小型病險(xiǎn)水庫的治理問題與解決措施

嚴(yán)楚 吳賢孝

(蘭溪市水務(wù)局 浙江蘭溪 321100)

1 小型病險(xiǎn)水庫的特點(diǎn)

1.1 輸水泄洪結(jié)構(gòu)落后

現(xiàn)階段，大多數(shù)病險(xiǎn)水庫的構(gòu)造強(qiáng)度和穩(wěn)定性指數(shù)不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。主要因素是：通水隧道或混凝土管襯砌構(gòu)造施工質(zhì)量差、縫隙、筋、脫離、浸蝕、泄露，尤其是壩體埋管泄漏，嚴(yán)重影響建筑構(gòu)造的一致性，非常容易出現(xiàn)沖刷毀壞，是對(duì)壩安全性的嚴(yán)重考驗(yàn)；無能工或能工不健全，不利于正確引導(dǎo)洪水安全性泄漏。

1.2 管理設(shè)備落伍

大部分病險(xiǎn)水庫欠缺健全的大壩觀測(cè)和水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，沒法對(duì)水災(zāi)開展合理有效的監(jiān)控和預(yù)警，尤其是小型水庫，在設(shè)計(jì)之初沒有升級(jí)堤壩觀測(cè)和水文氣象檢驗(yàn)設(shè)備。很多水庫的防汛道路不標(biāo)準(zhǔn)，管理設(shè)計(jì)老舊落伍，導(dǎo)致這種情況的首要因素是水利部門一味注重水庫自身建設(shè)，而忽略了水庫的日常運(yùn)作管理。

2 我國病險(xiǎn)水庫現(xiàn)況

2.1 水閘穩(wěn)定性不足

影響水庫安全隱患的最直接要素是水利閘門工程項(xiàng)目欠缺穩(wěn)定性。我國絕大多數(shù)病險(xiǎn)水庫長(zhǎng)期性應(yīng)用，水利閘門年久失修，水利閘門兩邊滲流能力下降，主體工程無法抵御大地震和水災(zāi)，不符合當(dāng)代水庫抗震等級(jí)防洪標(biāo)準(zhǔn)。另外，通過長(zhǎng)期的流水沖洗，水利閘門的混凝土基礎(chǔ)和墻面構(gòu)造非常容易產(chǎn)生腐蝕和風(fēng)化層，造成水庫總體構(gòu)造穩(wěn)定性降低[1]。

2.2 病險(xiǎn)水庫水閘建設(shè)不符合要求

閘門的穩(wěn)定性是造成水庫在使用期間出現(xiàn)問題的主要因素。主要原因在于水庫防洪能力標(biāo)準(zhǔn)有所下降，閘室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越來越差，閘室所使用時(shí)間比較長(zhǎng)，導(dǎo)致老化現(xiàn)象出現(xiàn)的同時(shí)，兩側(cè)滲流的能力也并不穩(wěn)定，主體結(jié)構(gòu)也沒有辦法滿足抗震風(fēng)險(xiǎn)的要求。閘室的結(jié)構(gòu)大多數(shù)都屬于混凝土結(jié)構(gòu)，因此如果長(zhǎng)時(shí)間受到水流侵蝕，最后也會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，最終造成水庫的整體結(jié)構(gòu)無法穩(wěn)定下來。閘室下游的能量消除以及沖洗設(shè)施也會(huì)進(jìn)一步遭到損壞，導(dǎo)致排水能力下降，最終造成河流出現(xiàn)淤積現(xiàn)象。對(duì)閘門、水庫電氣設(shè)備、啟閉設(shè)施、防洪通道等方面若是出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，也就沒有辦法及時(shí)獲取補(bǔ)充電源，最終造成嚴(yán)重的影響。

2.3 病險(xiǎn)水庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不符合要求

水庫建設(shè)前期，過多考慮水庫的大小及功能因素，讓施工水平受到了限制，最終造成水庫防洪抗震功能較弱，對(duì)水庫進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，水庫病險(xiǎn)隱患大大提高。危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在建筑水庫結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，整個(gè)水庫壩體和壩基出現(xiàn)嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，大壩的安全也受到了嚴(yán)重威脅，水庫整體質(zhì)量不合格，缺乏泄洪能力[2]。再加上水庫設(shè)備設(shè)計(jì)位置不合理，設(shè)備在長(zhǎng)期使用下開始出現(xiàn)老化、泄漏、損壞等問題。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間沒有修理的電氣設(shè)備來說，在運(yùn)行期間也會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行不良的現(xiàn)象，在之前的設(shè)計(jì)以及施工期間，施工人員對(duì)于水庫的維護(hù)設(shè)施安全檢測(cè)都沒有考慮到位，在運(yùn)用期間很容易出現(xiàn)問題，最終造成危險(xiǎn)水庫的出現(xiàn)。

