水利水電工程中水庫庫區(qū)防護(hù)方案設(shè)計(jì)

段旺彪

（烏恰縣水利局,新疆 烏恰 845450）

水利水電工程建設(shè)因周期長，涉及內(nèi)容較多，所以各類不良現(xiàn)象的產(chǎn)生也相應(yīng)增加，例如水庫淹沒、庫岸坍塌、水庫滲漏等。為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水利水電工程的防護(hù)，需相關(guān)部門針對(duì)水庫實(shí)際狀況，給予針對(duì)性的防護(hù)措施，并將其落于實(shí)處，提升水土資源利用率，增強(qiáng)水庫庫區(qū)泄洪能力，從而科學(xué)管理水庫工程。

1 水利水電工程水庫地質(zhì)災(zāi)害特征

受地質(zhì)災(zāi)害影響，我國水庫水利工程建設(shè)難度大，為進(jìn)一步提升水利工程建設(shè)質(zhì)量，需針對(duì)各類地質(zhì)災(zāi)害成因及受累范圍，給予針對(duì)性的治理措施。水利水電工程水庫地質(zhì)災(zāi)害主要包含以下幾種類型。

（1）山體滑坡。山體滑坡為常見地質(zhì)災(zāi)害，主要因突發(fā)性大面積降雨，導(dǎo)致地表水對(duì)水庫邊坡造成嚴(yán)重沖刷。受外界強(qiáng)力刺激下，水庫邊坡土質(zhì)軟弱帶極易損傷，與雨水一同下滑，最終形成山體滑坡，對(duì)水庫造成影響。同時(shí)，對(duì)于土石庫而言，部分含沙量較大的土質(zhì)層也極易發(fā)生滑坡，相關(guān)部門未能給予相應(yīng)的防滲漏措施，使土石庫發(fā)生滑坡。此外，人們?nèi)狈Νh(huán)境保護(hù)意識(shí)，濫砍濫發(fā)，造成植被破壞，不同程度削弱水庫邊緣承載力，增加了山體滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）水庫崩塌。在水庫整體構(gòu)造中，部分特殊巖土體會(huì)發(fā)生碎化，使水庫承載力失衡，造成大量石塊落入水庫中。同時(shí)，人們對(duì)地下資源開發(fā)利用缺乏科學(xué)性，導(dǎo)致地質(zhì)活動(dòng)頻繁，容易引發(fā)水庫崩塌。

（3）水庫邊緣開裂。有些建設(shè)單位出于利益考量，施工質(zhì)量缺乏保障，部分新建水庫邊緣極易受自然環(huán)境影響出現(xiàn)開裂及崩塌，從而使水庫出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

2 水利水電工程水庫庫區(qū)防護(hù)要點(diǎn)

2.1 水庫的防淹沒措施

2.1.1 優(yōu)化梯級(jí)開發(fā)方案，慎重選擇壩址

在初期確定河流梯級(jí)開發(fā)方案進(jìn)程中，需勘察干、支流實(shí)際狀況，進(jìn)行科學(xué)、合理規(guī)劃，根據(jù)河流實(shí)際狀況，適當(dāng)布設(shè)相應(yīng)的梯級(jí)，建議將高壩建設(shè)至人口稀少的河流上游，低壩建設(shè)至人口及耕地面積較多的區(qū)域。確定大壩位置及高度時(shí)，需進(jìn)行全面考量，以便實(shí)現(xiàn)徑流調(diào)節(jié)，減少淹沒損失。此外，確定淹沒處理范圍時(shí)，需考量以下幾方面：（1）在回水影響不顯著的壩前段，應(yīng)在正常蓄水位之上設(shè)置相應(yīng)的安全超高，一般布設(shè)為0.5～1.0 m；（2）對(duì)水庫末端洪水水位與同頻率天然洪水水位封閉，封閉形式的確定由影響程度決定，一般對(duì)于垂直封閉方式而言，根據(jù)某一頻率洪水水位與天然洪水水位進(jìn)行連接，而水平封閉處于水位差，洪水水位線上游水平延伸與天然水位線相交互，從而形成封閉狀態(tài)。

2.2 降低水庫防洪水位措施

2.2.1 降低汛前限制水位

汛期限制水位主要為上、下游及水庫安全預(yù)留調(diào)洪庫容，設(shè)定水庫正常運(yùn)行允許的最高蓄水位。洪水在汛期各時(shí)段大小不盡相同，針對(duì)主汛期洪水量較大，需選取較大的防洪庫容，次汛期紅水量不斷減少，可根據(jù)實(shí)際狀況限制水位，待汛期過后可將其提升至正常狀況。在確保水庫興利效益的基礎(chǔ)上，對(duì)防汛前水位予以合理限制，為洪水到來做好準(zhǔn)備；在獲取相同防洪成效狀況下，降低水庫設(shè)計(jì)洪水位及校核水位。

