武鸣县元霄水库扩容工程建设的必要性
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摘要：以元霄水库扩容工程为例，分析水库现状存在的主要问题，论述元霄水库从小（1）型水库扩容为中型水库的必要性，提出扩容的可行性。
关键词：水库；加固；扩容；必要性
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1 项目提出的背景
元霄水库位于广西南宁市武鸣县府城镇进元村北面，距武鸣县城35km，1957年动工兴建，初期形成的水库库容为178.2万m3，经1963、1968 年两次扩建加高，共加高大坝9.3m（即由初建时的153.50m加高至162.80m高程），溢流堰加高7.71m（即由初建时的150.49m加高至158.20m高程)，建成总库容为660万m3的小（1）型水库。经运行二十多年的来水量观测并进一步复核，原设计集雨面积32km2有误，经复核元霄水库的集雨面积实为61.62km2，由于水库库容偏小，弃水较多，且下游还有0.8万亩耕地无水保证灌溉，于是1975 年再次对该水库进行扩建，大坝按中型水库规模加高至169.0m高程，库容为898万m3，改建了放水设施，但溢洪道溢流堰及与堰坝结合部约有60m长的坝段没有进行加高施工，仍保留原小（1）型水库的形状。
为按最终规模完建该工程，1991年经地质钻探和广西水电学校对溢洪道进行水工模型试验后，由南宁市水电设计室、武鸣县水电设计室联合完成了元霄水库扩建工程设计并上报区水电厅，区水电厅于1992年9月2日以桂水电技字(1992)第59号文《关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复》，由于资金未能安排，加固扩建至今尚未全部实施，然而时隔20多年，工程的现状基本情况即建设条件已经发生变化，该批复结论与工程现状不符，并且由于元霄水库是水源点项目，是府城镇的饮用水源，承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务，也承担水库下游灌区1.95万亩农田的灌溉任务，因此，南宁市武鸣县水利局委托我院进行南宁市武鸣县元霄水库扩容工程的可行性研究报告工作。
2 工程现状
2011年对元霄水库进行除险加固设计，目前正在施工建设。2011年元霄水库除险加固工程的完成情况即为本次扩容工程的现状，工程现状由大坝、溢洪道、放水设施、防汛公路、管理设施、及坝后水电站等建筑物组成。主要建筑物现状如下：
（1）大坝
大坝建于武鸣河支流元霄河上，大坝为粘土心墙坝，坝体采用高压摆喷灌浆防渗加固，高压摆喷灌浆孔沿坝轴线布置，灌浆孔穿过坝基覆盖层入岩2.0m，灌到坝体162.0m高程。高压摆喷灌浆孔全长布置154m，最大孔深35.0m，采用单排布孔，孔距1.2m，共设置了130个灌浆孔，灌浆总进尺2407m。
坝顶长200m，宽5.0 m，坝顶高程为169.00m，最大坝高32.4m，坝顶上游侧设置浆砌石路缘石，路缘石宽0.4m，深1.0m，下游侧设置浆砌石排水沟，排水沟截面尺寸为300×300（宽×高）；坝顶为泥结石路面并向下游侧放坡，坡度为2%。
大坝上游面从150.0m高程至152.40m高程为干砌石勾缝护坡，从152.40m高程至163.00m高程为现浇C15砼护坡，从163.00m高程至169.00m高程为草皮护坡，从上至下坡比约为1:2.5，分别在161.25、152.40m高程设置宽3.0m、1.0m的马道；上游坝坡与两岸岸坡连接处设砼齿墙，上游坝坡左、右侧均设有2m宽的上下坝交通步级。
下游坝坡从144.20m高程至169.00m高程采用草皮护坡，从上至下坡比分别为1：2.0、1：2.4、1：2.6，分别在160.00、150.80、144.20m高程设置宽1.7m、4.0m、1.76的马道；下游坝脚从138.70m高程至144.20m高程为干砌石贴坡排水体，贴坡排水体顶部高程为144.20m，宽度为1.76m，贴坡排水体底部高程为136.60m，贴坡排水体厚1.0m，其中干砌石厚600mm，粗砂层厚200mm，碎石层厚200mm，排水体体外侧坡比为1:2.5，总高度为7.6m，排水体外侧设400×400mm浆砌石排水沟。
