论文摘要：水库大坝等水利枢纽工程、水力发电、跨流域调水工程等除了产生直接的经济效益外主要体现是巨大的社会效益，水利是农业发展的命脉，水电“永不衰竭”的清洁能源是绿色经济发展的血液，也是国民经济和社会发展的重要基础。水利工程首要是防洪减灾保护生命安全，开发水力发电是履行温室气体减排承诺的最重要措施，农田灌溉、城市生活与工业用水及饮水安全、黄金航道、河流生态健康、维持可持续发展与修复环境的南水北调、同时也形成良好生态环境与优美风景区。总之，水利工程体系与人类生活密不可分，现在与将来一定为社会发展与进步做出不可或缺的贡献，有助于中华民族走向复兴，无法估量的社会公益性是第一位的也将是永恒的。 关键词 水利工程；防洪减灾；水力发电；绿色可再生能源；公益性工程 水利枢纽工程通常是水利工程体系中最重要的组成部分，水利枢纽按承担任务的不同，可分为防洪枢纽、灌溉（或供水）枢纽、水力发电枢纽和航运枢纽等。多数水利枢纽承担多项任务，称为综合性水利枢纽。水利工程就是水的利用与水害防止的工程，包括灌溉、防洪、排泄、蓄洪、航运等。 水利（力）工程是国民经济的重要基础设施，具有广泛性公益性、投资规模大、项目类型多等特点。 开发水利、水电资源对中国的经济和社会发展起着重要作用。水利是农业发展的命脉，水电“永不衰竭”的清洁能源是经济发展血液的一部分，也是国民经济和社会发展的重要基础。 我国水利事业发生了翻天覆地的变化，取得了举世瞩目的成就，有力地保障了防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全，促进了经济社会的可持续发展。 水利工程体系与人类生活密不可分，现在与将来一定为社会发展与进步做出不可或缺的贡献，有助于中华民族走向复兴，无法估量的社会公益性是第一位也将是永恒的。 1. 防洪减灾保护人的生命权是第一位 我国是一个多灾多难的国家，在自然灾害中水灾是造成的人类生命灾害是首位的，其次旱灾，强风暴台风、地震和海啸等。 如黄河是中华民族生存和发展的一个伟大摇篮，历史上黄河又是一条多灾多难的河流，多沙、悬河、善淤、善徙、善决。特别是下游,洪水决溢十分频繁,“三年两决口，百年一改道”，给两岸人民带来的苦难，一直是中华民族的“心腹之患”。 2. 水利兴利除害，保障工农业的发展与饮水安全 我国特殊的自然条件和水资源条件决定了农业生产很大程度上要依靠灌溉，水利工程保证着我国农业一直处于较高的增长，水利对支撑和保障粮食增产的作用更加突出,保证了国家粮食安全。 新中国成立60年来，水利建设取得了举世瞩目的伟大成就，水利基础保障能力显着增强，水利发展改革惠及亿万人民群众。特别是改革开放30多年来，保障了国民经济3倍于世界经济平均增长率的高速增长。中国现在以占全球6%的淡水资源、9%的耕地，保障了占全球21%人口的温饱和经济发展。我国累计解决了2.72亿农村人口的饮水困难，到2013年底，国家将全部解决农村饮水安全问题。 3. 水力发电是最大的绿色可再生能源 3.1大力发展水能资源利用 在全球能源供应短缺与国内能源危机的背景下，水电开发显得尤为重要。水电是可再生能源，水电开发在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用，世界上绝大多数国家都是优先发展水电。 我国是世界水能资源最为丰富的国家，目前经济开发利用率仅为26%。水电开发现状和能源结构以及能源需求，大力发展水电既是我国能源战略的必然选择，也是我国可持续发展的必然要求。 国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝日前在国务院新闻办公室召开的新闻会上说，新中国成立60年来，我国能源领域取得了令世界瞩目的成就，一次能源生产总量从1949年的2334万吨标准煤，增长到2008年的26亿吨标准煤，增长110倍，我国已经成为世界上第一大能源生产国。目前我国能源自给率保持在90%以上，保障了国家能源安全。此外，我国能源结构不断优化。从1952年到2008年，煤炭在能源消费总量中所占比重从95%下降到68.7%。水电、核电、风电和天然气等优质能源比重提高了11.7个百分点。全国水电装机达到1.72亿千瓦，位居世界第一
小城水库属于中型水库。现有职工41人，退休9人，水管改革分离22人，公益性岗位定编19人。水管改革后公益性岗位持证上岗率100%，上岗人员对工作高度负责。人员培训按照省、市举办培训学习要求参加培训。
2水库工程运行管理、确权划界、安全鉴定情况
