水利水电工程监测设计规范范文
时间：2023-07-07 17:35:14
导语：如何才能写好一篇水利水电工程监测设计规范，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：水利水电工程；寿命诊断；理论；方法
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
一、引 言
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生存安全也越来越重视，尤其是水利水电工程的安全已引起各国政府和人们的高度关注。水利水电工程是我国国民经济的重要基础设施，在经济建设和社会安定中起着举足轻重的作用，其安全不仅直接影响到效益的充分发挥，而且危及下游人民的生命、财产安全。然而，由于水文、工程地质、设计、施工以及老化等原因，部分工程存在不安全因素，还有不少病险工程，这些工程对安全提出了更高的要求。下面分别论述各部分的内涵，并提出一些新理论、新方法和新技术。
二、水利水电工程生存寿命的原则
世界上任何事物都存在由生到死的生命周期，如地球预计约为50亿a，房屋的使用寿命约50a，大型桥梁约100a，而水利水电工程的生存寿命在国内外属尚未解决的难题。笔者认为水利水电工程的生存寿命应遵循社会经济效益最大、对生态环境的负面影响最小的总原则，具体应考虑以下几个重要原则：
(1) 安全原则
水利水电工程( 如大坝) 应在各种设计荷载组合作用下，满足强度、稳定和耐久性等的安全要求。
(2) 工程效益原则
水利水电工程应发挥设计所规划的防洪、灌溉、发电等效益要求。
(3) 生态环境原则
在以往水利水电工程的设计和建设中考虑较少，甚至不考虑。随着社会的发展，国内外对水利水电工程影响生态环境的问题也越来越重视。笔者认为对生态环境的影响，应遵循“以人为本，人与自然和谐共处”的原则。
三、水利水电工程的寿命诊断方法及评价探讨
依据以上原则，水电工程( 或大坝) 的生存寿命同样也存在“生老病死”的生命周期。对此，笔者初步提出以下的看法和认识。
3.1 安全诊断
根据设计规范、原位监测资料及其分析与反分析成果，动态复核水利水电工程的强度、稳定及耐久性，除满足现行规范的要求外，还应定期检查、分析老化和病变的机理及其对大坝安全的影响，使大坝在健康状态下运行。除此以外，本文提出以下一些新的分析理论和方法。
3.1.1 强度分析理论和方法
设计规范规定，水利水电工程中的强度分析以控制部位的拉、压应力是否满足允许应力判断。本文探索用微纳米尺度的力学分析方法分析裂缝和强度，即采用宏观、细观、纳观的3层嵌套的力学模型，其基本原理为：(1) 用原子镶嵌模型和分子动力学理论模拟裂纹尖端附近的纳观区行为；(2) 用弹性基体加离散位错描述细观区行为；(3) 宏观区采用超弹性、粘塑性大变形本构关系和有限元计算分析。
3.1.2 稳定分析理论和方法
设计规范规定，在设计荷载组合作用下，沿控制滑动面的稳定安全系数大于或等于规范的允许值，则为稳定，否则为不稳定。近几十年来，有限元法已成为计算力学中解决工程问题的主要数值分析方法，然而随着其应用范围的扩展，其固有的一些缺陷也日益突出。近几年来国际上许多著名的计算力学学者，提出了一些新的分析理论和方法，如DDA，NMM，Meshfree Method等。
3.1.3 耐久性分析理论和方法
除了常用的抗冻、抗渗和抗冲等作为耐久性的指标外，还应包括现场检测和监测的变形、应力应变、扬压力和渗漏量、析出物以及隐患缺陷(尤其是裂缝)等资料，建立时变模型，以定量分析水利水电工程耐久性的演变过程。
3.1.4 安全监测新技术
除了上述对水利水电工程的强度、稳定和耐久性进行定期复核外，实践证明，对水利水电工程进行实时安全监测和定期检测及其安全分析评价也是十分重要的。本文介绍用纳米监测技术及4S监测技术进行安全监测。
(1) 纳米监测技术
纳米技术的覆盖面相当广泛，本文探讨了该技术在水利水电工程监测中的应用。
① 纳米传感器。由于独特的物理化学性能，纳米材料在传感器技术上有着良好的应用前景；利用纳米材料的大表面积可制造出具有高灵敏度、高选择性、高稳定性和高重复性的纳米传感器，监测大坝的变形、渗流和应力应变等，可弥补传统的传感器的不足。
② 微观诊断新技术。日本科学家最近利用纳米材料，开发出一种可检测人或动物体内物质的新技术，该技术可辨别身体内物质特性；东京大学的科研人员使用一种纳米级的微粒子，因其与物质反应产生光，研究人员采用深入内部的光导纤维检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态。
(2) 4S监测技术
综合应用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球卫星定位系统(GPS) 和专家系统(ES) 对水利水电工程进行安全监测是一种新的尝试。4S 技术及其集成技术作为数字流域中的重要技术，在大坝安全监控领域有广阔的应用前景。笔者提出4S 集成框架(图1)，用以对整个流域大坝群的监测和管理或者微观每座大坝的安全监测和监控。
图1
3.2 工程效益评估
修建水利水电工程的目的是要发挥防洪、灌溉(供水) 和发电等综合效益，因此，要及时评估工程效益。下列情况下的大坝应退役或拆除：(1) 不能发挥这些大坝的效益或效益大为降低；(2) 病险问题十分严重，通过技术经济分析和风险分析，当补强加固费用大于工程效益，或者大坝失事引起下游严重灾害等。因此，工程效益必须作为水利水电工程生存的重要因素。
修建水利水电工程后对生态环境的影响内容广泛，笔者认为，要遵循“以人为本，人与自然和谐共处”的根本原则，具体应注意以下几个方面：
（1) 移民问题要遵循“移得出、安得住”的原则。修建水库后，特别是大型水库，往往需要迁移大量移民，必须保证这些移民要有发展再生产和提高生活的好环境。
(2) 次生地质灾害
修建水库特别是特大型水库或水库群后，大体积水体作用在地壳上，使地应力增大，在高地应力或高地震区或活动地质构造处，可能产生诱发性地震。因此，修建大坝是否发生灾难性的地质灾害，是大坝生存的重要条件之一。
(3) 泥沙问题
修建水库后，改变了河道中泥沙的运动规律，使库区泥沙淤积、清水下泄。这将引起上游支流河口和河床抬高，降低支流的排洪能力，抬高地下水位，引起次生盐渍化，如三门峡水库修建后对渭河的影响。清水下泄将冲刷下游河床和防洪堤。因此要分析这些灾害所造成的损失，或者改变水库的运行方式，使灾害降低到最小程度。
(4) 对水生动植物的影响
修建水库后，改变了水生动物的通道，也使得水质产生了变化等，破坏了有些物种的生存环境。与此同时，水库蓄水，特别是梯级水库蓄水，造成下游水量减小，甚至断流，使下游特别是河口物种的生存环境遭到破坏，这在国外是很重视的，如美国缅因州的Edwards 坝，服役 162 a后，因该坝破坏了大西洋某些物种的生存环境而被拆除。
(5) 文物淹没问题
库区往往有较多的历史文物古迹，具有重要的历史保存价值，对这些古迹的保护，也是生态环境评估的内容。
(6) 对气候的影响
大型水库或水库群产生的大面积水面，一方面改善了当地的气候条件，如刘家峡水库使当地气温在夏天降低1℃～2 ℃、冬天升高 1 ℃～2 ℃。另外，也对大气环流产生一定的影响，使有些地区降雨增多，而有些地区降雨减少。
(7) 大坝失事对生态环境的影响
大坝存在严重病变或者现代战争等引起溃坝，将对下游产生严重灾难。因此，要评估这种极端情况对生态的影响。
四、结论
本文探索了重大水利水电工程寿命诊断的理论和方法，得到以下结论：
(1) 随着我国大量水利水电工程的老化，急待研究其生存诊断的理论和方法体系。
(2) 提出了重大水利水电工程与世界一切事物
一样存在生到死的生命过程，主要以工程效益、对生态环境的影响等功能为控制，以确定工程寿命。
篇2
关键词：世界银行 移民政策 中国 水库移民
世界银行为其支助的建设项目制订的业务政策——非自愿移民系单独条款，编号OP4.12（以下简称“4.12条款”）与我国《大中型水利水电工程建设征地补偿和移民安置条例》（以下简称《移民条例》）和《水电工程水库淹没处理规划设计规范》（以下简称《设计规范》），总体框架基本相同，少量条款有差异。随着我国市场经济体制的不断推进和完善，特别是20世纪80年代以来我国对外开放的步伐不断加快，引进了发达国家先进技术和管理经验，我国的《移民条例》和《设计规范》经过充分酝酿，正在修订，可望在近期颁布实施。新的《移民条例》和《设计规范》将更接近世界金融组织（包括世界银行）制订的政策和准则。本文就现行的《移民条例》和《设计规范》与“4.12条款”进行对比分析。
一、政策目标
“4.12条款”对非自愿移民的政策目标归纳为：①探讨一切可行的项目设计方案，以尽可能避免或减少非自愿移民；②如果移民不可避免，移民活动应作为可持续发展方案来构思和执行。应提供充分的资金，使移民能够分享项目的效益。应与移民进行认真的协商，使他们有机会参与移民安置方案的规划和实施；③应帮助移民努力提高生计和生活水平，至少使其真正恢复到搬迁前或项目开始前的较高水平。
我国《设计规范》总则第1.0.3条至1.0.5条明确规定，①节约土地是我国的基本国策。水电工程的建设，应根据我国人多地少这一实际情况，尽量考虑少淹没土地，少迁移人口；②移民安置规划是水库淹没处理规划设计的核心，应遵循“没有移民安置规划的，不得审批工程设计文件、办理征地手续，不得施工”的要求，认真制定切实可行的规划方案，并与枢纽建筑物设计文件同时报主管部门审批；③水库淹没处理规划设计应根据国家的有关政策和法规，贯彻开发性移民方针，坚持国家扶持、政策优惠、各方支援、自力更生的原则，正确处理国家、集体、个人之间的关系。通过前期补偿、补助与后期生产扶持的办法，妥善安置移民的生产、生活，逐步使移民的生活达到或者超过原有生活水平。修订后的《移民条例》和《设计规范》对此规定的更具体、更明确。
