浅谈我国水库大坝的综合利用

浅谈我国水库大坝的综合利用

1大坝工程管理现状水是人类生存不可或缺的物质。它可以被人类使用，也可以被更新为水资源。水资源属基础自然资源,是与人类社会生活生产和生态环境密切相关的重要资源。根据20世纪80年代初水利部对全国水资源的评价,我国多年(1956~1979年)平均降水量为61889亿m水库大坝工程可有效调蓄利用水资源,为人类带来巨大的利益;但也有极少数水库,因大坝设计、施工存在质量问题,加之运行管理不当,遭遇突发性极端强降雨工况而出现重大事故甚至溃坝失事,严重危及大坝下游人民的生命财产安全和地区经济社会发展。为此,必须要求水库大坝工程精心设计、精心施工,严格监理,保证工程质量,同时加强对已建水库大坝的安全运行管理,建立健全工程安全保障体系,确保水库大坝安全,做到万无一失。2我国的大坝建设根据国际大坝委员会1950年统计的世界各国大坝登记资料,坝高15m以上的有5196座,其中我国只有22座,可见旧中国建坝的落后程度。新中国成立以后,特别是1978年改革开放以来,我国的水利工程建设蓬勃发展,大坝建设和筑坝技术取得巨大成就。1951~1977年,世界其他国家平均每年建坝335座,我国为420座,我国大坝建设以数量多而突出。1982年根据国际大坝委员会统计,世界已建坝高15m以上的大坝34798座,我国为18595座,占世界大坝总数的53.4%。20世纪90年代以来,在世界各国中我国建坝数量居首位,而且坝高也明显增长。2005年,世界在建的坝高大于60m的大坝有393座,分布在47个国家,其中中国98座,伊朗61座,土耳其55座,日本43座,印度17座,我国为正在修建高坝最多的国家。截至2005年底,我国已建、在建坝高大于100m的大坝有127座。据中国大坝协会2009年统计,截止2008年底我国已建各类水库87151座(未计港、澳、台地区),水库总库容7064亿m根据国际大坝委员会2009年统计资料,世界已建坝高30m以上大坝31751座,其中建大坝较多的国家有:美国6191座,中国5443座,日本3083座,印度2600座,韩国1215座,南非1082座,加拿大933座,墨西哥667座;在建坝高60m以上大坝381座,其中中国85座,伊朗47座,日本24座,土耳其24座,越南22座,阿曼16座,巴西9座,摩洛哥9座,尼日利亚8座,西班牙8座。我国已建成运行的水布垭混凝土面板堆石坝(坝高233m)为世界最高的混凝土面板堆石坝,龙滩碾压混凝土重力坝(后期坝高216m)为世界最高的碾压混凝土重力坝,沙牌碾压混凝土拱坝(坝高132m)为世界最高的碾压混凝土拱坝,小湾双曲拱坝(坝高292m)为世界最高的双曲拱坝。3中国水库大坝运行及安全3.1大坝安全评估我国各级行政部门高度重视水库大坝施工及运行安全工作,1987年原水利电力部颁布了《水电站大坝安全管理办法》,规定由大坝安全监察中心负责实施水电站大坝定期检查(简称定检),对每座大坝的安全状况定期进行检查并作出大坝安全等级评价,同时采取多种措施对大坝存在的隐患进行加固处理,以保障安全运行。1991年国务院颁布《水库大坝安全管理条例》,使水库大坝安全走上了法治轨道。根据该条例规定,1995年水利部制定颁布了《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝注册登记办法》,并开展了全国水库大坝注册登记,1998年底完成了大型水库注册登记。1998年鉴定为三类坝的大型病险水库100座、中型病险水库800多座,由中央和地方政府投资进行了除险加固。通过全面开展水库大坝安全鉴定,促进了水库大坝补强加固、缺陷修复和安全监测设施的更新改造工作,提高了水库大坝运行安全度,并延长了水库大坝的使用寿命。3.2现有的安全问题3.2.1中小型水库设计标准偏低我国已建的水库大坝以中小型水库和坝高30m以下的低坝占绝大多数,小型水库占水库总数的96%左右,坝高30m以下低坝占大坝总数的94%左右。中小型水库和低坝设计标准偏低。