西藏高原水利工程建設關鍵技術分析

陳東東 王培清，2

（1.西藏大學農牧學院，西藏 林芝860000；2.河海大學巖土工程研究所，江蘇 南京210098）

西藏自治區處于我國西南邊疆，有世界屋脊之稱，位于青藏高原的西南部，面積有120多萬平方公里，平均海拔4000米以上。西藏高原地區同時也有中華水塔和亞洲水源之稱，在我國未來水資源開發利用中處于核心地位。

1 西藏高原地區水資源概況

西藏地區的水能資源和水資源十分豐富，地表水資源量達到了4 321.4億，約占全國的1/7；人均水資源占有量為152 969.2，比全國人均水資源占有量高出80倍；此外，地下水資源總量高達966.1億。西藏地區各個河水資源豐富，開發前景十分廣闊。同時高原地區地勢高、落差大，雅魯藏布江、瀾滄江、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。豐沛的徑流，巨大的落差，形成了高原各個河流豐富的水力資源。根據水資源普查和河流研究資料表明，高原水能資源理論蘊藏量達到了2億kW，約占全國水能資源的30%，其中以藏東南地區的蘊藏量最為集中，僅雅魯藏布江干流的發電量就可達8 000萬kW[1]。

由于西藏高原特殊的自然條件和地理條件，西藏高原的水量和水力資源蘊藏量在地域分布上十分不均衡，其中藏東南地區的江河水量占到全區的54.8%，水力資源蘊藏量占到總量的70%以上。目前為止，高原全部地區開發水電站約有400多座，年發電量約430億千瓦小時，僅僅占技術可開發量的6.99%，開發率僅僅為全國水電開發率平均水平的一半，水力資源的開發前景是非常可觀的[2-3]。

2 高原水利工程建設中的幾個問題

2.1 滲流對高原水利工程建設的影響

在水利工程中，最主要的是水對工程的破壞作用，一般來說，地表水和地下水是主要的破壞作用，地表水的破壞作用主要表現在沖刷方面，經常會被人們注意，因此容易挽救；地下水的破壞主要表現為滲流沖刷作用，而且是不容易被人發現的，常被忽略，等發現問題的時候，常常導致較大的破壞。因此在水利工程的建設中，地下水的破壞作用比地表水的破壞作用更多更嚴重。這其中最突出的是土石壩，究其原因是滲流的問題，這是壩體經常建在透水的土基上和壩體本身的透水性導致的［4］。

大壩滲水的原因有很多，主要包括以下幾點：粗骨料和細骨料的配合不符合標準，導致空隙，從而引發泌水；在施工的過程中，碾壓不夠，導致孔洞；骨料含雜質過多在大壩內形成縫隙；施工不嚴導致骨料分離形成蜂窩；溫度應力引起壩體裂縫；溶蝕作用形成滲漏通道；施工中對坡腳的處理不合標準，導致粗骨料集中堆積從而引發滲漏；止水失效；上游防滲體失效導致滲漏［5-6］。

2.2 混凝土在高原水利工程建設中的作用

眾所周知，在工程建設中，混凝土起的作用非常重要，尤其是在水利工程建設中，大壩的主體幾乎都是由混凝土建造的，因此混凝土的性能對大壩的使用壽命有著舉足輕重的作用。而高原特殊的地理環境使得工程建設中對混凝土的性能指標有著非常特殊并且嚴格的控制，所以混凝土在高原的水利工程建設中也起著非常重要的作用。

2.3 空化空蝕現象對高原地區水利工程的影響

在水利工程中，空化空蝕現象是一個非常廣泛存在的問題。它所涉及的范圍廣而復雜，其中包括形式空泡湮滅的機理，空蝕的性質，空化空蝕相關性，空化噪聲與水利參數的對應關系，空化比尺效應的種種影響，臨界空化和空化改善狀況下的噪聲判斷，空蝕評價指標等等。

空蝕又稱氣蝕，穴蝕。高速流動的流體引起壓力變化，由于液體內局部壓強降低，出現蒸汽和空泡，這些蒸汽和空泡發展湮滅，空泡運動到壓強較高的區域時，空泡湮滅反彈的過程中產生很大的瞬時壓強，引起固體表面的水體和氣體產生高速射流，對固壁造成破壞[7-8]。

2.4 滑坡問題對高原地區水利工程建設的影響

在水利工程建設中，邊坡問題非常常見，尤其是高原所處的地理環境，大峽谷高邊坡比比皆是，因此在工程建設中邊坡的處理方案就占據著非常重要的位置。一旦發生了邊坡失穩問題，對水利工程的建設和運營都會造成非常嚴重的影響，甚至會造成人員的傷亡。因此在施工過程中，應該盡可能地避免邊坡滑動體的移動，同時采取加固措施提升邊坡的穩定性。

下面是西藏高原水利工程邊坡的一些特點：①工程規模大。藏區邊坡的高度一般都達到幾百米，開挖的體積數千萬立方米，水平深度為數百米級；②邊坡安全性非常重要，關系到工程安全，同時影響著工程造價和工期；③地質條件復雜。高原地區地理成因復雜，滑坡體隨處可見，同時涉及其他的各種構造，如高地應力、高地下水位等；④設計和施工的要求高。

3 高原水利工程建設存在問題的一些解決意見

3.1 滲流控制[9-10]

在水利工程建設中防滲處理是非常重要的，根據以往高原地區水利工程建設的經驗，工程防滲設計的目的在于：①減少滲流量；②降低揚壓力；③降低上游面混凝土的水力比降，防止滲透；④降低下游面滲流逸出點（線）的位置或避免其出現，提高壩體的耐久性。

