小海子水库大坝运行安全的分析与思考

梁江梅，侯 奔

（1.新疆生产建设兵团第三师图木舒克市水利工程管理服务中心，新疆 图木舒克 843900；2.山东省调水工程运行维护中心滨州分中心，山东 滨州 256600）

1 水库概况

新疆第三师小海子水库始建于1959 年，位于喀什地区巴楚县县城东南方25 km 处的麻扎山下，水库西临巴楚县县城，北面与巴楚县胜利乡、恰瓦克乡接壤，是叶尔羌河中游的一座大型拦河式平原水库，是以灌溉为主、兼顾防洪的大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，主要水工建筑物级别为2 级。

小海子水库主要依靠叶尔羌河上的末级（第6级）引水枢纽-艾里克塔木进水闸拦蓄叶河7～9 月渲泄的洪水。1959～2013 年间小海子水库艾里克塔木渠首处为无闸引水，2014 年6 月小海子水库进水闸建成运行后，通过小海子水库进水闸引水。1999～2017年间多年平均从叶河引水量为12.18 亿m3（48 团渡口断面）、多年平均水库年蓄水量为5.26 亿m3、多年平均年灌溉配水量为6.87 亿m3。设计水位水面面积147 km2，设计灌溉面积8.33 万hm2(125 万亩)。小海子水库原设计总库容5.0 亿m3，水库于2006年完成除险加固，加固后主要指标为：坝线总长为25.45 km，其中：南坝主坝11.8 km，副坝0.45 km，北坝主坝13.20 km，水库最大坝高14 m，一般坝高4～6 m，设计坝顶高程1 117.20 m，坝顶宽3 m，坝型为碾压式均质低液限粉土坝和均质黏土心墙坝。设计水位1 115.50 m，相应库容为3.91 亿m3、水面面积为147 km2，设计死水位为1 110.52 m,相应死库容1.30 亿m3。

2 历次重大改建、扩建和加固等情况

自1959 年小海子水库始建至今，水库历经2 次扩建、3 次加固。具体情况如下：

1959 年～1965 年完成水库第一期工程，库容达到2.5 亿m3；1970 年～1975 年完成第一次扩建，库容达到4 亿m3；1979 年～1984 年完成第二次扩建，库容达到5.0 亿m3。南、北放水闸兼泄洪闸按5 亿m3标准于1960 年一次完成。

1991 年～1993 年完成水库第一次除险加固，1997 年～1998 年完成水库第二次除险加固，2002 年～2005 年完成水库第三次除险加固。

2013 年7 月分别对小海子水库南闸、北闸进行应急度汛加固，2014 年6 月完成艾里克塔木枢纽小海子水库进水闸修建，2016 年7 月完成小海子水库南闸的拆除重建，2017 年7 月完成小海子水库北闸的拆除重建。

3 大坝运行状况和存在问题

3.1 大坝运行状况

小海子水库的主要水源是叶尔羌河，水库多年平均调节水量11.5 亿m3，蓄水期集中在7、8、9 三个月。小海子水库的调度运行为三库(小海子水库、永安坝南、北库)联合运作，保证水库工程安全，按照整体照顾局部、防洪兼顾兴利、统一领导全面安排的原则，把灾害降低到最小范围[1]。

表1 水库工程特性表

初洪期以满足灌区灌溉用水需求为主，来水从前海总干渠调水入灌区为主，多余水量先蓄小海子水库。

平枯年份，除满足灌区灌溉用水需要外，先蓄满小海子水库，再考虑蓄永安坝北库，永安坝南库可不蓄水或蓄少量水以供44 团南线灌溉用水。

丰水年份，汛期中前期要预留一定的防洪库容(8 月25 日前)，后期逐渐蓄满三库,多余水量通过渠首泄洪闸与水库泄洪闸适时泄流，保证水库工程绝对安全。

第三师小海子灌区有3 座水库，分别为小海子水库、永安坝南库、永安坝北库(以下简称“三库”),“三库”地理位置关系是：小海子水库在永安坝南、北库的上游，相距约30 km，永安坝南、北库处于下游，两库以巴唐公路相隔。3 座水库洪水期间泄洪方式为：根据洪水预警，一般在小海子水库库容达到1.5 亿m3(对应小海子水库水位1 113.5 m)时，小海子水库开始泄洪。具体方式为小海子水库开启南北泄洪闸，通过盖米里克河及沙河将洪水泄入永安坝南北库，南库通过永安坝南库闸直接泄入叶河干流，北库通过夏可河泄洪闸泄入夏可河，最后泄入叶尔羌河干流。

3.2 工程存在的主要的问题

3.2.1 大坝的变形

小海子水库建库以来已运行63 年，在运行过程中南坝0+600～1+700 处防浪墙有8 处裂缝，北坝0+100～5+000 坝顶防浪墙部分存在40 多处破损与裂缝，南坝副坝每年受冰推破坏影响严重，上游堆石护坡大面积损坏，坝面出现滑坡与裂缝，坝顶防浪墙明显倾斜变形，宽度多在0.1～0.3 mm 之间，此外在防浪墙顶端还有一些不规则裂纹，这些裂纹呈不规则状，深度和宽度一般较小，规模很小且未发展[2]。

裂缝产生的原因是大坝下游水位较低,当库水位上升较快或长期承受高水位运行时,大坝承受的水头差较大,由于坝体底部垫层及筑坝土料透水性不均匀,渗透压也不均匀,坝体在不均匀的渗透水压力的作用下，产生不均匀沉降，导致裂缝的产生。