3 小型病險(xiǎn)水庫導(dǎo)致的原因分析

形成小型病險(xiǎn)水庫的主要原因具體如下。

（1）小型水庫水量不夠穩(wěn)定，水庫土壤也十分松軟，導(dǎo)致水庫兩岸的岸坡出現(xiàn)移位及滑坡的可能性也進(jìn)一步增大，水庫施工過程中，施工人員沒有關(guān)注到岸坡的變形，造成水庫無法順利的運(yùn)行下去。如果一旦出現(xiàn)岸坡不穩(wěn)定的現(xiàn)象，小型水庫的大壩接觸面對(duì)于強(qiáng)大的水壓無法承受下去，最后也會(huì)導(dǎo)致大壩基地出現(xiàn)滲透的現(xiàn)象，使小型水庫的危險(xiǎn)性增高。

（2）小型水庫出現(xiàn)老化情況如果不得到及時(shí)解決，一些水庫建設(shè)時(shí)間十分長(zhǎng)久，當(dāng)水庫在經(jīng)受風(fēng)吹日曬等自然因素的沖擊后，水庫當(dāng)中的建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)老化，政府部門也沒有對(duì)水庫設(shè)備進(jìn)行有效管理。所以，盡管大部分小型水庫存在很多問題，依舊沒有足夠的人力物力來對(duì)整個(gè)水庫進(jìn)行一個(gè)維修和改造，最終造成小型病險(xiǎn)水庫出現(xiàn)老化問題。

（3）小型水庫建設(shè)質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，我國大多數(shù)小型水庫，基本上都是在20 世紀(jì)60 年代建造的，當(dāng)時(shí)中國社會(huì)水平還達(dá)不到要求，技術(shù)發(fā)展尚不成熟，大多部分的水庫質(zhì)量都無法得到保障。同時(shí)多數(shù)水庫建設(shè)項(xiàng)目沒有得到專業(yè)人員有效規(guī)劃，因此水庫在施工期間所出現(xiàn)的問題也越來越多，再加上當(dāng)時(shí)歷史因素影響，管理人員往往想要盡快完成水庫建設(shè)項(xiàng)目，施工隊(duì)伍也為了趕進(jìn)度，同時(shí)進(jìn)行地質(zhì)勘探、規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工[3]。這種急功近利的做法在不知不覺中為一些小型水庫埋下了許多安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 工程案例分析

浙江省某水庫大壩的面積目前已達(dá)到0.45 km2，水庫設(shè)計(jì)容量總共有20.8 m3，水庫中能儲(chǔ)存的水容量是15.8萬m3，庫容是4.4萬m3，這種小型水庫主要所發(fā)揮出來的作用就是灌溉，整個(gè)灌溉面積可以達(dá)到1 000畝左右。在整個(gè)施工期間所參與到的一共有400 人，該水庫建立時(shí)間是1970 年10 月，于1972 年10 月的時(shí)候完成工作。其中水庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料包含中厚石灰?guī)r砂巖、砂質(zhì)石灰?guī)r和頁巖。

