水利水电工程中水库库区防护方案设计

2021-04-29段旺彪

中阿科技论坛(中英文) 2021年4期

段旺彪

（乌恰县水利局,新疆乌恰 845450）

水利水电工程建设因周期长，涉及内容较多，所以各类不良现象的产生也相应增加，例如水库淹没、库岸坍塌、水库渗漏等。为进一步加强对水利水电工程的防护，需相关部门针对水库实际状况，给予针对性的防护措施，并将其落于实处，提升水土资源利用率，增强水库库区泄洪能力，从而科学管理水库工程。

1 水利水电工程水库地质灾害特征

受地质灾害影响，我国水库水利工程建设难度大，为进一步提升水利工程建设质量，需针对各类地质灾害成因及受累范围，给予针对性的治理措施。水利水电工程水库地质灾害主要包含以下几种类型。

（1）山体滑坡。山体滑坡为常见地质灾害，主要因突发性大面积降雨，导致地表水对水库边坡造成严重冲刷。受外界强力刺激下，水库边坡土质软弱带极易损伤，与雨水一同下滑，最终形成山体滑坡，对水库造成影响。同时，对于土石库而言，部分含沙量较大的土质层也极易发生滑坡，相关部门未能给予相应的防渗漏措施，使土石库发生滑坡。此外，人们缺乏环境保护意识，滥砍滥发，造成植被破坏，不同程度削弱水库边缘承载力，增加了山体滑坡的风险。

（2）水库崩塌。在水库整体构造中，部分特殊岩土体会发生碎化，使水库承载力失衡，造成大量石块落入水库中。同时，人们对地下资源开发利用缺乏科学性，导致地质活动频繁，容易引发水库崩塌。

（3）水库边缘开裂。有些建设单位出于利益考量，施工质量缺乏保障，部分新建水库边缘极易受自然环境影响出现开裂及崩塌，从而使水库出现渗漏现象。

2 水利水电工程水库库区防护要点

2.1 水库的防淹没措施

2.1.1 优化梯级开发方案，慎重选择坝址

在初期确定河流梯级开发方案进程中，需勘察干、支流实际状况，进行科学、合理规划，根据河流实际状况，适当布设相应的梯级，建议将高坝建设至人口稀少的河流上游，低坝建设至人口及耕地面积较多的区域。确定大坝位置及高度时，需进行全面考量，以便实现径流调节，减少淹没损失。此外，确定淹没处理范围时，需考量以下几方面：（1）在回水影响不显著的坝前段，应在正常蓄水位之上设置相应的安全超高，一般布设为0.5～1.0 m；（2）对水库末端洪水水位与同频率天然洪水水位封闭，封闭形式的确定由影响程度决定，一般对于垂直封闭方式而言，根据某一频率洪水水位与天然洪水水位进行连接，而水平封闭处于水位差，洪水水位线上游水平延伸与天然水位线相交互，从而形成封闭状态。

2.2 降低水库防洪水位措施

2.2.1 降低汛前限制水位

汛期限制水位主要为上、下游及水库安全预留调洪库容，设定水库正常运行允许的最高蓄水位。洪水在汛期各时段大小不尽相同，针对主汛期洪水量较大，需选取较大的防洪库容，次汛期红水量不断减少，可根据实际状况限制水位，待汛期过后可将其提升至正常状况。在确保水库兴利效益的基础上，对防汛前水位予以合理限制，为洪水到来做好准备；在获取相同防洪成效状况下，降低水库设计洪水位及校核水位。

2.2.2 增大水库泄洪能力

泄洪主要指水库内部水不通过水轮机发电，直接从大坝通过的一种方式。由于单位时间内通过水坝流量较大，仅依靠水轮发电机水量难以满足防洪调度实际所需。所以需积极增强水库泄洪能力，避免持续性强降水，使水库水位超限，造成各类不良的灾害。为获取较佳的防洪水位，应通过一系列的措施，增大水库泄洪能力，需特别注意的是，在确保不超过下游安全泄量的基础上，通过适当增设泄洪隧道、底孔等，提升水库泄洪能力，从而降低水库防洪水位。

2.2.3 溢洪道设施闸门

防汛之前，应积极将闸门开放，将水库水位降低至防汛前水位，待防汛工作完成之后，将闸门关闭，蓄水水位可至正常位置。如此使蓄水水位与汛前限制水位共用一个水库，不仅节省防汛资金投入，还降低防洪水位。

