尚 斌 高大水

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 2.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北 武汉 430010)

1 概述

重庆市现有水库2 994座，其中大型水库17座，中型水库91座，小(1)型水库478座，小(2)型水库2 408座，小型水库的数量约占水库总数的96%。重庆市小型水库大部分建成于20世纪50年代～70年代。小型水库在防洪、灌溉、供水、发电和改善生态环境等方面发挥了巨大的作用。但受经济条件和技术水平的制约，经多年运行，小型水库普遍存在病险问题，严重威胁人民生命财产安全。重庆市于“十一五”期间开始启动了全市小型水库除险加固工作。出于水库安全考虑，大坝、溢洪道往往是小型水库除险加固的重点，而直接影响水库供水或灌溉效益的放水设施却由于资金和技术的限制，在除险加固过程中着重于通过加固或改建确保其放水功能，却忽略了现有放水设施普遍存在着运行管理不便、检查维修困难、存在安全隐患等诸多问题。小型水库放水设施数目众多，安全风险问题不可忽视，放水设施的安全性、可靠性、经济性问题亟待解决；同时随着智慧水利的发展，对小型水库放水设施的标准化、智能化、信息化提出了更高的要求。

2 放水设施现状

2.1 进水口现状

根据布置型式的不同，重庆市小型水库放水设施进水口主要有卧管式进水口、斜拉式进水口、浮动取水口、塔式取水口等型式(见表1)。

表1 进水口型式及其优缺点

1)卧管式进水口[1]。

卧管式进水口是重庆市小型水库放水设施进水口最常用的一种型式。卧管式进水口一般沿大坝或岸坡布置，根据水库流量要求设置单排或双排放水孔，放水孔一般为圆形，孔口采用混凝土塞或木塞启闭。卧管式进水口结构简单，可实现水库分层取水。但由于结构简陋，运行时需人工下水开启和关闭，存在安全隐患，同时卧管普遍存在库水位猛涨无法关闭、进口漏水、启闭困难、设备被盗、非管人员开闸、流量无法控制等诸多问题。

2)斜拉式进水口[2]。

斜拉式取水口一般采用斜拉闸门控制取水，斜拉闸门装置包括铸铁闸门、连接螺杆、手动螺杆启闭机，放水操作通过螺杆启闭机控制斜拉闸门启闭。采用斜拉闸门方式控制放水安全可靠，同时设置管理房具有防盗功能。斜拉闸门安装简单，造价低廉，但目前仅有手动控制功能，且无法实现分层取水。

3)浮动取水口。

浮动取水口适用于有供水功能的水库。浮动取水装置包括浮筒和取水软管，软管和浮桶连接，取水库表层水。该装置属定型产品、制造安装简单，价格低廉，可取水库表层水。但该装置适用的管径一般较小，且软管容易老化使用寿命低，进口流量无法控制且稳定性较差。

4)塔式取水口。

塔式取水口适用于取水流量较大的水库。塔式取水口一般在塔底设置钢管闸阀取水，闸阀普遍采用手动控制方式，放水时需管理人员进入塔体底部操作，由于塔体底部缺乏通风换气设施导致废气聚集，管理人员存在窒息的安全隐患。

2.2 放水涵管现状

重庆市小型水库放水涵管型式主要有坝下涵管、隧洞、虹吸管、顶管等(见表2)。

表2 放水涵管型式及其优缺点

1)坝下涵管。

坝下涵管是重庆市小型水库最常用的放水涵管型式。坝下涵管一般按无压流设计，涵管管身材料一般有陶瓦、浆砌石、混凝土等。涵管过流断面形式多为矩形或城门洞形，涵管长度一般小于100 m，绝大部分涵管净高小于1 m。由于涵管尺寸较小且深埋坝下，大部分涵管自建成后就未曾进行过检修维护，经多年运行，不同程度的存在着结构破损、管身渗漏、管底淤积、管身错台等诸多问题，不仅影响水库效益发挥，而且严重威胁大坝安全。

2)隧洞。

根据SL189小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范,放水洞宜优先采用隧洞方式。小型水库的放水隧洞与大坝分开布置，不存在接触渗漏问题，安全性能较高。隧洞洞径一般大于1.5 m,管理人员可以进入检查维修，经过除险加固后一般问题不大。

