横山县西沟水库除险加固工程方案探析

陈文波

（横山县水土保持工作站 陕西 横山 719100）

1 概况

西沟水库位于横山县赵石畔镇大坪村，所在河流西沟为芦河一级支流。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%。水库属温带、半干旱带大陆性季风气候，根据横山县气象站资料统计分析，多年平均气温8.6℃，极端最高气温38.4℃，极端最低气温－29℃；多年平均风速2.5m/s，最大风速为25.7m/s，风向N W；汛期平均最大风速23m/s；多年平均相对湿度54%，无霜期163天，最大冻土深129cm。

西沟水库总库容50万m3，于1986年5月动工修建，1987年6月竣工，是一座具有农业灌溉、防洪拦泥等综合效益的小(2)型水库，属Ⅴ等工程。西沟水库控制总流域面积6km2，主沟道长2.65km，河道平均比降7.5‰。枢纽工程由大坝、卧管、输水洞、明渠陡坡等建筑物组成。西沟水库属陕北黄土高原丘陵沟壑区，地形支离破碎，梁峁起伏，沟壑纵横，植被稀少，水土流失极为严重，年输沙量为1.6万m3，合2.16万t。西沟水库投入运行24年来，为当地发挥了较好的社会效益和经济效益。

2 水库工程存在问题

（1）西沟水库为三无工程，设计标准较低。西沟水库从1986年5月由当时的赵石畔镇大坪村组织群众兴建，没有经过正规的勘测、设计和施工，没有任何设计文件、图纸和批准文件，属典型的三无水库——无设计、无资料、无批文。工程竣工后未进行验收，没有留下任何竣工文件和图纸。经过近三十年的运行，水库泥沙淤积比较严重，淤积厚度已达13.56 m，坝前淤积面高程已达987.74 m，防洪标准和调蓄能力降低，防洪能力已不满足《防洪标准》的要求。

（2）水库管理不到位，加剧了险情。西沟水库由赵石畔大坪村委管理，水库建成以来，未设大坝浸润线、沉降、位移观测，进出库流量安全监测设施；没有任何通讯设施，抢险物资、机具储备不足，没有交通工具；上坝道路为简易土路；工程监测沿用传统的人为检查观察方式，根本无法全面掌握大坝内在的病险情况，运行档案也无法建立完善。

（3）大坝迎水坡未进行砌护，冲刷严重。西沟水库大坝为水力充填均质土坝，最大坝高26.2 m，坝顶高程1000.36m，坝顶长150 m，坝顶宽5.49 m，大坝迎水坡坡比为1∶2.5，背水坡坡比在988.98 m以下为1∶1.7 m，以上为1∶1.9 m。西沟水库大坝迎水坡坝面无防护设施，受库水风浪淘刷已形成0.5 m～1.0 m高的陡坎，迎水坡无排水沟有冲沟。大坝背水坡无排水沟，植被稀少雨水冲沟严重，坝坡脚未建反滤体，渗水流泥现象严重，已造成坝坡脚形成高0.8 m～2.0 m，长20 m的陡坎。

（4）放水建筑物设置不合理。西沟水库放水设施由放水卧管和混凝土涵管组成，放水卧管建在大坝右岸对面山坡上，共18孔，孔口尺寸为Φ330mm，卧管下接消力井，长2.5 m，宽1.2 m，深2.0 m。输水涵洞为Φ800mm混凝土管，涵管长81 m，出口与输水明渠相接，明渠长35 m，陡坡总长67.8 m，断面为宽1.0 m×深0.8 m，为钢筋砼结构。放水建筑物进口卧管为无闸控制，容易淤堵；且建在大坝对面山坡上，布置不合理，一旦库水位上涨，不利于检修。