（2）溢洪道
溢洪道位于大坝左侧，距大坝约60m，溢流堰轴线呈拱形布置，溢洪堰为开敞式折线型实用堰，堰体顶部分为0.3m厚的C20钢筋砼，堰顶高程为158.2m，堰顶净宽53.0m；溢流堰堰体及基础渗漏采用帷幕灌浆处理，帷幕灌浆孔布置于堰顶部，单排孔，孔距2.0m，底高程深入坝基岩石2m；右边墙为在旧浆砌石边墙外侧浇筑0.3m厚的C20砼护面，左边墙为外包C20埋石砼护面，均设有锚杆，墙顶高程均为162.50m；
一级消力池段长18.0m，底板为0.3m厚的C20钢筋砼，原有边墙为0.3m厚的C20砼护面，并设锚杆。二级消力池长42.0m，进口宽17.0m，出口宽13.4m，消力池底板为300mm厚的C20钢筋砼；原有边墙采用0.3m厚的C20砼护面，并设锚杆。
（3）放水设施
放水塔和放水隧洞位于大坝右岸，进水口明渠段长5.0m，隧洞进口设拦污栅；放水塔为竖井式钢筋砼圆筒结构，竖井圆筒直径4.0m，闸孔式放水，孔口尺寸为1.2×1.4（宽×高），塔内设有1扇检修闸门和1台固定式启闭机，闸室启闭机平台高程为171.5m，检修平台高程为167.3m；放水隧洞穿过大坝右岸山体，隧洞为有压隧洞，隧洞进水口底板高程为151.65m，总长126m，底坡i=1/200，隧洞断面采用Φ1.60m的圆洞型，全断面采用30cm厚的C25钢筋砼衬砌，隧洞出口接4.0m长镇墩后再接原灌溉发电压力钢管，钢管分岔为φ900灌溉支管和φ900发电支管，均采用电动闸阀控制。
（4）防汛公路
进库防汛公路从府城镇至元霄水库长5.0km，其中府城镇至进源村坡那屯路段长3.0 km，为砼路面，宽3.0m；其余坡那屯至水库大坝路段长2.0km，按四级公路标准进行设计，行车道宽3.5m，路肩宽0.50m，路面采用泥结石路面。
（5）管理设施
元霄水库由武鸣县那打水库管理所负责水库大坝的管理工作，具体的日常管理由元霄管水站负责，管水站现有在职职工3人具体负责水库的日常管理工作。水库坝首管理房是元霄水电站宿舍，位于大坝右坝脚，距元霄水库大坝100m，管水站管理房108m2，是建元霄电站时建成的，为砖混结构，现已属危房。2011年水库除险加固设计时新建了值班用房50m2，并配备了必要的水位观测、雨量观测、通讯和交通设施。
3 工程存在的主要问题
（1）不满足城镇供水要求：元霄水库扩容工程是水源点项目，元霄水库是府城镇的饮用水源，元霄水库承担着武鸣县府城镇各村居民、学校等生活用水供水任务。现供水人口4.5万（农村人口4.2万人，城镇人口0.3万人），牲畜3.5万头；远期规划水平年定为2020年，供水人口7.6万人（规划农村人口6.5万认为呢，城镇人口1.1万人）；牲畜5.57万头。可见，城镇居民用水困难，元霄水库现状不能满足城镇居民的用水要求。
（2）不满足灌溉用水要求：元霄水库的集雨面积为61.62km2，目前水库库容偏小，弃水较多，元霄水库灌区现有灌溉面积11550亩，其中水田8150亩，旱地3400亩，下游还有7907亩耕地无水保证灌溉。
（3）大坝存在的主要问题：2011年除险加固设计时，坝体填土压实度是按照小（1）型水库的标准进行加固的，压实度为93.8%，未满足《碾压式土石坝设计规范》〔SL274-2001〕关于中型水库坝体填土压实度不低于96%的要求，坝体密实度欠佳。大坝坝体填土的渗透系数不满足规范要求；在设计及校核洪水位工况条件下坝体浸润线出逸点较高，从下游坝坡面溢出；高喷灌浆水泥浆心墙高程仅灌到162.0m，上游坝破混凝土块仅护到163.0m，均低于扩容后的正常蓄水位，不满足规范要求。
（4）溢洪道存在的主要问题：溢洪道位于大坝左侧，溢洪道长约200m，目前溢流堰顶高程约158.2m，扩容后正常水位抬高至164.00m，溢流堰尚需加高5.8m。2011年的除险加固工程中对消力池进行了加固，重建一级、二级消力池，但由于资金有限没有按水工模型试验在二级消力池后设扩散段，且溢洪道两侧挡墙墙顶高程均低于正常蓄水位164.00，须将挡墙墙顶高程加高至169.00m。溢流堰下游消力坎末端往下约70m处的槽中凸起一块大岩石，挡住了洪水的去路，迫使水流冲向右岸，造成岸边崩塌，对大坝外坡脚的安全构成威胁。