2.1小城水库1970年10月竣工投入运行，1971年12月在土坝桩号0+435m处发现坝后漏水，当时库水位为312.00m。1972年4月在该处坝下游坡高程306.7m处，出现塌坑，漏浑水，渗水量为0.00126m3/s。大坝出现险情。经处理后坝后仍漏水。迫使水库于1974年放空处理。这次处理将坝上游坡全部翻修，上游铺盖进行了修补，坝顶加宽至6.5m，并于1975年秋全部完成。1978年5月，水库再次出现险情，在土坝桩号0+435m处，库水位314.32m时，测得渗水量为0.00209m/s，渗水全部为浑水。险情再次出现。此次处理办法是在桩号0+400~0+560m段做坝后压渗盖处理。水库管理部门又于1980年至1982年对土坝桩号0+282m~0+617m段作了帷幕灌浆处理。虽经以上处理，坝后仍渗水。1988年6月，在土坝桩号0+345m处又出现三个塌坑。1991年4月，在坝桩号0+500m处出现新的渗水点。同时在坝桩号0+380~0+560m之间坝后还有多处渗水。1989年7月22日水库降特大暴雨，日雨量达167mm，超百年洪水，这场大雨入库洪水2966万立米，最大入流216.7m3/s，最大泄量120m3/s。这场洪水给工程造成了土坝0+230~254m坝后大面积滑坡，消力池边墙倒塌，及右坝头冲坑灾害。1990年工程恢复，并在桩号0+400~440m段坝后坡做压重补强，1991~1995年在0+440~0+617m坝后及坝脚做了1万立米砂卵石压重补强。1994年冬季在0+540～580m段坝后脚处从已压的砂砾石中冒气，冬季不冻，1995年春化后，0+540～617m段渗流加剧达到0.782升/秒并带土，致使坝后坡大面积下陷，经实测在0+565m段，断面最大下陷深度为29cm，坝下0+540m段由于漏水带沙1996年做了5000m3大面积压渗；1997年处理0+320～0+440m段坝下天然泡塘漏水，完成砂砾石量6000m3，按设计仍有3000m3没完成，遵照吉水技（1998）120号吉林省水利厅关于舒兰市小城子水库除险加固工程初步设计批复精神，由舒兰市水利局组织施工队完成了土坝前坡305.0~310.24m，施工坝长477m，综合工程量66925m2的干砌护坡石翻修任务。1999年5月吉林省水利厅对水库除险加固设计进行批复，2001年5月开工，到今年止，坝体防渗墙工程；坝后填筑及碎石护坡工程；坝下游压重工程；坝下游排渗、棱体及暗沟工程；左右岸输水建筑工程；至水库防汛路；坝前干砌石护坡；防浪墙；溢洪道工程的消力池、扭曲面、陡坡段、海漫段等工程已完成。现加固未完工程有闸室未建、闸门及启闭设备还没有进行维修更换；坝顶填筑；机电设备；绿化工程；观测设备。金属结构设备；房屋建筑等工程。
2.2水库土地已确权划界，确权土地面积7701亩。
2.32000年4月27日吉林省水利厅专家组对水库大坝进行安全鉴定。
3水库安全度汛工作落实情况
3.1建全联防组织，落实防汛抢险队伍，确定联系信号和群众安全转移地点。加强防汛值班值宿工作，建立建全岗位责任制，加强水文测报工作，严格按照调度命令，合理调水，及时准确向上级报水情，确保工程安全。检查通讯设备，确保通讯畅通无阻。检修好启闭设备，确保运用自如，同时做好必要的防汛物资准备。定314.75m为紧急水位，水位达到时按最大泄量泄流。联防人员上坝值班抢险，下游人民应做好转移工作（低洼村屯转移），水位到达315.20m时，下游全部转移，联防人员物资全部到库，出现险情立即抢修。遇百年一遇洪水，按日最大泄量泄流。洪水位超过315.30m时应在土坝0+00m处，人工开挖或爆破30m、最大挖深4.6m（底高程315.00m）的临时溢洪道溢洪。土方1285m3。
3.2对土坝进行密切的观测工作，加强管理，发现问题及时向上级领导汇报处理。
3.3备用电源不能使用，必要时可人工摇启闸门。
3.4主汛期发生标准内供水，严格按市防汛抗旱指挥部批复的控制运用调度计划执行。发生超标准供水，应采取抢救措施力争保坝安全并尽量减轻下游供水灾害和减少避免人员伤亡损失。
4水库工程运行管理机制情况
水库工程管理、灌区管护都是靠水库自身水费收入进行工程维修，由于资金有限，各种工程只能做维护使用。现水库除险加固工程没有完工；水库灌区没有进行规模改造，工程正常运行十分吃力，不能达到当前各种防汛和灌溉要求。
5水库工程管理中存在的主要问题和解决对策
5.1右侧闸室边墙与整流段伸缩缝在库水位较高时绕渗漏水。应进行灌浆处理。
5.2闸门及启闭设备年久运行，需大修或更换
5.3水库没有备用电源。备12马力柴油发电机一台。
5.4水库电话线路在雨天及大风天不能正常使用，即使能使用防汛专用拍报水情电话也不能使用。需更换线路。
6工作建议
沙蒋水库位于河南省林州市陵阳镇沙蒋村东约lkm处，属于海河流域卫河水系，是洹河支流上的一座以防洪、工业供水和灌溉为主的小（2）型水库，是红旗渠灌区调蓄配套工程。水库上游控制河道长度0.80km，河道比降10.65×10-2，坝址以上控制流域面积0.50km2,水库总库容18万m3，兴利库容13万m3，死库容0.70万m3，设计灌溉面积33.33hm2。沙蒋水库下游有官庄西水库和横水镇海洼村，保护人口1000余人，耕地80hm2，另外在下游500m处有建成的林长高速。沙蒋水库在发挥防洪和灌溉作用的同时，还为红旗渠经济技术开发区提供水源，对林州市工业建设发挥重要作用。沙蒋水库下游紧邻的官庄西水库控制流域面积l.00km2。洪水标准为20a一遇设计，200a一遇校核。正常蓄水位193.70m，兴利库容18万m3;20a一遇设计洪水位194.89m，相应库容21万m3;200a一遇校核洪水位195.46m，相应库容23万m3。
2沙蒋水库组成部分
