西藏高原水利工程建设关键技术分析

2015-03-26陈东东王培清

河南科技 2015年3期

陈东东王培清，2

（1.西藏大学农牧学院，西藏林芝860000；2.河海大学岩土工程研究所，江苏南京210098）

西藏自治区处于我国西南边疆，有世界屋脊之称，位于青藏高原的西南部，面积有120多万平方公里，平均海拔4000米以上。西藏高原地区同时也有中华水塔和亚洲水源之称，在我国未来水资源开发利用中处于核心地位。

1 西藏高原地区水资源概况

西藏地区的水能资源和水资源十分丰富，地表水资源量达到了4 321.4亿，约占全国的1/7；人均水资源占有量为152 969.2，比全国人均水资源占有量高出80倍；此外，地下水资源总量高达966.1亿。西藏地区各个河水资源丰富，开发前景十分广阔。同时高原地区地势高、落差大，雅鲁藏布江、澜沧江、怒江和藏南部分河流，落差均在4 000m以上，其他河流很大一大部分在2 000m以上。丰沛的径流，巨大的落差，形成了高原各个河流丰富的水力资源。根据水资源普查和河流研究资料表明，高原水能资源理论蕴藏量达到了2亿kW，约占全国水能资源的30%，其中以藏东南地区的蕴藏量最为集中，仅雅鲁藏布江干流的发电量就可达8 000万kW[1]。

由于西藏高原特殊的自然条件和地理条件，西藏高原的水量和水力资源蕴藏量在地域分布上十分不均衡，其中藏东南地区的江河水量占到全区的54.8%，水力资源蕴藏量占到总量的70%以上。目前为止，高原全部地区开发水电站约有400多座，年发电量约430亿千瓦小时，仅仅占技术可开发量的6.99%，开发率仅仅为全国水电开发率平均水平的一半，水力资源的开发前景是非常可观的[2-3]。

2 高原水利工程建设中的几个问题

2.1 渗流对高原水利工程建设的影响

在水利工程中，最主要的是水对工程的破坏作用，一般来说，地表水和地下水是主要的破坏作用，地表水的破坏作用主要表现在冲刷方面，经常会被人们注意，因此容易挽救；地下水的破坏主要表现为渗流冲刷作用，而且是不容易被人发现的，常被忽略，等发现问题的时候，常常导致较大的破坏。因此在水利工程的建设中，地下水的破坏作用比地表水的破坏作用更多更严重。这其中最突出的是土石坝，究其原因是渗流的问题，这是坝体经常建在透水的土基上和坝体本身的透水性导致的［4］。

大坝渗水的原因有很多，主要包括以下几点：粗骨料和细骨料的配合不符合标准，导致空隙，从而引发泌水；在施工的过程中，碾压不够，导致孔洞；骨料含杂质过多在大坝内形成缝隙；施工不严导致骨料分离形成蜂窝；温度应力引起坝体裂缝；溶蚀作用形成渗漏通道；施工中对坡脚的处理不合标准，导致粗骨料集中堆积从而引发渗漏；止水失效；上游防渗体失效导致渗漏［5-6］。

2.2 混凝土在高原水利工程建设中的作用

众所周知，在工程建设中，混凝土起的作用非常重要，尤其是在水利工程建设中，大坝的主体几乎都是由混凝土建造的，因此混凝土的性能对大坝的使用寿命有着举足轻重的作用。而高原特殊的地理环境使得工程建设中对混凝土的性能指标有着非常特殊并且严格的控制，所以混凝土在高原的水利工程建设中也起着非常重要的作用。

2.3 空化空蚀现象对高原地区水利工程的影响

在水利工程中，空化空蚀现象是一个非常广泛存在的问题。它所涉及的范围广而复杂，其中包括形式空泡湮灭的机理，空蚀的性质，空化空蚀相关性，空化噪声与水利参数的对应关系，空化比尺效应的种种影响，临界空化和空化改善状况下的噪声判断，空蚀评价指标等等。

空蚀又称气蚀，穴蚀。高速流动的流体引起压力变化，由于液体内局部压强降低，出现蒸汽和空泡，这些蒸汽和空泡发展湮灭，空泡运动到压强较高的区域时，空泡湮灭反弹的过程中产生很大的瞬时压强，引起固体表面的水体和气体产生高速射流，对固壁造成破坏[7-8]。