壩體及壩肩存在的問題評(píng)價(jià)如下。（1）壩體貫通安全評(píng)價(jià)。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這一水庫的高水位低于海拔1 249 m時(shí)能夠滲入到壩面，盛水面積已經(jīng)達(dá)到了200 m2，滲水量約1.0 L/s，施工人員精準(zhǔn)計(jì)算之后，整個(gè)水庫的水位在1 253 m3，壩體入滲流量計(jì)算為5.96×104m3/s·m，整個(gè)過程中，計(jì)算逃生海拔是1 246.4 m3，在此期間如果水位為1 249.5 m3，整個(gè)壩體的入滲寬度流量已經(jīng)達(dá)到2.42×104m3/s·m，所計(jì)算出來的逃生海拔是1 243.31 m3。根據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)下游壩坡壩體的逃生點(diǎn)和實(shí)際相比較，前者高于理論值，所以水庫大壩滲透具有不穩(wěn)定性。（2）壩料和填筑質(zhì)量評(píng)價(jià)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，水力傳導(dǎo)率是2.03×10-4～4.03×10-5cm/s，整個(gè)壩體的防滲性能無法得到要求，從現(xiàn)場(chǎng)檢查及測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，整個(gè)壩體所運(yùn)用的材質(zhì)是粉質(zhì)砂質(zhì)粘土，這一材質(zhì)的含水率達(dá)到了25.3%～28.2%，塑性指數(shù)9.0～9.5，液限29.0%～30.5%，0.005 mm粘土含量14%～23%。從以上指標(biāo)可以看出是滿足土壩的實(shí)際需求。當(dāng)海拔1 249 m 以下的壩面出現(xiàn)了滲漏現(xiàn)象，整個(gè)面積大約是200 m2，滲漏量約1.0 L/s。在對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量的過程當(dāng)中，接觸區(qū)有一個(gè)泄漏點(diǎn)WI（高程l 236 m），泄漏量約為2.0～4.5 U/s，下游47 m 處有泄漏點(diǎn)?？梢园l(fā)現(xiàn)整個(gè)大壩的基底并沒有清理干凈，大壩的受壓不均勻，大壩填筑質(zhì)量達(dá)不到要求。（3）水庫大壩抗淹沒的能力無法達(dá)到要求，淹沒排放設(shè)施的量不夠，經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算，每5年能夠應(yīng)對(duì)洪水只有一次。（4）當(dāng)排水管進(jìn)水的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，整個(gè)管道是無法正常排水的，管道展現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)也無法體現(xiàn)出來。

根據(jù)上述所提到的問題，水庫長(zhǎng)時(shí)間的蓄水受到了一定的限制，沒有辦法正常發(fā)揮出來，給居民帶來了安全隱患，需要提出有效解決方案。2009 年期間，相關(guān)人員就實(shí)施了水庫加固工程，其主要的建設(shè)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：（1）大壩的上下游面，壩頂出現(xiàn)修復(fù)工作，讓整個(gè)壩體的適應(yīng)性以及穩(wěn)定性可以達(dá)到要求；（2）改造一個(gè)能夠讓洪水流量滿足的管道；（3）整個(gè)壩體的防滲工作要處理到位，通過壩體灌漿來進(jìn)行有效解決；（4）排水管的出入口，需要及時(shí)修復(fù)，以此來解決排水設(shè)施出現(xiàn)漏水問題；（5）水庫以及其他防汛設(shè)備需要重新建立，在2013 年期間，這一工程開始運(yùn)行，在2014 年的時(shí)候，高水位運(yùn)行，整個(gè)工程的洪水以及運(yùn)行順利。小型水庫建設(shè)是影響著國民經(jīng)濟(jì)及人們生活質(zhì)量的主要保障，如果水庫出現(xiàn)問題，造成的后果十分嚴(yán)重。所以對(duì)于危險(xiǎn)的水庫，需要進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。

從以上的案例中可以發(fā)現(xiàn)，所存在的主要問題有以下幾個(gè)方面。

第一，大壩穩(wěn)定性問題。大部分小型和危險(xiǎn)水庫，由于自身缺乏建筑材料，泥沙堆積水庫淹沒的現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，大壩安全只能通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查及數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此情況下如果施工沒有出現(xiàn)失誤，在進(jìn)行開挖之后，是需要根據(jù)基本情況來確保大壩的穩(wěn)定性。

第二，壩體與壩基之間的滲漏問題。（1）壩基與壩肩之間的滲漏。通常情況下，出現(xiàn)滲漏的主要因素是地質(zhì)條件連接不當(dāng)所引起的，在這期間需要使用幕墻化學(xué)灌漿法。（2）排水設(shè)施有泄漏。主要指的是由于設(shè)施啟閉比較緩慢，排水涵洞斷開或塌陷等因素造成的泄漏，這會(huì)影響到整個(gè)壩體的安全。（3）壩體滲流。出現(xiàn)這一問題的主要因素是由于下游壩坡超出上游壩高位線，實(shí)際值和理論值差距較大，壩體滲漏和壩體的材料也有著很大的關(guān)系。

5 小型病險(xiǎn)水庫的治理措施

5.1 注意材料的選擇

5.1.1 壩殼材料的選擇

壩殼建筑質(zhì)量是確保水庫質(zhì)量得到保證的一個(gè)前提和基礎(chǔ)。所以，對(duì)于其材料的挑選必須要謹(jǐn)慎起來，水庫管理期間，必須要按照國家的要求來進(jìn)行挑選，在挑選材料的過程中，也需要考慮到水庫自身的主要功能，選擇一些排水性能比較好的壩殼材料是能夠確保整個(gè)水庫的質(zhì)量，讓水庫的使用壽命也可以延長(zhǎng)起來。