3)虹吸管[3]。

虹吸管是一种将库水跨越大坝从上游引向下游的密封性输水管道[3]。虹吸管适用于水库坝高小于10 m的水库，虹吸放水管具有造价低、施工周期短、安装方便的优点。但现有虹吸管存在运行操作复杂、稳定性较差、维护管理麻烦等诸多问题。由于虹吸管放水设备没有统一的行业技术标准，导致虹吸管放水设施的设计生产、施工安装、运行维护水平参差不齐。

4)顶管[4]。

顶管技术是一种通过顶进施工法在坝体里新建涵管的非开挖施工技术。顶管多采用人工手掘式施工，利用千斤顶将管道向前推进，顶管管径一般管径不小于80 cm，管材多使用钢筋混凝土管或钢管，顶管结束之后，在涵管四周与坝体间进行回填灌浆。由于顶管法施工难以设置截水环且管外回填灌浆质量难以保证，部分水库顶管在工程运行后出现接触渗漏问题导致大坝险情，最后不得不采用破坝重建的方式进行了除险加固。

3 存在的问题

综观重庆市小型水库放水设施现状，主要存在以下几方面的问题：

1)进水口设施陈旧落后，运行管理不便且存在安全隐患。

重庆市80%以上的小型水库放水设施进水口为卧管式和塔式。卧管式和塔式进水口均为人工手动控制，运行时需人工下水或下井启闭，运行管理十分不便且存在溺水或窒息的安全隐患。斜拉式进水口和浮式进水口受限于分层取水功能或取水流量问题，应用范围有限。

2)坝下涵管检查维修困难，缺乏安全可靠的涵管无损检测技术。

重庆市70%的小型水库放水涵管采用坝下涵管型式，坝下涵管管径一般为30 cm～60 cm，众多小管径的涵管自建成后几乎没有进行过任何检测，加上管理上的缺失，使得运行管理单位对涵管的真实性状(破损、渗漏、管径变化、淤积、错台等)知之甚少。涵管存在的问题将直接影响治理方案的合理性，如采用开挖坝体检查涵管又往往得不偿失。因此，缺乏安全可靠的涵管无损检测技术，导致坝下涵管安全评价与除险加固工作无法开展。

3)坝下涵管存在安全隐患，缺乏经济可靠的成套改造技术。

坝下涵管存在安全隐患已经成为各方共识。目前，大中型水库通过除险加固已经基本上消除了坝下涵管安全隐患，小型水库受技术水平及经济条件影响，绝大部分放水设施仍采用坝下涵管。针对涵管出现的问题，目前主要采用新建涵管、新建隧洞、虹吸管改造、顶管改造等几种改造技术。但一般开挖坝体新建涵管工程费用高，施工周期长，且存在新老坝体结合困难以及涵管接触渗漏问题；新建隧洞施工费用高、环境影响大、炸药审批困难，普遍难以实施；虹吸管改造技术适用范围有限且稳定性较差；顶管改造技术管外回填灌浆质量难以控制，风险较大。因此，由于缺乏经济可靠的涵管成套改造技术，导致小型水库坝下涵管改造工作难以实施。

4 研究展望

针对重庆市小型水库放水设施现状和存在的问题，建议开展以下几个方面的小型水库放水设施改造技术研究工作：

1)进水口改造技术研究。

针对重庆市小型水库进水口陈旧落后、存在安全隐患的问题，研发适用于卧管式进水口改造的分层取水斜拉闸门和适用于塔式进水口改造的自动控制闸阀。开发的进水口定型产品，可实现标准化生产和装配化施工，能满足水库分层取水要求，具有水上手电两用操作功能，并具备远程控制功能，启闭安全、可靠。

2)涵管无损检测技术研究。

针对小型水库坝下涵管缺乏检测的现状，研发适用于涵管检测的小型爬行机器人无损检测系统，可对涵管进行可视化检测成像、复核结构尺寸、裂缝及渗漏检测，同时准确定位病害部位。开发系统包括检测机器人、可视化成像装备及尺寸检测装置、接收装置等，实现对小型水库坝下涵管检测的智能远程控制。

3)坝下涵管改造技术研究。

针对现有小型水库坝下涵管改造难以实施的问题，重点研究内衬管修复技术、智能虹吸管成套设备、水平定向钻进技术等坝下涵管非开挖改造技术，形成经济可靠、环境友好的坝下涵管改造成套技术供不同条件的水库选用。