汾河水庫長期高水位運行潛在問題探討

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，2000年一遇洪水校核。設(shè)計洪水位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1002m。所有泄水建筑物均位于右岸。

溢洪道長345m，堰頂高程1122m，凈寬24m，堰型為開敞式實用斷面堰，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1213m，進口高程為1086.20m，出口高程為1072.18m，進口設(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549.46m，進口高程為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)測項目

大壩主要觀測項目有垂直沉降、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、壩體測斜及庫區(qū)塌岸、淤積觀測等。

汾河水庫安全運行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。高水位運行狀態(tài)下，增加了水庫觀測次數(shù)和巡查力度。據(jù)觀測資料可知，水庫遇高水位蓄水時，滲流量明顯增大。截至到3月30日，水庫其他運行狀況良好，未出現(xiàn)任何不良情況。

3 長期高水位運行下水庫潛在威脅

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行，達(dá)到1127m，對黃土均質(zhì)壩來說，長期高水位運行潛在威脅如下：

3.1 長期高水位對壩體浸泡、滲透能力增強

水庫蓄水后，庫水將通過土壩向下游滲透，當(dāng)水庫長期高水位運行，會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，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，有時也表現(xiàn)為土塊隆起、膨脹、浮動和斷裂等現(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，如果水庫“長期”高水位運行，這種遞增梯次與速度將會更加明顯。

3.2 高水位運行使壩體承受壓力增大

大壩壩體建成運行至今，壩前淤積高程達(dá)1104.81m，累計淤積量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，必然會導(dǎo)致大壩位移會發(fā)生微弱的變化，水越深，水的壓強越大，壩體受到的壓力就越大，水體產(chǎn)生的勢能就越大，大壩失事后下泄流量就越大，危險性越高。如果持續(xù)高水位，雖然短時間內(nèi)對壩體的影響較小，但隨著時間的推移，長時間高水位蓄水會給壩體產(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，隨著時間的推移，這種變化將越來越明顯。

3.3 高水位對水庫兩岸侵入和剝蝕嚴(yán)重

水庫長期高水位運行，使庫區(qū)兩岸受風(fēng)浪的侵襲和長期的浸泡，造成庫區(qū)兩岸剝蝕、脫落嚴(yán)重，增大了水庫的淤積，同時對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，雖然近幾年來對汾河下游河道進行了整治，但由于長期對汾河的開發(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 加強水庫巡查力度，加大對水庫工程的觀測力度

加強、加大對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。同時加大水庫工程的觀測力度。壩基滲流、繞壩滲流、壩體浸潤性、壩體測斜、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，對所有觀測項目要認(rèn)真負(fù)責(zé)，詳細(xì)記錄，確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。特別是高水位運行期間，不僅要加測，還要不定期抽測，所測數(shù)據(jù)要及時處理、分析，及時上報，最大限度地保障水庫的安全運行。

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，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，切實發(fā)揮其多年調(diào)節(jié)作用，盡量避免水庫長期高水位運行。