5.1.2 選擇反濾材料

在對(duì)病險(xiǎn)水庫進(jìn)行處理的過程當(dāng)中，反濾材料也要謹(jǐn)慎挑選，整個(gè)材料的挑選過程中要根據(jù)水庫的真實(shí)狀況來進(jìn)行篩選，選用的反濾材料盡可能堅(jiān)硬緊密，要確保水庫處理符合標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 提高防洪和標(biāo)準(zhǔn)施工技術(shù)

水庫治理過程中，施工技術(shù)的提高可以保證其質(zhì)量。對(duì)施工技術(shù)也要進(jìn)一步完善起來，要使用科學(xué)技術(shù)來對(duì)病險(xiǎn)水庫進(jìn)行有效治理，只有這樣才能夠確保水庫發(fā)揮出最大價(jià)值和作用。水庫施工期間，需要提高壩體的高度來讓調(diào)洪能力有所提高，同時(shí)也可以加深擴(kuò)大管道來提高其泄洪能力。

小型病險(xiǎn)水庫治理過程中，溢洪道在施工初期沒有按照相關(guān)要求進(jìn)行施工，導(dǎo)致溢洪功能無法發(fā)揮作用，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)隱患的增加。對(duì)此要求施工人員需要了解當(dāng)?shù)氐奶卣饕约八畮斓姆篮槟芰?，要確保建設(shè)溢洪道的進(jìn)一步加深[4]。除此之外，對(duì)于洪道施工的真實(shí)狀況，需要在水庫的內(nèi)部增加閘門，確保水庫的防洪能力可以得到有效控制。

5.3 提高水庫防滲施工措施

水庫出現(xiàn)滲漏情況是造成災(zāi)害來臨的主要因素，防曬工作一定要做到位，從目前來看，我國病險(xiǎn)水庫的治理水平還達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，水庫大壩裂縫現(xiàn)象也頻頻出現(xiàn)。從過去的中低土壩一直發(fā)展到現(xiàn)在的高壩，整個(gè)發(fā)展過程中，在對(duì)大壩裂縫進(jìn)行修復(fù)期間，填充灌漿所采用的都是粘土和水泥混合的泥漿[5]。同時(shí)防滲板墻的修復(fù)，也需要采取先進(jìn)的技術(shù)，要確保板墻能夠進(jìn)行無縫鏈接，以此來確保防滲性能的提高，板墻填料為沙土和黏土，修復(fù)深度可達(dá)20 m左右。

5.4 水庫排水施工技術(shù)

通過對(duì)危險(xiǎn)水庫進(jìn)行排水功能的有效控制，可以讓壩體在水中的滲透線能夠有所減少，在此期間壩體所需要承受到的壓力也會(huì)減少，就讓整個(gè)水庫更加穩(wěn)定起來。

5.4.1 貼坡排水

不管水庫是什么狀態(tài)，只要滲透線足夠高，水庫下游的壩殼是土還是礫石，壩基是否透水，可采用坡排水處理，坡頂高度必須高于水庫滲透線溢出點(diǎn)。

5.4.2 壩內(nèi)排水

壩內(nèi)排水技術(shù)的應(yīng)用，主要是處于水庫下游沒有水的情況之下，這一技術(shù)能夠讓壩體內(nèi)部排水系統(tǒng)和堆石進(jìn)行有效的結(jié)合，之后再進(jìn)行一個(gè)反向包裝，整個(gè)水庫的下游，需要從壩腳進(jìn)行，讓壩體和壩基之間的接觸面能夠連接起來，使其水平深入整個(gè)壩體內(nèi)部中，而對(duì)于具體的長(zhǎng)度，也需要根據(jù)壩體的真實(shí)情況來進(jìn)行有效計(jì)算[6]。

5.5 小型病險(xiǎn)水庫細(xì)節(jié)治理策略

小型病險(xiǎn)水庫的改造環(huán)節(jié)中，還必須留意一些詳細(xì)的處理因素，其中最重要的內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：（1）維護(hù)堤壩構(gòu)造，針對(duì)必須維護(hù)的堤壩，在挑選土壤層時(shí)，需要挑選與其他原材料相同的土壤層，以防止一些不勻稱的地基沉降；（2）壩前水平遮蓋，在水庫上層有礫石層的地區(qū)，應(yīng)鋪裝黏土，避免這種沙石隨水流沖擊；（3）防滲墻的作業(yè)主要選用澆筑混凝土的操作，在工程施工流程中有很多要點(diǎn)須留意，從主導(dǎo)孔的生產(chǎn)制造到導(dǎo)向性墻的基坑開挖和混凝土澆筑，再到各槽段的工程施工，而最后的混凝土澆筑要求施工人員嚴(yán)格執(zhí)行操作方法，保證每步都能達(dá)到現(xiàn)階段水庫的防水層要求，加強(qiáng)最后的防滲墻檢驗(yàn)，避免后面應(yīng)用中產(chǎn)生更嚴(yán)重的問題。

