水利工程病险水库的加固设计探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 31 日 作者简介：周海威（1988.6.22-），男，汉族，河南上蔡人，中级职称，本科，研究方向为水利工程设计，驻马店市水利勘测设计研究有限公司。-113-水利工程病险水库的加固设计探讨 周海威 驻马店市水利勘测设计研究有限公司，河南 驻马店 463000 摘要：摘要：水库是重要的水利设施，对于灌溉、供水、防洪等方面起着关键作用，然而，长期运行或建造时的技术限制，可能导致水库出现病险问题，如结构老化、渗漏风险、安全隐患等，对水库周边地区和生态环境构成潜在威胁，因此，加固设计是确保水库结构稳定、降低灾害风险的关键环节。本文旨在探讨病险水库加固设计的方法和关键技术，为相关工程提供科学合理的设计思路和技术支持。关键词：关键词：水利工程；病险水库；危害；加固设计 中图分类号：中图分类号：TV697.3 病险水库是指存在一定安全隐患或潜在危险的水库，这些危险可能源自多种因素，包括地质条件、工程结构问题、设施老化、自然灾害风险等，可能存在着潜在的溃坝风险，导致洪水灾害，威胁周边居民、农田、基础设施和生态环境的安全。险水库加固是指对存在安全隐患或潜在危险的水库进行结构性改造、技术性加固或维护修复，提高水库的稳定性和安全性，减少溃坝风险，保障周边地区和设施的安全。水利工程中病险水库的加固设计方式对于保障公共安全、提高工程可靠性、适应自然灾害和气候变化、提升水资源利用效率以及推动可持续发展具有重要的意义和价值。通过科学合理的设计方式，能够有效应对工程面临的各种挑战，实现水利工程的安全稳定运行和可持续发展。1 水利工程病险水库的危害 1.1 威胁下游人民生命财产安全 病险水库若发生溃坝或结构性问题，可能导致洪水暴发，洪水泛滥威胁下游居民的生命安全，大量的洪水可能冲毁房屋、农田、交通设施等基础设施，对人们的生活和财产造成毁灭性影响，特别是对于下游地区的居民，由于其处于洪水的直接冲击范围，他们可能面临生命安全的严重威胁，水库溃坝可能引发洪水灾害，导致交通中断和救援困难，洪水暴发后，交通设施可能被冲毁，道路被淹没，严重影响救援队伍的进入和灾后救援，对于下游地区的居民而言，可能导致被困或无法及时得到救援，增加了生命安全的风险。洪水可能带来长期的经济影响，对下游地区的经济和社会稳定造成巨大损害，洪水引发的财产损失可能需要长期恢复和重建，影响当地居民的生活和经济，导致社会动荡和经济困难。1.2 影响水库的正常运行 由于病险水库结构老化、地质条件不稳定或设计缺陷等原因，导致水库本身结构出现问题，如裂缝、渗漏或变形等，这些问题可能影响水库的正常运行，造成水库功能障碍，甚至导致水库无法存储或控制水流，增加了水库失效的风险，水库的异常运行可能影响其周边环境，如引发洪水或泄洪不畅等问题，导致排水不及时，增加了洪水的威力，进而对周边地区的水文生态环境造成长期影响1。如果水库存在问题而未及时发现或解决，管理方面可能面临更大的挑战，需要进行紧急维护和修复，增加了管理成本和复杂度，水库因异常运行所引发的问题，可能导致大量的经济损失，包括对周边地区基础设施、农田、房屋等财产的破坏，给当地经济发展带来严重打击。1.3 浪费水资源 病险水库可能因结构老化、渗漏或损坏等问题而导致水库水位下降或水质变差，造成水资源的浪费，这种情况下，水库可能无法有效储存和保留水资源，导致水资源的浪费和损失，无法满足水库所服务的灌溉、生活用水或工业用水等需求2。由于病险水库可能存在泄洪不畅或排水系统问题，造成过量的水流泄放或排放，也会导致水资源的浪费，特别是在洪水季节，中国科技期刊数据库 工业 A-114-如果水库泄洪系统无法有效控制水流，过量的水流可能被迫泄放，导致水资源在没有被有效利用的情况下流失。水库在异常运行或结构问题的情况下，需要进行紧急维护和修复工作，这也会造成水资源的浪费，维修过程中可能需要排空水库或临时放水，导致大量水资源的消耗和流失，进一步加剧了水资源的浪费情况。1.4 影响生态环境 病险水库在结构问题或异常运行的情况下，可能导致水质恶化，渗漏、裂缝或污染物的泄漏，会使水库水质下降，影响水体中的微生物、水生植物及水生动物，破坏水域生态系统的平衡，严重威胁水生生物的生存环境3。