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摘要：因经济快速发展，衢州市供水紧缺，需要在黄坛口水库坝上新增取水工程，该工程的建设和运行会对原水库正常运行造成一定程度的影响。通过设计、施工、运行三个角度系统分析新增取水工程对原有水库工程及周边环境的影响，实现了对大坝安全及下游人民财产安全的有效控制，趋利避害，实现了效益最大化，该工程实施经验可供类似工程参考。
关键词：50年代水库；供水工程；大坝安全
1.概述
黄坛口水库位于浙江省衢州市境内，为乌溪江流域两级开发的第二级电站，上游距湖南镇电站约29km，下游距衢州市约16km。坝址以上控制流域面积2388km2，其中本梯级控制流域面积237km2。水库正常蓄水位115.0m（吴淞高程，下同），相应库容0.795亿m3；百年一遇设计洪水位115.0m；千年一遇校核洪水位115.4m，校核洪水位以下总库容0.82亿m3；死水位105.5m，死库容0.328亿m3，有效库容0.467亿m3，为日调节水库。工程区地震基本烈度为6度，工程等级为3等。本工程共安装6台发电机组，其中1#～4#机组单机容量为9MW；5#、6#机组单机容量为26MW。枢纽主要由拦河坝（含溢流坝）、土坝接头、西导墙、输水系统、1#～4#机组厂房、5#～6#机组厂房及开关站等建筑物组成。1958年4月开始蓄水，1959年11月竣工验收，扩容机组于1994年建成发电。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效益。
2.工程基本情况
2.1黄坛口水库枢纽布置
黄坛口水库坝顶全长209m，坝顶高程120m，最大坝高44m，为混凝土重力坝和粘土心墙堆石坝相混合的挡水建筑物，以桩号坝0+087.50为界，右侧为混凝土重力坝，长146m；左侧为粘土心墙堆石坝，长63m。混凝土重力坝共分17个坝段，自西向东编号为8#、10#、12#、14#、16#～28#，坝段宽度分别为6m、7m、9m、10m、12m、14m不等。混凝土坝顶上游侧为宽5.2m的交通桥，桥面高程120m；下游侧为宽4.5m的工作桥，桥面高程123.6m。溢流坝段设有8孔坝顶溢洪道，堰顶高程105.5m，采用底流消能。
黄坛口水库挡水建筑物由混凝土重力坝和土坝接头两部分组成（见图1），最大坝高44m，坝顶全长209m，其中混凝土重力坝长146m，坝顶高程120m，属3级水工建筑物。
图1 枢纽布置图
2.2新建取水工程布置
衢州市供水工程项目取水口位于黄坛口水库大坝上游1.4km九龙山坳处。设计取水量为20.0万m3/d，校核取水量为30.0万m3/d，设计取水低水位为107.00m。根据《防洪标准》（GB50201-94），本工程为II等，大（2）型水利工程，主要构筑物为2级。
取水工程由取水口、引水隧洞和附属构筑物三部分构成。取水口工程由竖井式分层取水塔竖井和上游侧水下进水渠两部分组成。竖井式分层取水竖井共设两层，下层取水底高程定为104.50m，上层取水口底高程定为111.00m。竖井开挖底高程为103.50m，开挖尺寸为22.0m×6.5m。取水竖井上游侧水下进水渠总长约为23.8m，底宽为3.5m，两侧按1：0.5和1：1的坡度进行开挖。
引水隧洞全长1320m，隧洞断面尺寸2.2×2.0m；隧洞进口洞底高程106.0m，隧洞出口洞底高程103.50m，隧洞斜坡比0.159%。隧洞为有压隧洞，隧洞的形式为圆形。开挖断面直径为3.0。
根据设计单位的设计成果，取水工程的施工方案为：（1）取水进水渠位于正常蓄水位以下14m，进口处坡度较缓，覆盖层强风化带较厚，拟采用水下开挖爆破方式施工，在竖井施工完成、闸门下闸后开挖。（2）竖井开挖采用自上而下逐渐扩大至设计断面，采用扶壁式箕斗，起重机提升吊桶，或简易井架和龙门式井架提升吊桶出碴，经蓄电瓶车牵斗车运输出渣。先用挖掘机清除竖井上方的覆盖层，然后再进行竖井石方开挖，最后采用滑模施工，自下而上分层浇筑混凝土衬砌。（3）输水隧洞土方开挖采用挖掘机，石方开挖采用风钻钻孔，光面爆破，I～III类围岩采用全断面法开挖，Ⅳ类、V类围岩采用微台阶法开挖。待开挖结束后进行全断面钢模混凝土衬砌施工和灌浆施工、钢管安装。