1991年水利部水利管理司统计资料显示,因遭遇洪水超过设计标准、水库泄洪设施能力不足而导致土石坝漫顶溃坝失事的占土石坝溃坝失事的50%左右,绝大部分是小型水库和低坝,少数是大中型水库和坝高30m以上的大坝3.2.2大坝坝体防渗混凝土坝的坝体混凝土和面板堆石坝的面板混凝土施工期及运行后出现的危害性裂缝,影响大坝的整体性和耐久性。在1998年完成的第一轮定检鉴定中,有70座坝体混凝土裂缝渗水析出钙质,有运行30多年的大坝混凝土已发生溶出性侵蚀破坏,大坝表面出现掉砂、露石等剥落现象,混凝土强度降低;有10座大坝混凝土遭受冻融剥蚀破坏;有23座大坝泄洪建筑物混凝土磨损、气蚀损坏严重;有32座大坝坝基帷幕因防渗灌浆质量缺陷导致渗漏量偏大,有的混凝土坝体排水孔析出大量钙质,有的坝基排水孔析出钙质及其他析出物;有的坝基存在硫酸盐侵蚀或其他有害物质侵蚀;有的坝基帷幕防渗降压能力随时间而衰减,坝基出现扬压力偏高和渗漏量增大现象,大坝坝体和坝基抗渗能力随时间而衰减,渗流控制效果降低,影响大坝运行安全。土质防渗心墙土石坝因填筑质量缺陷导致心墙防渗能力降低,坝体浸润线偏离,渗漏量较大,并对坝坡稳定造成不利影响;面板堆石坝的面板混凝土为薄板结构,面板混凝土裂缝承受高比降渗透水流的溶蚀易产生溶出性侵蚀病害,位于严寒地区的面板混凝土裂缝易产生冻融破坏,降低面板堆石坝的耐久性,并留下安全隐患。小型水库和坝高30m以下的低坝施工质量较差,耐久性能低,存在安全隐患。3.2.3大坝混凝土重力坝我国江河泥沙含量较高,尤其是北方多沙河流中修建的水库泥沙淤积较为严重,有的水库大坝未布置排沙设施,水库因泥沙淤积侵占调节库容,导致水库功能降低,部分中小型水库被泥沙淤满而报废。黄河三门峡水库大坝为混凝土重力坝,最大坝高106m,设计正常高水位350m,运行水位不超过340m,大坝坝顶高程353m。1960年9月蓄水运行后水库泥沙淤积严重,至1964年10月,水库高程330m以下库容由58.9亿m4.坝高、坝高均为小型水库水利部1991年统计资料显示,截至1990年底全国已建水库82848座,其中大型水库358座,占水库总数的0.43%;中型水库2480座,占水库总数的2.99%;小型水库80010座,占水库总数的96.58%。全国水库溃坝失事3242座,其中大型水库溃坝失事2座(河南省板桥水库和石漫滩水库),占总溃坝数的0.06%;中型水库溃坝失事121座,占总溃坝数的3.73%;小型水库溃坝失事3119座,占总溃坝数的96.21%。按坝高统计,坝高小于15m的1662座,坝高15m以上的1271座,另有309座坝高不明。其中符合国际大坝委员会定义坝高15m以上的小型水库,大坝坝高15~30m溃坝失事的1173座,占92.3%;30~55m的98座,占7.7%。溃坝失事最多的为坝高20m左右的,这与国际大坝委员会统计坝高小于30m的大坝溃坝失事多的结果基本一致。1991年以来,国家加大投入,对大中型水库中的病险水库大坝进行除险加固处理,提高了水库大坝安全度,溃坝失事率呈逐年下降趋势。2001~2007年,发生溃坝失事的水库36座,年均5座,年均溃坝率0.06‰,远低于世界公认的0.2‰的低溃坝率水平。2008年仅1座小型水库溃坝;2009年未发生水库溃坝;2010年在全球气候变暖的大背景下,极端天气事件频繁发生,局部地区遭遇特大暴雨而产生超标准大洪水,全国发生溃坝的水库11座,均为小型水库,其中小(一)型水库4座,小(二)型水库7座;2011年发生溃坝的水库3座,均为小(二)型水库。1993年8月青海省沟后混凝土面板砂砾石坝溃坝失事,该坝坝高71m,为我国溃坝失事最高的坝,但库容为330万m4.1失败原因分析4.1.1设计问题—勘测设计问题在大型水利水电工程设计中,大多数勘察设计单位按国家相关勘测设计规范规程要求,开展了大量勘测、设计和科学试验研究工作,精心设计,保障了大型水库大坝勘测设计深度及精度。但有的勘测设计院对大型水库大坝,尤其是中小型水库及低坝勘测设计工作投入的力量不足,造成勘测设计深度不够,设计采用的水文、地质等基础资料及参数不当,设计标准偏低。工程开工后,又忙于赶工出图,加之校审制度不严,造成设计成果出现差错,尤其是小型水库及低坝勘测设计质量问题较多,设计不当给工程留下隐患,导致水库大坝失事。