重慶市小型水庫放水設施現狀及其研究展望★

尚 斌 高大水

(1.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010； 2.國家大壩安全工程技術研究中心，湖北 武漢 430010)

1 概述

重慶市現有水庫2 994座，其中大型水庫17座，中型水庫91座，小(1)型水庫478座，小(2)型水庫2 408座，小型水庫的數量約占水庫總數的96%。重慶市小型水庫大部分建成于20世紀50年代～70年代。小型水庫在防洪、灌溉、供水、發電和改善生態環境等方面發揮了巨大的作用。但受經濟條件和技術水平的制約，經多年運行，小型水庫普遍存在病險問題，嚴重威脅人民生命財產安全。重慶市于“十一五”期間開始啟動了全市小型水庫除險加固工作。出于水庫安全考慮，大壩、溢洪道往往是小型水庫除險加固的重點，而直接影響水庫供水或灌溉效益的放水設施卻由于資金和技術的限制，在除險加固過程中著重于通過加固或改建確保其放水功能，卻忽略了現有放水設施普遍存在著運行管理不便、檢查維修困難、存在安全隱患等諸多問題。小型水庫放水設施數目眾多，安全風險問題不可忽視，放水設施的安全性、可靠性、經濟性問題亟待解決；同時隨著智慧水利的發展，對小型水庫放水設施的標準化、智能化、信息化提出了更高的要求。

2 放水設施現狀

2.1 進水口現狀

根據布置型式的不同，重慶市小型水庫放水設施進水口主要有臥管式進水口、斜拉式進水口、浮動取水口、塔式取水口等型式(見表1)。

表1 進水口型式及其優缺點

1)臥管式進水口[1]。

臥管式進水口是重慶市小型水庫放水設施進水口最常用的一種型式。臥管式進水口一般沿大壩或岸坡布置，根據水庫流量要求設置單排或雙排放水孔，放水孔一般為圓形，孔口采用混凝土塞或木塞啟閉。臥管式進水口結構簡單，可實現水庫分層取水。但由于結構簡陋，運行時需人工下水開啟和關閉，存在安全隱患，同時臥管普遍存在庫水位猛漲無法關閉、進口漏水、啟閉困難、設備被盜、非管人員開閘、流量無法控制等諸多問題。

2)斜拉式進水口[2]。

斜拉式取水口一般采用斜拉閘門控制取水，斜拉閘門裝置包括鑄鐵閘門、連接螺桿、手動螺桿啟閉機，放水操作通過螺桿啟閉機控制斜拉閘門啟閉。采用斜拉閘門方式控制放水安全可靠，同時設置管理房具有防盜功能。斜拉閘門安裝簡單，造價低廉，但目前僅有手動控制功能，且無法實現分層取水。

3)浮動取水口。

浮動取水口適用于有供水功能的水庫。浮動取水裝置包括浮筒和取水軟管，軟管和浮桶連接，取水庫表層水。該裝置屬定型產品、制造安裝簡單，價格低廉，可取水庫表層水。但該裝置適用的管徑一般較小，且軟管容易老化使用壽命低，進口流量無法控制且穩定性較差。

4)塔式取水口。

塔式取水口適用于取水流量較大的水庫。塔式取水口一般在塔底設置鋼管閘閥取水，閘閥普遍采用手動控制方式，放水時需管理人員進入塔體底部操作，由于塔體底部缺乏通風換氣設施導致廢氣聚集，管理人員存在窒息的安全隱患。

2.2 放水涵管現狀

重慶市小型水庫放水涵管型式主要有壩下涵管、隧洞、虹吸管、頂管等(見表2)。

表2 放水涵管型式及其優缺點

1)壩下涵管。

壩下涵管是重慶市小型水庫最常用的放水涵管型式。壩下涵管一般按無壓流設計，涵管管身材料一般有陶瓦、漿砌石、混凝土等。涵管過流斷面形式多為矩形或城門洞形，涵管長度一般小于100 m，絕大部分涵管凈高小于1 m。由于涵管尺寸較小且深埋壩下，大部分涵管自建成后就未曾進行過檢修維護，經多年運行，不同程度的存在著結構破損、管身滲漏、管底淤積、管身錯臺等諸多問題，不僅影響水庫效益發揮，而且嚴重威脅大壩安全。

2)隧洞。

根據SL189小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范,放水洞宜優先采用隧洞方式。小型水庫的放水隧洞與大壩分開布置，不存在接觸滲漏問題，安全性能較高。隧洞洞徑一般大于1.5 m,管理人員可以進入檢查維修，經過除險加固后一般問題不大。