3.黄坛口坝上取水对大坝安全影响分析
3.1取水工程设计方案的安全影响分析
（1）取水工程等级的分析
根据设计文件，取水工程的工程的设计等级为II等，大（2）型水利工程，主要构筑物为2级。根据《防洪标准》（GB50201-94），相应的设计防洪标准为50～30年一遇，校核防洪标准为200～100年一遇，均低于水库的设计防洪标准。原水库工程的防洪标准可以满足取水工程的防洪要求；新增取水工程为原水库工程的次要水工建筑物，防洪等级略低不影响大坝安全。
（2）取水对水库流态的影响分析
根据规划，取水工程运行过程中，最高日最大的取水量为30万m3/d，折合秒流量为3.47m3/s，取水将影响取水口附近水体的流态。根据估算，最大取水流量时，距离取水口100m处由取水引起的水库水体流速变化约为0.0014m/s，取水对水库水体流态的影响范围有限，且取水口位于电站进水口上游1.4km的山坳内，距离较远，影响很小。
（3）取水对水库泄洪的影响分析
新增取水工程后，水库的泄流能力略有增加。增加的泄流能力有利于大坝的泄洪安全。但新增取水工程后，增加水库的调度运行复杂程度。
（4）取水口布置高程的影响分析
根据取水工程设计方案，取水口采用拦砂坎，控制最低取水水位为107.00m高程，高于水库死水位1.5m，可保证单机发电。
（5）取水口绕渗的影响分析
取水口位于水库正常蓄水位以下约13.00m，增加了水库的绕渗通道。但取水工程引起的渗流均汇集到输水隧洞，对水库的影响可作为工程取水一并考虑。同时，由于输水隧洞轴线远离大坝的防渗体，对坝体防渗无影响。 3.2取水工程施工对大坝安全影响分析
（1）爆破振动
爆破振动是工程爆破过程中的基本现象。这些水工建筑物与取水工程取水口施工区的相互关系为：左岸旅游码头距离新增取水工程取水口1040m～1220m；粘土心墙坝段及西山滑坡区位于左岸坝头，距离新增取水工程取水口1140m～1310m；溢流坝段距离新增取水工程取水口1310m～1420m；电站进水口及东山破碎区位于大坝右坝头，距离新增取水工程取水口1420m～1510m；粘土斜墙堆石护坡位于大坝左坝头库岸，距离新增取水工程取水口1190m～1280m；泄洪启闭设备及闸墩位于溢流坝段，距离新增取水工程取水口1310m～1420m。
（2）爆破冲击波
按照国家《爆破安全规程》的相关规定，并参考马迹山港扩建工程围堤采用爆破挤淤法施工试验结果，以及其它工程的经验，初拟本工程水击波压力安全控制标准为：溢流坝段≤1.5×105Pa，土石坝段≤1.2×105Pa，电站进水口≤1.0×105Pa。借鉴密云水库水击波压力衰减规律中k、α的取值（k=80.27和α=1.42），采用水冲击波验算公式，对取水工程诱发的水冲击波进行验算。新增取水口水下爆破施工诱发水冲击波在各水工建筑物处的最大水击波压力为0.0207×105Pa，均满足上述安全控制标准。由于本工程取水口水下爆破区与大坝之间由九龙山部分山脊隔断，水击波是沿库内水体传播，实际传播距离略大于直线距离，且衰减快，计算结果偏保守。新增取水工程水下爆破产生的水击波不会影响大坝的安全运行。
（3）爆破个别飞散物
爆破诱发的个别飞散物主要对周围人员、设备和建筑物构成一定威胁。本工程采用控制爆破进行土石方开挖，正常情况下，爆破诱发的个别飞散物飞散距离远小于大坝等水工建筑物与取水口的距离，爆破诱发的个别飞散物对大坝及辅助设备安全不造成危险。在取水口的爆破施工中，不可避免的会造成一些爆破飞散物入库。本工程死库为0.34亿m3，取水口总开挖量约5万m3左右，即便50%的爆破石渣入库也仅占约0.07%得水库死库容，因此不会对水库库容造成较大影响。在取水口的爆破施工位于库边的山坳内，距离电站进水口约1.4km，该区域水体基本处于静止；爆破产生的飞石及细颗粒物质主要散落于山坳附近的静水中，并在该水域中沉淀，不会产生大量悬浮物涌进电站进水口，影响机组正常运行。
3.3取水工程运行对电站运行的影响分析