政策目标从总体上讲，“4.12条款”与我国《移民条例》、《设计规范》是一致的，但我国的移民政策与“4.12条款”在移民后期扶持上有所区别。我国移民政策规定，为了使移民抗风险能力更强，生活进一步提高。规定从发电收入中提取后期扶持基金，提取比例因不同省份或不同水库而有所差异。例如，湖南省规定，从1998年开始，每发一度电提取2分钱的后期扶持基金。其他省每度电提取5厘钱，发电收入少的水库人均按250～400元的标准提取后期扶持基金，提取的时间，从发电之日开始共提取十年。
二、项目涉及的影响
治理水患和开发水电，不可避免地要产生非自愿移民。“4.12条款”对于因工程建设强制性地征用土地，导致非自愿移民搬迁或丧失住所，失去资产或获取资产的渠道，丧失收入来源或谋生手段等影响作了详细的说明。笔者归纳为两点：①赖以生活的房屋及财产；②赖以生存的生产资料。对此，在我国《设计规范》中指的是淹没影响及永久占地的处理范围和实物指标。
我国《设计规范》对淹没影响及永久占地的处理范围和标准做了详细的规定，处理范围，包括淹没区及因水库蓄水而引起的浸没、坍岸、滑坡和其他受其影响的地区。处理标准，根据淹没对象的重要性、水库调节性能及运用方式，在安全、经济和考虑其原有防洪标准的原则下，因地制宜地在洪水设计标准范围内选择。
对于淹没影响及永久占地内的实物指标如何确定，我国《设计规范》明确规定，调查前规划设计单位必须编写调查大纲，经审批后再进行实物调查，调查结果要经过受影响的个人和当地村组签字认可，最终形成《实物指标调查报告》，此报告是进行移民安置规划的基础和依据。 三、要求采取的措施
“4.12条款”规定，由于工程建设不可避免地产生非自愿移民时，①必须要编制一份移民安置规划或移民安置政策框架，包括明确移民的权利、按全部重置价，获得迅速有效的补偿，以抵消由项目造成的直接财产损失、在搬迁期间获得帮助。在搬迁后的过渡期内获得帮助、提供就业培训帮助；②编制一份世界银行认可的程序框架，说明移民参与过程，包括制订并实施项目的具体组成部分、确定符合移民资格的标准、明确相应措施，帮助移民努力改善其生活，或者至少恢复到以前的水平（按实际价值计算），同时要确保移民搬迁后的可持续发展、解决与移民有关的潜在冲突；③特别关注移民中弱势群体的需要，尤其是那些处于贫困线以下的人、没有土地的人、老年人、妇女、儿童、土著人群、少数民族，或是可能不会受到国家土地补偿法规保护的人；④对于依附于土地的土著人群，制定移民规划时要充分考虑其文化和生活习俗；⑤对移民的补偿要在搬迁前予以到位；⑥对于以土地为生的移民，条件允许，应当优先考虑依靠土地安置的策略等。
世界银行对上述的要求，对应于我国的移民政策，就是要做好移民安置规划。我国《移民条例》非常重视对移民安置规划的编制工作。第十条明确指出：“水利水电工程建设单位，应当在工程建设的前期工作阶段，会同当地人民政府根据安置地的自然、经济等条件，按照经济合理的原则编制移民安置规划。移民安置规划应当与设计任务书和初步设计文件同时报主管部门审批。没有移民安置规划的，不得审批工程设计文件、办理征地手续，不得施工”。我国《设计规范》对于编制移民安置规划提出了具体要求，包括一般规定、农村移民安置规划、城镇迁建规划、专业项目复建规划、水域开发利用规划、补偿投资计划等等。
关于对移民需要采取的措施（或者叫移民安置规划），“4.12条款”和我国《移民条例》和《设计规范》都做了详细说明，从内容和条款上绝大部分是一致的。所不同的是，我国《设计规范》第10.0.3条第二款规定“房屋及附属建筑物补偿费，按照调查的建筑面积、结构类型和质量标准，扣除可利用的旧料后的重建价格计算”。这与“4.12条款”对于由于项目实施而带来的直接财产损失要“按全部重置价，获得迅速有效的补偿”不一致，简言之，就是移民房屋补偿是否考虑“利旧”的问题。
笔者认为，“4.12条款”“按全部重置价，获得迅速有效的补偿”对于移民利益考虑得更加详细，应当遵循。所幸的是，我国正在修订的《设计规范》和《移民条例》已经取消“利旧”，移民财产补偿按重置价计算，与“4.12条款”完全一致。
关于搬迁前应当首先获得补偿问题，我国没有明确规定，但是，移民不提前搬迁，工程就无法进行，所以事实上，项目实施时是这样做的。
对于移民搬迁后恢复期间给予帮助问题，我国现在修改的《设计规范》已经考虑了这一事实，实际上，近几年实施的水电项目，如江垭水利项目已经开始对移民搬迁后的恢复期给予前期生活补助。
对农村移民实行以土为地为主的安置方式，是我国在总结过去多年移民安置经验教训的基础上成功的方法，应当坚持和推广。
对于少数民族，我国《设计规范》第5.2.3条指出，“对少数民族地区的安置，应当照顾其生产、生活和风俗习惯”。修改后的《设计规范》还增加了“应考虑移民中不同群体的意愿和需求”。这些足以说明我国对少数民族移民的关心和关注。
四、非自愿移民有权获得补偿的资格
“4.12条款”指出：①一旦确定项目有必要进行非自愿移民，政府必须进行人口普查，确认将受到项目影响的人员、决定哪些人员有资格接收帮助，并防止无此资格的人员涌入。政府还需按照世界银行的要求制订一项程序，以便确定移民获取补偿和其他帮助的资格标准。该程序还包括向受影响群众和社区、地方当局，在适当情况下，向非政府组织进行有意义协商的条款，并规定申诉机制。②补偿资格标准要严格控制和掌握，对于具有补偿权利益的人不能遗漏，对于没有补偿资格的人不能纳入补偿对象。
我国《设计规范》对于实物指标调查的要求非常严格，笔者已在本文第二部分中予说明，在此重复和强调的是，调查结果经受影响的个人和当地村组签字认可后，还要将调查结论张榜公布，一是使受项目影响的移民都知道自己的情况，二是为了达到相互监督，确保与事实相符。至于移民申诉权，《移民条例》未做明确规定，但是，我国《宪法》及其他法律也规定了公民（含移民）的合法权益和权利，这些法律、法规同样适用于非自愿移民。同时修改的《设计规范》在“农村移民安置”栏目中明确，“应根据国家的法律、法规拟定移民合法权益的保障措施，提出移民的社会适应性调整措施”。
五、移民安置规划的制定、实施和监测
关于移民安置规划的制定，“4.12条款”在许多子条款中都提到了，并要求得非常详细和严格。“4.12条款”要求，借款方负责根据世界银行业务政策编制、实施并监测相应的移民安置规划、移民安置政策框架或程序框架。移民安置文件表明实现本政策目标的战略，并涉及拟议的移民安置的所有方面。是否保证并有能力圆满完成移民安置工作；移民安置规划包括若干方案的制定和充分地选择；在编制移民项目文件时，应征得社会学家、技术人员、法律专业人士、相关的社区组织和非政府组织的协助；同时，在项目一开始就要让移民参与其活动，并在项目设计中考虑他们的意见；移民投资和其他项目活动经费一并进入项目总成本；与世界银行业务政策相符的移民安置方案包括整个项目的设计文件，经世界银行确认后将通过公共信息中心予以公开。关于此条，笔者在第三款已经做了详细说明，在此不再赘述。
篇3
关键词：水利枢纽 混合式抽水蓄能电站 宽尾墩式溢流坝 变速运行 碾压混凝土
1 设计中的几个重大技术问题
1.1 枢纽布置
枢纽布置是整个枢纽设计的关键技术问题之一。
在初步设计批准后，我院在清华大学及本院科研所进行了6个水工模型、5个方案的试验研究，验证了初步设计所推荐的枢纽布置是最优方案，即右岸坝后式水电站的枢纽布置具有布置紧凑、管理运行方便、施工简单、投资省、上下游流态可基本满足运行要求。该方案又经长期的、大量的整体及断面水工模型试验研究后，进一步完善了枢纽布置：
主坝泄洪建筑物由表孔和底孔组成，最大泄洪流量为56200m3／ s，表孔共18孔，孔宽15m，挑流消能。4个泄洪底孔为深式一短管、明流槽以及挑流消能。由于施工的需要，将底孔由电站左侧迁移至表孔中部，表孔则分两段布置即右7孔、左11孔，两段中间布置泄洪底孔。
溢流坝闸墩由流线型改为平尾墩、左3孔又改为宽尾墩、通过试验将挑流鼻坎高程抬高了3m，增加挑射角至30°等措施，达到了充分消能的目的，改善了左岸回流淘刷坝趾和下游冲刷。溢洪道右端导墙加设了导向墩，电站左导墙加长80m，加长部分左折20°。这些措施避免了对厂房的冲击，改善对尾水渠左导墙的冲刷，并大大减少了尾水渠出口淤积，为电站运行提供可靠的保证。
潘家口电站是一座混合式抽水蓄能电站，装机4台，其中1台150MW常规机组、3台90MW抽水蓄能机组。这座电站是我国目前最大的混合式抽水蓄能电站，其特点：一是电站水头变幅巨大；二是常机组布置在同一个厂房内；三是蓄能机组需要安装在一期工程形成在厂房内；四是设备多、且某些设备还有特殊的要求。这些特点和要求，给机组制造与厂房布置带来复杂性。经过周密的布置和详细研究，并与厂家协商，对机组的结构做了修正和调整，才满了运行和设计要求。
保坝措施经技术经济比较，选择了加高大坝2.5m，枢纽泄流能力提高15％，最大泄量为56200m3/s。而枢纽增加投资仅占总投资的2％。因此该方案是经济合理的、也是可靠的。
1.2 关于水库诱发地震的研究
潘家口坝址与库区有东西向、北东向及弧形构造会入，构造复杂，又有历史地震的记录。根据联合国教科文组织的规定，我院开展了关于水库诱发地震的研究，通过扩大的地质测绘、遥感、精密水准测量、地应力测试、地震台网的监测，10余年来还未观测到水库诱发地震的迹象。但根据国内外工程经验，今后还应加强监测工作。
1.3 关于碱活性骨料的研究
本料场的混凝土天然骨料，通过调查发现有燧石、凝灰岩、流纹岩、粗石岩、蛋白石、安山岩等活性骨料，约占总量的30％，诵过岩相鉴定及化学法试验确定，属有害的碱活性反应的材料。为此，又进行了长度法试验。试验结果证明砂、骨料均不产生过量的膨胀，可评价为非活性骨料。由于缺乏骨料在混凝土中使用的经验，为安全可靠，设计仍用抚顺低碱大坝水泥及掺粉煤灰等抑制措施。经近20年的运行均未见异常。