2.2.2 增大水庫泄洪能力

泄洪主要指水庫內(nèi)部水不通過水輪機(jī)發(fā)電，直接從大壩通過的一種方式。由于單位時(shí)間內(nèi)通過水壩流量較大，僅依靠水輪發(fā)電機(jī)水量難以滿足防洪調(diào)度實(shí)際所需。所以需積極增強(qiáng)水庫泄洪能力，避免持續(xù)性強(qiáng)降水，使水庫水位超限，造成各類不良的災(zāi)害。為獲取較佳的防洪水位，應(yīng)通過一系列的措施，增大水庫泄洪能力，需特別注意的是，在確保不超過下游安全泄量的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)增設(shè)泄洪隧道、底孔等，提升水庫泄洪能力，從而降低水庫防洪水位。

2.2.3 溢洪道設(shè)施閘門

防汛之前，應(yīng)積極將閘門開放，將水庫水位降低至防汛前水位，待防汛工作完成之后，將閘門關(guān)閉，蓄水水位可至正常位置。如此使蓄水水位與汛前限制水位共用一個(gè)水庫，不僅節(jié)省防汛資金投入，還降低防洪水位。

2.2.4 利用天然凹口向臨近水系泄洪

根據(jù)水庫地理位置實(shí)際狀況，適當(dāng)向鄰近水系進(jìn)行泄洪十分關(guān)鍵，但需特別注意的是，應(yīng)確保對(duì)臨近水系防洪工作不會(huì)造成影響，通過庫岸天然的凹口，將部分洪水排泄，加大水庫總泄洪流量，降低水庫防洪水位。

2.3 選取梯級(jí)水庫防洪聯(lián)合調(diào)度

水庫防洪調(diào)度內(nèi)容較多，需不定期變更防洪參數(shù)，還需根據(jù)工程實(shí)際狀況，確定水庫洪水調(diào)度的方式及控泄流條件。對(duì)于承擔(dān)下游防洪任務(wù)的水庫而言，需選用分級(jí)別泄洪調(diào)動(dòng)方式，根據(jù)實(shí)際狀況，將水庫防洪庫容依照梯度進(jìn)行合理劃分，選用聯(lián)合調(diào)度方式，利用水庫有限的庫容總量實(shí)現(xiàn)攔截水和泄流，以此降低庫區(qū)及大壩下游被淹沒的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，確定下游標(biāo)準(zhǔn)洪水實(shí)際量，水庫蓄水一旦超過水位線，應(yīng)立即選用敞泄方式，為避免對(duì)下游人員造成威脅，在敞泄之前需確定其初始位置及實(shí)際流量。此外，洪水具有季節(jié)性變化，應(yīng)針對(duì)水庫制定完善的分階段調(diào)動(dòng)方案，實(shí)現(xiàn)分階段調(diào)度。

2.4 有計(jì)劃利用水庫漲落區(qū)土地

各地區(qū)實(shí)際修建水庫目的及用途不盡相同，需根據(jù)實(shí)際狀況，提升其土地資源利用率，比如土地征用線至死水位之間的土地在一定時(shí)段會(huì)露出水面，可將其加以利用，水庫水位漲落區(qū)土地利用方式需根據(jù)水庫使用模式?jīng)Q定，而水位變更狀況需根據(jù)其露出時(shí)間段確定。

2.5 引洪放淤

針對(duì)含沙量較大的河流，水庫臨時(shí)淹沒的區(qū)域，可積極選用引洪放淤方式，逐漸將其地面高程提升，減少土地被淹沒所造成的損失。此外，還可進(jìn)行漫地造田，從而緩解水庫淤泥積壓狀況。

2.6 修建防護(hù)工程

在穩(wěn)定地經(jīng)濟(jì)發(fā)展及良好的技術(shù)條件的支持下，可在水庫淺水區(qū)和臨時(shí)淹沒區(qū)建設(shè)相應(yīng)的防護(hù)工程，以此減少對(duì)水庫周邊土地的淹沒，當(dāng)前該方式應(yīng)用普遍，特別是處于平原區(qū)域的水庫，該方式具有較強(qiáng)的適用性。