（1）取水流量对大坝的影响。黄坛口水库坝址区多年平均流量为85.3m3/s。1995年新扩两台机组，单机最大过水能力为105m3/s，机组最大过流能力为362m3/s。根据规划，取水工程运行过程中，最高日最大的取水量为30万m3/d，折合秒流量为3.47m3/s。新增取水工程取水量为黄坛口水库的径流量的4.07%，为电站机组最大引水量的0.96%。新增取水工程不影响大坝的安全运行。但，取水工程取水将造成电站发电效益的损失，增加电站的停机时间，对电站运行有一定的影响，工程分属双方应对发电效益损失建立补偿机制。
（2）取水工程对电站低水位运行的影响。黄坛口水库设计死水位高程为105.50m，取水工程设计取水最低水位为107.00m。最低取水位至水库死水位间的预留发电库容约为500万m3，可供单台机组发电约13小时（不考虑上游补水）。对电站的低水位运行有一定的影响。
（3）取水工程故障对水库运行的影响。取水工程故障，造成闸门失控，库水将从取水通道流失，影响水库运行。出口按自由出流估算，输水隧洞的泄流量约为16～17m3/s，大于正常取水时的最大取水流量。黄坛口水库正常蓄水位至取水工程最低取水位之间的库容约为4000万m3，库水从取水工程输水隧洞泄流，水位降至107.00m高程的泄流时间约为27～29天（不考虑上游补水）。考虑电站仍然按最大过流能力（362m3/s）发电时，水位降至107.00m高程的泄流时间约为29小时。对电站的正常运行有一定的影响。
4.结论及建议
（1）新增取水工程设计方案距已建大坝较远，对大坝安全没有影响。
（2）依据新增取水工程取水爆破施工方案，一次爆破的炸药总用量不大于50kg，爆破诱发的地震波、水击波、个别飞散物均在大坝等水工建筑物允许的安全范围内，不影响大坝等水工建筑物的安全。
（3）新增取水工程在运行过程中，对电站的正常运行有一定的影响。若严格按照取水规划取水，避免在低水位取水，禁止在死水位以下取水，不会影响水库和大坝的安全。
（4）由于爆破施工具有较多的不确定因素，且爆破诱发的地震波、冲击波对大坝安全均具有潜在威胁，在取水工程的爆破施工期，应加密、加强黄坛口水库安全监测，掌控大坝安全变化趋势并及时指导取水工程爆破施工。
（5）取水工程的爆破施工对周边水生、陆生动植物有一定影响，特别是对水生动物的影响较大，应采取确实有效的措施减小爆破施工水生动物的影响。
关键词：50年代水库；供水工程；大坝安全
1.概述
黄坛口水库位于浙江省衢州市境内，为乌溪江流域两级开发的第二级电站，上游距湖南镇电站约29km，下游距衢州市约16km。坝址以上控制流域面积2388km2，其中本梯级控制流域面积237km2。水库正常蓄水位115.0m（吴淞高程，下同），相应库容0.795亿m3；百年一遇设计洪水位115.0m；千年一遇校核洪水位115.4m，校核洪水位以下总库容0.82亿m3；死水位105.5m，死库容0.328亿m3，有效库容0.467亿m3，为日调节水库。工程区地震基本烈度为6度，工程等级为3等。本工程共安装6台发电机组，其中1#～4#机组单机容量为9MW；5#、6#机组单机容量为26MW。枢纽主要由拦河坝（含溢流坝）、土坝接头、西导墙、输水系统、1#～4#机组厂房、5#～6#机组厂房及开关站等建筑物组成。1958年4月开始蓄水，1959年11月竣工验收，扩容机组于1994年建成发电。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效益。
2.工程基本情况
2.1黄坛口水库枢纽布置
黄坛口水库坝顶全长209m，坝顶高程120m，最大坝高44m，为混凝土重力坝和粘土心墙堆石坝相混合的挡水建筑物，以桩号坝0+087.50为界，右侧为混凝土重力坝，长146m；左侧为粘土心墙堆石坝，长63m。混凝土重力坝共分17个坝段，自西向东编号为8#、10#、12#、14#、16#～28#，坝段宽度分别为6m、7m、9m、10m、12m、14m不等。混凝土坝顶上游侧为宽5.2m的交通桥，桥面高程120m；下游侧为宽4.5m的工作桥，桥面高程123.6m。溢流坝段设有8孔坝顶溢洪道，堰顶高程105.5m，采用底流消能。