2.2.4 利用天然凹口向临近水系泄洪

根据水库地理位置实际状况，适当向邻近水系进行泄洪十分关键，但需特别注意的是，应确保对临近水系防洪工作不会造成影响，通过库岸天然的凹口，将部分洪水排泄，加大水库总泄洪流量，降低水库防洪水位。

2.3 选取梯级水库防洪联合调度

水库防洪调度内容较多，需不定期变更防洪参数，还需根据工程实际状况，确定水库洪水调度的方式及控泄流条件。对于承担下游防洪任务的水库而言，需选用分级别泄洪调动方式，根据实际状况，将水库防洪库容依照梯度进行合理划分，选用联合调度方式，利用水库有限的库容总量实现拦截水和泄流，以此降低库区及大坝下游被淹没的风险。同时，确定下游标准洪水实际量，水库蓄水一旦超过水位线，应立即选用敞泄方式，为避免对下游人员造成威胁，在敞泄之前需确定其初始位置及实际流量。此外，洪水具有季节性变化，应针对水库制定完善的分阶段调动方案，实现分阶段调度。

2.4 有计划利用水库涨落区土地

各地区实际修建水库目的及用途不尽相同，需根据实际状况，提升其土地资源利用率，比如土地征用线至死水位之间的土地在一定时段会露出水面，可将其加以利用，水库水位涨落区土地利用方式需根据水库使用模式决定，而水位变更状况需根据其露出时间段确定。

2.5 引洪放淤

针对含沙量较大的河流，水库临时淹没的区域，可积极选用引洪放淤方式，逐渐将其地面高程提升，减少土地被淹没所造成的损失。此外，还可进行漫地造田，从而缓解水库淤泥积压状况。

2.6 修建防护工程

在稳定地经济发展及良好的技术条件的支持下，可在水库浅水区和临时淹没区建设相应的防护工程，以此减少对水库周边土地的淹没，当前该方式应用普遍，特别是处于平原区域的水库，该方式具有较强的适用性。

3 库区的防护工程

3.1 防护工程设计标准

在库区防护工程建设中，需重视设计标准，其关乎后期水库实际防护成效，主要包含防涝标准和防浸没标准。防涝标准主要指确保人民居住及卫生条件，并改善土地土壤状况，为农业实现稳定生产及高产做支撑。防涝的设计标准一般以涝区发生重现期为0～10年的暴雨不产生涝灾为基准，针对地理环境有优势的区域，可适当提升标准。防浸没标准是根据地下水位达到特定允许最小深埋，并结合当地气候、土壤等状况来确定的。一般城镇区域地下水埋深大于1.2～2.0 m，根据我国南北部降水实际状况，南方区域选取最小值，北方区域选取最大值；农作物种类不同，其制定标准不一，要求的最小地下水深度是小麦0.5～0.7 m，棉花1.0～1.4 m，玉米0.5～0.6 m，绿豆0.6～0.8 m等[1]。

3.2 防护工程的布设

水库库区的防护目标较多，包含排水沟、防护堤修建、抽水站、护岸等。防护工程布设与防护主体性质、防护要求及标准相关。当防护区无河流穿过，防护主体为城镇、农田、工况企业等，一般防护工程布设包含以下3种类型。

（1）在水库边岸蓄水位以上和防洪水位以下的区域减少相应的防护堤，沿防护堤内侧布设排水沟渠，将地面雨水集中回收，并通过抽水站排出。

（2）若水库水位涨落波动较大，岸边地势较为平坦，为提升滩地利用率，可沿水库边岸修建大围堤，以抵御一般洪水，对于重要的防护对象及经济用地，需建设相应的第二道围堤，以抵御较大洪水冲击。在两层围堤内侧均需增设相应的排水渠道及抽水站，内层排水沟中的积水通过抽水站排至外层的水沟内，将两层积水汇集，并通过布设于外部的抽水站将其一同排至水库。

（3）若防护区处于高低不平的区域，可选取坡地较高一侧进行挖土，将土填埋至较低处，使保护场地高于水库防洪高程。

当防护区有自然河流通过时，需根据河水实际流量，选取以下防护措施：若河流流量较大时，选取分片筑堤防护方式；若河流流量较小时，可将河道筑坝堵塞，在防护区另一侧修建相应的河道，并将河水引入水库中。