沙蒋水库于1975年10月动工修建，1977年12月完成。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。
2.1大坝
沙蒋水库大坝为均质土坝，由东向西再向北，平面呈“L”型，坝顶全长370m，顶宽4m左右，坝项高程为212.53～213.46m，最大坝高16.30m，上游边坡为1:2.50～1:3.30,下游边坡为1:2。大坝上游坝坡无护砌，下游坝坡无排水沟，坝脚无排水棱体。坝顶道路现状为土路，路面坑洼不平。大坝无任何观测设施。
2.2溢洪道
溢洪道位于大坝左端，为开敞式溢洪道，全长105.50m，进口高程为210.78m，最大泄量为15m3/s。控制段、泄槽段均为矩形断面，底坡呈阶梯型，底宽4m，采用浆砌石砌筑，两侧浆砌石挡墙高2m，顶宽0.60m。溢洪道末端无消能设施。现状进口段导墙损坏严重，由于纵坡坡度大，底部冲刷严重，局部挡墙浆砌脱落，出现裂缝。
2.3输水洞
输水洞位于大坝中部，L型的转折处，进口底高程为202.33m。上游段为DN400无缝钢管，管道末端设挡水隔墙；下游段工作洞为砌石涵洞结构，总长14m，洞内设砌石明渠与上游无缝钢管连接，出口4m处现状设有一扇铁门。砌石涵洞断面尺寸为1.50m×2.10m，城门洞形。明渠净宽0.80m，深1m，上有混凝土盖板。钢管末端设手动控制阀门，输水洞最大泄量0.27m3/s。输水洞现状存在问题：下游坝坡培厚后，工作洞长度不够；涵洞砌筑质量差，年代较长，局部变形，浆砌脱落，出现裂缝；控制闸门及启闭设施现已锈蚀损坏，无法正常使用。
3沙蒋水库大坝存在问题
根据安全评价报告及鉴定核查意见，大坝存在的主要问题：大坝防洪标准低；坝体压实度达不到规范要求，筑坝材料不合格、填筑质量差；上游坝坡无护坡；下游边坡不稳定，下游坝坡浸润线出溢点高，下游无排水设计。依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)第4.2.3条，粘性土的填筑密度以压实干密度为设计指标，并按压实度确定，对3级中、低坝及3级以下的中坝压实度应为96%～98%，压实度取为96%，以控制干容重为16.80kN/m3，对坝体填料进行质量评价。根据本次勘探揭露的坝体地层情况，坝顶以下2.00m厚度坝体填土压实度为83%，干密度为14.70kN/m2,渗透系数为4×10-3cm/s，填筑质量较差。现状上游边坡为1：2.50～1：3，坝坡无护砌。现状下游边坡为1：2，根据稳定复核计算，下游坝坡不稳定，下游坝坡高水位时浸润线出溢点高，在正常蓄水位时不满足渗流要求。
4沙蒋水库大坝加固工程设计
4.1水库大坝加固必要性
水库是解决当地严重缺水、脱贫致富的命脉工程,对大坝进行加固是确保水库安全运行的需要，也是地区经济和社会发展的要求。目前，水库为农田提供灌溉水源，水库大坝加固对灌区扩建有重大意义。水库大坝建库以来到目前存在安全隐患，水库带病运行威胁下游居民生命财产安全，所以，为保证水库大坝安全运行，促使工程综合利用效益充分发挥，为该地区经济持续、快速、健康发展提供安全保障，水库大坝加固非常必要，也十分紧迫。
4.2大坝加固工程设计
4.2.1大坝防渗工程
为解决坝顶以下2.00m厚度坝体为中等透水、高水位时易形成渗漏以及下游坝坡高水位时浸润线出溢点高的问题，本工程设计将（桩号0+000～0+200）现状坝顶以下2.00m厚度坝体进行翻修，开挖至高程210.65m，然后重新填筑分层碾压至高程212.65m；下游坝脚设排水棱体。
4.2.2上游坝坡工程
根据大坝现状上游坝坡情况及坝坡稳定计算，本工程设计上游边坡高程208.60m以上为l：2.50，高程208.60以下为1：3。C20混凝土护坡(桩号0+000～0+300)。混凝土护坡厚度为120mm，分块尺寸1.80m×2.80m（宽×高）分缝处填0.20m宽C20无砂混凝土，混凝土抗冻等级F100，抗渗等级为W4。从坝顶高程212.65m至上游坝脚，先铺设150mm厚碎石垫层，然后浇筑C20混凝土护坡。护坡在坝脚及两侧与岸坡结合处设置C20混凝土齿墙，高0.45m，宽0.30m。现状上游坝坡无踏步，本工程设计在桩号0+187处设一道踏步由坝顶至坝脚。踏步及两侧路沿石均采用C20混凝土现浇，踏步净宽2m，每阶高0.15m、宽0.37m，路沿石宽0.20m，高0.25m。
4.2.3下游坝坡工程
下游坝坡（桩号0+000～0+300）培厚后，进行修坡、平整，植草护坡。现状下游坝坡无排水沟，为防止雨水冲蚀下游坝坡，设计新建5道横向排水沟和1道纵向排水沟。排水沟采用矩形断面，口宽0.30m，深0.35m，两侧边墙及沟底厚度均为0.10m，采用C20混凝土结构。现状下游坝坡无踏步，本工程设计在桩号0+187处设一道踏步由坝顶至坝脚。踏步及两侧路沿石均采用C20混凝土现浇，踏步净宽2m，每阶高0.15m,宽0.37m，路沿石宽0.20m，高0.25m。现状下游坝坡坡脚处无排水棱体，根据大坝浸润线复核计算，下游坝坡高水位时浸润线出溢点高，在正常蓄水位时不满足渗流要求。下游官庄西水库正常蓄水位为193.70m，校核洪水位195.46m，为防止校核洪水淘刷沙蒋水库坡脚，排水棱体高程按照设计洪水位加波浪超高确定。排水棱体采用块石堆筑，长约80m，顶高程为196.70m，顶宽1m，高3m，内坡1：1，外坡1：1.5，与坝体粘土部分接触部分设反滤层，反滤层包括200mm厚碎石垫层和200mm厚砂垫层。
