渭源縣石門水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及效益分析

魏 萍

(甘肅甘蘭水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)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(jīng)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(nóng)田灌溉和農(nóng)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(shí)際控制石門灌區(qū)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)38 個(gè)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(shè)計(jì)，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(qū)是區(qū)域內(nèi)中重要的灌區(qū)之一，也是區(qū)域重要的經(jīng)濟(jì)支柱，石門水庫同時(shí)是渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程的水源工程，關(guān)乎工程供水范圍內(nèi)的飲水安全和保障問題，目前水庫已經(jīng)被鑒定為三類壩，為緩解石門灌區(qū)灌溉用水和解決渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程水源問題，石門水庫除險(xiǎn)加固建設(shè)勢在必行。本文主要從水庫現(xiàn)狀及目前存在的問題出發(fā)，針對水庫除險(xiǎn)加固采取的措施進(jìn)行論述，并進(jìn)一步對工程投資和建設(shè)后產(chǎn)生效益進(jìn)行分析，論證水庫除險(xiǎn)加固的合理性。

圖1 石門水庫地理位置示意圖

2 水庫現(xiàn)狀及存在的問題分析

2.1 水庫除險(xiǎn)加固情況

石門水庫于1975 年建成以后，先后進(jìn)行了2次除險(xiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(jīng)過除險(xiǎn)加固后，水庫達(dá)到現(xiàn)在規(guī)模，壩頂高程2237.5m，壩高32 m，水庫設(shè)計(jì)地震基本烈度為Ⅷ度，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇設(shè)計(jì)，500 年一遇校核，正常蓄水位2233.4m，設(shè)計(jì)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(fā)展農(nóng)田灌溉，兼之以調(diào)洪及供農(nóng)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(yùn)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(yùn)行以來，從未進(jìn)行過清淤；(2)大壩迎水面目測無 裂縫及坍塌，護(hù)坡干砌石不規(guī)則、零亂，上部有雜草生長；(3)壩頂防浪墻有裂縫15 處、起皮現(xiàn)象；(4) 后壩坡草皮護(hù)坡雜草叢生，影響日常觀測，排水溝損毀嚴(yán)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(jìn)口段、溢流堰底板混凝土面層脫落嚴(yán)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(cè)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(cè)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(cè)墻和底板混凝土存在多處裂縫，底板面層脫落現(xiàn)象嚴(yán)重；(4)尾水渠側(cè)墻混凝土外觀質(zhì)量較差，底板及側(cè)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(jìn)口閘室80m、90m 和彎道處側(cè)墻存在開裂現(xiàn)象，底板混凝土局部被水流掏空深度達(dá)6cm，出口接砌石結(jié)構(gòu)暗渠左側(cè)墻 存在一條橫向裂縫；（2）進(jìn)水口閘門長期處于水下，無法維修，右側(cè)工作門表面存在銹蝕，左側(cè)閘門止水不嚴(yán)、水流呈噴射狀；（3）2 臺啟閉機(jī)機(jī)架及連接螺桿存在銹蝕，啟閉機(jī)開度指示器損壞，無過負(fù)荷保護(hù)裝置，依靠手動裝置進(jìn)行啟閉；（4）輸水洞出口消力池側(cè)墻砌石沖毀，泄水渠側(cè)墻下部被水流掏空。

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

3 水庫除險(xiǎn)加固建設(shè)情況

3.1 水庫除險(xiǎn)加固主要方案選擇

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

2)溢洪道。本次對溢洪道進(jìn)口段、溢流堰、溢流堰至過水路面段混凝土進(jìn)行拆除重建，對尾水渠渠道混凝土進(jìn)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(jìn)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(shè)施增設(shè)方案。本次新增水庫大壩位移、滲壓及滲流觀測設(shè)施；增設(shè)水庫自動化管理設(shè)施；對水庫四周監(jiān)測設(shè)施進(jìn)行加固；更新改造水庫通訊設(shè)施等；更新水庫供電設(shè)備及線路等。

3.2 主要建筑物加固設(shè)計(jì)

1)大壩。清除大壩迎水面上部雜草，后壩坡雜草建議加強(qiáng)管理，及時(shí)除草。重點(diǎn)對排水溝進(jìn)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(xiàn)澆C20混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌厚度15cm。

2)溢洪道。溢洪道進(jìn)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(xiàn)狀破損或出現(xiàn)裂縫的溢洪道側(cè)墻及底板段后重建，采用現(xiàn)澆C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，溢流堰斷面尺寸寬20.0m，高3.0m，側(cè)墻邊坡1:0.2，溢洪道斷面尺寸寬13.0m，高3.0m，側(cè)墻邊坡1:0.2，溢洪道、溢流堰底板厚度30cm，側(cè)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(xiàn)狀破 損或出現(xiàn)裂縫的尾水渠側(cè)墻及底板段，采用加固維修形式對拆除破損段進(jìn)行清理，并對破損段進(jìn)行C25 鋼筋砼澆筑加固襯砌，底板及側(cè)墻厚度為20cm。

