，即大壩培厚、加固改造溢洪道、改造泄洪洞、臥管加固改造。為更好的保證大壩安全，可以采取削坡減緩壩坡、培厚減緩壩坡的方法，其中培厚減緩壩坡時要利用比原壩坡大的透水性材料，并加固整治上下游壩坡，而混凝土板、堆石及干砌石護坡等多用于上游護坡，而簡化型式的護坡一般用于下游。采用科學的加固改造技術，有效解決了水庫結構不安全的問題[6]。

解決防洪不達標問題。考慮病險水庫加固設計報告，北票市選擇6種方案解決防洪不達標的問題，即加高大壩、新建溢洪道、新建泄洪洞、擴建溢洪道、加高防浪墻、完建溢洪道。根據工程實際情況，選擇合適的技術措施顯著提升了水庫的防洪標準[7]。

1.3 施工中的問題

安全風險大。水庫加固設計方案選用的工程措施具有較大的施工風險，如拆除重建壩體中間泄洪閘、修復土壩壩體中的涵洞、增加壩前高排架控制措施以及拆除重建壩體上部結構等方案，施工過程中以上措施存在較大的風險性，為確保施工安全還要采取有效的防護措施。

實施難度高。病險水庫加固整治工程采用風險較大的工程措施，在實際中無法實現，如利用沉井方案修建淤泥下的進水塔、拆除重建淤泥下的進水塔等。

過于強調泄洪能力。依據水庫加固整治工程管理辦法，原則上小型水庫加固設計方案不考慮加壩措施。由于未能充分理解其內涵、作用，大部分設計和管理人員就錯誤的認為不考慮加固方案，而對于防洪能力大達標的水庫其最佳選擇就是加寬加深溢洪道。根據方案設計時洪水計算結果普遍偏大的實際情況，由此導致溢洪道存在較大的下切寬度，雖然加固整治工程大大提高了水庫的防洪能力，但實際蓄水能力、興利庫容明顯減少。

忽視征地、補償協調工作。水庫確權界定滯后的現象普遍存在于北漂地區，大多數小型水庫的管理工作由集成鄉鎮負責，受多種因素限制其工作相對更差。有的地方直接把不過水的土質溢洪道、不常淹沒的庫區給村民發放林地征、土地證、宅基地證等，由于不考慮征地補償費用在除險加固投資中的比例，方案批復后無法開展后期的協調工作，這給加固整治工程的實施帶來了極為不利的影響[8]。

2 設計方案的優選

2.1 保證水庫安全

結合水庫除險加固工程管理辦法，解決對水庫安全運行方面產生直接影響的問題為病險水庫加固整治的重點內容。例如，對于發生滲漏的水庫，若屬于壩體、壩基等能夠顯著影響工程結構安全的滲透問題，必須采取合適的防滲措施；若屬于不發生滲透破壞而僅僅出現水庫蓄不住水的滲透問題，對此可不予處理。由于實行定補政策批建小型水庫加固整治項目，所以投資規模受到一定的制約，為充分利用有限的資金必須優先解決重點問題，故無法全面解決鑒定出的所有病險問題。另外，提高管理水平也是保證水庫安全運行的重要方法，如新建防汛搶險道路、新增水文與大壩監測設施、增設水庫通訊設備及管理房等，對水庫的日常管理安排專門的管理人員。

2.2 考慮水庫蓄水能力

根據北票市水資源緊缺的實際情況，應考慮水庫蓄水能力科學設計水庫加固整治方案。工程上，加大水庫泄流能力以及提高其防洪達標能力的常用方式有下切、拓寬溢洪道，對于該問題也可采取增設壩頂防浪墻、適當加高壩頂的措施，這就要求充分論證方案的可行性。特別是加高拱壩、砌石重力壩等工程量很小的項目，從經濟可行性的角度就是加高壩頂；對基本達到規范要求防洪能力的土壩，可供選擇的方案有改變水庫運行調度方式、加高防浪墻等。過于強調加大水庫洪流能力和防洪能力達標，實質上降低了水庫蓄水能力，所以這種方案并不可取[9]。

2.3 工程措施可行性

水庫加固設計方案必須結合工程實際，許多工程措施理論上可行而實際上確行不通。例如，為使泄流能力達到要求需要外拓溢洪道寬度，雖然批復的設計方案也在水庫管理范圍，但由于征地協商行不通而不得不變更的現象較為常見；運用沉井方案修建水庫淤泥下進水塔，盡管方案可行且已批準，因存在原漿砌石翼墻、地基軟硬不均等因素而無法施工，最終方案也必須更改；因當地群眾租到不得不放棄庫區防滲土工膜鋪設方案。

2.4 技術方案安全性

水庫加固設計方案必須考慮施工安全性，如土壩壩體中涵洞修復時無法保證施工人員安全，對此必須給予更改；壩前增設放水鋼管控制閘室需要修建40 m高的爬架，由于存在較大的來水風險性不得不變更；由于未全面了解水下情況，設計的原放水涵臥管進口修復不得不變更為涵臥管封堵方案等。

此外，多年蓄水運行的水庫一旦放空，若要再蓄水則無法實現，所以放空水庫的施工方案在加固設計工程中一般不考慮。例如，由于采取放空改造的施工方案，原本碧波蕩漾、游船如織的小型水庫多年再也沒能蓄上水；改造以前穩定蓄水的水庫，因放空水庫新建泄洪洞再也未能蓄上水。

3 結語

較新建工程水庫加固整治存在明顯的差異性、特殊性，應考慮蓄水運用、水庫病險、周邊施工環境等因素科學選擇加固設計方案，從經濟合理性、施工可行性、實施安全性、技術優越性的角度全面分析，方可優選出最佳的方案以及最大化水庫加固工程效益。通過分析北票市近年來的水庫加固工程案例，結合加固工程實際效果，對選擇方案設計時存在的不足進行總結分析，并提出工程實施時要解決的問題，對類似工程加固設計以及效果評價具有一定的借鑒指導價值。