4.2.4坝顶工程
坝顶道路现状为土路，宽度4m左右，路面坑洼不平。坝顶路面设计为泥结碎石路面（桩号0+000~0+370），全长370m，路面净宽3.50m，厚150mm，路面中心高程为212.65m，坝顶路面向下游按1.50%放坡。路面下游测设矩形C20混凝土路缘石，高700mm，宽200mm，每段长1m，采用现场预制并砌筑。坝顶（桩号0+000～0+370）设M7.5浆砌石防浪墙，C20混凝土压顶，全长370m，防浪墙每10m设一道缝。防浪墙墙顶高程213.45m，砌石墙厚0.30m，高0.89m，前后齿宽0.25m、厚0.50m。
5结语
论文摘要：本文根据新修订的高等学校专业目录及高等职业技术教育的特点，研究了水工专业(工程水文学)和(水利水能(电)规划)的课程体系、教学内容及教材编排，提出了关于将两门课程合并及合并后的课程名称、课程教学内容和教材编排建议。
引言
水文及水利水电规划是高等学校及中等专业学校水利水电工程建筑专业(简称水工专业)重要的专业技术课之一。它除直接分析确定水利水电工程的规模指标(如正常蓄水位、装机容量等)和效益指标(如保证出力、发电量等)、工程安全和造价外，还要为水利水电工程的设计、施工及运行管理等提供正确合理的基本设计数据。据此不难看出，本课程在水工专业培养目标(从事水利水电工程勘测、规划、设计、施工及运行管理的专业技术人才)中的重要地位和作用，因而，它是水工专业必修课之一。
但从我院教学实践来看，水工专业的学生似乎并不看重该课程。通过调查发现，大部分水工专业的学生，只对相关的力学及建筑材料、建筑结构、水工建筑物、水电站和水利工程施工等课程感兴趣，而对水文及水利水电规划课程则学习积极性低，学习效果差。一般都是等到学习水工建筑物、水电站和水利工程施工课程时才认识到水文及水利水电规划课程的重要性，结果因基础不牢而捉襟见肘。再深人一层分析，造成这种教学被动局面的根本原因，一方面固然有学生认识上的问题，但另一方面，也可以说是更重要的方面，还在于课程自身存在的课程名称、教学内容及其教材编排等问题。
因此，本文试从水文及水利水电规划课程的名称、教学内容及其编排等方面进行探讨，以树立本课程的“规划”形象，提高学生学习的积极性，使本课程的教学更好地服务于专业培养目标。
1课程的合并及合并后的课程名称问题
1.1课程的合并
在高等学校水工专业的课程中，1981年以前本课程原名称为“水文及水利水电规划”，与其相应的第一轮高校统编教材是(工程水文学)(上册)和(水利水电规划)(下册)。1982年12月，原水电部在南京召开高等学校水利水电类专业教材编审委员会正副主任扩大会议，会议在审定各专业的教学计划时，一致同意将(工程水文学)和(水利水电规划)分开设课，并将后者改称为(水利水能规划)。同时，会上讨论(1983一1987教材编审出版规划)(即第二轮统编教材出版规划)时，同意将第一轮教材下册修订再版，作为水工专业(水利水能规划)课程的统编教材(该教材1986年11月由水利水电出版社出版)。
在中等专业学校水工专业课程中，本课程1992年以前合称为“工程水文学”，第一版(工程水文学)教材是1979年由水利水电出版社出版的，1986年12月出版的第二版(工程水文学)教材，在第一版的基础上作了较大修改，并增加了水库调度一章。从1992年开始，中等专业学校水工专业也相应地将其分为(工程水文学)和(水利水电规划)两门课，并由水利水电出版社分别于1992年和1994年出版了第三版(工程水文学)教材和由东北水利水电专科学校朱伯俊主编的(水利水电规划》教材。
综上所述，无论是在高等学校还是在中等专业学校，水文及水利水电规划课程都经历了由合到分的变革。根据新制定的高等学校专业目录，笔者认为，以课程合并改革为重点的新一轮的课程设置改革，必将在中、高等学校全面展开，因此，本课程的合并也势在必行。事实上，关于工程水文学与水利水能(电)规划课程的再次合并，早在1995年实行“五天工作制”时已经开始，只不过它是一种形式上的简单合并，虽然达到了压缩本课程教学时数的目的，但就我院水工专业近几年本课程的实际教学效果来看，对本课程教学质量的提高，作用不是很大。因此，有必要对本课程进行实质性的合并、重组。
再者，针对性强和实践能力强是职业技术教育最突出的特点，根据我院起草的《高等职业技术教育水利水电工程建筑专业教学计划)，课程结构由过去的基础课、专业基础课、专业课这三段式变为公共课和专门课两块式;理论教学时数与实践性教学时数之比为1:078(要求1:1)，本课程教学时数仅有70学时。因此，不可能再将工程水文学和水利水能规划分开设置为两门课，即使从教学计划角度来看也有合并的必要。
