内蒙古兴和县三铺水库大坝安全鉴定综合评价

摘 要：本文通过工程实例分析了内蒙古兴和县三铺水库的气象水文工程地质环境及其特点，对水库大坝安全进行了论述，提出了存在的问题，通过对水库各要素安全评价，得出水库大坝的类型并提出结论性意见。

关键词：水库 大坝安全 防洪 投资概算与防洪效益

按照《全国病险水库除险加固规划报告》大纲要求和市水利局及县水务局的安排，依据《水库大坝安全鉴定办法》的规定，县水务局组织各专业技术人员对三铺水库进行现场安全检查。由于该库兴建于1959年，各项技术资料和施工记录都没有保存，这就给水库除险加固前期工作带来了很大的困难，所以我们在进行现场安全检查时，只能根据大坝现状和通过实地调查了解，并讯问有关知情人员，进行现场拍照和查看，对照日常巡视情况进行了详细的测算和核定，针对现状存在的问题进行分析研究，并提出结论性意见。

一、工程概况

三铺水库位于内蒙古乌兰察布市兴和县西部鄂尔栋镇境内，地理位置为东经113°41′45″，北纬40°49′35″，兴和县城西南，距兴和县城约15km，水库坝北端150m有兴和至丰镇公路通过，交通条件十分便利。

工程任务是以防洪为主，兼顾灌溉和养殖业等综合利用的小型水库。

该水库由大坝、输水洞、泄洪道组成。其平面布置为主体坝南北向，主坝左侧，建有一孔输水洞，溢洪道位于主坝右侧。

三铺水库始建于1959年，由县水工队协助当地政府边设计边施工，施工队伍由当时地方政府统一调配，主体工程当年全部竣工，并移交地方政府管理使用。设计标准为二十年一遇，校核标准为五十年一遇。

二、工程地质条件评价

1、气象水文

兴和县地处中纬度内陆，属中温带大陆性季风气候，受蒙古高压大陆性气团和西风带环流大气运动控制，经常遭受寒冷、干燥气团袭击。大陆性气候特征十分明显，主要表现为冬季寒冷而漫长，春秋季短，夏季炎热，雨季集中，日照充足，光能丰富，昼夜温差大，积温高，蒸发强烈，降雨少，干燥多风。

兴和县平均气温为4.2℃，年温差33.7℃，0℃以下长达153d，20℃以上仅有46d。

兴和县干旱缺雨，年平均降水量为409.4mm，年降水日数平均83d。全年降水集中在6～8月份，夏季降雨占全年降水量的70%，春季降水量仅占全年降水量的12%，冬季雨雪稀少，而且日降水量又集中在少数几天里，多为雷阵性暴雨，易形成山洪和内涝，年均洪涝灾达5000hm2。年平均蒸发量为2036.8mm，是年降水量的5倍。

2、地形地貌

工作区内地貌形态较为单一，共包括三种类型，即构造剥蚀低山丘陵地貌、山间平原地貌和洪冲积堆积地貌。三铺水库库区处于构造剥蚀低山丘陵区，地面高987.55～1038.86m之间，山脊呈馒头状，沟谷切割不严重，一般为短浅的冲沟，地面平缓，缓倾向库区。

3、地层岩性条件

本区地层主要由太古界晚期侵入岩、新生界第三系和第四系地层组成。坝基地层主要以粉土②③层及花岗岩④层为主，夹有圆砾夹层，采取3组粉土试样及1组圆砾试样进行室内渗透试验，经室内试验：粉土②层的渗透系数3.7×10-4 cm/s，属中等透水地层，粉土③层的渗透系数2.7×10-5～3.9×10-5 cm/s，属弱透水地层，圆砾的渗透系数4.5×10-2 cm/s，属强透水地层，但由于库区淤积层厚度达2m，渗透系数为3.9×10-5 cm/s ，可以起到一定水平的防渗效果，故坝基可不进行防渗处理，花岗岩④层渗透系数为1.077×10-5 cm/s，属弱透水地层，据现场了解调查，水库坝基未出现过透水现象，因此认为坝基不存在渗透问题。

两坝肩下部为片麻状花岩岩上部为2-3.5m的压实填土，起隔水作用，且与坝基接触良好，不存在绕坝渗漏问题。

溢洪道基础为强风化片麻状花岗岩，岩体较破碎，渗透系数为1.077×10-5 cm/s，需进行防冲刷处理。

4、地质构造和地震

本区大地构造隶属中朝准地台（Ⅰ级构造单元），内蒙地轴（Ⅱ级构造单元），阴山台拱（Ⅲ级构造单元）东侧。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306--2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度Ⅵ度区。

5、水文地质条件

本区属前河水系海河流域，水库大坝建在前河的一个支流上。坝址上游控制流域面积20km2，设计总库容为116万立方米。流域内多为山地丘陵，植被较差，水土流失严重，植被覆盖率仅为20%。地下水类型包括有两种，即基岩裂隙孔隙水和第四系松散层孔隙潜水。基岩裂隙孔隙水主要分布于低山丘陵区的玄武岩、片麻状花岗岩、花岗岩中，此层水分布级不均匀，其补给来源为大气降水，排泄形式为侧向排向第四系松散层或沿裂隙排向下游。第四系松散层孔隙潜水，主要分布在山间盆地和河谷一带，含水层岩性为砂、砂砾石层，一般厚度不大，其补给来源为大气降水和基岩裂隙孔隙水的侧向补给，排泄形式为沿河道以潜流形式排向下游或在地下水位理深较浅的地方产生一部分蒸发。