1.4 下池库内往返水流
混合式抽水蓄能电站下池布置在滦河干流上，因此需满足泄洪要求，即建筑物应能抗御大洪水冲淤的作用。下池工程为三级建筑物，要求抵御28000m3／s的大洪水冲击以及淤积造成的不利影响。为此电站左导墙按折线布置，挖除左岸滩地约100万m3砂石，大大改善了尾水渠出口淤积问题。经包括上下池整体水工模型试验，证明大洪水过后，下池有效库容损失约10％左右，而实际设计已留有足够的余地，因此运行是可靠的，设计也是成功的。
1.5 水资源开发与经济效益。
由于京津唐地区缺水严重，因此水资源开发与利用成为当时的一个核心问题，引起各方面的关注。在审查潘家口初设时，华北电管局明确提出在原供水、防洪及季节性电站的基础上，在可能条件下，增设3×90MW抽水蓄能机组扩大装机容量，使季节性电站变为混合式抽水蓄能电站。其优点：（1）结合供水发电，发电不降低供水的效益；（2）可避免在枯水时段或不需要供水时出力受阻甚至停机；（3）常蓄机组互补，可增加尖峰发电量，减少输入电量，提高机组的综合效率；（4）由于增设抽水蓄能机组，大大改善了电站在系统中的地位和作用。提高对系统的调节能力，具有明显的调频效应，为系统提供了一个可靠的调峰电源。量增加了3.87倍，总峰荷电量达4.838亿kW·h.峰荷电量大幅度增长的原因：抽水发电2.307亿kW·h，另外在系统中填谷210～270MW，解放了火电机组调峰500MW。这种混合式水电资源开发的经济效益是十分明显的。 2 设计中采用的新技术
2.1 坝型
主坝采用了低宽缝重力坝，这种坝型是由宽缝重力坝发展而来的。为了区别，可视一般宽缝重力坝为高宽缝重力坝。高宽缝为坝高的1／2。低宽缝重力坝缝腔高为坝高的1／3。其次是缝腔的体形不同，低宽缝尽量避免倒模板，将上下游缝腔的坡度改为竖直坡。这种坝型的优点是：（1）较实体重力坝节省工程量10％；（2）保留了高宽缝重力坝的优点如降低扬压力，便于检修、坝体冷却，便于基础排水和排水设施的布置，便于使用预制模板等；（3）封腔早，便于机械施工、提高工效、加快进度。
2.2 宽尾墩式溢流坝
宽尾墩式溢流坝是由一般带挑流鼻坎消能工的溢流坝发展而来的。即由一般溢流坝加宽尾墩形成宽尾墩式溢流坝。这是我院科技人员在国内外首创的一种消能工。在闸室内宽尾墩强迫水流收缩成水冠，过闸室后水冠扩散，在反弧段内，宽尾墩两侧高速水流相撞，充分掺气，形成高低坎消能效果，增大入水角和扩散面，减弱冲刷能力，达到充分消能的目的，采用宽尾墩后当泄5000年一遇洪水时，坝下冲刷变淤积，消能效果明显，保证了大坝泄洪时安全运行。
2.3 裸露式具有抗冻性的碾压混凝土重力坝
下池左岸挡水坝段经过技术经济比较，以碾压混凝土重力坝代替了常态混凝土重力坝，取消了常态混凝土保护层。碾压混凝土直接接触空气和水，并且要与常态混凝土坝一样，要经受一切大自然如阳光、温度、水的作用等。由于下池处于寒冷区，水位日变幅5.5m，因此要求坝体水位变动区应达到150次冻融循环，其它部位也应达到50次抗冻要求。设计采取了以下措施：（1）总胶凝材料用量177～145kg／m3，水泥用量122～94kg／m3。（2）混凝土内掺用复合外加剂，使碾压混凝土含气量达到4～6％。（3）施工过程中在上下游坝面喷洒胶凝剂，加强了层间结合，使坝体达到一定的抗渗性。
另外简化了断面，取消了廊道、上游直坡、下游阶梯状斜坡等，以适应碾压要求。
这座裸露式具有抗冻性碾压混凝土重力坝，最大坝高24.5m，坝顶长275m，横缝间距57m。该坝已建成5年，运行正常，是国内外首例，对碾压混凝土筑坝技术的发展具有一定的开创性。
2.4 机组变速运行
为了适应水头变幅巨大的运行要求，在引进蓄能机组的过程中，经与厂家研究，采用变极双速机组，起动变频器扩大容量为60MW，串连在机组与主变之间，即可实现水泵起动和变速运行，这种定子接线60MW变速运行机组在国内外是首例。60MW变频器能保证蓄能机组在发电工况（36～53m），水泵工况（36～79m）内以最佳转速在高效区运行。机组效率提高：发电工况12％，水泵工况19.2％。机组综合效率由60％提高到80％，替代容量增加15％，气蚀振动大人减轻，提高了机组的寿命。
2.5 碾压混凝土路面
潘家口水利枢纽对外交通7.2km，其中5.9km路段采用碾压混凝土筑路技术。经过试验研究，将干砂浆（无坍落度砂浆）应用于碾压混凝土路面，保证了路面平整不露石子，提高了路面力学强度和耐磨性，成为国内外首创筑路新工艺。全碾压式一级配混凝土、表面铺干砂浆厚5～10mm，一次碾压成高级路面。
2.6 水电站主厂房防火的改进措施
电站防火设计经过唐山市消防支队的审查，设计符合国家、部颁设计规范的要求，并有所创新，国内外首次采用的改进措施：
（1）常开门式封闭楼梯。（2）挡烟垂壁，在机组段之间横梁（梁高0.6m）下设轻钢龙骨，外侧固定石膏板，挡烟垂高0.9m，总壁高1.5m，保护电缆效果明显；（3）自动报警与手动报警相结合；（4）电缆夹层采用固定式卤代烷灭火系统。以上四项措施对厂房结构改动很小、投资少、易实施、效果明显，提高了防火安全性和可靠性。
3 提高效益的设想
3.1 为了进一步发挥混合式抽水蓄能电站的效益，建议再引进两台60MW变频器。
3.2 抬高运行水位
由于在大坝设计中已适当留有余地，可考虑抬高水位运行，每抬高1m，即可增加5000万m3的有效库容。这一措施，效益很高，可在适当时机在不影响大坝安全运行的前提下，予以实施。
3.3 在引滦供水系统中，除潘家口之外，还有大黑汀、于桥、邱庄、陡河水库等，已形成一个关系密切的供水网络，建议在不增加投资的条件下，加强调度与管理，即可达到多蓄水，提高供水效益的目的。如潘家口与大黑汀水库联合运用可多调节水量1.2亿m3，如五库联合运用，其效益更为可观。
3.4 进一步发挥水库排沙对下游入海口冲刷的作用
潘家口水库有4个底孔，这4个底孔泄量尚不能满足现行规范的要求，应该充分发挥现有底孔排沙作用。经过科学计算和研究后在汛期低水位时，在有准备的条件下，泄水拉沙，隔几年进行一次以提高水库寿命。这一措施带来的另一个好处是：利用人造洪峰对入海口进行冲刷，防止海口淤积。
参考文献
1 潘家口混合式抽水蓄能电站、曹楚生.1990年4月国际抽水蓄能会议论集。
2 一期工程概述.曾楚生.李成乾，水利水电工程.1986年2期
3 混合式抽水蓄能电站布置.魏恒德.李启业.水利水电工程.1986年2期
篇4
关键词：设计洪水；频率曲线；洪峰流量；设计水位
中图分类号：TV122.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160230065
1 资料的选用
孤山河位于海城河的上游位置，没有专业化的水文站，所以不能对洪水情况进行监测，洪水资料缺乏。海城水文站在海城河的干流位置，而且实测年限相对较长、实际观测质量也相对较好、具有相对较高的精确度、其水文气象与相应的下垫面条件十分相似，也距离分析断面相对较近。所以，在实际工作过程中，可以将海城站资料作为研究基础，并采用科学化的海城站洪水分析设计成果，采用科学化的面积比拟法对相应的分析断面实施洪水计算。
本研究中，海城河控制站是海城水文站，其具体站址以上的河长大约为56km，实际流域面积是1000km2。基本资料可以选择1953～2012年的资料，每年资料都由辽宁省的水文水资源勘测局进行整编管理、地审管理、省审管理、汇编管理以及刊印管理，具有非常高的精度，洪水计算成果可靠。
2 资料的插补延长工作
此次的洪峰流量资料选择1953～2012年的实测资料，为此本项计算过程中，必须要进行科学化的插补延长，具体情况如下：
汤河水库站是其相邻水库站，洪水监测资料时间更长，2站的距离大约在50余km，且2者流域面积也比较相近。所以，可以采用科学化的面积比法实施资料插补与延长，具体来说，汤河水库站的实际流域面积是1228km2，根据资料显示在1951年以及1952年的实测流量是719m3/s与734m3/s，进而所计算出来的海城站流量则是586m3/s和598m3/s，并以此作为相应的资料插补系列。
按照《辽河防汛资料汇编》资料显示，1879年的最大洪峰流量达到5050m3/s，而2012年为3230m3/s，1888年是3080m3/s，这3次洪水是历史资料中最大的3个。
3 洪水计算
3.1 海城站的实际洪峰流量推求
按照以上资料计算，具体计算结果见表1。
通过表1海城站百年一遇设计洪峰流量为3840m3/s；50a一遇设计洪峰流量为3120m3/s；20a一遇设计洪峰流量为2210m3/s。
3.2 项目位置以上设计洪峰流量的推求
基本公式：
式中：――断面位置设计洪峰流量
――海城站洪峰流量
――海城站以上流域面积
――断面位置以上流域面积
断面位置20a一遇设计洪峰流量=412m3/s；
断面位置50a一遇设计洪峰流量=582m3/s；
断面位置100a一遇设计洪峰流量=716m3/s。
4 设计洪水成果与其合理性分析
海城水文站洪水实测资料具体监测时间为60a，系列相对较长，且成果精度高，具有非常高的可信兴；借助海城站的资料来换算工程项目的洪水情况，方法非常得当。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》规定，建设工程的所在流域在洪水监测资料与暴雨资料上都比较短缺的时候，需要利用邻近地区调查资料，实施综合分析，之后再计算设计洪水。所以，相对来说，用海城站的洪水资料推算其孤山桥位置的设计洪水是比较合理可靠的。
参考文献
篇5
关键词:大体积混凝土;温度裂缝;闸室底板;控制措施;
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、工程概况