3.2.2 大坝的渗流形态

从大坝埋设测压管的观察成果来分析2006 年与2019 年南坝线和北坝线测压管数据对比：南坝0+000～3+000 断面位于防渗墙后的2 号测压管水位较防渗墙前的1 号测压管水位有较为明显的降低，水位线有明显折减，位势下降了近30%～40%（表2），表明南坝0+000～0+100 坝段定喷墙深入到基岩,其防渗效果明显，南坝 0+100～3+600 坝段防渗墙深12 m，其对降低坝体浸润线作用也较为明显。由于南坝段3+600～7+800 坝段水泥搅拌桩深8 m，较0+000～3+600 坝段浅4 m，南坝段4+000 和5+000断面1 号和2 号测压管水位较为接近，水位线未有明显折减；对比库水位1 115.50 m 时各观测断面坝脚处4 号测压管水位可以看出，3+000 断面最高为1 113.20，0+000～2+000 断面为1 112.11～1 112.51 m，4+000～5+000 断面为1 112.91～1 113.01 m，防渗墙较浅的坝段坝后水位要高于防渗墙较深的坝段坝后水位约0.40 m；总体上看,南坝段各断面测压管反映了大坝防渗墙能有效降低坝后水位，并且也反映了防渗墙的深浅对坝后水位的影响。2019 年新增测压管数据与2006 年系列相比较，渗流压力分布规律基本一致,渗流性态无明显变化。

表2 库水位 1 115.50 m 时南坝各观测断面测压管水位及位势统计表

北坝段0+000 断面和1+000 断面4 号测压管水位分别为1 111.74 m 和1 111.98 m，水位较低，2+000～8+000 断面4 号测压管水位相对较高，为1 112.95～1 113.67 m，其中8+000 断面最高；当库水位达正常蓄水位1 115.50 m 时,北坝2+000 断面、北坝4+000～8+000 断面位于坝后约50 m 处的5 号测压管满水,表明坝后50 m 处地面可能存在积水，这与2004 年9 月《第三师小海子水库除险加固工程蓄水安全鉴定报告》中提出的现场检查情况，即水库高水位运行期局部坝段距坝后坡脚50 m 左右地面积水现象较为普遍一致；通过对比，各断面1 号～4 号测压管水位变幅普遍呈依次降低的趋势,符合渗流规律，反映了水头自上游到下游逐渐消减的趋势。

北坝0+000 断面和1+000 断面防渗墙深分别深入12 m 和18 m，防渗墙后的2 号测压管水位较防渗墙前1 号测压管水位降低较为明显，位势分别下降了65%～78%,北坝 2+000 断面～7+000 断面防渗墙后的2 号测压管水位为1 113.03～1 113.76 m，相对较高,北坝8+000 断面防渗墙深8 m，其2 号测压管水位为1 113.94 m，为北坝段各观测断面2 号测压管中的最高值，反映防渗墙深度对坝后水位有较明显的影响，防渗墙越深，坝后水位则越低。北坝段各断面测压管观测资料反映了大坝防渗墙总体上能降低坝后水位，但不同防渗措施起到的防渗效果不同，混凝土防渗墙防渗效果最好，水泥浆定喷墙效果次之，水泥搅拌桩防渗性能较弱。

4 大坝安全分析

4.1 大坝变形的安全分析

坝体经多年沉降固结，沉降变形已基本稳定；已发现的坝体坝基防渗薄弱部位经灌浆处理后，施工检测结果满足设计和规范要求，观测正常；对坝体纵向裂缝采用坝后戗台加重处理符合规范要求；坝顶、上游护坡、坝后干排等结构总体完好，排水设施基本完善，北坝 4+000～8+000 坝段坝后区域高水位下存在积水，现状工程质量基本合格。

4.2 大坝渗流形态的安全分析

经除险加固防渗处理后,大坝渗流场已趋于稳定，大坝浸润线变化规律正常。南、北坝测压管观测资料分析表明位于防渗墙后的2 号测压管位势都较低,反映防渗墙对降低下游水位作用较为明显，由于坝基为巨厚层透水层,防渗墙最深达18 m（高程1 099.20 m）,未截到相对不透水层,下游与上游库水的水力联系依然较为密切，当库水位达正常蓄水位1 115.50 m 时,北坝4+000～8+000 断面位于坝后约50 m处的5号测压管满水,且坝后地面存在积水。

5 建议

经过现场安全检查，对大坝变形和渗流形态的安全分析，提出针对性的解决问题的建议措施：①加强大坝变形观测,对南、北坝坝顶防浪墙存在的变形裂缝进行修复,并随大坝变形的进一步发展,建议经常性的开展大坝安全监测工作,对大坝进行结构安全稳定复核,及时处理工程运行中发现的安全隐患[3]；②对北坝4+000～8+000 坝后积水区域进行回填处理。建议做好坝后的排水,尽量减少表面渗透水,降低浸润线水位；③建议对南坝线、北坝线大坝渗流、变形监测设施实现监测自动化管理系统,对大坝观测资料进一步整理分析，提升管理水平；④由于南、北坝线较长及泄输水建筑物较多，运行中应加强巡视检查和监测资料整编分析，发现问题及时处理[4]。

6 结语

2020 年对大坝进行安全鉴定，大坝为三类坝，从鉴定的各项成果分析,目前工程存在一定程度的安全隐患。为确保水库运行安全需尽快研究编制除险加固方案，及时采取补强措施，消除安全隐患，工程完成后，重新进行安全鉴定；进一步加强管理,完善有关工作制度，完善预测预报系统，努力提高现代化管理水平,目前小海子水库大坝安全监测自动化系统正在实施之中,通过加强大坝监测,及时发现和解决工程隐患,确保工程安全运行,发挥水库更大效益。