绥化红兴水库改建为“地表—地下联合型水库”的设想

尤春峰，张焕智

（黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080）

决策思考

绥化红兴水库改建为“地表—地下联合型水库”的设想

尤春峰，张焕智

（黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080）

红星水库由于坝基渗漏严重不能正常蓄水运行，必须全面进行防渗处理。结合水库枢纽布置现状及地形条件适当调整局部坝线，并进行必要的坝基垂直防渗处理后，形成地表、地下连体水库，进行联合调度运行，既节省了大量土地，又能够提高供水保证能力。

水库渗漏；坝基防渗；地下水库；联合型水库；改建

1 工程简况

红兴水库位于呼兰河中游绥化市区北6 km处，是一座供绥化市城镇用水和农田灌溉用水的中型提水反调节的平原水库工程。水库以呼兰河为水源，在永安渠首处建泵站经2.8 km渡槽输水入库。水库总库容7000×104m3。

水库是在呼兰河滩地上东、北、西三面筑坝，坝线西端直接与阶（台）地相接、东端通过一段公路与阶（台）地相连而围成的蓄水库区，包括土坝、进水闸、灌溉兼泄洪涵洞及取水工程。

红兴水库始建于1958年，几经停建、复建、缓建，最后于1999年开工续建完成，并于2004年8月16日至22日抽水充库蓄水，约充蓄570×104m3（库水位149.00 m左右）。1 d后发现坝后取土坑、鱼池、水井的水位有所上涨，并淹没了一些低洼耕地，于是停止抽水入库。至11月中旬约3个月时间，蓄水基本漏尽，平均日渗漏量约6.3×104m3／d［1］。

后经多次补充的勘察工作，基本查明水库区内表层岩性黏性土分布虽然较连续，但厚度变化较大，坝基分布厚度达10～30 m的强透水层将库内、外联通，因而导致库水渗漏地下后通过坝基强透水层向西、北方向流向库外，从而难以蓄水。经补充勘测、分析计算，在水库正常蓄水过程中，通过全坝段坝基的库区全年渗漏量已经大于远期供水能力，不能正常蓄水运用，必须进行防渗处理。

对水库防渗方案进行比较论证，拟采用垂直防渗方案，即对挡水坝（0＋000～9＋358）采取全封闭型式补修塑性混凝土垂直防渗墙，防渗墙下部深入相对不透水基岩面（泥岩）以下1.0 m。为了防止对东端公路与西端村屯发生浸没影响及库水向南部高平原下部含水层大量渗漏而影响水库正常运行，对南岸高平原段也需要进行垂直防渗处理；采用三维数值模拟预测和对比分析，南岸东侧垂直防渗1 000 m、西侧垂直防渗1 700 m时的方案，可达到最佳防渗效果［2］。

2 “地表—地下联合型”水库设想

地下水库与地表水库都是以储存和调节水资源为基本目的的水资源开发工程。当红兴水库地下截渗墙建立以后，围起的孔隙含水层将形成地下库区，为水资源的储存提供了巨大的空间［3］。从呼兰河提水储存在由地上挡水坝形成的地表库区中；与地上挡水坝连成一体的地下截渗墙围起的地下库区则把地表库区渗漏水储存其中；如果仅运行地表水库，地下库区蓄水长期滞留而成为“一潭死水”，能否会引起某种恶劣的环境应变，很难预料。反之，地表库水与地下库水联系密切，如果进行联合调度运行，则会产生不可估量的经济效益与社会效益；因此称之为“地表—地下联合型水库”（下面简称为“联合型水库”），其地下部分属“饱和型孔隙水地下水库”。

2.1 “联合型水库”库区调整设想

原库区占地面积约13.52 km2，总库容7000× 104m3。改造为“联合型水库”后，在保障原水库设计功能（发挥效益）不改变的基础上，地表占地面积可极大缩小。结合水库枢纽布置现状及地形条件，设想在坝线桩号3＋544.5（拐点2005zk8孔）处向南直线连接南部高平原长梁以西库区，组成新的“联合型水库”平（剖）面图见图1～图3。

图1 绥化市红兴“地表—地下”联合型水库平面图（改建）

图2 绥化市红兴“地表—地下”联合型水库库区剖面图

图3 绥化市红兴水库南岸剖面图

“联合型水库”库区西、北、东由地上挡水坝及地下截渗墙作为挡（截）水建筑物；南部由高平原黏性土组成地表库区天然挡水坝，地下部分完全敞开。库内孔隙含水层岩性主要为级配不良粗砂、级配不良细砾，厚度12.45 m～39.40 m；自北向南层厚增厚、层底高程降低。孔隙含水层与高平原底部孔隙承压含水层连通，成为地表库水补给严重不足时期接受高平原地下水径流补给的通道，同时又能够在地表库水充足时，反向补给高平原底部孔隙承压含水层，以保持本区地下水循环平衡。占地面积约为7.19 km2，可恢复土地约6.33 km2。

2.2 “联合型水库”库容预计

2.2.1 地表库容

原设计水库总库容7000×104m3。改造后占地面积缩小，按缩小比例估算地表库容约3722× 104m3。

2.2.2 地下水库基本库容（静库容）

基本库容（静库容）：地下水库与地表水库组成一体，已经具有统一的水位（即水库的正常蓄水位），地下孔隙含水层中完全充水，因此采用“地下水静储量”作为基本库容量。计算公式为：

式中：Q基为地下水库基本库容，m3；μ为含水层给水度；H为含水层厚度，m；F为含水层分布面积，m2。

库区孔隙含水层岩性主要为级配不良粗砂、级配不良细砾，厚度12.45～39.40m（初步统计平均厚度21.49 m），给水度μ0.24～0.26（经验值，计算中取0.24），库区面积约719×104m3，估算地下水库基本库容为3708×104m3。

