小海子水庫大壩運行安全的分析與思考

梁江梅，侯 奔

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第三師圖木舒克市水利工程管理服務(wù)中心，新疆 圖木舒克 843900；2.山東省調(diào)水工程運行維護中心濱州分中心，山東 濱州 256600）

1 水庫概況

新疆第三師小海子水庫始建于1959 年，位于喀什地區(qū)巴楚縣縣城東南方25 km 處的麻扎山下，水庫西臨巴楚縣縣城，北面與巴楚縣勝利鄉(xiāng)、恰瓦克鄉(xiāng)接壤，是葉爾羌河中游的一座大型攔河式平原水庫，是以灌溉為主、兼顧防洪的大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，主要水工建筑物級別為2 級。

小海子水庫主要依靠葉爾羌河上的末級（第6級）引水樞紐-艾里克塔木進水閘攔蓄葉河7～9 月渲泄的洪水。1959～2013 年間小海子水庫艾里克塔木渠首處為無閘引水，2014 年6 月小海子水庫進水閘建成運行后，通過小海子水庫進水閘引水。1999～2017年間多年平均從葉河引水量為12.18 億m3（48 團渡口斷面）、多年平均水庫年蓄水量為5.26 億m3、多年平均年灌溉配水量為6.87 億m3。設(shè)計水位水面面積147 km2，設(shè)計灌溉面積8.33 萬hm2(125 萬畝)。小海子水庫原設(shè)計總庫容5.0 億m3，水庫于2006年完成除險加固，加固后主要指標為：壩線總長為25.45 km，其中：南壩主壩11.8 km，副壩0.45 km，北壩主壩13.20 km，水庫最大壩高14 m，一般壩高4～6 m，設(shè)計壩頂高程1 117.20 m，壩頂寬3 m，壩型為碾壓式均質(zhì)低液限粉土壩和均質(zhì)黏土心墻壩。設(shè)計水位1 115.50 m，相應(yīng)庫容為3.91 億m3、水面面積為147 km2，設(shè)計死水位為1 110.52 m,相應(yīng)死庫容1.30 億m3。

2 歷次重大改建、擴建和加固等情況

自1959 年小海子水庫始建至今，水庫歷經(jīng)2 次擴建、3 次加固。具體情況如下：

1959 年～1965 年完成水庫第一期工程，庫容達到2.5 億m3；1970 年～1975 年完成第一次擴建，庫容達到4 億m3；1979 年～1984 年完成第二次擴建，庫容達到5.0 億m3。南、北放水閘兼泄洪閘按5 億m3標準于1960 年一次完成。

1991 年～1993 年完成水庫第一次除險加固，1997 年～1998 年完成水庫第二次除險加固，2002 年～2005 年完成水庫第三次除險加固。

2013 年7 月分別對小海子水庫南閘、北閘進行應(yīng)急度汛加固，2014 年6 月完成艾里克塔木樞紐小海子水庫進水閘修建，2016 年7 月完成小海子水庫南閘的拆除重建，2017 年7 月完成小海子水庫北閘的拆除重建。

3 大壩運行狀況和存在問題

3.1 大壩運行狀況

小海子水庫的主要水源是葉爾羌河，水庫多年平均調(diào)節(jié)水量11.5 億m3，蓄水期集中在7、8、9 三個月。小海子水庫的調(diào)度運行為三庫(小海子水庫、永安壩南、北庫)聯(lián)合運作，保證水庫工程安全，按照整體照顧局部、防洪兼顧興利、統(tǒng)一領(lǐng)導全面安排的原則，把災(zāi)害降低到最小范圍[1]。

