綏化紅興水庫改建為“地表—地下聯(lián)合型水庫”的設(shè)想

尤春峰，張煥智

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080）

決策思考

綏化紅興水庫改建為“地表—地下聯(lián)合型水庫”的設(shè)想

尤春峰，張煥智

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080）

紅星水庫由于壩基滲漏嚴(yán)重不能正常蓄水運(yùn)行，必須全面進(jìn)行防滲處理。結(jié)合水庫樞紐布置現(xiàn)狀及地形條件適當(dāng)調(diào)整局部壩線，并進(jìn)行必要的壩基垂直防滲處理后，形成地表、地下連體水庫，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，既節(jié)省了大量土地，又能夠提高供水保證能力。

水庫滲漏；壩基防滲；地下水庫；聯(lián)合型水庫；改建

1 工程簡況

紅興水庫位于呼蘭河中游綏化市區(qū)北6 km處，是一座供綏化市城鎮(zhèn)用水和農(nóng)田灌溉用水的中型提水反調(diào)節(jié)的平原水庫工程。水庫以呼蘭河為水源，在永安渠首處建泵站經(jīng)2.8 km渡槽輸水入庫。水庫總庫容7000×104m3。

水庫是在呼蘭河灘地上東、北、西三面筑壩，壩線西端直接與階（臺）地相接、東端通過一段公路與階（臺）地相連而圍成的蓄水庫區(qū)，包括土壩、進(jìn)水閘、灌溉兼泄洪涵洞及取水工程。

紅興水庫始建于1958年，幾經(jīng)停建、復(fù)建、緩建，最后于1999年開工續(xù)建完成，并于2004年8月16日至22日抽水充庫蓄水，約充蓄570×104m3（庫水位149.00 m左右）。1 d后發(fā)現(xiàn)壩后取土坑、魚池、水井的水位有所上漲，并淹沒了一些低洼耕地，于是停止抽水入庫。至11月中旬約3個月時間，蓄水基本漏盡，平均日滲漏量約6.3×104m3／d［1］。

后經(jīng)多次補(bǔ)充的勘察工作，基本查明水庫區(qū)內(nèi)表層巖性黏性土分布雖然較連續(xù)，但厚度變化較大，壩基分布厚度達(dá)10～30 m的強(qiáng)透水層將庫內(nèi)、外聯(lián)通，因而導(dǎo)致庫水滲漏地下后通過壩基強(qiáng)透水層向西、北方向流向庫外，從而難以蓄水。經(jīng)補(bǔ)充勘測、分析計算，在水庫正常蓄水過程中，通過全壩段壩基的庫區(qū)全年滲漏量已經(jīng)大于遠(yuǎn)期供水能力，不能正常蓄水運(yùn)用，必須進(jìn)行防滲處理。

對水庫防滲方案進(jìn)行比較論證，擬采用垂直防滲方案，即對擋水壩（0＋000～9＋358）采取全封閉型式補(bǔ)修塑性混凝土垂直防滲墻，防滲墻下部深入相對不透水基巖面（泥巖）以下1.0 m。為了防止對東端公路與西端村屯發(fā)生浸沒影響及庫水向南部高平原下部含水層大量滲漏而影響水庫正常運(yùn)行，對南岸高平原段也需要進(jìn)行垂直防滲處理；采用三維數(shù)值模擬預(yù)測和對比分析，南岸東側(cè)垂直防滲1 000 m、西側(cè)垂直防滲1 700 m時的方案，可達(dá)到最佳防滲效果［2］。

2 “地表—地下聯(lián)合型”水庫設(shè)想

地下水庫與地表水庫都是以儲存和調(diào)節(jié)水資源為基本目的的水資源開發(fā)工程。當(dāng)紅興水庫地下截滲墻建立以后，圍起的孔隙含水層將形成地下庫區(qū)，為水資源的儲存提供了巨大的空間［3］。從呼蘭河提水儲存在由地上擋水壩形成的地表庫區(qū)中；與地上擋水壩連成一體的地下截滲墻圍起的地下庫區(qū)則把地表庫區(qū)滲漏水儲存其中；如果僅運(yùn)行地表水庫，地下庫區(qū)蓄水長期滯留而成為“一潭死水”，能否會引起某種惡劣的環(huán)境應(yīng)變，很難預(yù)料。反之，地表庫水與地下庫水聯(lián)系密切，如果進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，則會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益；因此稱之為“地表—地下聯(lián)合型水庫”（下面簡稱為“聯(lián)合型水庫”），其地下部分屬“飽和型孔隙水地下水庫”。

