渭源县石门水库除险加固设计及效益分析

魏 萍

(甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

石门水库位于渭源县城以南渭河支流的二级支流蒲川河上游，距县城约25km，坝址位于东经104°13′26″，北纬35°1′ 28″，控制流域面积42km2，流域平均海拔2587km2。是一座以农田灌溉和农村安全饮水水源为主、兼顾防洪的Ⅳ等小(1)型水利工程，水库实际控制石门灌区灌溉面积3.77 万亩，为东南部水厂年 供水约143 万m3，解决了莲峰、路园、锹峪3 个乡镇38 个行政村1.67万户7.0 万人的饮水问题[1]。石门水库于1971 年设计，1975 完成主体工程，主体工程由大坝、输水洞、溢洪道以及输水管道等建筑物组成，工程主要建筑物级别为4 级，次要建筑物级别为5 级，石门水库地理位置示意图如图1 所示。石门灌区是区域内中重要的灌区之一，也是区域重要的经济支柱，石门水库同时是渭源县东南部农村饮水安全工程的水源工程，关乎工程供水范围内的饮水安全和保障问题，目前水库已经被鉴定为三类坝，为缓解石门灌区灌溉用水和解决渭源县东南部农村饮水安全工程水源问题，石门水库除险加固建设势在必行。本文主要从水库现状及目前存在的问题出发，针对水库除险加固采取的措施进行论述，并进一步对工程投资和建设后产生效益进行分析，论证水库除险加固的合理性。

图1 石门水库地理位置示意图

2 水库现状及存在的问题分析

2.1 水库除险加固情况

石门水库于1975 年建成以后，先后进行了2次除险加固，第1 次加固工程于1983 年4 月开工，1984 年10 月底全面竣工，加固处理后大坝的防洪标准由原来的200 年一遇洪水校核提高为500 年一遇洪水校核，第2 次加固工程于2007 年5 月31 日开工，2008 年8 月8 日完工，经过除险加固后，水库达到现在规模，坝顶高程2237.5m，坝高32 m，水库设计地震基本烈度为Ⅷ度，水库防洪标准为50 年一遇设计，500 年一遇校核，正常蓄水位2233.4m，设计洪水位2233.6m 校核洪水位2236.2m，总库容520 万m3。

2.2 水库存在的问题分析

石门水库主要用于拦蓄清洪来水，发展农田灌溉，兼之以调洪及供农村安全 供水，是一座Ⅳ等小(1)型水利工程。目前主要建筑物都存在不同程度的安全问题，对工程正常安全运行有一定的影响。各主要建筑物存在的问题如下：

大坝：(1)水库自1975 年运行以来，从未进行过清淤；(2)大坝迎水面目测无 裂缝及坍塌，护坡干砌石不规则、零乱，上部有杂草生长；(3)坝顶防浪墙有裂缝15 处、起皮现象；(4) 后坝坡草皮护坡杂草丛生，影响日常观测，排水沟损毁严重，影响排水，坡脚排水棱体遭到填埋，只露出顶部，影响渗流。

溢洪道：(1)进口段、溢流堰底板混凝土面层脱落严重，大面积露石，局部位置存在孔洞；(2)溢流堰至过水路面段陡槽侧墙多处存在多处裂缝，裂缝位置有异物析出，底板混凝土面层有大面积的脱落；(3) 一级消力池至二级消力池段陡槽右侧墙上存在一处贯穿型裂缝，底板混凝土存在多处呈放射状裂缝，二级消力池至三级消力池段陡槽侧墙和底板混凝土存在多处裂缝，底板面层脱落现象严重；(4)尾水渠侧墙混凝土外观质量较差，底板及侧墙裂缝较多，末端底板被水流冲蚀成坑。

输水洞：（1）出口段洞身混凝土在距进口闸室80m、90m 和弯道处侧墙存在开裂现象，底板混凝土局部被水流掏空深度达6cm，出口接砌石结构暗渠左侧墙 存在一条横向裂缝；（2）进水口闸门长期处于水下，无法维修，右侧工作门表面存在锈蚀，左侧闸门止水不严、水流呈喷射状；（3）2 台启闭机机架及连接螺杆存在锈蚀，启闭机开度指示器损坏，无过负荷保护装置，依靠手动装置进行启闭；（4）输水洞出口消力池侧墙砌石冲毁，泄水渠侧墙下部被水流掏空。

管理设施：（1）水库无大坝位移、渗压及渗流观测设施，大坝变形、渗流仅靠人为判断，监测设施落后；（2）水库无防汛车辆，无抢险冲锋舟；（3）水库通讯设施线路老化，缺少维护；（4）库区30KVA 已使用35 年，属淘汰设备。

3 水库除险加固建设情况

3.1 水库除险加固主要方案选择

1）大坝。根据水库大坝现状、存在的问题以及安全鉴定结论，针对影响大坝安全和发挥效益的主要建筑物进行改造，本次对后坝坡排水沟进行拆除重建方案。

2)溢洪道。本次对溢洪道进口段、溢流堰、溢流堰至过水路面段混凝土进行拆除重建，对尾水渠渠道混凝土进行加固处理的方案。

3)输水泄洪洞。新建输水泄洪洞布置于左岸坝肩，输水泄洪洞由进口段、事故检修竖井段、输水洞段、泄水锥形阀室段、泄水消力池段、泄水箱涵段以及泄水渠道段组成。

4)管理设施增设方案。本次新增水库大坝位移、渗压及渗流观测设施；增设水库自动化管理设施；对水库四周监测设施进行加固；更新改造水库通讯设施等；更新水库供电设备及线路等。