（5）无大坝安全监测设施，无法对大坝的安全运行进行有效的监控；无管理设施，无防汛、抢险设备；进坝防汛路坑凹不平，难以满足防汛抢险和安全运行的需求。

3 水库除险加固的必要性

（1）除险加固是满足水库正常安全运行的需要。

西沟水库工程标准低，大坝填筑质量差，迎水坡淘刷严重，背水坡渗水流泥、坝后无反滤排水体。放水建筑物进口卧管为无闸控制，一旦库水位上涨，不利于检修，水库存在严重的安全隐患和病险问题，严重地威胁着下游赵石畔、横山等村镇0.3万人民生命财产安全和0.2万亩农田的安全，必须采取工程措施，消除安全隐患。

（2）除险加固是水库发挥综合效益的需要。

西沟水库是一座综合利用型水库，即农业灌溉、防洪和拦泥等，为库区周围1500亩农田提供着灌溉水源。水库实施除险加固后，不仅增大增强了水库的滞洪拦沙能力，对控制泥沙入黄及确保下游防洪安全具有重要作用，而且对发挥水库灌溉，促进当地农业生产和改善群众生活起到积极的作用。与此同时，水库拦沙能力的增强和蓄水面积的扩大，有利于小区域内生态环境的改善，使流域内水土流失得到有效控制，具有广泛的社会效益。

（3）除险加固是满足水库科学管理的需要。

大坝监测和通讯系统不健全，将给水库的安全运行造成潜在的威胁，无法对水库进行科学的管理及预防安全事故的发生，也无法进行水库洪水的科学调度。只有通过除险加固建立健全安全监测系统，才能为水库管理提供科学的依据，从而使水库的运行管理走向制度化、科学化。

4 工程设计

4.1 大坝加高培厚

根据西沟水库大坝防洪标准及坝顶高程复核结果，拟加高大坝2.59 m，即从现状高程1000.36 m加高到设计高程1002.95 m。根据坝址处两岸的地形条件，结合大坝工程现状，拟将坝轴线上移5.18 m，坝顶长度增为164.0 m，坝顶高程达到1002.95 m。大坝加高设计上游坡坡比取1∶2.5，下游培厚坡比均为1∶2.0，在高程989.18 m处设有宽2.5m的马道（有交通要求）。加坝后的坝顶宽度为5.5 m，坝顶道路采用泥结碎石路面，两边设砼路沿。坝体采用人工清基土，1m3挖掘机开挖装车，5t自卸汽车外运至弃渣场，土方回填采用5 t自卸汽车运料，59kW推土机平土，74kW拖拉机牵引羊脚碾碾压，刨毛机刨毛，2.8kW蛙式夯实机补夯。

对西沟水库上游进行护坡处理，护坡采用预制C 15砼六棱块，底高程至现淤积面以下0.3 m，预制砼六棱块厚0.1 m，下部铺设20cm厚的砂砾料垫层。对背水坡进行植物护坡，下游坝坡及两侧岸坡设置纵向排水沟，反滤体顶和马道设置横向排水沟，与岸坡排水沟相接将水直接导入下游河床。根据坝体下游浸润线出逸点高度，结合加坝实际情况，拟在下游坝坡脚设置组合式反滤排水体。

4.2 延伸放水卧管，增加控制盖板

西沟水库原放水建筑物由放水卧管、放水涵洞和明渠陡坡组成，位于大坝右岸。本次设计拟对卧管延伸，一级陡坡段进行加固处理，拆除旧二级陡坡段新建，延伸到下游沟底石坎处。具体方案为先清理风化石渣，对已损坏严重的部分卧管进行加固，新延伸安装卧管6节，安装卧管控制闸门24套，对严重剥落的部分，采用水泥砂浆抹面处理。

4.3 修建放水道路

目前西沟水库枢纽没有通行放水卧管道路，本次除险加固，修筑上坝放水道路长350 m。根据道路设计有关规范，标准路面设计宽度2.0 m，路肩宽度1×0.5 m，路基宽度2.5 m；路基设计压实系数为0.93。路面为10cm厚砂砾石层路面，基础为原土夯实路基。在道路边设置排水沟，断面型式为梯形，底宽30cm，深40cm，为浆砌石结构。