本区地下水化学类型为HCO3-Na·Ca·Mg型水，经地下水腐蚀性评价，对普通水泥无腐蚀性。

6、库区塌岸及边岸再造

库区地层较为简单，南岸组成岩性为太古界晚期侵入片麻状花岗岩，地表覆盖有厚度小于3m的残坡积粉土夹碎石层，并生长低矮植物，植被稀疏，无倾向库区的软弱夹层和产生滑动的不利结构面，产生塌岸和滑坡的可能性不大。库区北岸组成岩性为太古界晚期侵入花岗岩，上覆盖有厚度小于9m的第四系上新统棕红色粘土（泥岩），地表多为耕植的农田、果园，分布有厚度小于2.5m的含砾粉土层，由于地形坡度较缓，无陡坎和不稳定地质体存在，故库区产生大面积塌岸和边岸再造的可能性不大。但由于两岸地表普遍分布有残坡积松散层，在库水位变幅带可能造成极小范围的边岸变化，对库区无影响。

7、库区淤积

三铺水库库区周边，地形坡度较缓，地表植被稀疏，而在前河上游山区段河道比降较大，所以在强降雨的条件下，库区周边对库区产生轻微的淤积，而前河上游携带的泥砂是库区淤积的主要原因。库区坝前现淤积厚度为1.0-3.0m左右。

8、库区淹没和浸没

前河是本区最低侵蚀基准面，而库区两侧呈缓坡状逐渐抬高，在1354.0m高程以下，无村庄、农田及公路，无工厂企业和文物古迹，所以，库区不存在大面积淹没及浸没问题。

9、库区渗漏

三铺水库两岸为片麻状花岗岩低山丘陵区，未发现有大的断裂构造存在，且无深切冲沟及邻谷存在，山体连续、雄厚，无古河道存在，产生库区渗漏的可能性不大；并且库区南、北岸为缓倾向库区的丘陵区，地层为第三系上新统粘土（泥岩）及太古界晚期侵入花岗岩、片麻状花岗岩，不会产生永久性渗漏。

三、现场存在的问题

1、水库大坝上游护坡由于长期受风浪冲刷和冻融循环作用，凡水面接触部分护坡下滑沉陷，砌石松动，间隙加大，垫层淘刷，损坏面积达600m2，失去护坡作用。

2、大坝背水坡水土流失严重，坝坡风蚀水蚀面积达75%。

3、溢洪道当年只完成30%的工程量，受多年雨水冲蚀及风蚀等因素影响，溢洪道以面目全非，需整体清障拓宽处理

4、输水洞启闭机梁破损，启闭设备、闸门损坏，直接影响汛期泄洪和水库的正常蓄水。

5、无电力、通讯、交通设施。

6、水库淤积较为严重，影响大坝正常蓄水。

7、大坝没有建立完善的观测设施。

8、无办公设施，管理手段落后。

四、工程质量与大坝运行管理

坝体压实填土天然重度19.3～20.7 KN/m3，干重度17.6～18.8 KN/m3，压缩系数0.14～0.26 Mpa-1，压缩模量5.8～10.3Mpa，属中等压缩性土，渗透系数2.1×10-6～6.9×10-6 cm/s，根据坝体上的物理力学指标，坝体压实填土的干密度及渗透性符合坝体质量要求。

三铺水库经过五十年的运行，各项规章制度基本健全，调度和控制性运行较为合理，但各项水文测报及通讯设施不健全。水库自建成后，一直未进行各配套设施的维修与加固，大坝前护坏毁坏，启闭设施及闸门失去作用，无法启闭，对大坝的安全受到一定的威胁。由于水库没有建立完整的监测系统，因而在安全监测上没有按规范执行，导致没有形成完整监测资料，难以确定大坝的位移，沉陷和变形等是否处于正常状态。而通过巡视检查，可以确定输水洞、坝坡和溢洪道存在着严重的破损现象，对大坝的安全稳定可能造成影响。

五、防洪标准复核

三铺水库工程规模按库容划分属小（1）型水库。设计洪水标准为20年（P=5%）一遇洪水设计，50年（P=1%）一遇洪水校核。主要建筑物4级，次要建筑物5级。

六、渗流安全评价

大坝计算渗漏量较小，正常蓄水位下的出溢点较低，该坝坝基不存在渗漏问题，下游坝坡最大渗透比降小于允许值。从现场来看，大坝不存在明显的渗漏现象，渗流安全性评价为A级。

七、结构安全评价

大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数略大于规范允许值。大坝上游坝坡干砌石护坡破坏严重。输水洞为浆砌石结构，溢洪道未完工。结构安全性评价为B级。

八、金属结构安全评价

三铺水库主要金属结构布置在输水洞中，工作闸门为平板木闸门和手摇螺杆启闭机，年久失修，现已全部损坏，直接影响汛期泄洪和水库的正常蓄水。

九、结论

根据以上各专项复核评价结果，该水库各专项安全性分级情况汇总如下表：

参考文献：

[1]《内蒙古自治区水文手册》1977.

[2]《工程地质手册》（第四版）.

[3]《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）.

[4]《防洪标准》（GB50201-94）.

[5]《水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见》（水规[1989]21号）依据的主要成果资料.

[6]《兴和县国民经济和社会发展第“十一五”规划纲要》.

[7]《内蒙古自治区乌兰察布市兴和县水资源评价报告》2008.2.

[8]《乌兰察布市兴和县二道河治理工程地质勘察报告》2009.7.

作者简介：

李铁军 （1958.12- ） 男，河北省地矿局第三地质大队，高级工程师，大学学历，从事水文地质工程地质环境保护工作30多年。

（作者单位：河北省地矿局第三地质大队

河北张家口市 075000）