渭源縣石門水庫除險加固設計及效益分析

魏 萍

(甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

石門水庫位于渭源縣城以南渭河支流的二級支流蒲川河上游，距縣城約25km，壩址位于東經104°13′26″，北緯35°1′ 28″，控制流域面積42km2，流域平均海拔2587km2。是一座以農田灌溉和農村安全飲水水源為主、兼顧防洪的Ⅳ等小(1)型水利工程，水庫實際控制石門灌區灌溉面積3.77 萬畝，為東南部水廠年 供水約143 萬m3，解決了蓮峰、路園、鍬峪3 個鄉鎮38 個行政村1.67萬戶7.0 萬人的飲水問題[1]。石門水庫于1971 年設計，1975 完成主體工程，主體工程由大壩、輸水洞、溢洪道以及輸水管道等建筑物組成，工程主要建筑物級別為4 級，次要建筑物級別為5 級，石門水庫地理位置示意圖如圖1 所示。石門灌區是區域內中重要的灌區之一，也是區域重要的經濟支柱，石門水庫同時是渭源縣東南部農村飲水安全工程的水源工程，關乎工程供水范圍內的飲水安全和保障問題，目前水庫已經被鑒定為三類壩，為緩解石門灌區灌溉用水和解決渭源縣東南部農村飲水安全工程水源問題，石門水庫除險加固建設勢在必行。本文主要從水庫現狀及目前存在的問題出發，針對水庫除險加固采取的措施進行論述，并進一步對工程投資和建設后產生效益進行分析，論證水庫除險加固的合理性。

圖1 石門水庫地理位置示意圖

2 水庫現狀及存在的問題分析

2.1 水庫除險加固情況

石門水庫于1975 年建成以后，先后進行了2次除險加固，第1 次加固工程于1983 年4 月開工，1984 年10 月底全面竣工，加固處理后大壩的防洪標準由原來的200 年一遇洪水校核提高為500 年一遇洪水校核，第2 次加固工程于2007 年5 月31 日開工，2008 年8 月8 日完工，經過除險加固后，水庫達到現在規模，壩頂高程2237.5m，壩高32 m，水庫設計地震基本烈度為Ⅷ度，水庫防洪標準為50 年一遇設計，500 年一遇校核，正常蓄水位2233.4m，設計洪水位2233.6m 校核洪水位2236.2m，總庫容520 萬m3。

2.2 水庫存在的問題分析

石門水庫主要用于攔蓄清洪來水，發展農田灌溉，兼之以調洪及供農村安全 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問題，對工程正常安全運行有一定的影響。各主要建筑物存在的問題如下：

大壩：(1)水庫自1975 年運行以來，從未進行過清淤；(2)大壩迎水面目測無 裂縫及坍塌，護坡干砌石不規則、零亂，上部有雜草生長；(3)壩頂防浪墻有裂縫15 處、起皮現象；(4) 后壩坡草皮護坡雜草叢生，影響日常觀測，排水溝損毀嚴重，影響排水，坡腳排水棱體遭到填埋，只露出頂部，影響滲流。

溢洪道：(1)進口段、溢流堰底板混凝土面層脫落嚴重，大面積露石，局部位置存在孔洞；(2)溢流堰至過水路面段陡槽側墻多處存在多處裂縫，裂縫位置有異物析出，底板混凝土面層有大面積的脫落；(3) 一級消力池至二級消力池段陡槽右側墻上存在一處貫穿型裂縫，底板混凝土存在多處呈放射狀裂縫，二級消力池至三級消力池段陡槽側墻和底板混凝土存在多處裂縫，底板面層脫落現象嚴重；(4)尾水渠側墻混凝土外觀質量較差，底板及側墻裂縫較多，末端底板被水流沖蝕成坑。