荆山湖行洪区退洪闸位于安徽省怀远县，退洪闸采用开敞式水闸型式，水闸设计流量为3500m3/s。其中闸室底板为两孔一联分缝的分离式底板型式，大底板厚1.5m，小底板厚1.2m，局部齿槽厚2.7m，大小底板间设搭接缝，缝间设橡皮止水，设计砼强度等级为C20，底板平面尺寸为28.7×19m2，总方量889m3，属于大体积混凝土工程。根据工期安排，底板砼施工期间为2004年5~6月份，月平均气温达20.6～25.6℃左右，控制好大体积混凝土施工过程中的裂缝是工程闸室底板施工的技术关键。
二、大体积混凝土裂缝产生的原因
（1）水泥水化热的影响。水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥产生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大，产生温度应力和收缩应力。水化热产生的混凝土内部最高温度，多发生在浇筑后的最初3天至5天，以后逐渐降低，这与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关。结构裂缝主要是由降温和收缩引起的，前者引起外约束，是导致贯通裂缝的主要原因；后者引起自约束，主要引起表面裂缝。因此在降温阶段，如果温差较大，则早期出现裂缝的可能性较大。
（2）约束条件的影响。大体积混凝土浇筑时，其内部产生水化热，使砼的温度升高，温度的升高会使砼产生膨胀，砼在膨胀的过程中可能会受到已有结构模板的约束，从而使其内部产生压应力。当后期温度下降时，混凝土收缩受又会在其内部产生拉应力。由于混凝土的抗压性能优于抗拉性能，所以在受压时一般不会出现裂缝，而在受拉时，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会在混凝土中出现裂缝。
（3）外界气温变化的影响。大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形而造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60℃-65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
（4）混凝土收缩变形的影响。混凝土中约20％的水分是水泥硬化所必需的，而约80％的水分要蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。当收缩应力大于当时混凝土极限抗拉强度时就会在混凝土中产生收缩裂缝，从而给结构带来质量隐患。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等。
三、采取主要技术措施
1、降低水泥水化热温升值
砼配合比将根据具体材料的规格、品质通过试验加以确定。施工中准确计量各种组成材料，并合理振捣砼，以保证它的密实性。
⑴水泥：采用32.5级普通硅酸盐水泥。
⑵砂子采用级配良好的中粗砂，细度模数2.5~2.8，含泥量小于2%；石子选用连续级配的二级料，片状颗粒含量不大于10%，含泥量小于1%。存放场地设置砼地坪，保证材料清洁。
⑶采用双掺外加剂（HLC-1抗裂剂，泵送剂，Ⅰ级粉煤灰）以减少水泥用量。
⑷控制砼坍落度，水灰比不超过0.6，减少砼收缩。
2、降低砼入仓温度
⑴砂石料遮阳、覆盖，洒水降温，拌和站和砼运输车及浇筑现场均搭盖遮阳设施。
⑵施工拌和用水，采用水温较低的深层河水或深井水（小于12℃）拌制砼，必要时掺加冰块，使砼入仓温度控制在12℃左右。
⑶定时检测砼出机口温度、入仓温度及浇筑完毕时温度。
3、改善约束条件，减少温度应力
砼采用二级配，分段、分层浇筑，振捣密实，以使砼的水化热能尽快散失。
4、采用“二次”法施工工艺，提高砼极限拉伸强度，消除砼收缩裂缝
⑴二次投料法：使水泥充分扩散，与砂石充分拌和，砼的流动性较好，离析和泌水现象减少，提高砼早期强度，在强度相同的情况下，可节约水泥15%左右。
⑵二次振捣法：增强砼密实性，可以消除沉降及收缩裂缝。
⑶二次压光法：排除砼表面过多的泌水、浮浆，可以消除砼表面产生早期收缩裂缝。
5、加强温度控制与养护
⑴底板施工时，为了正确了解砼内部温度变化状态，在底板闸墩部位埋设测温管，布置测点，随时对底板内外温差及降温速度进行监测；如有异常，及时调整保温或降温养护措施，以满足温控要求。
⑵对于侧模也要根据模板类型环境气温的条件和保温养护的需要，采取相应的保温措施；模板拆除后，还根据闸底板内外温度的实际情况，按温控指标要求采取必要工艺保温措施。
⑶加强砼的早期养护，刚浇筑完的砼要及早喷养护液、覆盖，有利于砼缓慢降温，减少温差，提高早期抗拉强度。防止表面过早脱水而产生收缩裂缝。同时延长拆模时间，控制砼内外温度。
四、砼防裂验算
1、验算条件
本工程底板设计砼强度等级为C20，底板平面尺寸为28.7×19m2，底板厚1.5m，局部齿槽厚2.7m，总方量889m3，施工期间为2004年5~6月份，月平均气温达20.6～25.6℃左右，相应采取夏季施工措施。
2、砼最高温度升值验算已知条件：
⑴浇筑时平均气温23.1℃，通过采取掺外加剂等措施，控制砼浇筑温度12℃；
⑵砼配合比：C20二级配普通砼，水泥用量Q=250kg/m3(32.5级普通硅酸盐水泥)，掺粉煤灰及泵送剂、抗裂剂60kg（掺水泥用量15%及胶凝材料用量14%）；
3、砼最高温升值
按经验计算公式：
4、温控验算
根据经验及有关规定，砼内外温差不超过25℃，则不会产生温度裂缝。本工程底板砼内部最高温度与室外温差为49.3-23.1=26.2℃，超过25℃，需采取措施控制砼内外温差不超过25℃。计划采取措施为：砼浇筑后在表面及时喷洒一层养护液、两层草袋进行隔热养护，采取养护措施后，砼表面温度：
― 龄期3天时，大气平均温度，取23.1℃
H ― 砼计算厚度（m）H=h+2
h― 砼实际厚度，此处为1.5m
― 砼的虚厚度，（m）
λ― 砼的导热系数，λ=2.33w/m.k
K― 计算系数，取0.666
β― 保温隔热层的传热系数
T―龄期三天时,砼内最高温度与外界气温之差,此处为26.2℃
δi ―各种保温材料的厚度，取4cm
λi―各种保温材料的导热系数，计算时取0.14
βq―空气层的传热系数，可取23W/m2K
则h’=K=0.6662.33/3.028=0.7322
Tb =42.6℃
砼中心最高温度与表面温度差（Tmax-Tb）为6. 7℃，小于25℃，符合要求；砼表面温度与室外大气温度差（Tb-Ta）为19.5℃，小于25℃，符合要求，故所采取的措施是可靠有效的。
五、结束语
荆山湖退洪闸大体积砼采取以上措施，砼裂缝得到了良好的控制。
参考文献：
《水利水电工程施工组织设计规范》(SDJ383―89)
《水利水电建设工程验收规程》(SL223―1999)
《水工混凝土施工规范》(SDJ207―82)
篇6
【关键词】水库，除险加固，改造工程，金属结构，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一.前言
水闸加固施工技术是水利工程施工中的重要组成部分，加固方案要体现先进性、科学性和经水闸加固济性的原则，从勘测、设计、施工、管理等各方面，重视采用病险水闸水闸加固除险加固新技术、新方法、新材料、新工艺。 针对水库除险加固改造工程金属结构设计进行深入的研究和探讨。
二.病险水闸的现状分析
1.建筑物结构老化损害严重。混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，造成大量混凝土碳化、开裂、松散、脱落、钢筋锈蚀等损害。
2.闸门锈蚀、启闭设施和电气设施老化。金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。
3.水闸抗震不满足规范要求。处于地震设防区的水闸，原设计未考虑地震设防或设计烈度偏低，结构不满足抗震要求。
4.上下游淤积及闸室磨蚀严重。多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水闸上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。
5.闸基和两岸渗流破坏。闸基和两岸产生管涌、塌坑、冒水、滑坡等现象，发生渗透破坏。
6.管理设施问题。大多数病险水闸存在安全监测设施缺失，难以满足运行管理需求。
7.防洪标准偏低。防洪标准偏低造成超标准泄流、闸前水位超高甚至洪水漫溢。
8.防渗铺盖、翼墙、堤岸护坡损坏，管理房年久失修房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通除险加固讯工具等问题。
9.闸室稳定不满足规范规定的要求。闸室的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。
10.闸下消能防冲设施损坏。闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设消能防冲设施，危及主体工程安全。
三.以案例对水库除险加固改造工程金属结构设计进行分析
1.黑河三道湾水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县境内，是黑河水能规划的第六座梯级电站，距张掖市约150km。工程于2005年5月正式开工建设，2009年5月竣工发电。
工程的主要任务是发电，采用引水式开发。本电站由泄洪系统、引水发电系统及发电厂区三部分建筑物组成。电站总装机容量112MW，单机容量2×45＋22MW。本工程为中型三等工程。
黑河三道湾水电站在泄洪系统、引水发电系统等建筑物上布置金属结构设备共计有闸门、拦污栅13扇，闸、栅槽埋件14套，启闭、检修设备10台(套)，金属结构设备工程量约1556t。