表1 水庫工程特性表

初洪期以滿足灌區(qū)灌溉用水需求為主，來水從前?？偢汕{(diào)水入灌區(qū)為主，多余水量先蓄小海子水庫。

平枯年份，除滿足灌區(qū)灌溉用水需要外，先蓄滿小海子水庫，再考慮蓄永安壩北庫，永安壩南庫可不蓄水或蓄少量水以供44 團南線灌溉用水。

豐水年份，汛期中前期要預(yù)留一定的防洪庫容(8 月25 日前)，后期逐漸蓄滿三庫,多余水量通過渠首泄洪閘與水庫泄洪閘適時泄流，保證水庫工程絕對安全。

第三師小海子灌區(qū)有3 座水庫，分別為小海子水庫、永安壩南庫、永安壩北庫(以下簡稱“三庫”),“三庫”地理位置關(guān)系是：小海子水庫在永安壩南、北庫的上游，相距約30 km，永安壩南、北庫處于下游，兩庫以巴唐公路相隔。3 座水庫洪水期間泄洪方式為：根據(jù)洪水預(yù)警，一般在小海子水庫庫容達到1.5 億m3(對應(yīng)小海子水庫水位1 113.5 m)時，小海子水庫開始泄洪。具體方式為小海子水庫開啟南北泄洪閘，通過蓋米里克河及沙河將洪水泄入永安壩南北庫，南庫通過永安壩南庫閘直接泄入葉河干流，北庫通過夏可河泄洪閘泄入夏可河，最后泄入葉爾羌河干流。

3.2 工程存在的主要的問題

3.2.1 大壩的變形

小海子水庫建庫以來已運行63 年，在運行過程中南壩0+600～1+700 處防浪墻有8 處裂縫，北壩0+100～5+000 壩頂防浪墻部分存在40 多處破損與裂縫，南壩副壩每年受冰推破壞影響嚴重，上游堆石護坡大面積損壞，壩面出現(xiàn)滑坡與裂縫，壩頂防浪墻明顯傾斜變形，寬度多在0.1～0.3 mm 之間，此外在防浪墻頂端還有一些不規(guī)則裂紋，這些裂紋呈不規(guī)則狀，深度和寬度一般較小，規(guī)模很小且未發(fā)展[2]。

裂縫產(chǎn)生的原因是大壩下游水位較低,當庫水位上升較快或長期承受高水位運行時,大壩承受的水頭差較大,由于壩體底部墊層及筑壩土料透水性不均勻,滲透壓也不均勻,壩體在不均勻的滲透水壓力的作用下，產(chǎn)生不均勻沉降，導致裂縫的產(chǎn)生。

3.2.2 大壩的滲流形態(tài)

從大壩埋設(shè)測壓管的觀察成果來分析2006 年與2019 年南壩線和北壩線測壓管數(shù)據(jù)對比：南壩0+000～3+000 斷面位于防滲墻后的2 號測壓管水位較防滲墻前的1 號測壓管水位有較為明顯的降低，水位線有明顯折減，位勢下降了近30%～40%（表2），表明南壩0+000～0+100 壩段定噴墻深入到基巖,其防滲效果明顯，南壩 0+100～3+600 壩段防滲墻深12 m，其對降低壩體浸潤線作用也較為明顯。由于南壩段3+600～7+800 壩段水泥攪拌樁深8 m，較0+000～3+600 壩段淺4 m，南壩段4+000 和5+000斷面1 號和2 號測壓管水位較為接近，水位線未有明顯折減；對比庫水位1 115.50 m 時各觀測斷面壩腳處4 號測壓管水位可以看出，3+000 斷面最高為1 113.20，0+000～2+000 斷面為1 112.11～1 112.51 m，4+000～5+000 斷面為1 112.91～1 113.01 m，防滲墻較淺的壩段壩后水位要高于防滲墻較深的壩段壩后水位約0.40 m；總體上看,南壩段各斷面測壓管反映了大壩防滲墻能有效降低壩后水位，并且也反映了防滲墻的深淺對壩后水位的影響。2019 年新增測壓管數(shù)據(jù)與2006 年系列相比較，滲流壓力分布規(guī)律基本一致,滲流性態(tài)無明顯變化。

表2 庫水位 1 115.50 m 時南壩各觀測斷面測壓管水位及位勢統(tǒng)計表

北壩段0+000 斷面和1+000 斷面4 號測壓管水位分別為1 111.74 m 和1 111.98 m，水位較低，2+000～8+000 斷面4 號測壓管水位相對較高，為1 112.95～1 113.67 m，其中8+000 斷面最高；當庫水位達正常蓄水位1 115.50 m 時,北壩2+000 斷面、北壩4+000～8+000 斷面位于壩后約50 m 處的5 號測壓管滿水,表明壩后50 m 處地面可能存在積水，這與2004 年9 月《第三師小海子水庫除險加固工程蓄水安全鑒定報告》中提出的現(xiàn)場檢查情況，即水庫高水位運行期局部壩段距壩后坡腳50 m 左右地面積水現(xiàn)象較為普遍一致；通過對比，各斷面1 號～4 號測壓管水位變幅普遍呈依次降低的趨勢,符合滲流規(guī)律，反映了水頭自上游到下游逐漸消減的趨勢。