将工程水文学和水利水能规划合并，不仅是必要的，而且是可行的。可以从它们的教学任务和目的来分析。工程水文学的教学任务是使学生具有水文学的基本知识，了解水文观测的一般方法，并能搜集有关水文资料进行分析计算。即使学生具有从事中小型水利水电工程规划设计的水文计算能力，为确定水利水电工程规模和施工及运行管理规程提供所需的水文数据能力。水利水能(电)规划的教学任务则是在掌握河流水文情况的基础上，根据水文计算成果和国民经济各部门的综合利用要求，分析确定水库的兴利库容和供水效益，确定水电站的发电效益指标和反映水库水电站规模的主要参数—正常蓄水位、死水位和装机容量等，以及通过防洪调节分析确定水库的防洪特征水位和库容、溢洪道尺寸等。总之，使学生在学习工程水文学的基础上，进一步学习水利水电工程规划的基本知识、基本理论，初步掌握水利水能计算和规划的方法，为其毕业后从事水利工作打下基础。从上述分析不难看出，工程水文学知识是进行水利水能规划的基础，将两者合并是切实可行的。
1.2合并后的课程名称
关于合并后的课程名称，笔者认为可将其称为(水利水电工程规划)。这可以从本专业的培养目标和本课程的教学任务两方面加以论证。首先，从水工专业的培养目标来看，由于学生毕业后主要从事水利水电工程的勘测、规划、设计、施工和运行管理等专业技术工作，因此，参照水利工程施工、水工建筑物、水电站等专业课，将水利水电工程规划作为水工专业的一门专业课的名称是合适的。再说，水利水电工程的规划，主要是水库及水电站基本参数的选择，它关系到工程的规模和效益的大小、工程的安全和造价等问题，而且对从事水利水电工程设计、施工和管理等的工程技术人员来说，必须掌握一定的水电规划知识。因此，将(水利水电工程规划)作为(工程水文学)与(水利水能(电)规划)合并重组后的课程教材名称是恰当的。
2(水利水电工程规划)教学内容的界定
2.1界定依据
(水利水电工程规划)课程的教学内容原则上应该包含(工程水文学)和(水利水能(电)规划)两门课程的教学内容，但由于水利水电工程建设周期长、工程投资大，需要国民经济各方面协作配合的环节多，影响面广，系统性强，水利水电工程建设必须严格按勘测、设计、施工和管理的基本建设程序分阶段进行，因此，(水利水电工程规划)课程的教学内容，还应根据水利水电工程建设与规划有关的各个阶段对规划的具体要求而确定。
江河流域规划是水利水电工程建设的前提。它是在勘测和调查所得的流域社会经济情况、地形资料、河流水文资料及地质资料的基础上，对江河上特定河段以及地区的水资源进行综合利用规划，并经过各种方案的技术、经济论证比较，确定总体规划布局及河流梯级开发方案，提出实施程序及近期兴建的水利水电工程。
可行性研究是在经过审查批准的江河流域规划基础上，对推荐的建设工程项目，从技术、经济和建设条件等方面论证研究其可行性，以保证技术上安全可靠，经济上合理、能用较小投资获得较大效益。可行性研究阶段中的设计工作可以粗略一些，但对工程规模、经济效益、开发的迫切性以及技术力量的落实等问题，必须论证清楚。
初步设计是根据批准的可行性研究报告的有关工程规划对工程进行总体布置，选定主要建筑物型式和控制性尺寸，如选定合理的坝址、坝线和坝型，通过比较，选定最优的枢纽布置方案、水库的各种特征水位和库容，选择电站的装机容量、机组型号。水利水电工程管理阶段的任务是随时掌握水利水电工程中各种水工建筑物的运行情况，发现并消除隐患，确保工程安全;有计划地蓄水、泄水以及合理调度用水，充分发挥工程的综合效益;通过养护和修理使工程经常处于良好的工作状态，延长工程的使用年限，根据国民经济发展的需要，对工程进行改建或扩建，使之发挥更大的经济效益。所以水利水电工程的管理不仅是工程管理部门的工作，也是规划设计部门的工作。
2.2《水利水电工程规划》的教学内容
从上述水利水电工程建设各阶段的情况来看，(水利水电工程规划)课程的教学内容应包括:江河流域规划—水资源的综合利用、河流与流域、水利枢纽与梯级开发、水文资料的收集与分析;水库规划—水库地形特性、水库的特征水位和库容、水库水量损失及淤积、淹没、浸没等问题，用水特性与用水资料，设计保证率与设计标准，设计年径流量、年输沙量和设计洪水分析推求，兴利库容和防洪库容的计算，水库死水位、正常蓄水位和防洪特征水位的选择确定;水电站水能规划—水能利用原理与开发方式，水能计算，电力系统负荷图与容量组成，水电站装机容量及运行方式确定;施工导流规划—施工导流标准，施工设计洪水与施工水文预报;水库调度规划—水库防洪调度图、灌溉调度图和发电调度图编制等等。
3关于(水利水电工程规划)教材编排问题
3.1《工程水文学》与(水利水能(电)规划)教材体系
教材质量直接影响课程教学效果。《水利水电工程规划)教材应紧密结合专业要求，打破(工程水文学)和(水利水能(电)规划)的教材体系，通过删节、补充和调整，建立新的教材体系。为此，首先要了解清楚(工程水文学)和(水利水能(电)规划)的教学内容编排情况。(工程水文学》教材是以水循环及径流形成过程、水文统计的基本知识与方法、设计年径流及设计洪水的推求、降雨径流分析、水文预报等为主要内容;同时扼要讲述水文测验及水文资料收集、河流泥沙等方面的知识。高等学校教材是按以学时编写的，全书共十二章，依次为绪论、水循环及径流形成、水文测验及水文资料收集、水文统计的基本知识及方法、年径流分析与计算、由流量资料推求设计洪水、降雨径流分析、由暴雨资料推求设计洪水、小流域设计洪水计算、可能最大暴雨与洪水、河流泥沙计算、水文预报。中等专业学校教材除无水文预报一章外，其它内容与高等学校教材基本一样，只是将可能最大暴雨与洪水、降雨径流分析分别并人小流域设计洪水计算和由暴雨资料推求设计洪水两章中，因而全书只有九章。