5.6 提升水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的工程對(duì)策

防汛是大壩的主要作用，小型水庫也是如此。針對(duì)一些防汛問題不利的水庫，必須提升水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，具體做法是：（1）提升堤壩；（2）提升溢洪道。這兩種對(duì)策都各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

提升堤壩需要充足時(shí)間和精力，但成效卻并不顯著，中下游水庫的防汛壓力仍較大[7]，具體作業(yè)方式有兩種，一種是在目前堤壩的基礎(chǔ)上直接提升，另一種是在原堤壩背面復(fù)建，可依據(jù)實(shí)際情況提出具體措施。改建溢洪道的方式操作比較簡(jiǎn)單，工程施工量并不大，但會(huì)提升中下游水庫的防汛壓力，乃至導(dǎo)致中下游水庫安全事故，對(duì)此應(yīng)仔細(xì)挑選。根據(jù)現(xiàn)階段情況分析，這兩種方式主要是根據(jù)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)來增強(qiáng)的。

5.7 提升水庫工程施工質(zhì)量的對(duì)策

小型水庫存有的產(chǎn)品質(zhì)量問題，工程施工操作比較復(fù)雜，小型水庫存在問題可能是壩基或壩體。因此類型不同選擇的應(yīng)對(duì)策略也是不同的，具體包含水平層防護(hù)對(duì)策、垂直防水層對(duì)策及輸水管道改造對(duì)策等，都是水庫工程施工質(zhì)量水平提高的重要途徑。

垂直防水層是現(xiàn)在較常用的水庫工程項(xiàng)目對(duì)策之一，具體方式包括以下幾點(diǎn)。

（1）混凝土截滲墻。該辦法適用于不穩(wěn)定的基礎(chǔ)壩，或易滲漏基礎(chǔ)施工，主要選用澆筑混凝土到基礎(chǔ)上的孔，產(chǎn)生全部防水層基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高抗?jié)B等級(jí)性。（2）高壓噴出注漿防水層。該辦法主要是適用由砂礫卵石構(gòu)成的壩基，這類壩基不但防滲特性差，非常容易塌陷和脫落，所以必須采用一些對(duì)策結(jié)構(gòu)加固，高壓噴出注漿可以切實(shí)解決這個(gè)問題，選用高壓轉(zhuǎn)動(dòng)噴出的方式噴出基礎(chǔ)下的砂礫卵石，使其凝固產(chǎn)生較強(qiáng)、密實(shí)度高的樁，加強(qiáng)防水層效果。該方式還具備工程施工簡(jiǎn)易、相對(duì)性劃算的優(yōu)勢(shì)。（3）抗撥注漿防水層。該辦法主要是適用以上兩類方式無法處理的粉細(xì)砂和黏土層基礎(chǔ)。首要目標(biāo)是土壤層和地質(zhì)構(gòu)造，隨后注漿，并將其相互連接，以做到防水的目標(biāo)。除此之外，因?yàn)榭箵苋^程中的壓力，整個(gè)基礎(chǔ)獲得了結(jié)構(gòu)加固[8]。

6 結(jié)語

總體而言，我國許多小型病險(xiǎn)水庫的治理形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，常見的病險(xiǎn)類型包含水庫兩岸倉庫案例不穩(wěn)定、水庫運(yùn)行管理落后、水庫初期施工質(zhì)量差等現(xiàn)象，不僅容易導(dǎo)致小型水庫存在洪水排放和防澇功能的局限性，水庫設(shè)施老化還會(huì)帶來嚴(yán)重水庫隱患，威脅到人們生命財(cái)產(chǎn)安全。相關(guān)水利行政管理部門必須及時(shí)解決這些問題，農(nóng)業(yè)是我國的基本產(chǎn)業(yè)，水庫對(duì)維持農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義，有關(guān)部門必須加強(qiáng)水庫管理，采取多種方法逐一解決小型病險(xiǎn)水庫的治理問題，提高水庫工程整體施工質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)水庫健康平穩(wěn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。