北壩0+000 斷面和1+000 斷面防滲墻深分別深入12 m 和18 m，防滲墻后的2 號測壓管水位較防滲墻前1 號測壓管水位降低較為明顯，位勢分別下降了65%～78%,北壩 2+000 斷面～7+000 斷面防滲墻后的2 號測壓管水位為1 113.03～1 113.76 m，相對較高,北壩8+000 斷面防滲墻深8 m，其2 號測壓管水位為1 113.94 m，為北壩段各觀測斷面2 號測壓管中的最高值，反映防滲墻深度對壩后水位有較明顯的影響，防滲墻越深，壩后水位則越低。北壩段各斷面測壓管觀測資料反映了大壩防滲墻總體上能降低壩后水位，但不同防滲措施起到的防滲效果不同，混凝土防滲墻防滲效果最好，水泥漿定噴墻效果次之，水泥攪拌樁防滲性能較弱。

4 大壩安全分析

4.1 大壩變形的安全分析

壩體經(jīng)多年沉降固結(jié)，沉降變形已基本穩(wěn)定；已發(fā)現(xiàn)的壩體壩基防滲薄弱部位經(jīng)灌漿處理后，施工檢測結(jié)果滿足設(shè)計和規(guī)范要求，觀測正常；對壩體縱向裂縫采用壩后戧臺加重處理符合規(guī)范要求；壩頂、上游護坡、壩后干排等結(jié)構(gòu)總體完好，排水設(shè)施基本完善，北壩 4+000～8+000 壩段壩后區(qū)域高水位下存在積水，現(xiàn)狀工程質(zhì)量基本合格。

4.2 大壩滲流形態(tài)的安全分析

經(jīng)除險加固防滲處理后,大壩滲流場已趨于穩(wěn)定，大壩浸潤線變化規(guī)律正常。南、北壩測壓管觀測資料分析表明位于防滲墻后的2 號測壓管位勢都較低,反映防滲墻對降低下游水位作用較為明顯，由于壩基為巨厚層透水層,防滲墻最深達18 m（高程1 099.20 m）,未截到相對不透水層,下游與上游庫水的水力聯(lián)系依然較為密切，當庫水位達正常蓄水位1 115.50 m 時,北壩4+000～8+000 斷面位于壩后約50 m處的5號測壓管滿水,且壩后地面存在積水。

5 建議

經(jīng)過現(xiàn)場安全檢查，對大壩變形和滲流形態(tài)的安全分析，提出針對性的解決問題的建議措施：①加強大壩變形觀測,對南、北壩壩頂防浪墻存在的變形裂縫進行修復(fù),并隨大壩變形的進一步發(fā)展,建議經(jīng)常性的開展大壩安全監(jiān)測工作,對大壩進行結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定復(fù)核,及時處理工程運行中發(fā)現(xiàn)的安全隱患[3]；②對北壩4+000～8+000 壩后積水區(qū)域進行回填處理。建議做好壩后的排水,盡量減少表面滲透水,降低浸潤線水位；③建議對南壩線、北壩線大壩滲流、變形監(jiān)測設(shè)施實現(xiàn)監(jiān)測自動化管理系統(tǒng),對大壩觀測資料進一步整理分析，提升管理水平；④由于南、北壩線較長及泄輸水建筑物較多，運行中應(yīng)加強巡視檢查和監(jiān)測資料整編分析，發(fā)現(xiàn)問題及時處理[4]。

6 結(jié)語

2020 年對大壩進行安全鑒定，大壩為三類壩，從鑒定的各項成果分析,目前工程存在一定程度的安全隱患。為確保水庫運行安全需盡快研究編制除險加固方案，及時采取補強措施，消除安全隱患，工程完成后，重新進行安全鑒定；進一步加強管理,完善有關(guān)工作制度，完善預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，努力提高現(xiàn)代化管理水平,目前小海子水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)正在實施之中,通過加強大壩監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)和解決工程隱患,確保工程安全運行,發(fā)揮水庫更大效益。