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汾河水庫長(zhǎng)期高水位運(yùn)行潛在問題探討

2014-08-15 00:48
山西水利 2014年4期
關(guān)鍵詞:汾河壩體滲流

王 博

(山西省汾河水庫管理局,山西 太原 030006)

1 基本情況

1.1 工程概況

汾河水庫位于汾河干流上游,地處婁煩縣杜交曲鎮(zhèn)下石家莊村北1km,下距省城太原市83km,壩址以上汾河干流長(zhǎng)122km,控制流域面積5268km2,汾河水庫現(xiàn)達(dá)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì),2000年一遇洪水校核。設(shè)計(jì)洪水位1128.95m,相應(yīng)庫容3.17億m3,最大下泄流量1665m3/s;校核洪水位1131.36m,相應(yīng)庫容3.92億m3,最大下泄流量2254m3/s。水庫為多年調(diào)節(jié)的大(二)型水利樞紐,以防洪、灌溉、工業(yè)和城市供水為主,兼顧發(fā)電和養(yǎng)魚。樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞和水電站五部分組成。

大壩為水中填黃土均質(zhì)壩,壩高61.4m,壩頂高程1131.40m(大沽高程系),壩頂寬6m,長(zhǎng)1002m。所有泄水建筑物均位于右岸。

溢洪道長(zhǎng)345m,堰頂高程1122m,凈寬24m,堰型為開敞式實(shí)用斷面堰,設(shè)兩扇7m×12m弧形鋼閘門,最大泄量1298m3/s。

泄洪排沙洞洞徑8m,長(zhǎng)1213m,進(jìn)口高程為1086.20m,出口高程為1072.18m,進(jìn)口設(shè)兩扇4.872m×8.1m的平板事故鋼閘門,出口設(shè)一扇7m×8.668m的弧形鋼閘門,最大泄量820m3/s。

輸水洞洞徑4m,長(zhǎng)549.46m,進(jìn)口高程為1089.40m,出口高程為1071.80m,出口設(shè)3.6m×3.6m的弧形鋼閘門,最大泄量144m3/s。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

大壩主要觀測(cè)項(xiàng)目有垂直沉降、水平位移、固結(jié)、孔隙水壓力、壩基滲壓、壩體浸潤線、繞壩滲流、壩體測(cè)斜及庫區(qū)塌岸、淤積觀測(cè)等。

汾河水庫安全運(yùn)行50余年,共攔蓄1000m3/s的大洪水11次,通過精心協(xié)調(diào),合理調(diào)度,水工建筑物未發(fā)生安全事故,但仍存在一些安全隱患。

2 水庫高水位運(yùn)行現(xiàn)狀

每年2月份是水庫的早春澆階段。以2014年為例,日出庫流量為15m3/s,水庫水位已由2月11日的1126.82m下降至2月28日的1126.26m。庫容已由原來的2.57億m3下降至2.43億m3。高水位運(yùn)行狀態(tài)下,增加了水庫觀測(cè)次數(shù)和巡查力度。據(jù)觀測(cè)資料可知,水庫遇高水位蓄水時(shí),滲流量明顯增大。截至到3月30日,水庫其他運(yùn)行狀況良好,未出現(xiàn)任何不良情況。

3 長(zhǎng)期高水位運(yùn)行下水庫潛在威脅

隨著引黃水入汾水庫成為太原飲用水源地后,近幾年水庫都超汛限水位運(yùn)行,達(dá)到1127m,對(duì)黃土均質(zhì)壩來說,長(zhǎng)期高水位運(yùn)行潛在威脅如下:

3.1 長(zhǎng)期高水位對(duì)壩體浸泡、滲透能力增強(qiáng)

水庫蓄水后,庫水將通過土壩向下游滲透,當(dāng)水庫長(zhǎng)期高水位運(yùn)行,會(huì)使水庫壩體承受水壓力增大,從而導(dǎo)致水體滲透壓力增加,當(dāng)滲透水流的滲透坡降超過一定限度時(shí),滲流將逐漸帶走坡身或壩基土體中的細(xì)小顆粒,致使土體產(chǎn)生具有危害性的滲透變形,主要有管涌、流土和接觸滲透變形等。這些滲透變形一般發(fā)生在背水坡腳附近或較遠(yuǎn)的坑洼地,多呈孔狀出水口,有時(shí)也表現(xiàn)為土塊隆起、膨脹、浮動(dòng)和斷裂等現(xiàn)象。