本电站水库各特征水位分别为：校核洪水位：2372.41m，设计洪水位：2368.21m，正常蓄水位：2370.00m。
2 泄洪系统金属结构设计
泄洪系统由1孔正常溢洪洞、1孔非常溢洪洞和1孔泄洪排沙洞组成。在正常溢洪洞前设工作闸门1扇。为运行后维修工作闸门、埋件和水道考虑，工作闸门前设1扇叠梁检修闸门；在非常溢洪洞前设工作闸门1扇。因非常溢洪洞不经常工作，故不设检修闸门，如需检修工作闸门时，将水库水位放至堰顶以下进行检修；在泄洪排沙洞进口设工作闸门1扇。为预防工作闸门发生事故时无法闭门，导致水库放空，在工作闸门前设事故检修闸门1扇。泄洪系统所有工作闸门均由液压启闭机操作，一门一机；正常溢洪洞叠梁检修闸门由1台坝顶单向门机配自动抓梁操作；泄洪排沙洞事故检修闸门由1台固定卷扬式启闭机操作。
泄洪系统各闸门均以正常蓄水位2370.00m做为设计荷载进行结构设计。各闸门构件强度计算中考虑了地震动水压力荷载，以预留不大于20％的强度裕度的方法来保证构件的强度安全。
3.引水发电系统金属结构设计
引水发电系统在大坝右岸，发电洞全长约9316 m，后接发电厂房。在引水进水口的水道上设一道一字排列的3孔潜孔式拦污栅，栅后水道渐收窄，至竖井处设1扇潜孔式事故检修门。事故检修门可在洞中有事故时切断水流，避免事故扩大，在检修期为检查、检修洞身提供条件。
4.金属结构及电气设施更新改造
针对黑河三道湾水库金属结构及电气设施老化严重的问题，更换泄洪洞及灌溉洞进、出13共4扇钢闸门，配合闸门更换，凿除门槽二期混凝土重新浇筑。更换两洞进口闸门配电及操作设备，增加两洞出口闸门配电及操作设备。主要完成10kV架空线路0.7km，安装75kVA变压器l台，低压配电屏1面，动力配电箱1面，电力电缆(VV1kV3x25+1xlO)20m，电力电缆(VVlkV2xl0)360m，照明电线(BVV0.5kV2x4)150m等。
5 金属结构设计总结及评价
黑河三道湾水电站工程金属结构设备中的闸门、拦污栅及埋件设计遵循的规范为《水利水电钢闸门设计规范》(SL74―95)。启闭机、清污机要求制造厂按照《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41―93)进行设计制造。
承担该工程所有金属结构设备的制造厂具有水利水电工程闸门生产许可证并有多年工程使用的实例。
金属结构设备中的闸门、拦污栅设计已在前面作了介绍，构件设计、校核荷载两种工况均满足规范的要求。按平面结构体系的方法进行计算，闸门的结构设计是安全的，经济合理的。泄洪系统、发电系统的闸门设计考虑了各种泄洪工况，能满足水工建筑物在泄洪时水道控制的各项要求。按规范要求闸门不得承受静冰压力，故泄洪系统的正常溢洪洞、非常溢洪洞工作闸门冬季应采取人工开凿冰沟的方法，使闸门与冰层隔开。正常溢洪洞叠梁检修闸门平时隐藏存放在门机交通桥下专设的门库内，设计构思巧妙、紧凑，节省工程投资。
四.除险加固的对策
综上所述, 为了能进一步了解病险库的现状, 为以后的治理提供可靠的依据, 必须抓住西部大开发、国家支助投入这个良好机遇。按国家的统一布置, 做好如下工作: 1.在原始资料方面
主管部门应统揽全局,做好如下几个方面的工作:认真做好水库的安全鉴定工作水库的安全鉴定是水库除险加固的最基础的工作, 是水库进行安全分类的依据。首先, 水库安全鉴定应符合《大坝安全鉴定》和国家现行有关规范、标准的规定; 其次, 水库的安全鉴定, 应由水库管理单位按上述规定和相关的程序进行鉴定并上报备案。
2.做好水库除险加固规划编制工作
在水库安全鉴定的基础上, 针对水库存在的主要问题, 按照先急后缓、重点突出的原则, 做好三、四类水库的除险加固规划, 做到有计划、分期分批进行除险加固。
3.积极筹措资金, 分期分批完成除险加固对中、小型水库进行除险加固, 除积极争取国家支助投资外, 还应采取“政府投资, 群众投工, 用足用好水利基金”的方式, 并落实好配套资金。同时, 加强施工管理, 严格落实“三制”, 保工程质量。在目前这种情况下, 一方面要抓住机遇,争取国家支助, 另一方面要加强施工管理, 调动一切尽可能的技术力量, 加大前期工作力度和投入, 建议简化和压缩中间的咨询、审查、审批环节, 为方案实施赢得宝贵的时间。
4.在设计施工方面
应积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平针对拦河坝、溢洪道、放水洞存在的不同问题,采取科学、经济、合理的方法进行除险加固; 积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平。拦河坝上游护坡翻新时, 建议死水位以下采用抛石护坡, 坡比1∶3.0～1∶4.0; 死水位以上采用钢砼框格干砌石护坡。
坝体、坝基防渗采用砼、复合土工膜等技术可靠, 防渗效果好的材料和方法防渗。坝体内软弱夹层含水量高、干容重小、抗剪强度低、承载力小, 对坝体稳定不利; 当软弱夹层分布范围不大, 埋藏较浅, 宜全部清除; 当软弱夹层较薄, 能在短时间内固结的, 可不必清除, 坝坡也不一定放缓; 若软弱夹层分布范围较大、埋藏较深, 可用坝体灌水泥粘土浆, 并设置砂井排水, 促使软弱夹层固结。
五.结束语
通过对病险水库进行除险加固，消除了头屯河水库运行中的安全隐患，充分发挥了水库的设计供水效益，为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾害发挥了重要作用，为本区域的经济发展做出了重要贡献。
参考文献：
[1]刘志林．小型水库土石坝的除险加固措施[J]．技术与市场，2011年05期．
[2]满广生.水闸设计及闸室结构设计研究[J].科技资讯，2012.
[3]李红斌．浅谈如何做好中小型水库除险加固工程项目建设管理[J]．水利建设与管理，2009年10期．
[4]袁勤国，陈思翌．湖北省中小型水库土石坝渗漏原因及防渗处理[J]．长江科学院院报，2009年S1期．
篇7
水利行业较石油、化工、冶金、轻工业等行业应用自动化技术较晚，但随着计算机技术、电子技术、通讯技术和系统工程等专业的高速发展，自动化技术已经广泛应用于水文测报、洪水调度、大坝监测、水质监测、设备控制等水利建设的各个方面，大幅提升了水利现代化管理水平，为水利工程建设质量和投资效益提高发挥了巨大的作用。近些年，自动化技术以水利相关信息的自动采集和水力设施的自动控制为着力点，在陕西水利行业的应用趋势明显上升，各新建、改造水利工程在运行管理过程中生产效益显著提高，劳动成本和强度明显下降，但仍然存在一些问题。笔者根据自身从事自动化测控技术咨询、设计、实施的经验，针对水利工程自动化测控系统中存在的问题进行分析，并就自动化测控系统的建设和管理提出了合理建议。
2水利工程自动化发展现状
2.1系统建设情况
由于自动化技术在石油化工行业应用早、范围广，因此水利行业实施自动化测控系统也大都以石油化工行业标准为依据，适用性欠佳。近些年，随着自动化测控系统在水利工程中的普遍应用，水利部颁布了诸如《水资源监控设备基本技术条件》（SL426—2008）、《水利水电工程自动化设计规范》（SL612—2013）、《水利视频监控系统技术规范》（SL515—2013）等一系列标准规范，为陕西省在水利工程中配套建设自动化测控系统提供了坚实的理论依据。目前，陕西省新建、改造水利工程大都配备了自动化测控系统，各工程普遍都包括数据监测系统、设备控制系统、视频监控系统、通信网络系统和计算机监控调度系统。
2.1.1系统主要配置
除前文提到的必不可少的五大系统外，一般还会根据工程实际情况增加继电保护系统、火灾报警系统、卫星校时系统等，下面主要对五大系统进行介绍。计算机监控调度系统：位于值班室或中控室，包含工业监控计算机、操作台等硬件设备和监测与控制系统及数据库等软件。通信网络系统：主要是采用以太网、GPRS/3G运营商网络、数传电台、卫星通道等途径将计算机调度系统各个子系统或其他系统进行互联，以达到采集数据、控制设备、共享数据等目的。数据监测系统：主要指的是用于数据采集的前端仪表，如：流量计、液位计、温度计、闸位计等，这些设备的集成化程度往往根据具体的工程需求进行选择，一般仪表监测的数据都会进入PLC、RTU等设备。设备控制系统：现地控制单元与PLC、RTU共同组成该部分，向上提供设备运行状态信号，向下向设备下达运行命令。视频监控系统：该系统普遍由硬盘录像机和前端视频监控摄像机构成，既可独立运行，也可嵌入到整个系统中。
2.1.2系统应用软件
自动化测控系统的核心在于计算机调度系统中的应用软件，该软件一般采用已经产品化的组态软件进行二次开发，实现与下位机进行通讯、展现工艺流程、采集监测数据并存储、远程控制设备、异常情况报警、历史数据查询等功能。
2.2系统运行管理情况
目前，就笔者接触到的大部分水利工程而言，在自动化测控系统建成后，普遍都能有效改善运行管理环境，减少运行管理人员，为实现水利工程的“无人值班（少人值守）”创造了条件，发挥了积极的作用。
（1）通过自控系统的建设，水利工程运行管理单位也都建立了自控系统管理制度及操作流程，为现场操作提供了指导。
（2）针对自控系统的运维，各运维单位都设立了自控系统运行管理队伍，但基本都是日常值班队伍，且大都只知操作，不知维护。
（3）由于自控系统建设水平参差不齐，部分工程存在实际运行与预期相差较远，存在着重建设轻应用的现象，最终导致自控系统有可能不能完全发挥作用。
（4）由于水利行业的特殊性，部分工程只有在丰水期才会正常运转，自控系统的使用也就变得不是那么频繁，造成了自控系统长期搁置，缺乏养护，导致部分元器件失灵的情况发生。
3存在的主要问题
纵观自控系统在水利工程中的应用情况，主要存在以下方面的问题：