3.2 主要建筑物加固设计

1)大坝。清除大坝迎水面上部杂草，后坝坡杂草建议加强管理，及时除草。重点对排水沟进行加固，本次在原有排水沟位置新建拆除重建排水沟，排水沟断面为矩形，宽度40cm，深度50cm，采用现浇C20混凝土结构，衬砌厚度15cm。

2)溢洪道。溢洪道进口段、溢流堰、溢流堰至过水路面段(溢0+000～溢0+088)，总长88m，拆除现状破损或出现裂缝的溢洪道侧墙及底板段后重建，采用现浇C25 钢筋混凝土结构，溢流堰断面尺寸宽20.0m，高3.0m，侧墙边坡1:0.2，溢洪道断面尺寸宽13.0m，高3.0m，侧墙边坡1:0.2，溢洪道、溢流堰底板厚度30cm，侧墙厚度为30cm。

三级消力池至尾水渠末端(溢0+400～溢0+550)段，总长150m，拆除现状破 损或出现裂缝的尾水渠侧墙及底板段，采用加固维修形式对拆除破损段进行清理，并对破损段进行C25 钢筋砼浇筑加固衬砌，底板及侧墙厚度为20cm。

3)新建输水泄洪洞设计。输水泄洪洞方案线路总长300m，由进水口、隧洞洞身、出水口、消能设施、泄水段等组成。进水口采用C25 钢筋砼结构，进口宽3.4m，末端口宽2.0m。隧 洞长度176m，采用圆形断面，隧洞最大埋深30m。输水泄洪洞围岩为Ⅳ类，采用一次支护采用全断面挂钢筋网φ6mm，间距20cm，喷砼厚度8cm，布置直径25mm 的系统锚杆，间排距1.5m，梅花形布置，锚杆长2m，并进行固结灌浆，二次支护采用钢筋砼衬砌，厚度40cm。

4 工程投资及效益分析

4.1 工程投资

本工程总投资1277.62 万元，建筑工程616.81万元，机电设备及安装工程288.18 万元，金属结构设备及安装工程64.39 万元，临时工程70.88 万元，独立费用140.07 万元，基本预备费59.02 万元，移民和环境部分费用中建设及施工场地征用费11.62万元，环境保护工程费13.64 万元，水土保持工程费13.02 万元。

4.2 效益分析

本项目为社会公益事业项目，其创造的价值远远高于项目本身创造的财务效 益，而这些效益除部分可以定量计算外，常常表现为难以用货币量化的社会效益和环境效益，故本项目仅做国民经济评价。

1)防洪效益。防洪效益的计算涉及溃坝后对下游城镇、农村等所造成的破坏和淹没以及对本地区国民经济发展的影响等。石门水库除险加固后，完全可以抵御200 年一遇洪水，其防洪效益非常显著。

石门水库保护下游2000 人的生命财产安全、3000 亩农田免受洪水威胁、侵害，范围包括白银区王岘乡雒家滩村的雒家滩社、苏家湾社，白银区四龙镇的民勤村、双合村、梁庄村及镇政府所在地四龙村。水库一旦失事，将会造成巨大的人员伤亡和财产损失。经分析和调查，溃坝直接经济损失达500万元，防洪效益分摊系数按0.02 计，则年均防洪效益为10 万元。

2)供水效益。石门水库主要任务是5.2 万亩的灌溉供水和渭源县东南部农村饮水安全工程 供水。在维持现有水库规模的情况下，优先保障渭源县东南部农村饮水安全工程供水，剩余水量用于灌区灌溉。

根据《渭源县东南部农村饮水安全工程初步设计报告》[2]，石门水库可解决 莲峰镇、锹峪乡、路园镇等3 个乡 (镇)、38个行政村、144 个自然村农村16677 户、70043 人的饮水问题，同时解决46 所中小学及幼儿园12754 名师生的饮水问题。工程设计供水规模3921 m3/d，年供水量143.12 万m3。效益分摊系数按0.15 计，水价按影子价格1.5 元计算，则年供水效益为32.20 万元。

3)灌溉效益。石门水库设计灌溉面积5.2 万亩，但是由于水量限制，P=50%时保证渭源县 东南部农村饮水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌区54.5%的面积28340 亩(5 月份缺水88 万m3)，年毛需水量775.16 万m3，在P=95%时，保证渭源县东南部农村饮水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌区17%的面积8830 亩，年毛需水量241.51 万m3。按有无项目对工程实施前后灌溉效益进行分析见表1。

表1 新增灌溉效益计算表

经分析计算，项目实施后年均新增灌溉效益为124.41 万元。

4)效益汇总。综上分析，项目实施后年均总效益为166.62 万元。

4.3 国民经济评价

1)国民经济评价指标计算。社会折现率采用Is=8%，本项目国民经济效益费用流量见表2，国民经济评 价指标见表3。

表2 本项目国民经济效益费用流量

表3 国民经济评价指标

（续表2）

2)国民经济综合评价。本项目经济内部收益率为9.09%，高于社会折现率Is=8%；经济净现值(Is=8%)为133.95 万元，大于零；经济效益费用比为1.08大于1。各项经济评价指标均满足规范要求[3]。

综上分析说明，本项目在经济上是合理的。

5 结论及建议

石门水库是渭源县东南部农村饮水安全工程的水源工程，关乎工程供水范围内的饮水安全和保障问题，石门水库的除险加固工程的主要目的一是解决大坝及溢洪道存在的结构安全隐患，二是解决原输水洞存在的结构严重不安全问题，工程的实施，为缓解石门灌区灌溉用水和解决渭源县东南部农村饮水安全工程水源问题将起到至关重要的作用，其防洪效益、灌溉效益、供水效益显著。所以，对该工程进行除险加固是非常必要的，势在必行。