2.1 “聯(lián)合型水庫”庫區(qū)調(diào)整設(shè)想

原庫區(qū)占地面積約13.52 km2，總庫容7000× 104m3。改造為“聯(lián)合型水庫”后，在保障原水庫設(shè)計功能（發(fā)揮效益）不改變的基礎(chǔ)上，地表占地面積可極大縮小。結(jié)合水庫樞紐布置現(xiàn)狀及地形條件，設(shè)想在壩線樁號3＋544.5（拐點(diǎn)2005zk8孔）處向南直線連接南部高平原長梁以西庫區(qū)，組成新的“聯(lián)合型水庫”平（剖）面圖見圖1～圖3。

圖1 綏化市紅興“地表—地下”聯(lián)合型水庫平面圖（改建）

圖2 綏化市紅興“地表—地下”聯(lián)合型水庫庫區(qū)剖面圖

圖3 綏化市紅興水庫南岸剖面圖

“聯(lián)合型水庫”庫區(qū)西、北、東由地上擋水壩及地下截滲墻作為擋（截）水建筑物；南部由高平原黏性土組成地表庫區(qū)天然擋水壩，地下部分完全敞開。庫內(nèi)孔隙含水層巖性主要為級配不良粗砂、級配不良細(xì)礫，厚度12.45 m～39.40 m；自北向南層厚增厚、層底高程降低。孔隙含水層與高平原底部孔隙承壓含水層連通，成為地表庫水補(bǔ)給嚴(yán)重不足時期接受高平原地下水徑流補(bǔ)給的通道，同時又能夠在地表庫水充足時，反向補(bǔ)給高平原底部孔隙承壓含水層，以保持本區(qū)地下水循環(huán)平衡。占地面積約為7.19 km2，可恢復(fù)土地約6.33 km2。

2.2 “聯(lián)合型水庫”庫容預(yù)計

2.2.1 地表庫容

原設(shè)計水庫總庫容7000×104m3。改造后占地面積縮小，按縮小比例估算地表庫容約3722× 104m3。

2.2.2 地下水庫基本庫容（靜庫容）

基本庫容（靜庫容）：地下水庫與地表水庫組成一體，已經(jīng)具有統(tǒng)一的水位（即水庫的正常蓄水位），地下孔隙含水層中完全充水，因此采用“地下水靜儲量”作為基本庫容量。計算公式為：

式中：Q基為地下水庫基本庫容，m3；μ為含水層給水度；H為含水層厚度，m；F為含水層分布面積，m2。

庫區(qū)孔隙含水層巖性主要為級配不良粗砂、級配不良細(xì)礫，厚度12.45～39.40m（初步統(tǒng)計平均厚度21.49 m），給水度μ0.24～0.26（經(jīng)驗(yàn)值，計算中取0.24），庫區(qū)面積約719×104m3，估算地下水庫基本庫容為3708×104m3。

“聯(lián)合型水庫”總庫容估算可達(dá)7430×104m3，略大于原水庫庫容。

2.3 “聯(lián)合型水庫”的補(bǔ)給能力

“聯(lián)合型水庫”仍然是由呼蘭河提水補(bǔ)給，補(bǔ)給水源具有很大的保證程度。

地下水庫含水層系統(tǒng)的補(bǔ)給，由地表水庫蓄水滲漏補(bǔ)給和南部含水層的徑流補(bǔ)給兩部分組成。在每年“聯(lián)合型水庫”運(yùn)行周期，在地表水庫蓄水期間，水庫水位高于南部地下水水位，地下水庫蓄水將向南部庫外徑流補(bǔ)給地下水；在地表水庫蓄水取盡期間，地下取水工程在消耗地下水庫蓄水的同時，隨著地下水位下降，同時能夠取得南部地下水的大量徑流補(bǔ)給，徑流補(bǔ)給量采用補(bǔ)給帶法（影響半徑法）計算公式如下：

式中：Q0為抽水孔出水量；R為影響半徑；e為經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)，一般為3～5；B為斷面寬度。

依據(jù)位于計算斷面東側(cè)的“2005ZK27”孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際出水量5 314.46 m3／d時，計算影響半為208.20 m，斷面寬1 537.68 m，取e＝3參加計算，計算徑流補(bǔ)給量為58 875.64 m3／d。

因此，“聯(lián)合型水庫”在得到原水庫設(shè)計提水補(bǔ)給能力保障的基礎(chǔ)上，又可增加南部含水層的徑流補(bǔ)給，從而可以極大提高水庫的調(diào)蓄能力和供水保證程度。

2.4 “聯(lián)合型水庫”的工程調(diào)整

“聯(lián)合型水庫”地面部分完全保留原水庫樞紐的黏土心墻砂殼壩5 814 m（壩線樁號3＋544～9＋358），引水渡槽與進(jìn)水閘及取水工程。新建自壩線樁號3＋544.5（拐點(diǎn)2005zk8孔）處向南直線連接南部高平原長梁的擋水壩（視具體情況，壩后開挖排水溝）約2 895 m，改（擴(kuò)）建位于原土壩樁號5＋780的灌溉兼泄洪涵洞與“聯(lián)合型水庫”連接段。