在水利工程建設之前要進行大壩防滲方案的分析論證，對于大壩的防滲結構，排水孔，防滲帷幕和排水管道等都要經過論證分析。同時還要做好滲流場的計算，分析大壩滲流場特性，并提出不同的滲流控制方案。上游滲出的水體經過排水孔的排水降壓，導入壩體的排水道排出壩體。大壩的運行中要保證防滲體不開裂，同時要保證排水孔排水幕正常運行，只有這樣才能保證大壩的壽命。

3.2 混凝土的應用[11]

西藏的地理環境非常特殊，晝夜溫差大，因此對于混凝土的選擇很重要，溫度變形不能太大；西藏的一些地區常年低溫，要選擇抗凍性能良好的混凝土；西藏大部分地區紫外線非常強烈，因此有必要研究混凝土在強烈紫外線照射下的力學性能；地理環境造成大壩的施工繁雜，應運用合適的高性能混凝土。同時根據西藏的地域性特點設計新型混凝土方便施工和維持強度。

滲水問題在高原地區水利工程建設中比較嚴重，因此，應該選擇一些特殊的有防滲結構的混凝土。比如“金包銀”的防滲結構；混凝土薄層防滲結構；鋼筋混凝土面板防滲結構；混凝土的自身防滲；變態混凝土防滲；薄膜薄層防滲結構等等。

在混凝土的配合比設計和施工過程中尤其要注意細節，規范施工。比如用水量不能過多，否則易導致混凝土內形成毛細管滲流路徑；如果水泥使用不合標準，就會引發泌水，形成空隙；施工中要充分振搗以防形成孔洞；骨料不含太多雜質，否則易形成縫隙；混凝土規范施工，否則易導致骨料分離，引起架空與蜂窩；施工中應該注意層面和縫面上下層嵌接，以免造成縫隙。

3.3 空化空飾現象的一些處理意見

高原地區海拔高，氣壓低，空化空蝕現象尤為嚴重。因此，在高原地區建設水利工程，一個關鍵性的技術要求就是要盡量減少空化空蝕對施工和后期運行的破壞。在此，可以借鑒區外處理這種問題的先進技術，同時也要根據高原地區特殊的地理環境，在建設中找出適宜我區環境的措施來降低這種現象的影響。

水力機械空化空蝕是一個普遍現象，不但在高原地區水利建設存在，國內外的水利工程建設中都要考慮這個問題，這是一個難點問題，目前尚缺乏統一的認識。關于空化空蝕，未來的發展趨勢主要集中在以下幾個方面：完善和發展數值模擬理論與技術，更廣泛將這些理論運用到實際工程中；在水力機械空化空蝕的研究中，可視化技術的發展和成熟提供了很多便利的條件，在解決空化空蝕問題方面將起到重要作用；在水利機械的運行中，實際測量起著非常重要的作用，國內外的一些學者和機構已經開始著手研究在線檢測系統，在未來水利工程空化空蝕問題中，這些研究將起著重要的作用。

3.4 滑坡問題在高原水利工程建設中的一些處理意見

在水利工程建設的過程中，有些邊坡的地質構造十分復雜，滑坡的誘導因素也有很多，通過近幾年在高原地區的部分水利水電工程建設中一些經驗總結，逐漸形成了一些比較科學的水利工程邊坡處理措施，對邊坡的加固提供了一些很重要的參考。

3.4.1 采用抗滑結構

抗滑結構是在邊坡滑坡處加固一種抗滑結構，對滑體進行約束，使得邊坡穩定。具體處理方案經常使用混凝土做出抗滑樁、擋墻、沉井，坐車錨固洞等。

3.4.2 采用錨固技術

錨固是用一些構件如錨索、錨桿等將滑體和滑體后面的穩定土層連接在一起。這樣整個滑坡體通過錨桿連接成為一個整體，錨固力對滑坡體進行約束。具體的一些處理措施包括增加土釘墻、錨索等。

3.4.3 改變邊坡環境

通過改變滑坡體周邊的環境來進行邊坡加固，提高邊坡自身的穩定性，使得邊坡的滑動力降低，達到加固的目的。具體措施包括壓坡、截水、減載、排水等。

4 結語

在西藏高原特殊的地理環境下，水利工程建設出現各種各樣的難題，本文所介紹的幾種關鍵技術對以后水利水電工程的施工起到了部分示范作用。

［1］潘曉成.合理開發西部水資源推進水利水電產業化［J］.四川水利，2004（1）：17-19，23.

［2］李瓊，周建中，張勇傳.洪水災害風險分析與評價方法的研究及進展［D］.華中科技大學，2012，6.

［3］陳文明.論高原水資源利用的現狀、問題及對策［J］.高原大學學報，1993（12）：22-25.

［4］郭素萍，張金柱，李保國，等.太行山片麻巖區防洪減災工程技術研究［J］.中國生態農業學報，2003，11（1）：139-141.

［5］達娃.高原地區水資源利用分析［J］.長江科學院院報，2010（3）：17-21.

［6］陳傳友.高原水資源供需分析及擴大其利用的途徑.中國科學院國家計劃委員會，自然資源綜合考察委員會.

［7］韓俊宇.高原水資源開發的經濟戰略研究［D］.陜西師范大學，2010.

［8］孫杰.高原水資源可持續開發利用的幾點思考.高原自治區防汛抗旱指揮部辦公室.

［9］師哲，毛文耀.高原水資源與水利建設［J］.人民長江，1999，30（1）：52-54.

［10］邵青偉.高原自治區水資源綜合利用［J］.山西建筑，2008，34（10）：189-190.

［11］宋崇能.高碾壓混凝土重力壩的滲流控制方法及其工程應用［D］.河海大學，2004.