摘要:我國西南水資源豐富，總體開發(fā)利用程度較低。為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，最大限度地利用全流域水能資源和發(fā)電能力，修建調(diào)節(jié)能力強的控制性水庫是重要的工程措施。由于龍頭水庫建設(shè)條件復(fù)雜，工程技術(shù)問題突出，工程造價高，自身發(fā)電效益較差，導(dǎo)致控制性水庫工程技術(shù)質(zhì)量不易控制、經(jīng)濟(jì)評價受到影響、建設(shè)進(jìn)程滯后。本文結(jié)合相關(guān)工程技術(shù)質(zhì)量管控經(jīng)驗，從夯實基礎(chǔ)資料、水庫方案比選方法、關(guān)鍵技術(shù)研究思路、經(jīng)濟(jì)評價研究方式等方面提出工程設(shè)計質(zhì)量控制對策，供類似工程參考。
關(guān)鍵詞:水庫設(shè)計;質(zhì)量控制;對策
我國水資源豐富，河川徑流總量居世界第六位。但我國水資源時空分布不均，受季風(fēng)氣候的影響，降水量年內(nèi)分配極不均勻，各地降雨主要發(fā)生在夏季。因此，在大江大河上攔河筑壩，形成蓄洪水庫，調(diào)節(jié)江河徑流，防止水旱災(zāi)害，開發(fā)利用及保護(hù)水資源，發(fā)揮防洪、發(fā)電、灌溉、航運、供水等綜合效益，是維護(hù)江河健康、人水和諧共處、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的重要工程措施。水庫工程的勘測設(shè)計是影響水庫及大壩建設(shè)投產(chǎn)、安全運行的先決條件。隨著后續(xù)水電開發(fā)難度地不斷加大，水電建設(shè)成本大幅提高，其中水庫工程尤其為甚。重大水庫工程存在技術(shù)難度高、外部影響因素多、自身經(jīng)濟(jì)效益差等問題，對工程勘測設(shè)計、尤其前期論證工作提出了較高要求。筆者基于西南地區(qū)重大水庫工程開發(fā)建設(shè)難的現(xiàn)狀，針對工程遇到的勘察設(shè)計重大問題，提出工程設(shè)計質(zhì)量控制策略。
1水庫建設(shè)對能源及水資源安全的重大意義
據(jù)中國大壩協(xié)會2009年統(tǒng)計［1］，截至2008年底，我國已建各類水庫87151座(未計港、澳、臺地區(qū))，水庫總庫容7064億m3，為我國河川總徑流量的26%，占世界已建水庫總庫容的9．9%。已建水庫為我國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)發(fā)展發(fā)揮了應(yīng)有的作用。習(xí)近平總書記在十九大報告中要求:“推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系”“優(yōu)化區(qū)域開放布局，加大西部開放力度”“強化舉措推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局”。加快西南水電建設(shè)是撬動西部大開發(fā)形成新格局的重要支點，對于加快電力轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)能源電力高質(zhì)量發(fā)展、促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)和社會穩(wěn)定、點燃西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展“引擎”、建設(shè)美麗中國具有重要意義。四川、云南、西藏三省(區(qū))是我國水資源最豐富的地區(qū)，理論蘊藏量占全國總量的三分之二，技術(shù)可開發(fā)量占全國總量的71%。截至2016年底，三省(區(qū))水電裝機容量1．35億kW，開發(fā)程度僅為31.7%(按裝機計算)，我國西南水電開發(fā)潛力巨大。西南水電資源主要集中在金沙江、雅礱江、瀾滄江、怒江、大渡河等流域，在大江大河上設(shè)置調(diào)節(jié)能力強的水庫電站，采取合理的運行調(diào)度模式，能使全流域水能資源和發(fā)電能力得到最大限度地發(fā)揮。目前，西南“五江一河”流域的幾座高壩大庫正在興建。雅礱江中下游控制性水庫兩河口水電站(土石壩，壩高295m)，最大庫容107．67億m3，調(diào)節(jié)庫容65．6億m3，具多年調(diào)節(jié)性能，于2014年10月開工，預(yù)計2021年首臺機組發(fā)電;大渡河上游控制性水庫雙江口水電站(土石壩，壩高312m)，總庫容28．97億m3，調(diào)節(jié)庫容19．17億m3，具年調(diào)節(jié)性能，于2015年7月開工，預(yù)計2023年全部投產(chǎn)發(fā)電。這些大型水庫建成，將進(jìn)一步完善我國西部多個清潔能源基地、水資源安全儲備基地的建設(shè)。