3.3 防护堤

水库防护堤布设应尽量选取土质均匀且坚实的地基，避免将防护堤布设于可能受河流冲刷的区域。防护堤布设线路应与水流方向相同，防止迎面水流冲顶，并确保河道具有合理的洪断面。防护堤与河道及城区的距离应合理，为布设相应的排水设施及管控提供便捷[2]。此外，为减少施工量，应确保防护堤线路顺直，缩短防护堤长度。

3.4 防护区排洪措施

当防护区修建防护堤后，防护堤以内的天然水系的出口即被堵塞，为避免发生内涝及淹没，应积极规划相应的排水渠道，将地表水及河水引入水库中。排洪渠道线路布设应根据防护区内的地形实际状况决定，尽量选用顺直方式，缩短防护区实际长度和少占农田。同时，水渠布设线路应规避地形变化显著区域，以减少开挖及填方，遇山受阻时应根据制订方案的经济性来决定是采用盘山渠道还是开挖隧道。此外，排洪渠应布设于土质坚实、渗透性小的土坡上，避免山体滑坡，确保渠道安全性。若条件允许，应将原有沟、渠充分利用，减少土方工程量，并积极将排洪、灌溉等联合应用，实现一渠多用目标。

3.5 水库堤岸的保护及水土保护措施

为避免水库岸边缺乏稳定性，增加滑坡风险，需将水库岸边实施防护，施工单位应积极采取相应措施，保护岸边建筑物及农田不受影响。实际项目建设进程中，应选用合理的材料，根据实际状况，适当增加浆砌块石数量，增大边坡稳定性，避免岸边水土流失。针对山体滑坡与泥水流，防护工程应在具体建设之前，对地质环境进行全方位勘察，通过相应的施工建设，对坡地进行固定处理，确保耕地农田不受滑坡影响。此外，应积极在水库边坡安装防护网，可选取拦网式防护网，不仅可应对山体滑坡等自然灾害，降低边坡山石风化而导致的滚落面积与速度，还可避免生活垃圾进入水库中，对边坡植物也能起到良好的保护作用。图1为施工人员正在布设防护网。

4 水库库区防护实践案例浅析

4.1 工程项目概况

图1 施工人员正在布设防护网

该项目属于点线结合工程，该水库总库容量为110.58×104 m3，年供水量为0.99×104 m3，灌溉面积为120 m2。该工程规模为小（1）型，等别IV等，建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，水库工程包含枢纽工程和灌溉工程，其中枢纽工程由溢洪道、输水导流隧洞、大坝构成，大坝坝顶宽5 m，坝长133.0 m，开敞式溢洪道为钢筋混凝土矩形断面，全长208.0 m。灌溉供水工程主要由两条管道构成，土壤侵蚀类型为水力侵蚀，土壤容许流失量为500t/（km2·a）。

4.2 项目水土保持措施布设

4.2.1 枢纽工程防治区

首先，植物措施。大坝周围穿插式种植清香木、喜树，栽植杉木建防护林，在挖掘裸漏底层播散狗牙根混合草籽，恢复植被。该项目涉及的植被恢复主要在水库临时区域内，规定苗高0.5 m，清香木、喜树等密度为1 110株/m2。其次，临时措施。在大坝下游布设相应的浆砌石排水沟，根据该项目实际特征，需增设临时堆放土方拦挡等防护措施，针对临时堆土坡脚采用编织袋装土进行拦挡，高度为0.7 m。顶面及薄面使用防护网覆盖，临时土堆旁边布设排水沟，设置为梯形断面。

4.2.2 弃渣场防治区

结合水土保护相关规范与标准，该项目弃渣量应不超过500 000 m3，堆高高于30 m，其渣场级别为4级，截排水沟等级也为4级。防治措施如下：（1）挡渣墙，利用重力式浆砌石挡渣墙，长度为25.6 m，宽1.0 m，背坡坡比为1:0.2；（2）截洪沟，将截洪沟布设于弃渣场周边，运用浆砌石矩形结构。采用明渠均匀流算出底宽0.4 m及高度0.5 m，便可满足洪水标准规定。