（1）水利自动化投资受限
很多水利工程在规划、设计之初都有自控系统的考虑，但后期往往由于整体工程投资受限，不得不将自控系统的投资进行压缩，从而使得部分功能或设备缺失，导致整个自控系统自动化程度降低，这种现象在中小工程或地方投资的项目中十分常见。
（2）招投标环节存在不足
水利自动化工程的设备和技术相对更新较快，设计单位只提工程量清单，且该部分工程往往包含在主体工程的某个标段中。自控系统的详细设计大都在开工后由分包施工单位承担，这就造成了自控系统的设计与实施缺乏审查、监管，存在随意性较大，不能完全保证工程质量的问题。
（3）施工过程缺乏有效监督
水利工程自动化在施工过程中，要么由分包标段监理单位进行监理，要么没有监理，而无论那种情况，都存在着没有自控专业的监理人员，缺乏对整个施工过程的有效监督。
（4）质量验收评定标准难把握
在工程验收时，由于缺乏自控系统的具体验收标准而难以具体操作，质量评定单位和业主往往只能从仪表、设备的数量、外观、安装等方面进行验收，很难深入到具体功能和突况预警等方面，这给施工单位偷工减料留有了空间。
（5）自控系统缺乏有效维护
工程验收、整体移交后，运营单位没有专业的技术团队来维护自控系统，当初的施工单位也很难及时到位，因此，自控系统长期处于缺乏维护状态，导致部分设备性能或指标下降，从而有可能会致使整个自控系统瘫痪。
4建议及对策
为了保证水利投资充分发挥效益，水利自动化系统除了要建设好之外，更要管理好，解决这些问题还需要很长的一个过程，笔者根据以上问题提出了一些建议：
（1）在工程招投标环节加强资质管理
在包含有自动化系统的水利工程中，严格划分标段，可以将自动化测控系统单独成标，强化资质要求，例如可以同时要求具有系统集成资质和水利行业资质，因为这两类资质内容都包含有自控系统的相关部分。
（2）工程建设中严格执行第三方检测机制
水利工程自动化工程监测相比较传统检测机构和技术而言，起步较晚，且自动化工程质量检测及管理目前还处于缺失状态，研究出台相关检测及验收的技术规范势在必行，重要的工程还要实行第三方检测。
（3）加强岗位相关培训
在基层单位管理人员中开展自动化专项技术培训，通过操作培训及考核保证基层员工都能胜任岗位，激发工作人员学习热情，加强其掌握技能的能力，保证自动化系统的使用及后期维护。
（4）依托水利行业信用市场建设，逐渐规范市场
篇8
关键词：塑性混凝土防渗墙水库除险加固应用
中图分类号：TU377.4 文献标识码： A 文章编号：
1 工程概况
靠山屯水库座落在义县西南部，留龙沟乡靠山屯村南，系小凌河流域黑山庙河中下游峡谷地带的水利枢纽工程，距义县城45km。是一座以防洪、灌溉、养鱼综合利用为一体的中型山谷水库，水库设计总库容1593 万m3，设计洪水位139.01m，校核洪水位141.28m，正常高水位（防洪限制水位）135.30m，死水位129.57m，死库容51.60万m3。
水库主要由大坝、溢洪道和输水洞组成，坝体为均质土坝, 全长180m ,坝顶宽6m ,上游坝坡1∶3 ,下游坝坡1∶2.7 。库区由天然的构造剥蚀洼地构成, 形状不规则。库区地层岩性主要中元古界蓟县系雾迷山组白云岩组成,水库在多年运行后大坝坝基的松散的砂砾层严重渗水，部分坝段出现明显的渗漏积水, 坝后土壤次生盐碱化、沼泽化严重, 直接威胁大坝安全和正常效益的发挥,被水利部列为病险库。
靠山屯水库除险加固工程对坝体防渗选用薄壁抓斗塑性混凝土防渗墙技术, 防渗墙轴线位于坝轴线偏上游, 全长180m , 墙顶高程139.51m , 墙体有效厚度0.4m , 塑性混凝土防渗墙底部至弱风化岩上部。塑性混凝土防渗墙平均深8m , 最深达23 m , 本工程共建混凝土防渗墙3128.9m2 。
混凝土防渗墙的主要设计指标为:抗压强度达到5MPa ~6MPa, 弹性模量1500 MPa，渗透系数1×10-7cm/s。塑性砼墙配合比采用二级配, 水泥采用32.5MPa 普通硅酸盐水泥。
2 塑性混凝土防渗墙施工工艺
2.1 挖槽准备
1) 布置施工平台及导向设施，抓斗施工平台设置在坝顶, 因坝顶宽度为6m , 坝前土护坡1∶3, 为满足施工要求，将坝顶下挖1米，使防渗墙施工的工作平台宽度达到12m并压实。挖掘机挖导槽，C15混凝土浇筑导墙，导墙壁宽0.5m，高0.6m，间距0.5m。
2) 槽段划分及施工顺序
根据靠山屯水库的地质情况, 单个槽孔长度为7m , 采用间隔槽段造孔。槽孔总长180m , 分为26个槽段, 分Ⅰ、Ⅱ序槽段分段造槽, 采用“抓凿法”, Ⅰ序槽段和Ⅱ序槽段连接即形成连续的垂直防渗墙。
3) 泥浆准备
泥浆用于支承孔壁、稳定地层、悬浮沉渣,同时向槽两侧地层渗透的泥浆以及槽两侧边壁形成的泥皮还起到辅助截渗的作用。
泥浆拌制采用ZJ – 400L 型高速泥浆搅拌机3台, 供浆泵3PNLG型2台，由泥浆站至施工槽段，铺设直径75mm钢管用于输送泥浆，另按浇筑槽孔的位置铺设可移动的直径75mm管路，用于槽段浇筑时回收泥浆，管路始端分别安设相应的泥浆泵。
泥浆材料选用膨润土, 泥浆性能指标为：浓度大于4.5%，密度小于1.1g/cm3,粘度大于25s，泥皮厚度小于1.5mm。成槽过程中, 对槽段采取必要的防护, 防止废浆、废渣、杂物进入槽内, 引起泥浆性能的改变。为防止离析、沉淀、保持性能指标均一, 槽段内泥浆液面保持在槽口板顶面以下30～50cm 的范围内。
2.2 成槽方法
槽孔分两序施工, 先施工Ⅰ序槽、再施工Ⅱ序槽。Ⅰ、Ⅱ序槽段均采用三抓成槽, 即Ⅰ序槽先抓取两侧单元, 再抓取中间单元; Ⅱ序槽先抓取中间单元, 再抓取两侧单元。
1) 槽孔宽度和槽孔分段长度
槽孔宽度不小于400mm , Ⅰ、Ⅱ序槽段采用接头管法相连, 槽孔长度采用7m。
2) 槽孔中心线与垂直度
各槽孔中心线位置在设计防渗墙轴线上。槽孔壁面保持平整垂直, 防止偏斜, 孔斜率不大于4‰。成墙段无探头石和波浪形小墙等。Ⅰ、Ⅱ序槽孔接头管中心线在任一深度的偏差值应能保证满足设计要求。抓斗上下升降过程中保持平稳, 避免左右摆动。主机要倒退行驶, 不允许在已成槽部位上行驶, 以免孔壁坍塌。
3) 槽孔深度
为了掌握地层岩性及确定防渗墙底线高程,沿防渗墙轴线每间隔20m 布设一个先导孔, 针对局部地段地质条件变化大的部位进行适当加密。先导孔采用XY—2 型取芯钻机进行施工,根据芯样整理资料确定槽孔底线高程并报监理单位批准, 以指导施工。
4) 终孔
槽孔终孔后, 施工方及时对孔位、孔深、槽孔长度、宽度及孔斜等施工质量进行自检,自检合格后报监理单位验收, 验收合格后进行下一道工序的作业。
2.3 防渗墙混凝土配合比及材料
1) 防渗墙为塑性砼墙体,抗压强度5.0Mpa~6.0Mpa。
2) 混凝土入槽时的坍落度为18～22cm ,任何情况下不得低于15cm; 扩散度为34 ～40cm; 混凝土的初凝时间不小于6h , 终凝时间不大于24h 。
3) 水泥选择32.5MPa 普通硅酸盐水泥, 混凝土骨料选择，中粗砂；砾石粒径5mm~20mm的天然骨料。膨润土选用附近膨润土厂的产品。
2.4 墙体混凝土浇筑成槽后,采用直升导管法于泥浆下浇筑混凝土。
1) 砼拌和及运输
在施工现场设置一套混凝土搅拌系统进行混凝土拌制，严格按配合比对混凝土进行配料和拌制，拌制时间和程序均由试验确定。
混凝土运输采用3台3m3混凝土搅拌运输车，在运输过程中尽量缩短时间，不使混凝土产生离析、漏浆。
2) 混凝土浇筑
浇筑导管沿槽孔轴线布置, 相邻导管的间距不大于3.5m , Ⅰ序槽孔两端的导管距孔端应小于1.5m , Ⅱ序槽孔两端的导管距孔端应小于1.0m。安装导管时, 导管底部出口与孔底板距离不得大于25cm , 并不大于1.5 倍导注塞的直径, 如孔底高差大于25cm , 则将导管中心放在该导管控制范围内的最低处。浇筑前, 每个导管均下入可浮出浆面的导注塞, 堵塞导管底口。
浇筑导管内径采用25cm , 浇筑前导管应进行密闭承压试验。导管开始浇筑时, 先下入导注塞, 将导注塞压到导管底部, 将管内泥浆挤出管外。然后将导管稍微上提, 使导注塞浮出, 一举将导管底端被混凝土埋住, 保证后续浇筑的砼不致与泥浆掺混。槽孔砼浇筑严格遵循先深后浅的顺序, 从最深的导管开始, 由深到浅依次开浇,直至全槽砼面基本浇平以后, 再全槽均衡上升。浇筑过程中, 保持导管埋入砼的深度为2~4m , 维持全槽砼面均衡上升, 控制其高差在0.5m 范围内。每30min 测量一次槽孔砼面, 每2h 测定一次导管内砼面, 在开浇和结尾时适当增加测量次数; 槽孔内砼面上升速度大于2m/ h , 并连续上升到设计高程; 浇筑过程中作好砼面上升的记录, 防止堵塞、埋管、导管漏浆和泥浆掺混等事故的发生。在砼浇筑时, 按要求在出机口和槽口入口处随机取样, 检验砼的物理力学性能指标, 不合格砼严禁入槽。
3) 相邻槽孔混凝土采用接头管法。接头管采用25t汽车起重机起吊接头管，对准端孔中心，垂直徐徐下放。要准确掌握起拔时间，起拔过早，混凝土尚未达到一定强度，就会出现接头孔缩孔和垮塌；起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力使摩擦力增大，增加了起拔难度，甚至接头管被铸死拔不出来，造成重大事故。
3 特殊情况处理
1) 在成槽过程中, 对固壁泥浆漏失量作详细测试和记录, 以便及时发现问题, 作好堵漏和补浆准备, 并查明原因, 采取措施进行处理。根据实际施工情况, 在固壁泥浆性能指标基本满足要求的前提下, 适当调整泥浆配比,并适当放缓挖槽速度, 待固壁泥浆漏失量正常后再恢复下沉抓槽。
2) 当出现塌孔时, 应尽快补充大比重泥浆, 以稳定孔壁; 回填适量的渣土, 平衡孔壁土压力; 向孔内加入粘土、锯末、水泥等, 确保孔壁稳定和槽孔安全。
4 结语