2重大水庫工程勘察設(shè)計難點
2．1水庫條件復(fù)雜影響方案選擇
影響水庫方案的因素包括水資源條件、地質(zhì)條件、征地移民規(guī)模、環(huán)境保護(hù)對象、工程技術(shù)條件、社會經(jīng)濟(jì)條件等，上述任何一個因素都可能制約水庫方案的選擇。上世紀(jì)20年代提出三峽水庫開發(fā)建設(shè)的設(shè)想，因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種原因，直至1958年國務(wù)院通過《長江流域規(guī)劃要點》，確立了三峽工程在長江流域規(guī)劃中的主體地位;在開展大量專題研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合修建丹江口水庫(60年代)、葛洲壩電站(70年代)積累的實踐經(jīng)驗，1984年國務(wù)院批準(zhǔn)三峽工程150m大壩的方案，但專家們對水庫采用低壩、中壩、高壩方面，關(guān)于防洪、航運、發(fā)電、移民、環(huán)保等問題的意見難以統(tǒng)一，于1986年重新組織論證［3］。至1992年七屆全國人大五次會議通過《關(guān)于興建長江三峽工程決議》，三峽工程由論證階段走向?qū)嵤╇A段。從三峽水庫方案論證的過程可以看出，各水庫條件因素對重大水庫工程方案選擇影響非常大。
2．2高難工程技術(shù)要求更高安全指標(biāo)
水庫工程利用其蓄洪調(diào)節(jié)功能，發(fā)揮防洪、發(fā)電、灌溉、航運、供水等綜合效益。但水能載舟，亦能覆舟，如果水庫失事，其造成的后果甚至比洪水更可怕。大自然通過諸多泥石流堰塞湖潰壩，為我們提供了真實的潰壩危害資料。比如2000年西藏自治區(qū)波密縣易貢特大滑坡堵江形成62m深的堰塞湖，據(jù)反演計算［4］，潰壩后洪峰流量超過4萬m3/s，遠(yuǎn)超歷史最大洪水。重大水庫工程一般都是高壩大庫，筑壩技術(shù)難度大，而大壩和庫區(qū)防滲、抗?jié)B是安全、穩(wěn)定發(fā)揮水庫調(diào)蓄綜合效益的重點。目前部分正在開展工作的水庫工程，因其壩基覆蓋層深厚，大壩壩基存在沉降變形、抗滑穩(wěn)定、壩基砂土液化、壩基滲漏和滲透穩(wěn)定等問題，對大壩工程提出高難的技術(shù)挑戰(zhàn)，甚至影響水庫工程方案的成立。
2．3補償機制缺位影響建設(shè)推進(jìn)
龍頭水庫工程造價高，自身發(fā)電效益通常較差，其經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在下游梯級發(fā)電和綜合利用方面。從流域統(tǒng)一調(diào)度來看，通過科學(xué)規(guī)劃、先進(jìn)技術(shù)和高效管理等手段，對一條自然形態(tài)河流水能及相關(guān)資源進(jìn)行有序開發(fā)、集約運營、綜合利用，才能使資源效用得到最大程度發(fā)揮。然而，目前流域梯級補償機制缺位，梯級電站補償效益分?jǐn)偡椒ㄒ彩前偌覡庿Q、難以統(tǒng)一，在工程建設(shè)過程中相關(guān)利益方對補償效益分?jǐn)傇瓌t往往存在主觀偏好，難以達(dá)成共識，導(dǎo)致龍頭水庫電站建設(shè)滯后，影響全流域梯級水電利用效率。
3工程設(shè)計質(zhì)量控制對策
3．1引入新技術(shù)全面夯實基礎(chǔ)資料
按照國家相關(guān)勘測設(shè)計規(guī)范規(guī)程要求，開展充分的勘測、設(shè)計和科學(xué)實驗研究工作，是保障大型水庫大壩勘測設(shè)計深度和精度的基本條件。對于西南地區(qū)，部分河流域梯級開發(fā)，由于缺乏基礎(chǔ)資料，在設(shè)計周期有限的條件下，有必要采用航空測繪、重型勘探、新建水文站、構(gòu)建地震監(jiān)測臺網(wǎng)、建立社會環(huán)境重點對象信息系統(tǒng)等多種先進(jìn)手段，全面夯實基礎(chǔ)資料�；A(chǔ)資料收集分析整理要求系統(tǒng)化、定量化，詳實可靠，避免重大偏差。在全面收集水電建設(shè)基礎(chǔ)資料的同時，采用BIM技術(shù)高效快速整合海量勘察數(shù)據(jù)，加強對復(fù)雜工程地質(zhì)條件的分析，是提升勘察精度的重要手段。中國電建集團(tuán)成都院的工程地質(zhì)信息管理系統(tǒng)(GeoIM)，可對大量勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)處理，是BIM技術(shù)在工程勘察方面的典型應(yīng)用案例。
3．2采取組合式研究思路選擇水庫方案
