金沙水库改建方案比选

程瑞瑞

（临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000）

1 工程概况

金沙水库位于侯马市金山村南2km的紫金山大水沟内，属汾河流域浍河支流，是一座以防洪为主、兼顾灌溉的小（二）型水库，控制流域面积3.04km2，总库容12.67万m3，设计灌溉面积66.7hm2。水库由浆砌石重力坝、开敞式溢洪道、无压泄洪洞、放水卧管4部分组成。

水库大坝为砌石重力坝，坝顶高程679.21m，坝高19.8m，坝顶长39.7m，宽2.77m，上游坝坡1∶0.25，下游坝坡分三级：高程679.21～678.41m之间坝坡为1∶0，在高程678.41m处设1.37m宽的马道；高程678.41～675.41m之间为直墙；高程675.41m以下坝坡为1∶0.5。泄洪洞位于坝底中部，由进水闸、洞身两部分组成，进口高程662.59m，设木制平板闸门控制，泄洪洞为无压洞，断面为圆拱直墙式，洞宽1.2m、高1.7m。溢洪道位于大坝右侧，为开敞式溢洪道，浆砌石结构。放水卧管位于库区右侧，管身为浆砌石矩形断面，宽0.65m、高0.68m。

2 除险加固改造设计

2011年8月，临汾市水利局对金沙水库进行了大坝安全鉴定，发现金沙水库存在以下问题：一是水库抗洪能力不能满足20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核的标准。造成这一问题的原因主要是水库经过几十年的运行，淤积面高程达667.91m，淤积库容达3.54万m3，平均年淤积0.093万m3。二是大坝迎水面砌石勾缝脱落，局部损坏，大坝背水面下部及坝肩渗水严重。三是泄洪洞前积物将进口淤堵，闸门无法打开，不能正常运行，水闸长年失修，放水设施损坏严重，影响正常泄洪。四是上坝道路为崎岖山路，交通不便。五是水库无供电线路及管理、观测等设施。六是水库无管理房。

通过组织勘察、测量、设计提出一个初步设计方案：对大坝上游坝坡及左右坝肩进行防渗处理，长65m；改建泄洪洞、溢洪道、取水卧管；新建上坝道路和管理房50m2。其后专家对初步设计进行审查，发现设计存在一些问题，因此对设计方案进行了修改，重新制定第二个设计方案，其工程内容包括大坝及溢流设施改造，输水卧管修复，新建上坝道路和管理站。

3 方案比选

初步设计方案是根据金沙水库现存的工程设施及存在问题，逐一对砌石重力坝、开敞式溢洪道、泄洪洞、放水卧管等进行改造设计。一是针对大坝现状坝体、左右坝肩存在渗漏，不能满足坝体防渗要求的问题，在坝体上游面设置钢筋混凝土防渗面板，坝基开挖至新鲜基岩并浇注钢筋混凝土防渗面板。去除左右坝肩地基表层的覆盖层、坡积物、强风化岩石，在其上设钢筋混凝土防渗面板。二是针对泄洪洞进水闸长年失修，放水设施损坏严重，不能正常泄洪和输水灌溉的问题，重新计算得泄洪洞设计泄洪流量为23.54m3/s，校核泄洪流量为24.75m3/s，之后对泄洪洞进口水闸进行改造，将原来的木制平板闸门改为平板钢闸门，然后通过钢筋混凝土无压洞与现状泄洪洞连接，增设启闭设备及启闭机房和新建钢筋混凝土工作桥。三是将现状溢洪道全部拆除重建，溢洪道进口底高程下切1m，以现状溢洪道为中心线，向右侧拓宽至8m。设计洪水位时最大泄量3.07m3/s，校核流量42.15m3/s，改造后校核泄量66.9m3/s。四是改建取水卧管，并新建上坝道路。

第二个方案是根据浆砌石重力坝的特点，对金沙水库现存的工程做了部分取舍，并重新进行了工程布置。其与初步设计的主要区别是：

一是对大坝结合溢流设施进行设计，把大坝分为溢流坝和非溢流坝两部分，放弃原溢洪道方案，将原有的溢洪道进行封堵处理并与大坝非溢流结合，将其变为非溢流坝段的一部分。根据下游河道地形、地质条件，把溢流坝布置在大坝中部的主河槽段，坝顶为原坝顶高程679.21m，长15m，设计洪水位时最大泄量27.87m3/s，校核洪水位时最大泄量60.20m3/s，溢流坝上游面与非溢流坝段协调一致，下游与非溢流坝之间通过导墙隔开；非溢流坝段坝顶高程加高至681.71m，左右坝段长分别为12.5m和12.2m，上游坝坡不变，下游坝坡培厚，坡比由1∶0.5变为1∶0.7；结合坝体防渗，在坝体上游面设置混凝土防渗面板，防渗面板厚650mm，并对设计断面进行稳定计算。溢流坝段的溢流设施为开敞式溢流堰，分为2孔，每孔净宽6m，中墩宽1m，边墩宽1m，墩头上、下游侧为半圆型，墩顶高程681.41m。墩顶设钢筋混凝土现浇梁板结构交通桥与两侧坝顶连接。

二是把原有取水卧管维修改造与泄洪洞结合在一起，将泄洪洞改为输水洞，其中现状泄洪洞位于大坝中部左侧，由于进口控制设施已损坏，设计将现状进口控制设施拆除，并采用C25S4D100混凝土封堵，由于泄洪洞兼有灌溉输水功能，对现状洞内衬壁厚15mm、直径1000mm的钢管；把位于大坝右侧灌溉取水建筑物取水卧管与泄洪洞衔接，维修输水卧管，卧管矩形断面长52m，宽0.6m，深0.4m，为混凝土结构，管顶高程676.71m，底高程663.23m。上部为台阶状，分16级，阶高根据坡度从上到下确定为0.576m，0.798m，1.019m，0.956m，阶长1.0m。正常蓄水位以下每级设一个取水孔，共16个，设直径0.3m的钢制塞。顶厚200mm，管底厚300mm。

从上述两方案可以看出：第一个设计方案没有对原有工程及设计方案的总体布置进行合理性分析，单纯对原有工程进行了修补，没有针对水库型式和特点进行设计。第二个方案在充分考虑金沙水库工程特点和实际情况下，对原有工程进行了合理化改造。与方案一相比，方案二无论从设计的总体思路还是严谨性和科学性来说都有很大提高。

4 思考及建议

通过对金沙水库改造过程中前后两个方案进行比选，建议在改造病险情小水库时，应避免以下问题：

第一，设计人员对小水库改造重视程度不够。金沙水库改造初步设计方案明显受到了原有工程的影响，设计思路含糊不清，设计思路过于简单和趋同，没有进行方案比较，并且忽视了针对现状水工建筑物特点和型式进行设计的原则。

第二，设计人员存在重视解决技术问题、轻视工程总体设计的现象。金沙水库改造初步设计时，没有对现状工程存在的问题进行科学研究和探讨就对水库出现的技术问题进行改造，缺乏对工程总体设计的科学性思考和把握，没有结合工程特点制定一个合理的改造方案。

第三，对小型水库存在的具体问题认识不清，采取的工程措施不当。如在使金沙水库达到相应设计标准的同时，对如何提高其调蓄洪功能，增加工程效益重视不够，采取的具体工程措施不尽合理。

为此，在今后的病险情小水库改造设计中，设计人员应加强对病险情小水库改造设计的重视程度和合理化分析，真正做到严谨、科学、合理。