(水利水能规划)是按42学时编写的，全书包括绪论、水资源的综合利用、兴利调节、洪水调节、水能计算及水电站在电力系统中的运行方式、水利水能经济计算、水电站及水库的主要参数选择、水库群的水利水能计算、水库调度等八章。(水利水电规划)则是按54学时编写的，全书分为绪论、水利水电规划所需的基本资料、水库兴利调节计算、水库防洪调节计算、水能计算、电力系统中的水电站主要参数选择、水库调度等六章。
3.2(水利水电工程规划)教材编排建议
根据(水利水电工程规划)课程的教学内容和教学任务的要求，其教材的编排既要有利于教学，又要有利于学生对水利水电工程建设程序的认知。据此，笔者试提出(水利水电工程规划)课程教材的编排建议如下:
3.2.1绪论含我国的水资源及利用，我国水利水电建设的成就与展望，水利水电工程的规划程序，水利水电工程规划的教学内容和任务。
3.2.2水资源综合利用规划含水资源的综合利用与水利事业，河流与流域，与江河流域规划。
3.2.3河流水文含水文学与水文测站，降水的观测与流域平均降雨量计算，蒸发与下渗，径流的形成及表示方法，水文循环和水量平衡，江河水位、流量、泥沙观测及资料整理，水文资料的收集来源。
3.2.4(水利水电工程规划)所需的基本资料含径流调节，水库兴利调节分类，水库调洪作用，设计保证率与用水资料，防洪设计标准分类、选择，泄流方式及泄洪资料，水库地形特性，水库的特征水位和库容，水库的淤积淹没和浸没等。
3.2.5水文资料统计分析方法含统计分析的任务和方法，现行水文频率计算方法—适线法，相关分析方法。
3.2.6设计年径流推求含年径流及其变化特性，具有长期、短期和缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分配推求方法。
3.2.7设计洪水推求含由流量资料推求设计洪水，由暴雨资料推求设计洪水，小流域设计洪水推求，可能最大洪水推求简介。
3.2.8水库兴利规划含兴利计算原理，死水位的确定.年调节水库兴利库容和调节流量的计算，多年调节水库兴利库容 的计算简介。
3.2.9水库防洪规划含调洪计算原理，无闸门控制的水库调洪计算方法(列表，试算法、半图解法、简化三角形法)，有闸门控制的水库调洪计算方法。
3.2.10水电站水能规划含水能计算的内容和方法，无调节、日调节和年调节水电站的保证出力、保证电能计算，多年平均年发电量的计算。
3.2.11水库及水电站主要参数的选择含电力系统的负荷与容量组成，水电站装机容量的选择，以发电为主的水库特征水位的选择。
3.2.12施工导流规划含施工导流标准，施工设计洪水推求，施工水文预报。
3.2.13水库调度规划含水库调度的意义，水库的兴利调度图、防洪调度图和发电调度图的编制方法，水库的优化调度简介。
参考文献
①吴明远、磨道江、叶守泽合编.工程水文学.水利电为出版社，1986.
②周之豪、沈甘源、施熙灿、李惕先.水利水能规划.水利电力出版社，1986
③广西水电学校丁炳冲主编.工程水文学.(第三版).水利电力出版社，1994，
[关键词]水库工程 地质勘测 技术问题
[中图分类号] P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-314-1
0引言
随着我国水库工程的快速发展，地质勘察技术得到了广泛关注，水库工程建设项目对地质勘察技术提出了更高的要求。传统的地质勘察技术很大程度上已经无法满足工程的需要，在工程物探、山地勘探等传统技术的基础上，形成和发展更多新的技术，并将其科学的应用于解决水库工程地质勘察问题是当前地质勘察部门面临的重要课题。
1工程概况
拟建水库工程的地貌特征主要是山地，河谷的切割深度在350-620m之间，河床宽度在15m左右。库区河段是从北向南流，物理地质现象主要是岩体凤凰、塌滑等，河床基本被砂卵石覆盖、陡坡局部有较小规模的滑塌，不过对库岸边坡的影响不大。工程分为供水建筑物和枢纽建筑物，坝址段河床的高程为695.5，河床宽为10-15m[1]。工程地质勘察工作除了要调查必要的区域构造稳定性外，还使用地质钻探、地质测绘、室内试验及地质物探等方法来初步分析成库条件。工程设计的主要地质勘察的内容有库区地质勘察、论证建库条件、分析影响方案选择的环境地质问题、评价影响方案选择的工程地质问题。为了能综合应用多种地质勘察技术，把这些技术与水库的实际情况相结合，利用地质勘察工作的手段，详细调查库区的地质情况，论证建库条件，分析影响方案选择的环境地质问题和评价影响方案选择的工程地质问题，并阐明勘察结果，提高水库地质勘察的注意要点。
2水库工程地质问题及勘察技术的应用
2.1水库地质的渗漏问题及勘察技术
