论文部分内容阅读
【摘 要】本文结合工作经验，主要从漏水水库的效益多方面的，包括防洪减灾、恢复生态环境、增加土地资源等。作出相关分析，进一步规划、逐步实施的方针,减少对兴建漏水水库的投资。
【关键字】水土资源；地下水；滞洪
一、 前言
漏水乃水库建设之大忌。为了防止漏水，水利工程师不得不采用复杂的工程措施，例如小浪底大坝下面增设了深达70m的混凝土防渗墙，以阻断覆盖层中的渗漏。但在一定条件下，漏水也可能是一件好事。它给我们一个启示：能否人工修建漏水水库以达到兴利除害和增加水资源供给总量的目的？如果可能，这样的水库应如何规划、设计和修建？
二、漏水水库的特点
修建漏水水库的总目标是尽可能把水土资源拦蓄在陆地上，减少入海的水沙总量，从而增加水资源的总供给量。与普通水库相比，漏水水库具有以下特点：
① 充分利用地下空间蓄水，不需要永久性地占用土地；
② 避免了普通水库因水面蒸发造成的水量损耗；
③ 既拦水，又拦土拦肥，可以淤造出优良的农田；
④ 减少水土流失对下游河道水库的淤塞；
⑤ 补充了地下水，减轻因地下水位下降引起的地面沉降和海水入侵灾害。
另外，漏水水库也可以像普通水库一样起到临时拦洪作用。当然，它所拦蓄的水不能直接用于发电、灌溉和城填供水等，而只能通过抽取间接利用。
要说明的是，漏水水库并不等于水土流失地区通常修建的淤地坝工程，因为后者往往只拦泥，不拦水，起不到滞洪作用。而且淤地坝总是修建在山沟中，而漏水水库也可以修建在平原低洼地。
总之，漏水水库的基本功能是将地表水转化为地下水，因此，可定义为“促进地表水向地下水转化以增加水土资源供给量的水利工程”。
三、漏水水库的规划设计
1.地形地质条件
漏水水库地层中应有埋藏不深的强透水层，以便尽快地把漏下的水量输送到远处。透水的砂卵石层埋藏过深，无疑将增加漏水井的造价。在石质山区，河床往往就由砂卵石层组成，若在其上筑坝，由坝基潜流很快就会汇入下游河道中，达不到转化为地下水的目标，因而不宜修建漏水水库。
适宜修建漏水水库的地形条件原则上与普通水库一样，即山谷漏水水库宜修建在口小肚大的山谷中，而平原漏水水库则宜修建在河道两侧洼地中。
2.水文气象条件
漏水水库适宜于修建夏季降雨比较集中的半干旱地区，特别是地下水位降低过多的地区。这些地区要满足以下4个条件：①总体上水资源不足；②季节性水资源过剩，不得不排入海中；③蒸发量较大；④地下有足够的贮水空间。具体来说就是华北地区，包括华东北部、东北西部和河南及陕西部分地区。
3.漏水水库的布置
在山区小支流上可以布置出口控制型漏水水库，对于水量比较大的支流，则可以修建梯级拦蓄型漏水水库。漏水水库应当与淤地坝和普通水库综合规划，当地条件适合于建哪种工程就建哪种。
在平原地区，漏水水库可按长藤结瓜型布置，即沿河道两侧的低洼地修建。与一般滞洪区不同的是，漏水水库应当用堤坝围起来以增加蓄水的深度，从而达到较小淹没面积内尽可能多蓄水的目的。当然，水库内还要布置漏水井。
4.库容设计和运行控制
笔者认为，以千年一遇的洪水为标准，即能把千年一遇的洪水全部拦蓄起来的漏水水库为全拦型，低于此标准的为半拦型。在条件允许时，应尽可能增大库容，按全拦型设计，否则只能按半拦型设计。在山区，半拦型漏水水库实际上介于淤地坝和漏水水库之间，仍需要布置泄洪设施以便把超过蓄水能力的多余水量下泄到下游河道。