3 庫區(qū)的防護(hù)工程

3.1 防護(hù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在庫區(qū)防護(hù)工程建設(shè)中，需重視設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其關(guān)乎后期水庫實(shí)際防護(hù)成效，主要包含防澇標(biāo)準(zhǔn)和防浸沒標(biāo)準(zhǔn)。防澇標(biāo)準(zhǔn)主要指確保人民居住及衛(wèi)生條件，并改善土地土壤狀況，為農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)及高產(chǎn)做支撐。防澇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般以澇區(qū)發(fā)生重現(xiàn)期為0～10年的暴雨不產(chǎn)生澇災(zāi)為基準(zhǔn)，針對(duì)地理環(huán)境有優(yōu)勢(shì)的區(qū)域，可適當(dāng)提升標(biāo)準(zhǔn)。防浸沒標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)地下水位達(dá)到特定允許最小深埋，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥赖葼顩r來確定的。一般城鎮(zhèn)區(qū)域地下水埋深大于1.2～2.0 m，根據(jù)我國南北部降水實(shí)際狀況，南方區(qū)域選取最小值，北方區(qū)域選取最大值；農(nóng)作物種類不同，其制定標(biāo)準(zhǔn)不一，要求的最小地下水深度是小麥0.5～0.7 m，棉花1.0～1.4 m，玉米0.5～0.6 m，綠豆0.6～0.8 m等[1]。

3.2 防護(hù)工程的布設(shè)

水庫庫區(qū)的防護(hù)目標(biāo)較多，包含排水溝、防護(hù)堤修建、抽水站、護(hù)岸等。防護(hù)工程布設(shè)與防護(hù)主體性質(zhì)、防護(hù)要求及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)。當(dāng)防護(hù)區(qū)無河流穿過，防護(hù)主體為城鎮(zhèn)、農(nóng)田、工況企業(yè)等，一般防護(hù)工程布設(shè)包含以下3種類型。

（1）在水庫邊岸蓄水位以上和防洪水位以下的區(qū)域減少相應(yīng)的防護(hù)堤，沿防護(hù)堤內(nèi)側(cè)布設(shè)排水溝渠，將地面雨水集中回收，并通過抽水站排出。

（2）若水庫水位漲落波動(dòng)較大，岸邊地勢(shì)較為平坦，為提升灘地利用率，可沿水庫邊岸修建大圍堤，以抵御一般洪水，對(duì)于重要的防護(hù)對(duì)象及經(jīng)濟(jì)用地，需建設(shè)相應(yīng)的第二道圍堤，以抵御較大洪水沖擊。在兩層圍堤內(nèi)側(cè)均需增設(shè)相應(yīng)的排水渠道及抽水站，內(nèi)層排水溝中的積水通過抽水站排至外層的水溝內(nèi)，將兩層積水匯集，并通過布設(shè)于外部的抽水站將其一同排至水庫。

（3）若防護(hù)區(qū)處于高低不平的區(qū)域，可選取坡地較高一側(cè)進(jìn)行挖土，將土填埋至較低處，使保護(hù)場地高于水庫防洪高程。

當(dāng)防護(hù)區(qū)有自然河流通過時(shí)，需根據(jù)河水實(shí)際流量，選取以下防護(hù)措施：若河流流量較大時(shí)，選取分片筑堤防護(hù)方式；若河流流量較小時(shí)，可將河道筑壩堵塞，在防護(hù)區(qū)另一側(cè)修建相應(yīng)的河道，并將河水引入水庫中。

3.3 防護(hù)堤

水庫防護(hù)堤布設(shè)應(yīng)盡量選取土質(zhì)均勻且堅(jiān)實(shí)的地基，避免將防護(hù)堤布設(shè)于可能受河流沖刷的區(qū)域。防護(hù)堤布設(shè)線路應(yīng)與水流方向相同，防止迎面水流沖頂，并確保河道具有合理的洪斷面。防護(hù)堤與河道及城區(qū)的距離應(yīng)合理，為布設(shè)相應(yīng)的排水設(shè)施及管控提供便捷[2]。此外，為減少施工量，應(yīng)確保防護(hù)堤線路順直，縮短防護(hù)堤長度。

3.4 防護(hù)區(qū)排洪措施

當(dāng)防護(hù)區(qū)修建防護(hù)堤后，防護(hù)堤以內(nèi)的天然水系的出口即被堵塞，為避免發(fā)生內(nèi)澇及淹沒，應(yīng)積極規(guī)劃相應(yīng)的排水渠道，將地表水及河水引入水庫中。排洪渠道線路布設(shè)應(yīng)根據(jù)防護(hù)區(qū)內(nèi)的地形實(shí)際狀況決定，盡量選用順直方式，縮短防護(hù)區(qū)實(shí)際長度和少占農(nóng)田。同時(shí)，水渠布設(shè)線路應(yīng)規(guī)避地形變化顯著區(qū)域，以減少開挖及填方，遇山受阻時(shí)應(yīng)根據(jù)制訂方案的經(jīng)濟(jì)性來決定是采用盤山渠道還是開挖隧道。此外，排洪渠應(yīng)布設(shè)于土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、滲透性小的土坡上，避免山體滑坡，確保渠道安全性。若條件允許，應(yīng)將原有溝、渠充分利用，減少土方工程量，并積極將排洪、灌溉等聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一渠多用目標(biāo)。