据1991年统计资料,全国水库大坝因洪水超设计标准和泄洪设施能力不足而引起失事的分别占9.5%和42.0%;因坝基渗漏而失事的占1.3%,说明大坝设计洪水标准偏低、坝基地质勘测深度不够,坝基处理设计不当而引起水库大坝失事的例子时有发生4.1.2施工质量管理体系不健全在大型水利水电工程施工中,大多数施工企业能严格执行国家相关的水利水电工程施工规范规程,按设计院提供的设计图纸及设计技术要求,精心施工,创建了一大批优质工程。但也有少数施工企业的施工质量管理体系不健全,工程项目施工层层分包、转包,以致使有的水利水电工程,因中小型水库低坝施工质量失控,施工质量事故频繁发生,造成安全隐患。据1991年资料统计,全国水库大坝失事因施工质量而引起失事的占38.5%,尤其土石坝填筑质量差造成坝体渗漏和边坡塌滑而引起失事的占25.3%,溢洪道施工质量差造成渗漏破坏和泄流冲刷掏空而引起大坝失事的占6.6%4.1.3运行管理机制不健全我国大型水库大坝有专门的管理机构,运行管理较规范,水库调度和大坝监测检查及维护检修规章制度较完善。但有的中型水库,尤其是一些小型水库尚未建立专门管理机构,运行管理机制不健全。有的水库大坝未埋设监测设施或已埋设的监测设施损坏,不能满足安全监测要求;有的水库未编制调度运用规程,有的水库溢洪道闸门及启闭机已锈蚀不能正常使用;部分水库随着使用年限的增长,大坝筑坝材料老化、劣化,金属结构及机电设备损坏,水库泥沙淤积侵占调节库容,地震地质灾害影响等,使水库大坝失事风险增加,水库安全问题突出。据1991年资料统计,全国水库大坝因“重建轻管”、管理经费未落实、维护运用不良、工程年久失修、管理不当、调度失误而引起失事的占8.2%4.2运行管理及维护(1)设计可靠、技术先进是保证水库大坝安全的前提,施工质量优良是其安全的基础。水利水电工程设计是水库大坝建设的龙头,其工程设计采用的水文及地质(包括坝址地震、建筑材料)等基础资料要准确,勘测深度及范围应满足设计要求,库区地质环境和坝基地质问题要查清。设计方案及其重大技术问题应通过设计计算分析和科学试验研究,进行深入的对比分析优选,精心设计,务必做到设计安全可靠、技术先进,为水库大坝安全提供技术支撑,这也是保障水库大坝安全的前提条件。水利水电工程施工质量关系到水库大坝工程的成败,要建立健全水利水电工程质量保证体系,严格监理,精心施工,应用新技术、新工艺、新材料,依靠科学技术提高工程施工质量和金属结构及机电设备制造安装质量,创建优质水利水电工程,为水库大坝安全运行奠定可靠基础。(2)精心管理,加强监测和维护是保障水库大坝安全的主要手段。水库大坝建成运行后,首先是要精心维护。大坝及溢洪道等水工建筑物自身及基础受运行条件及自然环境等因素的影响,随着运行时间增长会逐渐老化、劣化,需要经常进行维护;第二,要完善水库大坝安全监测系统,安全监测是了解大坝等水工建筑物工作性态的耳目,为评价其安全状况和发现异常迹象提供依据,以便制定水库调度运行方式和研究建筑物检修加固处理措施,在发生险情时发布警报以预防水库大坝失事,减免事故损失,大中型水库大坝需更新改造监测设施,完善安全监测系统,并逐步实现监测自动化;第三,要经常例行检修,建立健全定期检查和维护检修制度,对安全监测和巡视检查发现的大坝等水工建筑物异常状况及缺陷问题及时检修、消除病险,并采取补强加固处理。通过精心维护、监测、检修等主要手段,及时消除隐患,保障水库大坝运行安全。(3)定期安全检查鉴定是保障水库大坝安全的重要支撑。水利部大坝安全管理中心和国家电力监管委员会大坝安全监察中心,开展全国水库大坝和大中型水电站大坝安全鉴定和定期检查工作,对规范水利工程水库大坝和水电工程大中型水电站大坝安全管理,加强对大坝等水工建筑物运行状况监测和综合评价、检查监督异常部位安全隐患、及时进行加固处理、保障水库大坝运行安全发挥了重要作用(4)强化小型水库和低坝的安全管理是保障其安全的重要措施。国务院颁布的《水库大坝安全管理条例》对坝高15m以上或者库容100万m5严格控制施工、理单位我国已是世界上建设水库大坝数量最多、各种坝型高度最高的国家。水库大坝安全关系到人民生命财产安全和地区经济社会可持续发展,已成为