水庫的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在水庫庫容的最大效益化。在社會環(huán)境影響可接受、工程技術(shù)問題可解決的前提下，合理設(shè)置調(diào)節(jié)庫容是關(guān)鍵。對于大型水庫而言，調(diào)節(jié)庫容一方面體現(xiàn)在“立面”的水位設(shè)置，即正常水位、死水位選擇;另一方面體現(xiàn)在“平面”的水庫位置，即壩址選擇。兩者相互影響，都是水庫庫容設(shè)置的關(guān)鍵因素。突破常規(guī)思路，對正常水位、死水位、壩址進(jìn)行組合式研究，可有效獲得合理的水庫方案。在水位選擇與壩址選擇方案組合中，可采取同正常水位的不同壩址方案比選，也可采取同調(diào)節(jié)庫容的不同壩址方案比選。同時，水庫方案需考慮工程技術(shù)、發(fā)電設(shè)備技術(shù)等因素，還受環(huán)保、征地移民等影響，在方案比選中需綜合論證。在壩址方案初選后，還需進(jìn)一步對選定壩址進(jìn)行不同特征水位方案的比較，明確水庫工程方案指標(biāo)。因此，大型水庫方案影響因素眾多，圍繞水庫調(diào)節(jié)庫容、環(huán)境影響、淹沒影響、工程技術(shù)及施工條件等關(guān)鍵問題，方案研究應(yīng)首尾兼顧，采用組合式研究思路，統(tǒng)攬全局，合理選擇水庫方案。
3．3關(guān)鍵技術(shù)問題“組團(tuán)”攻堅克難
對于建在深厚覆蓋層上的大型水庫工程，大壩擋水高度和壩基覆蓋層地質(zhì)條件是決定大壩工程技術(shù)難度的制約因素，其中壩基防滲和加固是關(guān)鍵技術(shù)問題。國內(nèi)通過瀑布溝(土質(zhì)心墻堆石壩，壩高186m，覆蓋層厚75m)、長河壩(土質(zhì)心墻堆石壩，壩高240m，覆蓋層厚70m)等工程實踐，積累了豐富的高壩壩基深厚砂(卵)礫石覆蓋層防滲技術(shù)經(jīng)驗。而正在研究的西南部分河流水電開發(fā)，河床覆蓋層以中粗砂細(xì)顆粒為主，物理力學(xué)參數(shù)低，加上高地震烈度，修建高壩大庫的壩基處理難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出已有經(jīng)驗水平。類似超經(jīng)驗技術(shù)難題，需組織國內(nèi)外有影響、有實力的研究單位共同研究，通過技術(shù)研討共同策劃、制定研究路線，并“組團(tuán)”開展科研試驗、計算分析、方案論證，攻堅克難解決關(guān)鍵技術(shù)問題。某工程在強震區(qū)深厚細(xì)粒覆蓋層上修建高壩大庫，存在壩基沉降、抗滑失穩(wěn)、砂層液化、滲漏及滲透穩(wěn)定等一系列工程地質(zhì)問題。設(shè)計方提出以碎石樁為主的處理方案，樁深遠(yuǎn)超國內(nèi)外施工水平。由于壩基加固方案是制約控制性水庫成立與否的關(guān)鍵問題，需驗證超深碎石樁的技術(shù)可行性。為此，組織設(shè)備廠家、施工單位、高校及科研機構(gòu)、設(shè)計院及咨詢機構(gòu)，聯(lián)合優(yōu)勢力量“組團(tuán)”進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)科技攻關(guān)，通過設(shè)備改造、現(xiàn)場施工、檢測試驗、計算分析、方案研究等一系列研究工作，逐步論證方案的可行性。
4結(jié)語
實現(xiàn)“構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系”的目標(biāo)，積極推進(jìn)西南水電建設(shè)，是未來一段時期我國水電開發(fā)的趨勢。為使流域水資源得到最大程度的綜合利用，在大江大河上設(shè)置控制性水庫是必要的工程措施。從西南地區(qū)金沙江、雅礱、大渡河等流域的已有工程經(jīng)驗可知，控制性水庫存在工程建設(shè)條件差、工程技術(shù)難度大、社會環(huán)境影響關(guān)注度高等難點，導(dǎo)致控制性水庫工程技術(shù)質(zhì)量不易控制，經(jīng)濟(jì)分析受到影響，影響工程建設(shè)進(jìn)程。本文結(jié)合相關(guān)工程技術(shù)質(zhì)量管理經(jīng)驗，提出工程設(shè)計質(zhì)量控制策略，包括:(1)采用航空測繪、重型勘探等多種新技術(shù)手段全面夯實基礎(chǔ)資料，避免重大資料偏差。(2)采取組合式研究思路合理選擇水庫方案，不遺留工程重大決策失誤隱患。(3)邀請國內(nèi)外有影響、有實力的研究單位共同研究關(guān)鍵技術(shù)難題，確保設(shè)計方案技術(shù)可行、安全可靠。
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