2.4 滑坡问题对高原地区水利工程建设的影响

在水利工程建设中，边坡问题非常常见，尤其是高原所处的地理环境，大峡谷高边坡比比皆是，因此在工程建设中边坡的处理方案就占据着非常重要的位置。一旦发生了边坡失稳问题，对水利工程的建设和运营都会造成非常严重的影响，甚至会造成人员的伤亡。因此在施工过程中，应该尽可能地避免边坡滑动体的移动，同时采取加固措施提升边坡的稳定性。

下面是西藏高原水利工程边坡的一些特点：①工程规模大。藏区边坡的高度一般都达到几百米，开挖的体积数千万立方米，水平深度为数百米级；②边坡安全性非常重要，关系到工程安全，同时影响着工程造价和工期；③地质条件复杂。高原地区地理成因复杂，滑坡体随处可见，同时涉及其他的各种构造，如高地应力、高地下水位等；④设计和施工的要求高。

3 高原水利工程建设存在问题的一些解决意见

3.1 渗流控制[9-10]

在水利工程建设中防渗处理是非常重要的，根据以往高原地区水利工程建设的经验，工程防渗设计的目的在于：①减少渗流量；②降低扬压力；③降低上游面混凝土的水力比降，防止渗透；④降低下游面渗流逸出点（线）的位置或避免其出现，提高坝体的耐久性。

在水利工程建设之前要进行大坝防渗方案的分析论证，对于大坝的防渗结构，排水孔，防渗帷幕和排水管道等都要经过论证分析。同时还要做好渗流场的计算，分析大坝渗流场特性，并提出不同的渗流控制方案。上游渗出的水体经过排水孔的排水降压，导入坝体的排水道排出坝体。大坝的运行中要保证防渗体不开裂，同时要保证排水孔排水幕正常运行，只有这样才能保证大坝的寿命。

3.2 混凝土的应用[11]

西藏的地理环境非常特殊，昼夜温差大，因此对于混凝土的选择很重要，温度变形不能太大；西藏的一些地区常年低温，要选择抗冻性能良好的混凝土；西藏大部分地区紫外线非常强烈，因此有必要研究混凝土在强烈紫外线照射下的力学性能；地理环境造成大坝的施工繁杂，应运用合适的高性能混凝土。同时根据西藏的地域性特点设计新型混凝土方便施工和维持强度。

渗水问题在高原地区水利工程建设中比较严重，因此，应该选择一些特殊的有防渗结构的混凝土。比如“金包银”的防渗结构；混凝土薄层防渗结构；钢筋混凝土面板防渗结构；混凝土的自身防渗；变态混凝土防渗；薄膜薄层防渗结构等等。

在混凝土的配合比设计和施工过程中尤其要注意细节，规范施工。比如用水量不能过多，否则易导致混凝土内形成毛细管渗流路径；如果水泥使用不合标准，就会引发泌水，形成空隙；施工中要充分振捣以防形成孔洞；骨料不含太多杂质，否则易形成缝隙；混凝土规范施工，否则易导致骨料分离，引起架空与蜂窝；施工中应该注意层面和缝面上下层嵌接，以免造成缝隙。

3.3 空化空饰现象的一些处理意见

高原地区海拔高，气压低，空化空蚀现象尤为严重。因此，在高原地区建设水利工程，一个关键性的技术要求就是要尽量减少空化空蚀对施工和后期运行的破坏。在此，可以借鉴区外处理这种问题的先进技术，同时也要根据高原地区特殊的地理环境，在建设中找出适宜我区环境的措施来降低这种现象的影响。

水力机械空化空蚀是一个普遍现象，不但在高原地区水利建设存在，国内外的水利工程建设中都要考虑这个问题，这是一个难点问题，目前尚缺乏统一的认识。关于空化空蚀，未来的发展趋势主要集中在以下几个方面：完善和发展数值模拟理论与技术，更广泛将这些理论运用到实际工程中；在水力机械空化空蚀的研究中，可视化技术的发展和成熟提供了很多便利的条件，在解决空化空蚀问题方面将起到重要作用；在水利机械的运行中，实际测量起着非常重要的作用，国内外的一些学者和机构已经开始着手研究在线检测系统，在未来水利工程空化空蚀问题中，这些研究将起着重要的作用。