輸水洞：（1）出口段洞身混凝土在距進口閘室80m、90m 和彎道處側墻存在開裂現象，底板混凝土局部被水流掏空深度達6cm，出口接砌石結構暗渠左側墻 存在一條橫向裂縫；（2）進水口閘門長期處于水下，無法維修，右側工作門表面存在銹蝕，左側閘門止水不嚴、水流呈噴射狀；（3）2 臺啟閉機機架及連接螺桿存在銹蝕，啟閉機開度指示器損壞，無過負荷保護裝置，依靠手動裝置進行啟閉；（4）輸水洞出口消力池側墻砌石沖毀，泄水渠側墻下部被水流掏空。

管理設施：（1）水庫無大壩位移、滲壓及滲流觀測設施，大壩變形、滲流僅靠人為判斷，監測設施落后；（2）水庫無防汛車輛，無搶險沖鋒舟；（3）水庫通訊設施線路老化，缺少維護；（4）庫區30KVA 已使用35 年，屬淘汰設備。

3 水庫除險加固建設情況

3.1 水庫除險加固主要方案選擇

1）大壩。根據水庫大壩現狀、存在的問題以及安全鑒定結論，針對影響大壩安全和發揮效益的主要建筑物進行改造，本次對后壩坡排水溝進行拆除重建方案。

2)溢洪道。本次對溢洪道進口段、溢流堰、溢流堰至過水路面段混凝土進行拆除重建，對尾水渠渠道混凝土進行加固處理的方案。

3)輸水泄洪洞。新建輸水泄洪洞布置于左岸壩肩，輸水泄洪洞由進口段、事故檢修豎井段、輸水洞段、泄水錐形閥室段、泄水消力池段、泄水箱涵段以及泄水渠道段組成。

4)管理設施增設方案。本次新增水庫大壩位移、滲壓及滲流觀測設施；增設水庫自動化管理設施；對水庫四周監測設施進行加固；更新改造水庫通訊設施等；更新水庫供電設備及線路等。

3.2 主要建筑物加固設計

1)大壩。清除大壩迎水面上部雜草，后壩坡雜草建議加強管理，及時除草。重點對排水溝進行加固，本次在原有排水溝位置新建拆除重建排水溝，排水溝斷面為矩形，寬度40cm，深度50cm，采用現澆C20混凝土結構，襯砌厚度15cm。

2)溢洪道。溢洪道進口段、溢流堰、溢流堰至過水路面段(溢0+000～溢0+088)，總長88m，拆除現狀破損或出現裂縫的溢洪道側墻及底板段后重建，采用現澆C25 鋼筋混凝土結構，溢流堰斷面尺寸寬20.0m，高3.0m，側墻邊坡1:0.2，溢洪道斷面尺寸寬13.0m，高3.0m，側墻邊坡1:0.2，溢洪道、溢流堰底板厚度30cm，側墻厚度為30cm。

三級消力池至尾水渠末端(溢0+400～溢0+550)段，總長150m，拆除現狀破 損或出現裂縫的尾水渠側墻及底板段，采用加固維修形式對拆除破損段進行清理，并對破損段進行C25 鋼筋砼澆筑加固襯砌，底板及側墻厚度為20cm。

3)新建輸水泄洪洞設計。輸水泄洪洞方案線路總長300m，由進水口、隧洞洞身、出水口、消能設施、泄水段等組成。進水口采用C25 鋼筋砼結構，進口寬3.4m，末端口寬2.0m。隧 洞長度176m，采用圓形斷面，隧洞最大埋深30m。輸水泄洪洞圍巖為Ⅳ類，采用一次支護采用全斷面掛鋼筋網φ6mm，間距20cm，噴砼厚度8cm，布置直徑25mm 的系統錨桿，間排距1.5m，梅花形布置，錨桿長2m，并進行固結灌漿，二次支護采用鋼筋砼襯砌，厚度40cm。