平原漏水水库的库容则应根据地形条件和淹没损失的情况确定。原则上水库围堤的顶高应与河堤的顶高一致，以便尽可能增大库容。漏水水库的运行方式可分多年一次分水型和每年分水型两类。前一种是遇到较大洪水时就分洪，例如按5年一次的频率计；后一种则每年汛期都要分水入库，以达到减少入海水量的目标。显然，后一种运行方式是以增加淹没损失为代价的。因为以每年两季收获为准，5年分洪一次的损失率为10%，而每年分洪一次的损失率则达到50%。当然，这是粗略估算。实际是每年一次的汛期水位不会太高，淹没区的范围当然要小一些。
漏水水库也可以保留一部分库容作为永久蓄水之用，以满足库区及周边地区用水的需求。
5.主要建筑物
① 堤坝
漏水水库以中小型工程为主，且一般修建在覆盖层上，故挡水建筑物应以土质堤坝为主，一般可设计为均质土坝。鉴于漏水水库的特点，其建筑标准可以降低。首先是没有防渗要求，即使是砂卵石，也可以用来筑坝。其次是挡水时间短，一般不超过3个月，黏性土均质坝内不易形成浸润线，上游也没有水位突降问题，坝体的填筑密度及坝坡坡比要求均可以降低。所以，坝体可以采用比较快速低廉的定向爆破法或水力冲填法填筑。采用后一种方法时，可辅以真空抽水让填土加速固结。但是，为了保证渗透稳定性，仍要求采取措施防止产生管涌。
② 漏水井
漏水井是漏水水库的关键设施，必须保证其长期运行而不被淤堵。它与土坝中为降低浸润线而设置的排水井不同，必须保证单井有足够的排水能力。单井排水量和井数应以100天内排干库区积水为准，以保证农田的淹没损失只限于秋季作物。井底端应当深入到砂卵石层，但进水口应如何设置，其高程是随库水位而变，还是固定在某一高程上，它的设计和布置方法，均有待进一步研究。
③ 分水建筑
平原漏水水库与河道之间需要修建分水闸坝。但是，它与常规意义上用于分洪区的分水闸不同，流入漏水水库的水量自动渗入地下，不必等洪水退去时反流入河道，因此它只须按单向流动进行设计即可。最简单的方案是采用混凝土滚水坝，上面用橡胶坝接高，甚至采用自溃式土质子埝加高。对于多年分洪一次的漏水水库，自溃式子埝可能是最简便有效的。
④ 泄洪建筑
如果受地形地质条件的限制，山区漏水水库不能把来水全部拦蓄而必须以半拦蓄方式运行时，就需要布置泄洪设施，例如，坝顶溢洪道或坝基泄洪洞。小型工程可采用坝顶溢洪加土工布防护的办法。中型工程如在两岸没有条件修建溢洪道，应考虑坝基埋设泄洪洞。如坝基有松软土层，为避免沉降而发生断裂，可以在坝体填筑完成后采用頂管方式修建。
四、需要研究的问题
除了前面提到的漏水井的设计需要进一步研究以外，下面几个问题也值得探讨。
1.已有水库和滞洪区改造成漏水水库
淤积严重而基本失去蓄水功能的山区水库，如有条件可以加设漏水井，使之成为漏水水库，以利用被淹没的土地资源。平原滞洪区，如不加围堤任其泛滥，淹没损失将会很大。如果把比较贫脊的低洼地围起来改造成漏水水库，虽然投资大一些，但可以放心地多次使用，可能还是合算的。
2.减淤和恢复库容
漏水水库也会像普通水库一样逐渐淤塞，有的最终可能要淤废。为了减轻淤积，延长水库的使用期，可以考虑以下措施：①坝底用顶管法加设排沙洞。②用淤积土加高堤坝或堤坝采用边拦蓄边加高的办法。这样，可减少堤坝工程一次性投资的费用。③人工挖泥，挖出的淤泥用于周边地区农田的改良。
五、结语
以年降水500mm地区为例，如果汛期降水占60%，且其中有10%的降水（30mm）蓄到地下，则以地层的平均孔隙率30%和有效储水率10%计，水位只上升300mm，也就是说要30多年不抽水，才能使地下水位上升10m。而对面积达18万km2的河北省来说，降雨30mm的总水量即达到54亿m3，足够每年春季的灌溉需求。由此可见地下水库的巨大蓄水能力。
漏水水库的效益是多方面的，包括防洪减灾、恢复生态环境、增加土地资源等。兴建漏水水库的最大问题是投资较大，宜采取一次规划、逐步实施的方针。有关的具体的问题还要进一步研究。还有，漏水水库带来的损失只是每年一季或多年一季的淹没损失，损失较少。