3)虹吸管[3]。

虹吸管是一種將庫水跨越大壩從上游引向下游的密封性輸水管道[3]。虹吸管適用于水庫壩高小于10 m的水庫，虹吸放水管具有造價低、施工周期短、安裝方便的優點。但現有虹吸管存在運行操作復雜、穩定性較差、維護管理麻煩等諸多問題。由于虹吸管放水設備沒有統一的行業技術標準，導致虹吸管放水設施的設計生產、施工安裝、運行維護水平參差不齊。

4)頂管[4]。

頂管技術是一種通過頂進施工法在壩體里新建涵管的非開挖施工技術。頂管多采用人工手掘式施工，利用千斤頂將管道向前推進，頂管管徑一般管徑不小于80 cm，管材多使用鋼筋混凝土管或鋼管，頂管結束之后，在涵管四周與壩體間進行回填灌漿。由于頂管法施工難以設置截水環且管外回填灌漿質量難以保證，部分水庫頂管在工程運行后出現接觸滲漏問題導致大壩險情，最后不得不采用破壩重建的方式進行了除險加固。

3 存在的問題

綜觀重慶市小型水庫放水設施現狀，主要存在以下幾方面的問題：

1)進水口設施陳舊落后，運行管理不便且存在安全隱患。

重慶市80%以上的小型水庫放水設施進水口為臥管式和塔式。臥管式和塔式進水口均為人工手動控制，運行時需人工下水或下井啟閉，運行管理十分不便且存在溺水或窒息的安全隱患。斜拉式進水口和浮式進水口受限于分層取水功能或取水流量問題，應用范圍有限。

2)壩下涵管檢查維修困難，缺乏安全可靠的涵管無損檢測技術。

重慶市70%的小型水庫放水涵管采用壩下涵管型式，壩下涵管管徑一般為30 cm～60 cm，眾多小管徑的涵管自建成后幾乎沒有進行過任何檢測，加上管理上的缺失，使得運行管理單位對涵管的真實性狀(破損、滲漏、管徑變化、淤積、錯臺等)知之甚少。涵管存在的問題將直接影響治理方案的合理性，如采用開挖壩體檢查涵管又往往得不償失。因此，缺乏安全可靠的涵管無損檢測技術，導致壩下涵管安全評價與除險加固工作無法開展。

3)壩下涵管存在安全隱患，缺乏經濟可靠的成套改造技術。

壩下涵管存在安全隱患已經成為各方共識。目前，大中型水庫通過除險加固已經基本上消除了壩下涵管安全隱患，小型水庫受技術水平及經濟條件影響，絕大部分放水設施仍采用壩下涵管。針對涵管出現的問題，目前主要采用新建涵管、新建隧洞、虹吸管改造、頂管改造等幾種改造技術。但一般開挖壩體新建涵管工程費用高，施工周期長，且存在新老壩體結合困難以及涵管接觸滲漏問題；新建隧洞施工費用高、環境影響大、炸藥審批困難，普遍難以實施；虹吸管改造技術適用范圍有限且穩定性較差；頂管改造技術管外回填灌漿質量難以控制，風險較大。因此，由于缺乏經濟可靠的涵管成套改造技術，導致小型水庫壩下涵管改造工作難以實施。

4 研究展望

針對重慶市小型水庫放水設施現狀和存在的問題，建議開展以下幾個方面的小型水庫放水設施改造技術研究工作：

1)進水口改造技術研究。

針對重慶市小型水庫進水口陳舊落后、存在安全隱患的問題，研發適用于臥管式進水口改造的分層取水斜拉閘門和適用于塔式進水口改造的自動控制閘閥。開發的進水口定型產品，可實現標準化生產和裝配化施工，能滿足水庫分層取水要求，具有水上手電兩用操作功能，并具備遠程控制功能，啟閉安全、可靠。

2)涵管無損檢測技術研究。

針對小型水庫壩下涵管缺乏檢測的現狀，研發適用于涵管檢測的小型爬行機器人無損檢測系統，可對涵管進行可視化檢測成像、復核結構尺寸、裂縫及滲漏檢測，同時準確定位病害部位。開發系統包括檢測機器人、可視化成像裝備及尺寸檢測裝置、接收裝置等，實現對小型水庫壩下涵管檢測的智能遠程控制。

3)壩下涵管改造技術研究。

針對現有小型水庫壩下涵管改造難以實施的問題，重點研究內襯管修復技術、智能虹吸管成套設備、水平定向鉆進技術等壩下涵管非開挖改造技術，形成經濟可靠、環境友好的壩下涵管改造成套技術供不同條件的水庫選用。