隨著水庫水位的逐年遞增,水庫滲流總量也呈逐年遞增趨勢(shì),如果水庫“長(zhǎng)期”高水位運(yùn)行,這種遞增梯次與速度將會(huì)更加明顯。

3.2 高水位運(yùn)行使壩體承受壓力增大

大壩壩體建成運(yùn)行至今,壩前淤積高程達(dá)1104.81m,累計(jì)淤積量3.8億m3,在蓄水量一定的情況下,壩前蓄水位明顯提高,壩體承受水壓力增大,必然會(huì)導(dǎo)致大壩位移會(huì)發(fā)生微弱的變化,水越深,水的壓強(qiáng)越大,壩體受到的壓力就越大,水體產(chǎn)生的勢(shì)能就越大,大壩失事后下泄流量就越大,危險(xiǎn)性越高。如果持續(xù)高水位,雖然短時(shí)間內(nèi)對(duì)壩體的影響較小,但隨著時(shí)間的推移,長(zhǎng)時(shí)間高水位蓄水會(huì)給壩體產(chǎn)生不可估量的危害。

隨著水位的抬高,同期水庫水平位移的增量明顯增大,如果水庫持續(xù)高水位,這種水平位移的增量將繼續(xù)增加,從而破壞壩體,隨著時(shí)間的推移,這種變化將越來越明顯。

3.3 高水位對(duì)水庫兩岸侵入和剝蝕嚴(yán)重

水庫長(zhǎng)期高水位運(yùn)行,使庫區(qū)兩岸受風(fēng)浪的侵襲和長(zhǎng)期的浸泡,造成庫區(qū)兩岸剝蝕、脫落嚴(yán)重,增大了水庫的淤積,同時(shí)對(duì)汾河上游的路況和臨近的村莊、耕地也有不同程度的影響。

此外,雖然近幾年來對(duì)汾河下游河道進(jìn)行了整治,但由于長(zhǎng)期對(duì)汾河的開發(fā)利用,使得水庫下游河道行洪能力減弱,行洪流量小于100m3/s,高水位運(yùn)行下,一旦遭遇水庫大流量泄洪,將給下游造成巨大的侵害和不可估量的損失。

4 結(jié)論與探討

4.1 加強(qiáng)水庫巡查力度,加大對(duì)水庫工程的觀測(cè)力度

加強(qiáng)、加大對(duì)水庫壩體等巡查力度,主要巡查壩體、壩基、壩腳、壩肩山體及繞壩的滲漏情況;主壩迎水坡、背水坡的破壞等情況。同時(shí)加大水庫工程的觀測(cè)力度。壩基滲流、繞壩滲流、壩體浸潤性、壩體測(cè)斜、垂直沉降、水位位移、滲流含沙量由原來的每周一次改為每周兩次,對(duì)所有觀測(cè)項(xiàng)目要認(rèn)真負(fù)責(zé),詳細(xì)記錄,確保觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。特別是高水位運(yùn)行期間,不僅要加測(cè),還要不定期抽測(cè),所測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)處理、分析,及時(shí)上報(bào),最大限度地保障水庫的安全運(yùn)行。

4.2 完善防洪預(yù)案和調(diào)度方案,確保水庫安全

水庫在面臨大洪水時(shí),合理的防洪預(yù)案和調(diào)度方案水庫安全的前提,也是合理調(diào)度水量的砝碼。因此,一定要根據(jù)水庫實(shí)際情況,為水庫制訂出一套行之有效的防洪預(yù)案和調(diào)度方案,確保水庫安全調(diào)度管理。

4.3 做好水庫水量管理工作

汾河水庫作為一座多年調(diào)節(jié)型水庫,一定要發(fā)揮多年的調(diào)節(jié)作用。目前,汾河水庫作為省城太原的飲用水源地,在滿足生活用水和工業(yè)取水的前提下,相關(guān)單位一定要管好水、用好水、調(diào)好水,切實(shí)發(fā)揮其多年調(diào)節(jié)作用,盡量避免水庫長(zhǎng)期高水位運(yùn)行。

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