水库在异常情况下可能引发洪水或排水不畅，对周边土壤造成冲击，导致土壤侵蚀、质量下降，甚至引发泥石流等自然灾害，对当地生态环境造成严重破坏。异常的水库泄洪和水位变化也可能对水域和周边生态环境造成长期影响，洪水会淹没生态栖息地，损害湿地生态系统，影响水生动植物的生存条件，而水位骤变也可能导致沿岸植被枯死，湿地退化，破坏生物多样性和生态平衡。2 水利工程病险水库的加固设计的具体方案 2.1 结构性改造与加固 采用加固灌浆技术，通过在水库结构中注入特定材料，如混凝土、水泥浆料等，填补结构缺陷或加固松散部分，提高水库的整体强度和稳定性，用于修复和加固水库坝体及坝基等关键部位，有效减少裂缝和渗漏，提高水库的抗压能力。也可以考虑采用加固钢筋混凝土技术，通过在水库结构表面覆盖或嵌入钢筋混凝土层，加强结构的承载能力和抗震性能，有效增加水库的抗拉强度和抗压能力，提升其整体稳定性，对于解决水库结构老化或损坏问题具有良好效果。还可以采用修复裂缝技术，针对水库存在的裂缝问题进行专项修复，通过在裂缝表面进行填充、粘结或注浆处理，防止裂缝扩展和渗漏，增强结构的完整性，有助于延缓水库的老化速度，提高其使用寿命，降低溃坝风险。利用数值模拟和仿真技术对水库结构和周边环境进行分析与评估，通过建立水库的三维模型，并采用计算机仿真软件，模拟不同情况下的水库结构响应、变形及可能存在的问题，这种仿真技术能够模拟水库在不同工况下的应力、变形和稳定性，为加固设计提供科学依据和数据支持4。复合加固是指综合应用多种加固手段，如钢筋混凝土加固、预应力加固、灌浆加固等，针对水库的不同部位设计不同的加固方案，通过结合数值模拟结果，有针对性地选择最合适的加固方式，对水库结构进行全面、系统的加固，提高水库的整体稳定性和抗灾能力。结合传感器技术和自动化控制系统，对加固后的水库结构进行实时监测，并根据监测数据进行实时反馈和调控，通过监测系统的反馈信息，对加固效果进行评估和调整，及时发现并解决可能存在的问题，保证加固效果的长期稳定性。2.2 智能监测与预警系统 采用先进的传感器技术，在水库周边和关键部位安装各类传感器，如位移传感器、应变传感器、温度传感器等，实时监测水库结构的变化和健康状态，实时采集数据，并通过数据分析和处理，对水库结构的变形、温度、应力等进行监测，提前发现潜在问题5。结合人工智能技术，对传感器获取的数据进行实时分析和处理，通过建立智能模型和算法，能够更精准地识别水库结构健康状况的变化趋势和异常情况，基于这些数据，系统能够实现对潜在风险的自动识别和预警，为水库安全提供更及时的响应。采用远程监控与应急预警系统，将传感器获取的数据传输至中心控制系统，并建立远程监控平台，实现远程实时监测和预警，提供给相关管理人员和工程师及时的警报信息，并进行预案制定和应急处理，以便在出现潜在风险或异常情况时，及时采取有效的措施。采用新型防渗材料，如高分子聚合物、合成橡胶等，在水库结构中使用这些材料进行覆盖或填充，提高水库结构的防渗性能，这些新型材料具有优良的密封和防渗效果，能够有效阻止水库结构中的渗漏问题，减少水库因渗漏引起的潜在危险。也可采用地基防渗层技术，通过在水库底部和周围地基区域加设防渗层，如聚乙烯薄膜、土工合成材料等，防止地基渗水问题，减少地基渗漏对水库稳定性的影响，有效防止地下水浸渗导致的土壤松动或结构松散情况6。通过提升泄洪设施，如增设或改进排水沟、闸门和溢洪道等设施，提高水库的泄洪能力，优化水库泄洪系统，有效降低水库在洪水情况下的压力，减缓水库水位上升的速度，降低水库溃坝风险，同时避免因过量积水而引发的问题。2.3 生物工程与自然修复 中国科技期刊数据库 工业 A-115-采用湿地恢复与植被种植，通过恢复湿地环境和种植适应性强的水生植被，如芦苇、菖蒲等，来加固水库周边的土壤结构，这些植物的根系能够增加土壤的稳定性，减少土壤侵蚀和水土流失，防止附近土壤被冲刷，巩固水库边坡和周边地区的稳定性。也可采用生物护岸技术，引入合适的生物群落，如树木、灌木等，通过根系固土、吸收水分等方式，加固水库周边岸坡，利用植物的生长特性来保护岸坡结构，防止坡面侵蚀和崩塌，增加岸坡的抗冲性和抗滑性，减少水库周边土壤流失，保护水库周边生态环境7。