水库除险加固后, 现场观察表明, 大坝下游的沼泽情况已经显著改观, 原沼泽区地面干燥并出现大面积盐碱; 大坝监测成果显示, 坝体浸润线比除险前已显著降低, 说明防渗墙已起到显著的作用。塑性混凝土因其弹性模量低,极限应变大, 使得塑性混凝土防渗墙在荷载作用下, 墙内应力和应变都很低, 可提高墙体的安全性和耐久性; 而且施工方便, 节约水泥,降低工程成本, 较刚性混凝土在力学特性上具有显著优点, 因此具有广阔的发展前景。
作者简介：姓名：孙凯 出生：1976年5月9日 性别：男 籍贯：辽宁省绥中县 工作单位：绥中县水利局 职称：工程师 学历：本科 研究方向：水利工程施工。
参考文献：
[1]黄河水利委员会勘测规划设计研究院．碾压式土石坝设计规范SL274-2001．中国水利水电出版社，2002
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关键词:WTO 水环境 节水灌溉 标准化
1 前 言
标准化工作是我国社会主义市场经济体制逐步完善的必要条件之一,是我国经济结构战略性调整、实现科技创新和产业升级的技术支撑,也是我国加入WTO后应对技术性贸易壁垒的重要手段。我国标准化工作经过几十年的建设,特别是改革开放20多年的发展,建成了一套基本上满足我国经济和社会发展需要的标准体系,为促进国民经济和社会发展发挥了积极作用。但是面临我国经济结构的战略性调整和加入WTO的新形势,我国标准化工作仍然存在着不适应新形势要求的一些突出问题,特别是如何适应发展国际贸易和服务国际贸易的需要,如何与国际惯例接轨,是摆在我国标准化工作面前的新课题。据统计,20世纪90年代国际贸易中的非关税壁垒已达1000种以上,其中技术性贸易壁垒约占非关税壁垒的60%~70%。技术性贸易壁垒主要表现在技术法规、标准和合格评定程序方面,正日益成为调节国际贸易的杠杆,成为最难对付的贸易障碍。
2002年元月科技部召开的全国科技会议提出,要实施人才、专利、技术标准三大战略,并将“重要技术标准”列入2002年要实施的12个重大科技专项之中;9月在成都举行的中国科协学术年会上,加入WTO后的对策研究成为年会的主题和与会专家学者关注的焦点。这些都充分说明了加入WTO后开展技术标准研究的重要性。
加入WTO,意味着我国将在更大范围内和更深程度上参与经济全球化进程,融入世界经济主流。按照WTO国际规则运作,无疑这会对我国各个部门、各个行业带来强大的冲击和深远的影响。水环境和节水灌溉作为我国水利部门(行业)中的领域,当然也不例外。
2 中国水环境和节水灌溉标准化概况
2.1 水环境
环境标准是评价环境质量优劣程度和企业环境污染治理好坏程度的尺度,也是相关行业环境保护主管单位进行环境管理、监督执法的基础依据,是我国环境保护法规的具体化、指标化,是贯彻实施我国各项环境保护管理制度的标准依据。无论是环境规划、环境治理、环境评价、取水许可、排污收费、环境技术开发和产品生产等活动,都离不开环境标准作依据。
水环境保护是环境保护的重中之重,水利系统经过努力,现已建成了以251个水环境监测中心为核心,2861个各类水质监测站点为基础,覆盖全国江河湖库的水质监测网络体系;已有51家水环境监测中心的实验室通过了国家级计量认证,占水利系统质检中心的61.4%,它包括了部、省、区域和流域的水环境监测中心。
2.1.1 水环境法律法规与规章等
建国以来特别是党的以来,颁布了一系列的相关水环境法律法规、部门规章及规范性文件等,这些均为水环境标准的贯彻落实与执行提供了执法依据。主要的法律法规有《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国防洪法》等法律和法规。
主要的行政法规及法规性文件有《中华人民共和国河道管理条例》、《中华人民共和国水污染防治法实施细则》、《中华人民共和国水土保持法实施条例》、《建设项目环境保护管理条例》、《淮河流域水污染防治暂行条例》等。
主要的部门(地方)规章及规范性文件有《饮用水水源保护区污染防治管理规定》、《污水处理设施环境保护监督管理办法》、《珠江河口管理办法》、《水土保持生态环境监测网络管理办法》、《水利部水文设备管理规定》、《境内黄河流域水污染防治条例》等。
为了贯彻落实国务院《建设工程质量管理条例》,《工程建设标准强制性条文》(水利工程部分)已正式,共6篇21章742条,其中第六篇 水环境影响评价与监测 共2章24条。第1章水环境影响评价,共有强制性条文8条,摘自《水利水电工程环境影响评价规范》SDJ302-88(试行)和《江河流域环境规划环境影响评价规范》SL45-92。第2章水环境监测,共有强制性条文16条,摘自《水环境监测规范》SL 219-98、《水质采样技术规程》SL 187-96和《灌溉与排水工程设计规范》GB 50288-99。
2.1.2 水环境标准体系
水环境标准体系是对水环境标准工作全面规划、统筹协调相互关系,明确其作用、功能、适用范围而逐步形成的一个完整的管理体系。我国水环境标准体系,可概括为“六类三级”,即水环境质量标准、水污染物排放标准、水环境卫生标准与水环境基础标准、水监测分析方法标准和水环境标准样品标准六类,与国家级标准、行业标准和地方标准三级。
国家水环境质量标准、水污染物排放标准、水环境卫生标准是强制性标准,其它的水环境标准为推荐性标准。截止到2001年9月底为止,由国家环保总局主管颁布的水环境国家标准370项(不包括水环境卫生标准),占环境保护国家标准总数的65.3%,可见水环境标准在整个环境保护标准中的地位。水环境卫生方面至少有国家标准10多项。
水利部颁布水环境行业标准55项,其中水利部系统的国家级标准物质(二级)29项,水质分析测定方法21项,水质采样标准2项,水环境监测规范1项,水环境检测仪器、设备校验方法1项,地表水资源质量标准1项。拟编标准9项,起草标准1项,征求意见1项,送审标准1项。
此外,制定水环境行业标准的相关部门还有建设部、国土资源部等。建设部颁布城市供水、生活饮用水方面的标准10多项,国土部颁布了地下水检验监测方面的标准等。而在“水利技术标准体系表”中,水利工程中的供水节水专业门类所列13项标准中,只有1项已颁,其余12项一半仍处于拟编状态。
2.2 节水灌溉
国家、地方和各部委的节水灌溉方面的法规、条例、规章有:中华人民共和国水法、国务院关于进一步加强农田水利基本建设的通知、灌区管理暂行办法、取水许可制度实施办法、高标准节水灌溉示范项目建设管理办法、农业节水灌溉条例等。
《工程建设标准强制性条文》(水利工程部分)中,涉及节水灌溉领域的有3本标准共17个条文,即节水灌溉技术规范、泵站施工规范、泵站设计规范。在进行节水灌溉工程建设中,必须强制执行这些条文。
《强制性条文》的,有力地维护了国家和人民群众的利益,推动了水行政主管部门对水利工程建设活动的过程和环节的技术控制,有利于整顿和规范水利工程建设市场秩序,有利于提高水利工程的建设质量。它的与实施,是进行标准体制改革的切入点,是向建立由强制性的水利技术法规与自愿采用的技术标准相结合的新体制迈出的关键性的一步。
节水灌溉标准的制定有水利系统、农业系统和机械系统等,其标准种类分为国家、行业、地方与企业标准等4类。根据最近出版的“水利技术标准汇编 灌溉排水卷”统计(截止到2001年12月底),已有该方面的标准119项,其中国家标准(GB)25项,水利行业标准(SL)37项,机械行业标准(JB)57项。119项标准中农用泵标准51项,占总标准数量的42.8%,节水设备与材料标准44项,占40.0%。
2002年8项农业灌溉设备国家标准批准,从8月1日起实施,8项标准的名称如下:
·农业灌溉设备 灌溉阀的压力损失试验方法 (GB/T 18688-2002)
·农业灌溉设备 小型手动塑料阀(GB/T 18689-2002
·农业灌溉设备 过滤器 网式过滤器(GB/T 18690.2-2002
·农业灌溉设备 过滤器 自动清洗网式过滤器(GB/T 18690.3-2002)
·农业灌溉设备 止回阀 (GB/T 18691-2002)
·农业灌溉设备 直动式压力调节器(GB/T 18692-2002)
·农业灌溉设备 浮子式进排气阀(GB/T 18693-2002)
·农业灌溉设备 非旋转式喷头技术要求和试验方法(GB/T 18687-2002)
在“水利技术标准体系表”中,水利工程中的灌溉排水专业门类所列50项标准中,30项已颁,其余处于起草、拟编状态。需要注意的是国家标准中水利系统制定的仅有3项,即灌溉与排水工程设计规范(GB 50288-99)、泵站设计规范(GB/T 50265-97)与喷灌工程技术规范(GBJ 85-85)。
节水灌溉标准的分类,在“水利技术标准体系表”中是按综合技术、规划、设计、施工、管理、材料、试验、设备划分的。也有按综合、工程、管理与材料设备或工程、产品、方法、基础与环保划分的。
3 加入WTO对水环境与节水灌溉标准化的影响
3.1 加入WTO对水环境与节水灌溉标准化的机遇
首先有利于促进思想观念转变,提高我国国民的水环境保护与节水灌溉意识。加入世界贸易组织,可促进我们的思想观念进一步转向市场经济轨道,加快国内各项法律制度的建立或完善,使我国水环境与节水灌溉标准化进一步与世界接轨。
现在,许多国际环境条约、公约都把贸易措施作为保护环境的一个重要手段,规定了相关贸易条款,控制跨国界的污染转移,保护候鸟、鱼、海洋动物以及濒危物种及其它们所处的栖息地,控制危险产品和物质的危害,保护全球生态环境。