黄坛口水库挡水建筑物由混凝土重力坝和土坝接头两部分组成（见图1），最大坝高44m，坝顶全长209m，其中混凝土重力坝长146m，坝顶高程120m，属3级水工建筑物。
图1 枢纽布置图
2.2新建取水工程布置
衢州市供水工程项目取水口位于黄坛口水库大坝上游1.4km九龙山坳处。设计取水量为20.0万m3/d，校核取水量为30.0万m3/d，设计取水低水位为107.00m。根据《防洪标准》（GB50201-94），本工程为II等，大（2）型水利工程，主要构筑物为2级。
取水工程由取水口、引水隧洞和附属构筑物三部分构成。取水口工程由竖井式分层取水塔竖井和上游侧水下进水渠两部分组成。竖井式分层取水竖井共设两层，下层取水底高程定为104.50m，上层取水口底高程定为111.00m。竖井开挖底高程为103.50m，开挖尺寸为22.0m×6.5m。取水竖井上游侧水下进水渠总长约为23.8m，底宽为3.5m，两侧按1：0.5和1：1的坡度进行开挖。
引水隧洞全长1320m，隧洞断面尺寸2.2×2.0m；隧洞进口洞底高程106.0m，隧洞出口洞底高程103.50m，隧洞斜坡比0.159%。隧洞为有压隧洞，隧洞的形式为圆形。开挖断面直径为3.0。
根据设计单位的设计成果，取水工程的施工方案为：（1）取水进水渠位于正常蓄水位以下14m，进口处坡度较缓，覆盖层强风化带较厚，拟采用水下开挖爆破方式施工，在竖井施工完成、闸门下闸后开挖。（2）竖井开挖采用自上而下逐渐扩大至设计断面，采用扶壁式箕斗，起重机提升吊桶，或简易井架和龙门式井架提升吊桶出碴，经蓄电瓶车牵斗车运输出渣。先用挖掘机清除竖井上方的覆盖层，然后再进行竖井石方开挖，最后采用滑模施工，自下而上分层浇筑混凝土衬砌。（3）输水隧洞土方开挖采用挖掘机，石方开挖采用风钻钻孔，光面爆破，I～III类围岩采用全断面法开挖，Ⅳ类、V类围岩采用微台阶法开挖。待开挖结束后进行全断面钢模混凝土衬砌施工和灌浆施工、钢管安装。
3.黄坛口坝上取水对大坝安全影响分析
3.1取水工程设计方案的安全影响分析
（1）取水工程等级的分析
根据设计文件，取水工程的工程的设计等级为II等，大（2）型水利工程，主要构筑物为2级。根据《防洪标准》（GB50201-94），相应的设计防洪标准为50～30年一遇，校核防洪标准为200～100年一遇，均低于水库的设计防洪标准。原水库工程的防洪标准可以满足取水工程的防洪要求；新增取水工程为原水库工程的次要水工建筑物，防洪等级略低不影响大坝安全。
（2）取水对水库流态的影响分析
根据规划，取水工程运行过程中，最高日最大的取水量为30万m3/d，折合秒流量为3.47m3/s，取水将影响取水口附近水体的流态。根据估算，最大取水流量时，距离取水口100m处由取水引起的水库水体流速变化约为0.0014m/s，取水对水库水体流态的影响范围有限，且取水口位于电站进水口上游1.4km的山坳内，距离较远，影响很小。
（3）取水对水库泄洪的影响分析
新增取水工程后，水库的泄流能力略有增加。增加的泄流能力有利于大坝的泄洪安全。但新增取水工程后，增加水库的调度运行复杂程度。
（4）取水口布置高程的影响分析
根据取水工程设计方案，取水口采用拦砂坎，控制最低取水水位为107.00m高程，高于水库死水位1.5m，可保证单机发电。
（5）取水口绕渗的影响分析
取水口位于水库正常蓄水位以下约13.00m，增加了水库的绕渗通道。但取水工程引起的渗流均汇集到输水隧洞，对水库的影响可作为工程取水一并考虑。同时，由于输水隧洞轴线远离大坝的防渗体，对坝体防渗无影响。 3.2取水工程施工对大坝安全影响分析
（1）爆破振动
爆破振动是工程爆破过程中的基本现象。这些水工建筑物与取水工程取水口施工区的相互关系为：左岸旅游码头距离新增取水工程取水口1040m～1220m；粘土心墙坝段及西山滑坡区位于左岸坝头，距离新增取水工程取水口1140m～1310m；溢流坝段距离新增取水工程取水口1310m～1420m；电站进水口及东山破碎区位于大坝右坝头，距离新增取水工程取水口1420m～1510m；粘土斜墙堆石护坡位于大坝左坝头库岸，距离新增取水工程取水口1190m～1280m；泄洪启闭设备及闸墩位于溢流坝段，距离新增取水工程取水口1310m～1420m。