还可以采用自然修复与湿地建设，重点关注水库周边的湿地生态系统恢复，利用自然修复过程，重建湿地生态系统，增强水库周边地区的生态抵抗力，湿地能够吸收、净化和保持水源，减少水流速度，降低水库泄洪时的冲击力，对水库周边的稳定性具有积极作用。采用再生材料用于水库的加固设计，包括回收利用的废弃材料或可再生资源，如再生混凝土、再生钢筋等，利用这些再生材料可以减少对原始资源的需求，降低能源消耗和环境污染，同时能有效减少生产过程中产生的废弃物，实现绿色环保。应用生物降解材料用于水库加固，如生物降解型土工布、生物降解塑料等，这些材料在使用后能够自然降解，减少对环境的负面影响，特别是在水库周边，采用生物降解材料能够减少对土壤和水域的污染，有利于维护水库周边的生态环境8。还可引入绿色技术和生态工程，如植物修复技术、绿色屋顶、生态护岸等，这些技术和工程注重自然过程的运用，利用植物的根系、湿地生态系统等，进行土壤保持、水质净化、防止侵蚀等方面的加固工作，同时具有环境友好性和可持续性。2.4 灾后恢复与应急措施 制定全面完善的灾后应急预案，是为了在面对灾害事件时能够实现迅速、有序的响应和处理，最大限度减少可能发生的灾害损失，明确规定了各种可能发生的灾害类型、紧急事件的分类和级别，以及相应的应急处理措施和应对流程，还清晰界定了各级责任部门和相关人员的职责分工，确保在灾害来袭时，每个相关单位和个人都能清楚自己的任务和职责，并能够快速、有效地行动，提高整体应急响应能力，保障公共安全和社会稳定9。定期的演练和应急预警系统的实时测试是验证应急预案有效性的重要环节，通过模拟不同类型的灾害事件，进行定期的演练，检验应急预案的实际操作性和适用性，同时，实时测试应急预警系统，确保其在灾害发生时能够及时准确地发出警报，为应急响应提供重要的支持。一旦水库发生灾害或结构问题，需要迅速采取措施进行紧急修复与加固，包括启动紧急抢险计划，加固水库结构、清理淤泥、排水降渍等紧急措施，通过快速、有效的修复和加固，尽快恢复水库的正常运行，减少灾害带来的损失，保障周边地区的安全10。实施灾后生态修复是为了减轻灾害对生态环境的持续影响，针对灾害事件可能对水库周边生态环境造成的损害，采取重建植被、保护湿地、进行水域生态修复等措施，恢复受损的生态系统，不仅有助于减轻灾害带来的生态影响，还可以提高水库周边生态系统的稳定性和恢复力，有利于长期生态保护和环境恢复。结束语：病险水库的加固设计是保障水库安全运行的重要举措，具有重要的现实意义和深远的社会影响。通过本文的探讨，总结了一系列针对不同类型病险水库的加固方法和设计思路，为解决实际工程中的问题提供了有益的参考和指导。在未来的工程实践中，需要进一步深入研究和不断总结经验，应对不同类型水库加固设计中的挑战，推动我国水利工程安全可持续发展。参考文献 1周圣.水利工程病险水库的加固设计研究J.建材与装饰,2023,19(16):148-150.2郑金亮.病险水库加固工程技术研究J.现代工程科技,2023,2(13):15-17.3郑金亮.水利工程中病险水库加固工程技术研究J.现代工程科技,2023,2(14):9-11.4 吕 昌,王 经 相.病 险 水 库 除 险 加 固 工 程 水 工 建 筑 施 工 技 术 问 题 解 析 J.建 筑 建 材 装饰,2023(5):121-123,78.5周圣.病险水库除险加固存在的问题及对策研究J.现代工程科技,2023,2(2):117-120.中国科技期刊数据库 工业 A-116-6徐红,祖安君,吴全荣.病险水库控制运用水位确定方法研究以金川峡水库为例J.甘肃水利水电技术,2023,59(6):9-13.7许应斌.水利工程中病险水库加固工程技术研究J.中国科技纵横,2023(8):77-79.8廖熠.小型水库常见的病险及除险加固技术初探J.新农民,2023(20):22-24.9马婷,王飘.都市型病险水库大坝加高培厚关键技术研究J.城镇建设,2023(24):225-227.10李木彪.浅谈水库大坝安全鉴定的有关研究J.新农民,2023(20):25-27.