3.5 水庫堤岸的保護(hù)及水土保護(hù)措施

為避免水庫岸邊缺乏穩(wěn)定性，增加滑坡風(fēng)險(xiǎn)，需將水庫岸邊實(shí)施防護(hù)，施工單位應(yīng)積極采取相應(yīng)措施，保護(hù)岸邊建筑物及農(nóng)田不受影響。實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程中，應(yīng)選用合理的材料，根據(jù)實(shí)際狀況，適當(dāng)增加漿砌塊石數(shù)量，增大邊坡穩(wěn)定性，避免岸邊水土流失。針對(duì)山體滑坡與泥水流，防護(hù)工程應(yīng)在具體建設(shè)之前，對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行全方位勘察，通過相應(yīng)的施工建設(shè)，對(duì)坡地進(jìn)行固定處理，確保耕地農(nóng)田不受滑坡影響。此外，應(yīng)積極在水庫邊坡安裝防護(hù)網(wǎng)，可選取攔網(wǎng)式防護(hù)網(wǎng)，不僅可應(yīng)對(duì)山體滑坡等自然災(zāi)害，降低邊坡山石風(fēng)化而導(dǎo)致的滾落面積與速度，還可避免生活垃圾進(jìn)入水庫中，對(duì)邊坡植物也能起到良好的保護(hù)作用。圖1為施工人員正在布設(shè)防護(hù)網(wǎng)。

4 水庫庫區(qū)防護(hù)實(shí)踐案例淺析

4.1 工程項(xiàng)目概況

圖1 施工人員正在布設(shè)防護(hù)網(wǎng)

該項(xiàng)目屬于點(diǎn)線結(jié)合工程，該水庫總庫容量為110.58×104 m3，年供水量為0.99×104 m3，灌溉面積為120 m2。該工程規(guī)模為小（1）型，等別IV等，建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，水庫工程包含樞紐工程和灌溉工程，其中樞紐工程由溢洪道、輸水導(dǎo)流隧洞、大壩構(gòu)成，大壩壩頂寬5 m，壩長133.0 m，開敞式溢洪道為鋼筋混凝土矩形斷面，全長208.0 m。灌溉供水工程主要由兩條管道構(gòu)成，土壤侵蝕類型為水力侵蝕，土壤容許流失量為500t/（km2·a）。

4.2 項(xiàng)目水土保持措施布設(shè)

4.2.1 樞紐工程防治區(qū)

首先，植物措施。大壩周圍穿插式種植清香木、喜樹，栽植杉木建防護(hù)林，在挖掘裸漏底層播散狗牙根混合草籽，恢復(fù)植被。該項(xiàng)目涉及的植被恢復(fù)主要在水庫臨時(shí)區(qū)域內(nèi)，規(guī)定苗高0.5 m，清香木、喜樹等密度為1 110株/m2。其次，臨時(shí)措施。在大壩下游布設(shè)相應(yīng)的漿砌石排水溝，根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際特征，需增設(shè)臨時(shí)堆放土方攔擋等防護(hù)措施，針對(duì)臨時(shí)堆土坡腳采用編織袋裝土進(jìn)行攔擋，高度為0.7 m。頂面及薄面使用防護(hù)網(wǎng)覆蓋，臨時(shí)土堆旁邊布設(shè)排水溝，設(shè)置為梯形斷面。

4.2.2 棄渣場防治區(qū)

結(jié)合水土保護(hù)相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目棄渣量應(yīng)不超過500 000 m3，堆高高于30 m，其渣場級(jí)別為4級(jí)，截排水溝等級(jí)也為4級(jí)。防治措施如下：（1）擋渣墻，利用重力式漿砌石擋渣墻，長度為25.6 m，寬1.0 m，背坡坡比為1:0.2；（2）截洪溝，將截洪溝布設(shè)于棄渣場周邊，運(yùn)用漿砌石矩形結(jié)構(gòu)。采用明渠均勻流算出底寬0.4 m及高度0.5 m，便可滿足洪水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

5 結(jié)語

水庫防護(hù)設(shè)施種類不盡相同，受水庫規(guī)模、環(huán)境等影響，同一種防護(hù)設(shè)施在不同水庫庫區(qū)使用成效存在一定差異。因此，為選取適合的水庫庫區(qū)防護(hù)設(shè)施，需將水庫庫區(qū)進(jìn)行全方位檢測(cè)，包含地形地質(zhì)、水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等，在此基礎(chǔ)上實(shí)施防護(hù)方案，并通過經(jīng)濟(jì)防護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)防護(hù)措施。