水文地球化学调查上而言，对放射性同位素资料的应用，预估了地下水年龄。以提取饱和指数的方法分析了拟建水库作业区域内地下水的循环速率。一般而言，地下水循环速率越快，库区地下水的补给量就越大，获取大气降雨的量就越大。工作人员要综合判定水库地隔水层地下水的化学类型、矿化度指标和电导率，并分析水库库底隔水层的性能，检验其在阻止水库水向底部渗漏方面的效果。对水库地质渗漏问题的勘察，可以选用地质钻探和物探技术，综合分析水库潜在的渗漏区域、渗漏通道和异常范围。本工程拟建水库区域结构是多层含水层结构，在可能发生渗漏问题的岩层组内布置了两个以上的钻孔，并让钻孔均下钻到隔水层地下水的水位保持一定深度[2]。完成钻孔后，使用井间地震波CT技术来勘察水库库区可能是否存在渗漏点位或渗漏通道。探测水库库区岩溶漏水通道异常范围的指标，采用充电瞬变电磁技术。
通过利用上述地质勘察技术的综合运用后，得到的结论如下：一方面，该库区河段的流向整体是自北向南流，两岸山体较为雄厚，并没有低矮垭口，库区以东的交下沟相距1.5km，以西的展新冲沟相距3-5km，地表分水岭高程普遍比河床高300m以上，达1000-1400m，库区周边的整体地形封闭较好。另一方面，库区两岸的泉点高程≥763m，比正常水位高27m左右，泉点多为地表孔隙-裂隙潜水露头。整个地下水分水岭所与地表分水岭相一致，即便是在枯水期，天然地下水位也会比水库正常蓄水位要高，水库蓄水后依旧是两岸地下水向库区排泄，流向朝向库区。由此可见，本拟建水库工程并不存在地质渗透问题，有良好的成库条件，可以在该库区拟建水库。
2.2水库库岸的稳定性问题及勘察技术
在对库区地质测绘中，比例尺尺寸选取数值为1：50000，对可能会对周边居民区、道路、在建工程产生一定安全和稳定性影响的区域，将测绘的比例尺缩小至1：5000。在外业布点的前提上，使用GPS技术来综合分析所搜集到的数据，绘制水库库区建设周边的地貌地形，以更好的分析和研究不稳定库岸分布区域和变形破坏体。使用综合地质物探技术分析水库库岸的稳定性时，在不稳定岸坡可能存在滑动的方向布置勘探剖面。考虑到本工程存在的潜在不稳岸坡和变形破坏体范围相对较小的情况，在纵横剖面分别设置一条勘探剖面。同时，采集软弱夹层及对本水库库区库岸稳定性可能产生影响的岩土组，分析岩土的物理学能力，整理并分析所采集到的所有数据，以科学的检测库岸稳定性。
通过利用上述地质勘察技术的综合运用后，得到的结论如下：一方面，地下水通过岩石裂隙水方式排泄在地面最低高程点位置在730m，基层和覆盖层的工程地质条件和水文地质条件在水库蓄水后的改变不大，岸坡有茂盛的乔木，且枝干粗大，能有效防止坡面径流冲刷，提高了力学参数。所以水库一旦建成蓄水后并不会出现大的库岸不稳的问题。另一方面，库区边坡在正常蓄水、天然及库水降落等状态下的抗滑性能稳定，虽然在库水降落状态下可能会有风化岩土体顺层滑动的问题出现，但是规模不大，不会影响水库的整体性能和安全运行。由此可见，本拟建水库工程并不存在有严重影响库岸稳定性和安全性的问题，有良好的成库条件，可以在该库区拟建水库。
2.3勘察结果及注意要点
从对水库地质渗透问题的勘察上看，该拟建水库地形有良好的封闭性，在正常蓄水位控制在735m时，水库的回水长度为1.4km、坝前抬高水位为41m，整个水库两岸和库底基本不存在渗漏问题。从对水库库岸的稳定性问题的勘察上看，该拟建水库的整体边坡较为稳定和安全，虽然在局部有小规模的滑塌现象，但整体影响不大。这表明，该拟建水库的建库条件优良。同时为了最大程度的确保水库的稳定和安全，需要注意以下几个要点：①充分调查库岸的稳定条件，尤其是可能会严重影响水库稳定和安全的岸坡。②详细勘察右岸边坡的岩体结构，科学预测水库在蓄水后边坡的稳定和安全情况。③因库岸植被对水库的安全和生态环境有较大影响，必须保护水库岸边的植被。
3结语
总之，分析拟建水库工程的地质问题，利用科学先进的地质勘察技术是当前水利工程发展的基本要求。本文研究的山区水库从地质渗漏和库岸稳定两大问题入手，利用GPS、地质钻探等技术进行勘察，以其能为以后的水库建设工程提供有效的研究资料。
[作者简介]黄顺勇（1989～）男，本科学历，助理工程师，研究方向为工程地质。
参考文献
关键词：水库；除险加固；程序；探讨
根据《病险水库除险加固工程项目建设管理办法》第四条“总投资2亿元以下且总库容在10亿立方米以下的大中型和单位库容（每立方米）建设投资大于4元的小型病险水库除险加固工程，可直接编制初步设计。”的规定，小型病险水库除险加固工程建设不再进行项目建议书和可行性研究报告阶段的工作，直接从初步设计阶段开始。结合新密市小型病险水库除险加固工程建设实施情况，概括为前期工作、工程施工、工程验收三个大阶段。
一、新密市小型病险水库除险加固工程概况
新密市现有小水库35座，其中，小Ⅰ型水库17座，小Ⅱ型水库18座。17座小Ⅰ型水库全部纳入了国家重点小型病险水库除险加固专项规划；18座小Ⅱ型水库有13座列入了国家重点小型病险水库除险加固项目，3座列入了省重要病险水库除险加固项目，2座列入了省一般病险水库除险加固项目。截至目前，17座小Ⅰ型和18座小Ⅱ型病险水库除险加固工程已全部通过竣工验收。
二、新密市小型病险水库除险加固工程建设
（一）前期工作阶段