3)新建輸水泄洪洞設(shè)計(jì)。輸水泄洪洞方案線路總長300m，由進(jìn)水口、隧洞洞身、出水口、消能設(shè)施、泄水段等組成。進(jìn)水口采用C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(hù)采用全斷面掛鋼筋網(wǎng)φ6mm，間距20cm，噴砼厚度8cm，布置直徑25mm 的系統(tǒng)錨桿，間排距1.5m，梅花形布置，錨桿長2m，并進(jìn)行固結(jié)灌漿，二次支護(hù)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(jī)電設(shè)備及安裝工程288.18 萬元，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程64.39 萬元，臨時(shí)工程70.88 萬元，獨(dú)立費(fèi)用140.07 萬元，基本預(yù)備費(fèi)59.02 萬元，移民和環(huán)境部分費(fèi)用中建設(shè)及施工場地征用費(fèi)11.62萬元，環(huán)境保護(hù)工程費(fèi)13.64 萬元，水土保持工程費(fèi)13.02 萬元。

4.2 效益分析

本項(xiàng)目為社會公益事業(yè)項(xiàng)目，其創(chuàng)造的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于項(xiàng)目本身創(chuàng)造的財(cái)務(wù)效 益，而這些效益除部分可以定量計(jì)算外，常常表現(xiàn)為難以用貨幣量化的社會效益和環(huán)境效益，故本項(xiàng)目僅做國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)。

1)防洪效益。防洪效益的計(jì)算涉及潰壩后對下游城鎮(zhèn)、農(nóng)村等所造成的破壞和淹沒以及對本地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響等。石門水庫除險(xiǎn)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(hù)下游2000 人的生命財(cái)產(chǎn)安全、3000 畝農(nóng)田免受洪水威脅、侵害，范圍包括白銀區(qū)王峴鄉(xiāng)雒家灘村的雒家灘社、蘇家灣社，白銀區(qū)四龍鎮(zhèn)的民勤村、雙合村、梁莊村及鎮(zhèn)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(cái)產(chǎn)損失。經(jīng)分析和調(diào)查，潰壩直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500萬元，防洪效益分?jǐn)傁禂?shù)按0.02 計(jì)，則年均防洪效益為10 萬元。

2)供水效益。石門水庫主要任務(wù)是5.2 萬畝的灌溉供水和渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程 供水。在維持現(xiàn)有水庫規(guī)模的情況下，優(yōu)先保障渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程供水，剩余水量用于灌區(qū)灌溉。

根據(jù)《渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》[2]，石門水庫可解決 蓮峰鎮(zhèn)、鍬峪鄉(xiāng)、路園鎮(zhèn)等3 個(gè)鄉(xiāng) (鎮(zhèn))、38個(gè)行政村、144 個(gè)自然村農(nóng)村16677 戶、70043 人的飲水問題，同時(shí)解決46 所中小學(xué)及幼兒園12754 名師生的飲水問題。工程設(shè)計(jì)供水規(guī)模3921 m3/d，年供水量143.12 萬m3。效益分?jǐn)傁禂?shù)按0.15 計(jì)，水價(jià)按影子價(jià)格1.5 元計(jì)算，則年供水效益為32.20 萬元。

3)灌溉效益。石門水庫設(shè)計(jì)灌溉面積5.2 萬畝，但是由于水量限制，P=50%時(shí)保證渭源縣 東南部農(nóng)村飲水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌區(qū)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(shí)，保證渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程供水，剩余水量可灌溉灌區(qū)17%的面積8830 畝，年毛需水量241.51 萬m3。按有無項(xiàng)目對工程實(shí)施前后灌溉效益進(jìn)行分析見表1。

表1 新增灌溉效益計(jì)算表

經(jīng)分析計(jì)算，項(xiàng)目實(shí)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(xiàng)目實(shí)施后年均總效益為166.62 萬元。

4.3 國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)

1)國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)計(jì)算。社會折現(xiàn)率采用Is=8%，本項(xiàng)目國民經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用流量見表2，國民經(jīng)濟(jì)評 價(jià)指標(biāo)見表3。

表2 本項(xiàng)目國民經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用流量

表3 國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)

（續(xù)表2）

2)國民經(jīng)濟(jì)綜合評價(jià)。本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為9.09%，高于社會折現(xiàn)率Is=8%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值(Is=8%)為133.95 萬元，大于零；經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.08大于1。各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求[3]。

綜上分析說明，本項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

5 結(jié)論及建議

石門水庫是渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程的水源工程，關(guān)乎工程供水范圍內(nèi)的飲水安全和保障問題，石門水庫的除險(xiǎn)加固工程的主要目的一是解決大壩及溢洪道存在的結(jié)構(gòu)安全隱患，二是解決原輸水洞存在的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不安全問題，工程的實(shí)施，為緩解石門灌區(qū)灌溉用水和解決渭源縣東南部農(nóng)村飲水安全工程水源問題將起到至關(guān)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(jìn)行除險(xiǎn)加固是非常必要的，勢在必行。