（5）连接坝存在的主要问题：大坝与溢洪道的结合部顶部高程约为162m，比设计高程低约7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安全；另外，水位抬高后，溢洪道左岸与山体结合部约有18m现状地面高程低于169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连接坝进行填筑加高是非常必要的。
（6）没有位移和渗漏量等安全监测设施。
（7）管理体制不完善，管理办公设施落后。
（8）大坝下游的灌溉渠道多处开裂，漏水严重，本次扩容需对灌溉渠道进行维修。
4 工程任务
为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，现计划将元霄水库扩建为中型水库，工程按100年一遇设计，1000年一遇校核。水库正常蓄水位为164.0m，有效库容1123万m3；设计洪水（P=1%）经调洪后最高洪水位为166.51m，最大下泄流量为451m3/s，对应的库容为1553万m3；水库的校核洪水（P=0.1%）经调洪后最高洪水位为167.13m，最大下泄流量为639m3/s，对应的库容为1660万m3。元霄水库扩容后，是一座以供水与灌溉为主，兼有发电与防洪等综合利用的中型水库。
5 扩容建设的必要性
（1）元霄水库目前正在实施除险加固，完成后水库正常进行，具备扩容条件。
（2）原水库总库容为898万m3，属小（1）型水库，水库集雨面积经过进一步复核，发现原设计的集雨面积32km2有误，实际应为61.62 km2。元霄水库是府城镇的饮用水源，现供水人口4.5万人，牲畜3.5万头；远期规划供水人口7.6万人，牲畜5.57万头，未能满足城镇居民的用水要求。据调查，水库下游灌区尚有7907亩农田无水灌溉；为解决城镇居民用水困难及满足水库下游灌溉需要，提高水库的供水、灌溉、发电、防洪等综合利用效益，及时对元霄水库枢纽进行扩容是非常必要的。
（3）根据中华人民共和国国标GB50201-94防洪标准及1992年9月2日水利厅桂水电技字(1992)第59号文《关于武鸣县元霄水库枢纽扩建加固及渠系配套工程初步设计的批复》，在水利厅的批复中同意元霄水库设计洪水标准50一遇，校核洪水标准为1000一遇，设计及校核洪水位相应分别为166.21及167.13m高程。元霄水库枢纽经过多次除险加固，目前大坝顶高程为169.0m，坝顶全长200m，大坝与溢洪道的结合部高程约为162m，比设计高程低约7m，此处形成了大洪水的排水通道，危及大坝安；另外，溢洪道左岸与山体结合部约有18m现状地面高程低于169.00m，此处也形成了大洪水的排水通道，危及建筑物安全，因此，对溢洪道左右岸这两段连接坝进行填筑加高是非常必要的。
为了元霄水库枢纽工程的安全，满足水库下游府城镇工业、生活用水的需要，解决下游农业灌溉用水月分配不均、水量不足的情况，满足下游防洪需要，满足兼顾发电的需要及改善和保护生态环境的需要，确保水库下游人民生命财产的安全，充分发挥水库应有的综合效益，及时对元霄水库枢纽进行加固扩容是非常必要的。
6 结论与建议
元霄水库扩容工程是在《南宁市武鸣县元霄水库除险加固工程初步设计》（2011年）已批复、现正在实施的基础上，进行了水文资料的分析计算、地质勘探及试验，通过对水库进行供水、灌溉、发电与防洪等几方面研究设计后，将水库扩容为中型水库，并选择了技术可行、经济合理的方案；通过经济分析评价，经济内部收益率大于8%，经济净现值大于0，效益费用比大于1，说明元霄水库扩容工程在技术上可行，经济上是合理的。工程的实施，将极大的充分发挥水库应有的综合效益，对当地的经济发展，构建和谐社会发挥积极作用，因此，建议元霄水库扩容工程尽早开工。
作者简介：吴艳清（1983―），女，广西罗城仫佬族自治县人，广西南宁水利电力设计院工程师，主要从事水利水电工程设计工作。