【关键字】水土资源；地下水；滞洪
一、 前言
漏水乃水库建设之大忌。为了防止漏水，水利工程师不得不采用复杂的工程措施，例如小浪底大坝下面增设了深达70m的混凝土防渗墙，以阻断覆盖层中的渗漏。但在一定条件下，漏水也可能是一件好事。它给我们一个启示：能否人工修建漏水水库以达到兴利除害和增加水资源供给总量的目的？如果可能，这样的水库应如何规划、设计和修建？
二、漏水水库的特点
修建漏水水库的总目标是尽可能把水土资源拦蓄在陆地上，减少入海的水沙总量，从而增加水资源的总供给量。与普通水库相比，漏水水库具有以下特点：
① 充分利用地下空间蓄水，不需要永久性地占用土地；
② 避免了普通水库因水面蒸发造成的水量损耗；
③ 既拦水，又拦土拦肥，可以淤造出优良的农田；
④ 减少水土流失对下游河道水库的淤塞；
⑤ 补充了地下水，减轻因地下水位下降引起的地面沉降和海水入侵灾害。
另外，漏水水库也可以像普通水库一样起到临时拦洪作用。当然，它所拦蓄的水不能直接用于发电、灌溉和城填供水等，而只能通过抽取间接利用。
要说明的是，漏水水库并不等于水土流失地区通常修建的淤地坝工程，因为后者往往只拦泥，不拦水，起不到滞洪作用。而且淤地坝总是修建在山沟中，而漏水水库也可以修建在平原低洼地。
总之，漏水水库的基本功能是将地表水转化为地下水，因此，可定义为“促进地表水向地下水转化以增加水土资源供给量的水利工程”。
三、漏水水库的规划设计
1.地形地质条件
漏水水库地层中应有埋藏不深的强透水层，以便尽快地把漏下的水量输送到远处。透水的砂卵石层埋藏过深，无疑将增加漏水井的造价。在石质山区，河床往往就由砂卵石层组成，若在其上筑坝，由坝基潜流很快就会汇入下游河道中，达不到转化为地下水的目标，因而不宜修建漏水水库。
适宜修建漏水水库的地形条件原则上与普通水库一样，即山谷漏水水库宜修建在口小肚大的山谷中，而平原漏水水库则宜修建在河道两侧洼地中。
2.水文气象条件
漏水水库适宜于修建夏季降雨比较集中的半干旱地区，特别是地下水位降低过多的地区。这些地区要满足以下4个条件：①总体上水资源不足；②季节性水资源过剩，不得不排入海中；③蒸发量较大；④地下有足够的贮水空间。具体来说就是华北地区，包括华东北部、东北西部和河南及陕西部分地区。
3.漏水水库的布置
在山区小支流上可以布置出口控制型漏水水库，对于水量比较大的支流，则可以修建梯级拦蓄型漏水水库。漏水水库应当与淤地坝和普通水库综合规划，当地条件适合于建哪种工程就建哪种。
在平原地区，漏水水库可按长藤结瓜型布置，即沿河道两侧的低洼地修建。与一般滞洪区不同的是，漏水水库应当用堤坝围起来以增加蓄水的深度，从而达到较小淹没面积内尽可能多蓄水的目的。当然，水库内还要布置漏水井。
4.库容设计和运行控制
笔者认为，以千年一遇的洪水为标准，即能把千年一遇的洪水全部拦蓄起来的漏水水库为全拦型，低于此标准的为半拦型。在条件允许时，应尽可能增大库容，按全拦型设计，否则只能按半拦型设计。在山区，半拦型漏水水库实际上介于淤地坝和漏水水库之间，仍需要布置泄洪设施以便把超过蓄水能力的多余水量下泄到下游河道。
平原漏水水库的库容则应根据地形条件和淹没损失的情况确定。原则上水库围堤的顶高应与河堤的顶高一致，以便尽可能增大库容。漏水水库的运行方式可分多年一次分水型和每年分水型两类。前一种是遇到较大洪水时就分洪，例如按5年一次的频率计；后一种则每年汛期都要分水入库，以达到减少入海水量的目标。显然，后一种运行方式是以增加淹没损失为代价的。因为以每年两季收获为准，5年分洪一次的损失率为10%，而每年分洪一次的损失率则达到50%。当然，这是粗略估算。实际是每年一次的汛期水位不会太高，淹没区的范围当然要小一些。