“联合型水库”总库容估算可达7430×104m3，略大于原水库库容。

2.3 “联合型水库”的补给能力

“联合型水库”仍然是由呼兰河提水补给，补给水源具有很大的保证程度。

地下水库含水层系统的补给，由地表水库蓄水渗漏补给和南部含水层的径流补给两部分组成。在每年“联合型水库”运行周期，在地表水库蓄水期间，水库水位高于南部地下水水位，地下水库蓄水将向南部库外径流补给地下水；在地表水库蓄水取尽期间，地下取水工程在消耗地下水库蓄水的同时，随着地下水位下降，同时能够取得南部地下水的大量径流补给，径流补给量采用补给带法（影响半径法）计算公式如下：

式中：Q0为抽水孔出水量；R为影响半径；e为经验校正系数，一般为3～5；B为断面宽度。

依据位于计算断面东侧的“2005ZK27”孔抽水试验数据，实际出水量5 314.46 m3／d时，计算影响半为208.20 m，断面宽1 537.68 m，取e＝3参加计算，计算径流补给量为58 875.64 m3／d。

因此，“联合型水库”在得到原水库设计提水补给能力保障的基础上，又可增加南部含水层的径流补给，从而可以极大提高水库的调蓄能力和供水保证程度。

2.4 “联合型水库”的工程调整

“联合型水库”地面部分完全保留原水库枢纽的黏土心墙砂壳坝5 814 m（坝线桩号3＋544～9＋358），引水渡槽与进水闸及取水工程。新建自坝线桩号3＋544.5（拐点2005zk8孔）处向南直线连接南部高平原长梁的挡水坝（视具体情况，坝后开挖排水沟）约2 895 m，改（扩）建位于原土坝桩号5＋780的灌溉兼泄洪涵洞与“联合型水库”连接段。

“联合型水库”地下部分完全保留原水库枢纽计划的黏土心墙砂壳坝5 814m（坝线桩号3＋544～9＋358）下的地下截渗墙。计划新建与自坝线桩号3＋544.5（拐点2005zk8孔）处向南直线连接南部高平原长梁的挡水坝相应的地下截渗墙约3 260 m。另外，在含水层厚度大、层底高程低的南部出口附近，需新建以管井及连接输水管线为主的地下水库取水工程，具体设想如下：

1）水库现状：

库区面积13.52 km2，库容7 000×104m3，正常蓄水位154.30 m；挡水坝9 445 m；计划坝下截渗墙9 358 m，南部截渗墙2 700 m。

2）改建设想：

a）西部联合型水库：地表水库库容3 722.63× 104m3，地下水库库容3 708.31×104m3；面积7.19 km2；保留挡水坝5 184 m，新建挡水坝2 895 m；保留地下截渗墙5184 m，新建地下截渗墙3 260 m；水库正常蓄水位154.3 m；工程所需天然建筑材料（土、砂料等）可结合清库从库区内采取，即满足了工程用料，又可有效增加地表库容，同时还可以提高地表库水向地下水库渗透补给的能力。

b）东部：复原库区6.33 km2，减少地下截渗墙6 244 m，废弃挡水坝3 544 m；复原库区土地可通过复垦、开发等方式置换资金，解决工程款不足，废弃挡水坝可拆除，用作新建坝筑坝材料。

3 结 语

本文旨在为在具有类似条件的地区建设供水工程时，提出一条新的思路。

绥化市城区位于松嫩平原中东部、呼兰河中游左岸岗阜状高平原之上，分布第四系浅层微孔隙裂隙潜水及深层孔隙承压水，第四系深层孔隙承压水是当地地下水主要开采目的层，并与呼兰河及泥河河谷漫滩孔隙潜水相连通。第四系深层孔隙承压水是本区主要供水水源，1990年以来，随着地下水的开采，地下水位持续下降，在绥化市城区及周边已经形成地下水开采漏斗，已有出现地下水超采区的趋势。建设红兴水库，是从根本上解决本地区供水问题、保障社会、经济发展的重要工程措施。

红兴水库由于渗漏而不能正常使用。在必须采取垂直防渗工程措施的前提下，把红兴水库改建为“地表—地下联合型”水库，即保证了原水库库容，同时提高了水库的调蓄能力和供水保证程度，在联合调度得当的基础上，还可以适当提高供水能力。

改建“联合型水库”大部分天然建筑材料可以取自当地，不再另占土地，可以节省资金；更有利的是，复原的土地通过复垦、转让、开发等方式，为筹集工程资金开拓了更广的门路。

改建“联合型水库”尚有许多问题应进行专门研究，如：如何建立较为完善的地下水库开采工程系统、与已有取水系统的连接及其运转和维护；扩大了水资源调蓄空间后，管理系统（包括监测系统和控制系统）的建立及联合运行调度；调控库水位与地下水库出口外围地下水位，维护良好的地下水环境；结合库底清理适当修建引渗工程，改善地表库水向地下含水层的径流通道，提高入渗效率等。

［1］刘加海，付彦，杨名玖.红兴水库渗漏分析及防渗处理方案研究［J］.水利水电技术，2006，37（05）：107－109.

［2］冶雪艳，杜新强，杨悦锁.绥化市红兴水库渗漏分析及渗控方案模拟预测［J］.吉林大学学报：地球科学版，2010（01）：128－133.

［3］郭永权等.绥化市红兴水库防渗工程工程地质勘探报告［R］.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2005.

TV623

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1007－7596（2014）07－0238－03

2014－02－20

尤春峰（1963－），男，黑龙江哈尔滨人，高级工程师；张焕智（1950－），男，黑龙江哈尔滨人，教授级高级工程师。