“聯(lián)合型水庫”地下部分完全保留原水庫樞紐計劃的黏土心墻砂殼壩5 814m（壩線樁號3＋544～9＋358）下的地下截滲墻。計劃新建與自壩線樁號3＋544.5（拐點(diǎn)2005zk8孔）處向南直線連接南部高平原長梁的擋水壩相應(yīng)的地下截滲墻約3 260 m。另外，在含水層厚度大、層底高程低的南部出口附近，需新建以管井及連接輸水管線為主的地下水庫取水工程，具體設(shè)想如下：

1）水庫現(xiàn)狀：

庫區(qū)面積13.52 km2，庫容7 000×104m3，正常蓄水位154.30 m；擋水壩9 445 m；計劃壩下截滲墻9 358 m，南部截滲墻2 700 m。

2）改建設(shè)想：

a）西部聯(lián)合型水庫：地表水庫庫容3 722.63× 104m3，地下水庫庫容3 708.31×104m3；面積7.19 km2；保留擋水壩5 184 m，新建擋水壩2 895 m；保留地下截滲墻5184 m，新建地下截滲墻3 260 m；水庫正常蓄水位154.3 m；工程所需天然建筑材料（土、砂料等）可結(jié)合清庫從庫區(qū)內(nèi)采取，即滿足了工程用料，又可有效增加地表庫容，同時還可以提高地表庫水向地下水庫滲透補(bǔ)給的能力。

b）東部：復(fù)原庫區(qū)6.33 km2，減少地下截滲墻6 244 m，廢棄擋水壩3 544 m；復(fù)原庫區(qū)土地可通過復(fù)墾、開發(fā)等方式置換資金，解決工程款不足，廢棄擋水壩可拆除，用作新建壩筑壩材料。

3 結(jié) 語

本文旨在為在具有類似條件的地區(qū)建設(shè)供水工程時，提出一條新的思路。

綏化市城區(qū)位于松嫩平原中東部、呼蘭河中游左岸崗阜狀高平原之上，分布第四系淺層微孔隙裂隙潛水及深層孔隙承壓水，第四系深層孔隙承壓水是當(dāng)?shù)氐叵滤饕_采目的層，并與呼蘭河及泥河河谷漫灘孔隙潛水相連通。第四系深層孔隙承壓水是本區(qū)主要供水水源，1990年以來，隨著地下水的開采，地下水位持續(xù)下降，在綏化市城區(qū)及周邊已經(jīng)形成地下水開采漏斗，已有出現(xiàn)地下水超采區(qū)的趨勢。建設(shè)紅興水庫，是從根本上解決本地區(qū)供水問題、保障社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工程措施。

紅興水庫由于滲漏而不能正常使用。在必須采取垂直防滲工程措施的前提下，把紅興水庫改建為“地表—地下聯(lián)合型”水庫，即保證了原水庫庫容，同時提高了水庫的調(diào)蓄能力和供水保證程度，在聯(lián)合調(diào)度得當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，還可以適當(dāng)提高供水能力。

改建“聯(lián)合型水庫”大部分天然建筑材料可以取自當(dāng)?shù)?，不再另占土地，可以?jié)省資金；更有利的是，復(fù)原的土地通過復(fù)墾、轉(zhuǎn)讓、開發(fā)等方式，為籌集工程資金開拓了更廣的門路。

改建“聯(lián)合型水庫”尚有許多問題應(yīng)進(jìn)行專門研究，如：如何建立較為完善的地下水庫開采工程系統(tǒng)、與已有取水系統(tǒng)的連接及其運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)；擴(kuò)大了水資源調(diào)蓄空間后，管理系統(tǒng)（包括監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)）的建立及聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度；調(diào)控庫水位與地下水庫出口外圍地下水位，維護(hù)良好的地下水環(huán)境；結(jié)合庫底清理適當(dāng)修建引滲工程，改善地表庫水向地下含水層的徑流通道，提高入滲效率等。

［1］劉加海，付彥，楊名玖.紅興水庫滲漏分析及防滲處理方案研究［J］.水利水電技術(shù)，2006，37（05）：107－109.

［2］冶雪艷，杜新強(qiáng)，楊悅鎖.綏化市紅興水庫滲漏分析及滲控方案模擬預(yù)測［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2010（01）：128－133.

［3］郭永權(quán)等.綏化市紅興水庫防滲工程工程地質(zhì)勘探報告［R］.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2005.

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2014－02－20

尤春峰（1963－），男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師；張煥智（1950－），男，黑龍江哈爾濱人，教授級高級工程師。