漏水水库也可以保留一部分库容作为永久蓄水之用，以满足库区及周边地区用水的需求。
5.主要建筑物
① 堤坝
漏水水库以中小型工程为主，且一般修建在覆盖层上，故挡水建筑物应以土质堤坝为主，一般可设计为均质土坝。鉴于漏水水库的特点，其建筑标准可以降低。首先是没有防渗要求，即使是砂卵石，也可以用来筑坝。其次是挡水时间短，一般不超过3个月，黏性土均质坝内不易形成浸润线，上游也没有水位突降问题，坝体的填筑密度及坝坡坡比要求均可以降低。所以，坝体可以采用比较快速低廉的定向爆破法或水力冲填法填筑。采用后一种方法时，可辅以真空抽水让填土加速固结。但是，为了保证渗透稳定性，仍要求采取措施防止产生管涌。
② 漏水井
漏水井是漏水水库的关键设施，必须保证其长期运行而不被淤堵。它与土坝中为降低浸润线而设置的排水井不同，必须保证单井有足够的排水能力。单井排水量和井数应以100天内排干库区积水为准，以保证农田的淹没损失只限于秋季作物。井底端应当深入到砂卵石层，但进水口应如何设置，其高程是随库水位而变，还是固定在某一高程上，它的设计和布置方法，均有待进一步研究。
③ 分水建筑
平原漏水水库与河道之间需要修建分水闸坝。但是，它与常规意义上用于分洪区的分水闸不同，流入漏水水库的水量自动渗入地下，不必等洪水退去时反流入河道，因此它只须按单向流动进行设计即可。最简单的方案是采用混凝土滚水坝，上面用橡胶坝接高，甚至采用自溃式土质子埝加高。对于多年分洪一次的漏水水库，自溃式子埝可能是最简便有效的。
④ 泄洪建筑
如果受地形地质条件的限制，山区漏水水库不能把来水全部拦蓄而必须以半拦蓄方式运行时，就需要布置泄洪设施，例如，坝顶溢洪道或坝基泄洪洞。小型工程可采用坝顶溢洪加土工布防护的办法。中型工程如在两岸没有条件修建溢洪道，应考虑坝基埋设泄洪洞。如坝基有松软土层，为避免沉降而发生断裂，可以在坝体填筑完成后采用頂管方式修建。
四、需要研究的问题
除了前面提到的漏水井的设计需要进一步研究以外，下面几个问题也值得探讨。
1.已有水库和滞洪区改造成漏水水库
淤积严重而基本失去蓄水功能的山区水库，如有条件可以加设漏水井，使之成为漏水水库，以利用被淹没的土地资源。平原滞洪区，如不加围堤任其泛滥，淹没损失将会很大。如果把比较贫脊的低洼地围起来改造成漏水水库，虽然投资大一些，但可以放心地多次使用，可能还是合算的。
2.减淤和恢复库容
漏水水库也会像普通水库一样逐渐淤塞，有的最终可能要淤废。为了减轻淤积，延长水库的使用期，可以考虑以下措施：①坝底用顶管法加设排沙洞。②用淤积土加高堤坝或堤坝采用边拦蓄边加高的办法。这样，可减少堤坝工程一次性投资的费用。③人工挖泥，挖出的淤泥用于周边地区农田的改良。
五、结语
以年降水500mm地区为例，如果汛期降水占60%，且其中有10%的降水（30mm）蓄到地下，则以地层的平均孔隙率30%和有效储水率10%计，水位只上升300mm，也就是说要30多年不抽水，才能使地下水位上升10m。而对面积达18万km2的河北省来说，降雨30mm的总水量即达到54亿m3，足够每年春季的灌溉需求。由此可见地下水库的巨大蓄水能力。
漏水水库的效益是多方面的，包括防洪减灾、恢复生态环境、增加土地资源等。兴建漏水水库的最大问题是投资较大，宜采取一次规划、逐步实施的方针。有关的具体的问题还要进一步研究。还有，漏水水库带来的损失只是每年一季或多年一季的淹没损失，损失较少。