4.4 陡坡段加固

泄水涵洞出口处接35 m长的明渠段，坡比i=1/100，明渠段出口处接一级陡坡段斜长48 m，坡比i=0.083。断面型式为矩形，尺寸为1.0 m×0.8m（宽×高），为C25现浇钢筋砼挡墙结构，墙宽0.25 m，墙高0.8 m，底板厚度0.2 m，基础采用0.3 m厚的浆砌石层。现陡槽底部受水流冲刷破坏严重，本次进行加固处理，采用C 25现浇砼衬砌，厚度0.1 m。一级陡坡段出口处接二级陡坡段原斜长18.5 m，坡比i=0.333。断面型式为矩形，尺寸为1.0 m×0.8m（宽×高），为C25现浇钢筋砼挡墙结构，墙宽0.25 m，墙高0.8 m，底板厚度0.2 m，基础采用0.3 m厚的浆砌石层。现陡槽受水流冲刷及冻融破坏，再加之原施工质量不过关，需拆除后新建，本次新建二级陡坡段斜长23.63 m，坡比i=0.4。断面型式为矩形，尺寸为1.0 m×0.8 m（宽×高），采用C 25现浇钢筋砼挡墙结构，墙宽0.25 m，墙高0.8 m，底板厚度0.2 m，基础采用0.3 m厚的浆砌石层。

4.5 改建防汛道路

目前水库枢纽对外交通为土路，长度0.5km。水库除险加固后，应提高防汛道路等级，对土路进行改造。根据道路设计有关规范，标准路面设计宽度3.5 m，路肩宽度2×0.5 m，路基宽度4.5 m。路基设计压实系数为0.93。路面为10cm厚砂砾石层路面，基础为原土夯实路基。在道路两边设置排水沟，断面型式为梯形，底宽30cm，深30cm，内边坡为1∶0.3。路基两侧为耕地时修土质排水沟，其余情况下修浆砌石排水沟。

4.6 大坝安全监测设计

根据西沟水库除险加固工程实际情况，考虑西沟水库枢纽大坝为已成Ⅴ等小（2）型工程，结合大坝特点只进行水文、气象的观测设计，水文、气象观测项目包括上游水位和降雨量观测。设计在上游库区适当位置布置水位观测点1个，在合适部位布置1个降雨量观测点。水位采用水尺观测，用雨量筒观测降雨量。

4.7 加强水库管护

由横山县赵石畔镇大坪村管理的西沟水库，一直没有正式编制定员，水库建库至今，一直无专门的管理办公设施及观测、监测设施、无防汛抢险物资等。在运行管理方面，无专职管理人员，规章制度有待健全，没有资料整理、分析，达不到规范要求。除险加固工程竣工验收后，原水库的隶属关系不变，但应根据水库新的管理运行要求，调整充实管理人员，对水库调度运用进行统一管理，使水库的管理工作走向科学化、规范化、制度化，确保水库长期安全运行。根据该水库以后的运行特点和功能，其运行管理由乡村负责，由乡村批定2名专职管理人员，负责水库的日常运行管理工作。

5 结语

鉴于西沟水库存在影响使用和安全的问题，为恢复水库正常功能，发挥其应有的效益和作用，拟对水库进行除险加固。针对水库大坝、放水建筑物、防汛道路、无监测设施等存在问题，提出培厚大坝，修复下游坝脚坝体，整修坝坡并对迎水坡和背水坡进行防护，增建坝面排水系统和坝后排水体，延伸放水建筑物卧管，增设卧管进口闸门，明渠陡坡段加固，修筑放水卧管道路。此外，还建议增设大坝安全监测设施，增加管理设施，增设防汛通讯、预警设备等，以确保除险加固后的水库满足新形势需要。