4 工程投資及效益分析

4.1 工程投資

本工程總投資1277.62 萬元，建筑工程616.81萬元，機電設備及安裝工程288.18 萬元，金屬結構設備及安裝工程64.39 萬元，臨時工程70.88 萬元，獨立費用140.07 萬元，基本預備費59.02 萬元，移民和環境部分費用中建設及施工場地征用費11.62萬元，環境保護工程費13.64 萬元，水土保持工程費13.02 萬元。

4.2 效益分析

本項目為社會公益事業項目，其創造的價值遠遠高于項目本身創造的財務效 益，而這些效益除部分可以定量計算外，常常表現為難以用貨幣量化的社會效益和環境效益，故本項目僅做國民經濟評價。

1)防洪效益。防洪效益的計算涉及潰壩后對下游城鎮、農村等所造成的破壞和淹沒以及對本地區國民經濟發展的影響等。石門水庫除險加固后，完全可以抵御200 年一遇洪水，其防洪效益非常顯著。

石門水庫保護下游2000 人的生命財產安全、3000 畝農田免受洪水威脅、侵害，范圍包括白銀區王峴鄉雒家灘村的雒家灘社、蘇家灣社，白銀區四龍鎮的民勤村、雙合村、梁莊村及鎮政府所在地四龍村。水庫一旦失事，將會造成巨大的人員傷亡和財產損失。經分析和調查，潰壩直接經濟損失達500萬元，防洪效益分攤系數按0.02 計，則年均防洪效益為10 萬元。

2)供水效益。石門水庫主要任務是5.2 萬畝的灌溉供水和渭源縣東南部農村飲水安全工程 供水。在維持現有水庫規模的情況下，優先保障渭源縣東南部農村飲水安全工程供水，剩余水量用于灌區灌溉。

根據《渭源縣東南部農村飲水安全工程初步設計報告》[2]，石門水庫可解決 蓮峰鎮、鍬峪鄉、路園鎮等3 個鄉 (鎮)、38個行政村、144 個自然村農村16677 戶、70043 人的飲水問題，同時解決46 所中小學及幼兒園12754 名師生的飲水問題。工程設計供水規模3921 m3/d，年供水量143.12 萬m3。效益分攤系數按0.15 計，水價按影子價格1.5 元計算，則年供水效益為32.20 萬元。

3)灌溉效益。石門水庫設計灌溉面積5.2 萬畝，但是由于水量限制，P=50%時保證渭源縣 東南部農村飲水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌區54.5%的面積28340 畝(5 月份缺水88 萬m3)，年毛需水量775.16 萬m3，在P=95%時，保證渭源縣東南部農村飲水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌區17%的面積8830 畝，年毛需水量241.51 萬m3。按有無項目對工程實施前后灌溉效益進行分析見表1。

表1 新增灌溉效益計算表

經分析計算，項目實施后年均新增灌溉效益為124.41 萬元。

4)效益匯總。綜上分析，項目實施后年均總效益為166.62 萬元。

4.3 國民經濟評價

1)國民經濟評價指標計算。社會折現率采用Is=8%，本項目國民經濟效益費用流量見表2，國民經濟評 價指標見表3。

表2 本項目國民經濟效益費用流量

表3 國民經濟評價指標

（續表2）

2)國民經濟綜合評價。本項目經濟內部收益率為9.09%，高于社會折現率Is=8%；經濟凈現值(Is=8%)為133.95 萬元，大于零；經濟效益費用比為1.08大于1。各項經濟評價指標均滿足規范要求[3]。

綜上分析說明，本項目在經濟上是合理的。

5 結論及建議

石門水庫是渭源縣東南部農村飲水安全工程的水源工程，關乎工程供水范圍內的飲水安全和保障問題，石門水庫的除險加固工程的主要目的一是解決大壩及溢洪道存在的結構安全隱患，二是解決原輸水洞存在的結構嚴重不安全問題，工程的實施，為緩解石門灌區灌溉用水和解決渭源縣東南部農村飲水安全工程水源問題將起到至關重要的作用，其防洪效益、灌溉效益、供水效益顯著。所以，對該工程進行除險加固是非常必要的，勢在必行。