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工程穿越区地处内蒙古高原向华北平原的过渡带，位于阴山山脉东段支系大马群山和燕山山脉北侧余支交汇部位，属于冀西北山间盆地单元的火山岩及古老变质岩隆起形成的中、低山及冲蚀黄土峁、黄土台地地貌小单元，山脉走向多呈北东向，山体多为浑圆型，个别呈陡峻的倒“V”型。表层覆盖碎石土、黄土、黄土状土、轻粉质壤土、植被土等地层。管道沿线沟谷山地相间，一般沟谷多呈“U”型，沟宽3～150m，相对沟深20～180m。地层岩性主要为：①太古界桑干群（Ars）；②太古界桑干群（Arh）；③燕山期花岗岩（γ25）；④侏罗系张家口组（J3z）；⑤第四系上更新统坡洪积（Q3dl+pl）；⑥第四系全新统坡洪积（Q4dl+pl）；⑦第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）。工程穿越区主要跨越两个Ⅳ级构造单元，为一级构造单元中朝准地台（Ⅰ2）、内蒙台背斜（Ⅱ12）、Ⅲ级构造单元分别为冀北陷断的Ⅳ级构造单元驿马图—猫峪台凸，以及山西台背斜（II级）之冀西陷断的宣龙复式向斜（IV62）的崇礼凸起。两个II级构造单元的分界线以尚义—赤城深断裂为界。工程穿越区属温带大陆性季风气候，常年风多雨少，气候变化无常，多年平均降水量426.8mm，大部分集中在6～9月，多年平均气温7.5℃。管线沿路标准冻深1.5～2.3m，山阴坡局部地段最大冻深可达2.5m。
2工程设计
本工程供水对象重要性属中等。根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，并根据工程的重要程度，确定工程等别为三等，相应的管线、泵站等建筑物确定为3级，其他的附属构筑物和次要建筑物为4级，地震设计烈度为7°。
2.1取水口设计
工程取水自云州水库，云州水库位于张家口市赤城县云州镇北3km处，距赤城县城20km，系潮白河主要支流白河上的一座以防洪为主，结合灌溉、发电的大（II）型水利枢纽工程。水库大坝位于两山中间，两岸山势陡峻。库区呈“Y”字形，被中间山丘分隔成左（东）、右（西）两个库区。供水目标位于水库以西，大坝右岸附近山势陡峻，大坝上游600m以上右库岸地势相对平缓。结合云州水库地形情况，取水口位置考虑3个方案。
2.1.1方案1
利用云州水库主坝下部的发电输水洞新设取水竖井，竖井内设置检修闸门，供电站和工作闸门使用，竖井处地质为弱风化花岗岩。在竖井内闸门前的侧壁上设洞口并开挖850m长隧洞引水至一级泵站，隧洞围岩为弱风化花岗岩，级别为Ⅲ级。直接费1700万元。工程布置相对复杂，需设置竖井与发电输水隧洞连接，后再设引水隧洞。该方案投资小，受水库水位及冲淤变化的影响小，施工条件相对便利，工期较短，且不需设置围堰。但运行管理需与水库调度管理交叉，管理不方便，且竖井位于右坝肩，竖井施工爆破对坝肩有一定影响。3.1.2方案2将取水口设在库区内一冲沟汇入处，采用隧洞式取水口，泵站布置在岸边，通过设置引水箱涵连接取水口和泵站前池，地层以碎石土为主。为施工方便，利用引水渠将泵站前池与库区连通，先行施工泵站附近工程，利用泵站部分与库区间的岸坡作为围堰，待泵站主体工程完工后，再根据水位降落情况陆续开挖引渠。直接费2500万元。该方案工程布置相对简单，运行管理明确，与水库管理交叉少。但取水口受水库及冲沟淤积影响严重，且不具备冲沙条件，施工中受水位影响大，引水渠开挖和衬砌仍需布置围堰，冲沟处水保措施复杂。
2.1.3方案3
将取水口设在库区内，采用压力墙式进水口，泵站布置在岸边，通过开挖岸坡形成进口段，进口段与泵房间设进水室，进水室内设置检修闸门、拦污栅及格网，地层以碎石土为主。为满足施工要求，按正常蓄水位高度修筑施工围堰。直接费2100万元。该方案取水口避开冲沟，受淤积及冲沟洪水影响小；取水口结构简单，施工难度小；工程区相对独立，施工对水库影响最小；运行管理单一，隶属关系明确，管理方便等。最不利因素为围堰填筑，但结合开挖可采用筑岛围堰法加快施工进度。经综合比较，取水口确定为方案3，即岸边式泵站。
2.2泵站级数确定
按照CECS193—2005《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》，当水泵加压总扬程大于90m时，应通过技术经济比较，选择加压级数。根据地形条件及总体布置，分水口位置高程1356.0m，与取水口最低水位1026.67m相比，扬水干管几何高差329.33m，需设置多级泵站。扬水支管扬至滑雪场，末端高程2055.0m，与分水口高程相比，几何高差699m，需设置多级泵站。单级泵站扬程根据管道现有技术条件、供水对象、运行情况等因素确定。根据现有技术条件情况，单级泵站扬程在100m左右是安全且经济的。从供水对象上分析，干线泵站供水对象重要性及要求的安全系数相对较高。支管供水对象只有滑雪场，供水对象单一且为间歇引水，有充足的检修时间，安全系数可相对低些，且几何高差较高。从运行管理角度分析，泵站级数越少，管理越方便，泵站工程投资越少。同时，考虑运行检修的方便及备品备件的综合使用，多级泵站的扬程接近甚至一致是最利于运行管理的。综合分析，结合工程线路选择，并考虑泵站站址的局限性，确定干线设4级泵站，支线设6级泵站。
2.3隧洞布置
管道沿线需穿越几个小分水岭，若沿山体铺设管道则会增加泵站扬程，且水锤作用大，不安全也不经济。因此，在线路选择时布置了3条隧洞，其中扬水干线布置2条，扬水支线布置1条。考虑工程的运行安全和施工空间要求，均为无压隧洞，纵坡为1/5000。隧洞采用城门洞型，为减少渗漏，过水断面均采用钢筋混凝土衬砌，标准断面衬砌后隧洞宽1.8m。扬水干线两条隧洞分别长6.02km和1.24km，扬水支线隧洞长0.92km。扬水干线1号隧洞最长，且山体高厚，隧洞布置成直线则不具备布置施工支洞的条件。根据多次踏勘，在桦岭沟位置处有一冲沟，洞顶埋深小，具备布置施工支洞或出露地面的条件。为了加快施工进度，1号隧洞在进、出口间以折线布置，隧洞长5.9km，连接涵洞长120m。此布置虽使隧洞长度增加200m，但施工最长进洞长度由2.9km减小到1.5km，工期和施工费用大大减小。隧洞进、出口尽量选择在了土体自稳条件较好、挖方量小、汛期安全的地段，并采用明洞、管棚等保护措施后进洞，同时采取洞脸喷锚和浆砌块石护坡等加固措施，做好洞脸及地面排水、洞口防洪等设施。根据地形地质条件，经多次比选，除扬水干线1号隧洞进口为土洞外，其他洞口均为岩石洞口，洞口采用喷锚支护。
2.4调压塔的设置
干线1号隧洞出口设计水位1279.51m，后接3053m长DN800mm管道至干线4级泵站，根据地形条件，水泵中心高程确定为1263.5m。为防止溢流并充分利用水头，4级泵站内不再设置清水池，直接利用1号隧洞做为泵站的前池。由于吸水管长，类似于一个串联泵站，根据GB50265—2010《泵站设计规范》中第9.1.8条“串联运行的水泵，其设计流量应接近，串联运行台数不宜超过2台，并应对第二级泵的泵壳进行强度校核。”的要求，经咨询水泵厂家，泵壳吸水侧最高承受的水头为30m，经计算，停泵时吸水管内的最高压力水头大于允许值，因此，此种布置运行不安全。为了解决此问题，在干线4级泵站内设置了溢流式调压塔，将吸水管长度变为60m，降低了吸水管内的水锤压力，保证了水泵的安全运行。调压塔为钢筋混凝土矩形结构，尺寸为6m×8m×13.5m（宽×长×高），积600m，塔内设置溢流口，溢流水位1281.75m，溢流后的水通过DN800mm管道排至厂区外。
2.5水锤分析与防护
本工程的特点是长距离、高扬程，且地形起伏大，单级泵站扬程96～142m，因此，水锤分析与防护是工程设计中的重点和难点。设计中运用BentleyHammer水力计算软件进行了全过程的水力过渡分析，对管道系统进行了突然停泵、启泵、正常运行等工况的水锤计算。通过计算可知，停泵工况水锤影响最大，无水锤防护措施情况下，管道水锤升压、管道负压、水泵最大反转数大于规范要求值，不满足要求；且局部段管道存在发生断流和断流弥合水锤的可能。最终确定了由大容积立式内胆式水锤消除罐、多功能水泵控制阀及进排气阀等组成的水锤防护系统。尤其是大容积立式内胆式水锤消除罐在我省水利工程中的使用尚属首次。为保护水泵，泵后均安装逆止阀。常用的有多功能水泵控制阀和液控蝶阀。考虑水泵出口管道直径较小，为DN300～DN500mm，液控蝶阀或液控偏心半球阀都存在着费用较高、需设液压站及阀门尺寸大等缺点。综合比较，泵后逆止阀采用多功能水泵控制阀。进、排气阀采用气缸式全压高速进、排气阀。立式内胆式水锤消除罐的用途是为了防止水锤压力及水位波动对供水系统的危害，使输水系统平稳地从一个状态过渡到另一个状态，当发生水锤输水管内压力升高时，罐内空气被压缩，起气垫作用；当输水管内形成负压时，向管道补水。
由于大体积的产品国内目前不能生产，所以采用了从法国Charltte公司进口的内胆式水锤消除罐，单体的部件包括钢制罐体；内置的丁基橡胶制成的内胆（符合饮用水标准）；内胆防护格栅，通过法兰与管道连接。特点为密闭容器，无污染，无需人工管理和维护。运行过程为：①罐内预充气体，其初始压力符合水锤计算结论（可使用压缩空气或压缩氮气）。在此阶段橡胶内胆的内部容积为零。②当连通阀开启后，水进入罐内同时压缩罐内空气的体积，直至罐内压力与管道压力达到平衡。③在发生停泵水锤时，橡胶内胆中储存的水必需立即在橡胶弹力的作用下快速注入管道，以避免管道内形成负压。④在水锤的第二阶段，水在管道内倒流时，内胆式水锤消除罐会在罐内气压和橡胶内胆弹力的缓冲下，以合理较慢的速度吸入管道内的水，吸收管道内回流水柱的能量，防止出现回流水柱冲击管道或止回阀，造成管道内发生瞬间压力大幅度跃升的事故工况。⑤根据水锤分析报告和水锤消除方案选定内胆式水锤消除罐的预设压力、罐内容积和橡胶内胆的弹力，以保证在水锤事故工况下防护方案的充分有效，避免发生水锤事故破坏泵站，管道及其他设备。⑥由于泵站突然断电的事故不可预知，水锤消除罐会实现免维护性能，即无需日常维修维护，并可以直接通过外置压力监测设备检查其是否处于正常工作状态。
3结语