（2）爆破冲击波
按照国家《爆破安全规程》的相关规定，并参考马迹山港扩建工程围堤采用爆破挤淤法施工试验结果，以及其它工程的经验，初拟本工程水击波压力安全控制标准为：溢流坝段≤1.5×105Pa，土石坝段≤1.2×105Pa，电站进水口≤1.0×105Pa。借鉴密云水库水击波压力衰减规律中k、α的取值（k=80.27和α=1.42），采用水冲击波验算公式，对取水工程诱发的水冲击波进行验算。新增取水口水下爆破施工诱发水冲击波在各水工建筑物处的最大水击波压力为0.0207×105Pa，均满足上述安全控制标准。由于本工程取水口水下爆破区与大坝之间由九龙山部分山脊隔断，水击波是沿库内水体传播，实际传播距离略大于直线距离，且衰减快，计算结果偏保守。新增取水工程水下爆破产生的水击波不会影响大坝的安全运行。
（3）爆破个别飞散物
爆破诱发的个别飞散物主要对周围人员、设备和建筑物构成一定威胁。本工程采用控制爆破进行土石方开挖，正常情况下，爆破诱发的个别飞散物飞散距离远小于大坝等水工建筑物与取水口的距离，爆破诱发的个别飞散物对大坝及辅助设备安全不造成危险。在取水口的爆破施工中，不可避免的会造成一些爆破飞散物入库。本工程死库为0.34亿m3，取水口总开挖量约5万m3左右，即便50%的爆破石渣入库也仅占约0.07%得水库死库容，因此不会对水库库容造成较大影响。在取水口的爆破施工位于库边的山坳内，距离电站进水口约1.4km，该区域水体基本处于静止；爆破产生的飞石及细颗粒物质主要散落于山坳附近的静水中，并在该水域中沉淀，不会产生大量悬浮物涌进电站进水口，影响机组正常运行。
3.3取水工程运行对电站运行的影响分析
（1）取水流量对大坝的影响。黄坛口水库坝址区多年平均流量为85.3m3/s。1995年新扩两台机组，单机最大过水能力为105m3/s，机组最大过流能力为362m3/s。根据规划，取水工程运行过程中，最高日最大的取水量为30万m3/d，折合秒流量为3.47m3/s。新增取水工程取水量为黄坛口水库的径流量的4.07%，为电站机组最大引水量的0.96%。新增取水工程不影响大坝的安全运行。但，取水工程取水将造成电站发电效益的损失，增加电站的停机时间，对电站运行有一定的影响，工程分属双方应对发电效益损失建立补偿机制。
（2）取水工程对电站低水位运行的影响。黄坛口水库设计死水位高程为105.50m，取水工程设计取水最低水位为107.00m。最低取水位至水库死水位间的预留发电库容约为500万m3，可供单台机组发电约13小时（不考虑上游补水）。对电站的低水位运行有一定的影响。
（3）取水工程故障对水库运行的影响。取水工程故障，造成闸门失控，库水将从取水通道流失，影响水库运行。出口按自由出流估算，输水隧洞的泄流量约为16～17m3/s，大于正常取水时的最大取水流量。黄坛口水库正常蓄水位至取水工程最低取水位之间的库容约为4000万m3，库水从取水工程输水隧洞泄流，水位降至107.00m高程的泄流时间约为27～29天（不考虑上游补水）。考虑电站仍然按最大过流能力（362m3/s）发电时，水位降至107.00m高程的泄流时间约为29小时。对电站的正常运行有一定的影响。
4.结论及建议
（1）新增取水工程设计方案距已建大坝较远，对大坝安全没有影响。
（2）依据新增取水工程取水爆破施工方案，一次爆破的炸药总用量不大于50kg，爆破诱发的地震波、水击波、个别飞散物均在大坝等水工建筑物允许的安全范围内，不影响大坝等水工建筑物的安全。
（3）新增取水工程在运行过程中，对电站的正常运行有一定的影响。若严格按照取水规划取水，避免在低水位取水，禁止在死水位以下取水，不会影响水库和大坝的安全。
（4）由于爆破施工具有较多的不确定因素，且爆破诱发的地震波、冲击波对大坝安全均具有潜在威胁，在取水工程的爆破施工期，应加密、加强黄坛口水库安全监测，掌控大坝安全变化趋势并及时指导取水工程爆破施工。
（5）取水工程的爆破施工对周边水生、陆生动植物有一定影响，特别是对水生动物的影响较大，应采取确实有效的措施减小爆破施工水生动物的影响。