新密市小型病险水库除险加固工程从初步设计到开工前的准备统称为前期工作，主要包括以下程序性工作：
1.大坝安全鉴定
35座小水库由郑州市水务局组织专家进行了大坝安全鉴定，并由郑州市水利建筑勘测设计院（甲级，以下省略）承担了大坝安全鉴定报告的编制工作。
2.大坝安全鉴定复核
35座小水库经复核全部为三类坝，其中：云岩宫、曹马沟2座小Ⅰ型水库的大坝安全鉴定由水利部大坝安全管理中心进行了复核，其余33座水库由河南省水利厅进行了复核。
3.初步设计文件的编制
35座水库除险加固工程的初步设计全由新密市小型水库除险加固工程建设管理局（简称项目法人，下同）委托郑州市水利建筑勘测设计院（简称设计单位，下同）承担，按照相关规程编制工程地质勘察报告、初步设计报告、初步设计概算和初步设计图册。
4.初步设计文件的审查
17座小Ⅰ型和18座小Ⅱ型病险水库除险加固工程的初步设计分别由河南省水利厅和郑州市水务局组织专家进行了审查，并提出了审查意见；设计单位根据审查意见，对初步设计文件进行补充、修改、优化。
5.初步设计文件报审
依据《河南省重点小型病险水库除险加固项目管理暂行办法》的规定，17座小Ⅰ型病险水库除险加固工程的初步设计由省水利厅批复。根据《河南省水利厅、河南省财政厅关于小Ⅱ型病险水库除险加固项目初步设计编制及审批管理工作的通知》豫水计〔2011〕3号文要求，18座小Ⅱ型病险水库除险加固工程的初步设计由郑州市水务局批复。
6.施工及监理招投标
35座水库除险加固工程项目在具备招标条件后，由项目法人委托具有相应资质的招标机构对施工及监理进行了公开招标，在中标通知书30日内与中标人订立了书面合同。
7.施工图审查
35座水库除险加固工程施工图投入使用前由项目法人组织有关专家进行了审查，专家组针对审查范围和内容提出了相关意见及建议，有专家组组长在审查意见文本上签字，并上报郑州市水务局备案。
（二）工程施工阶段
小型病险水库除险加固工程建设管理实行项目法人责任制、招标投标制、建设监理制、合同管理制、竣工验收制。项目法人、监理、设计、施工等参建单位在工程施工阶段对工程安全、质量、组织协调、进度、资金、合同、档案资料等进行管理和控制。
（三）工程验收阶段
水利工程建设项目验收，按验收主持单位性质不同分为法人验收和政府验收两类；法人验收是指在项目建设过程中由项目法人组织进行的验收，政府验收是指由有关人民政府、水行政主管部门或者其他有关部门组织进行的验收。
1.工程质量评定
每座水库除险加固工程为1个单位工程，35个单位工程质量在施工单位自评合格后，监理单位进行了复核，项目法人认定后将质量结论上报质量监督机构核定。
2.分部工程验收
项目法人主持水库除险加固工程的分部工程验收，验收工作组由项目法人、勘测设计、监理、施工等单位的代表组成，质量监督机构派代表列席了会议，在分部工程验收通过之日后10个工作日内，项目法人将验收质量结论和相关资料报送质量监督机构核备。
3.第三方质量检测
分部工程验收通过后，项目法人委托郑州市水工质量检测中心有限公司对35座水库除险加固工程进行了第三方质量检测，并将检测结果上报郑州市水务局和质量监督机构备案。
4.单位（合同完工）工程验收
由于每座水库除险加固工程为1个单位工程，所以将单位工程验收与合同工程完工验收一并进行。项目法人主持验收会议，由项目法人、勘测设计、监理、施工、运行管理等单位的代表组成验收工作组，质量监督机构派代表列席了会议，在单位工程验收通过之日后10个工作日内，项目法人将验收质量结论和相关资料报送质量监督机构核备。
5.竣工验收自查
申请竣工验收前，项目法人组织了竣工验收自查。项目法人在完成竣工验收自查工作之日起10个工作日内，将自查的工程项目质量结论和相关资料报质量监督机构；在竣工验收自查工作报告通过之日起30个工作日内，将自查报告报质量监督机构核备。
6.竣工验收
项目法人向竣工验收主持单位提出了竣工验收申请，全面负责竣工验收前的各项准备工作，设计、施工、监理等参建单位做好验收前的准备和配合工作。相关单位派代表参加验收，负责解答验收委员会提出的问题，并作为被验收单位代表在竣工验收鉴定书（项目法人完成工程建设任务的凭据）上签字。
三、结语
已竣工投入使用的35座水库，不仅防洪标准显著提高，满足防洪要求，而且在灌溉、供水、养殖、旅游、生态等方面发挥出巨大的综合效应。防洪、调洪、蓄洪等水库功能突显易见，汛前降至汛限水位，大汛中后期调至溢洪水位，保证干旱季节灌溉、供水、游玩等有效水位。渗漏微小、科学调度、控制灵活、水清、水足、山青、田绿，生态进一步优化，民生进一步改善。
（一）安全鉴定工作存在缺陷。
1．未进行安全鉴定或先开工后再进行安全鉴定，鉴定中有作假行为等。
在未做安全鉴定的前提下直接进行除险加固初步设计，使初步设计缺乏依据，所采取的除险加固措施，不能完全消除病险水库存在的问题和安全隐患。
2．安全鉴定中对除险加固的必要性未进行充分论证。
一些水库防洪标准不够、淤积严重、原设计功能基本丧失或被其他工程代替、病险严重，除险加固技术上不可行，经济上不合理，完全可以用降等报废的办法保证安全，但为了争取中央资金，也作为病险加固项目上报，未对必要性进行充分论证。
3．投入经费少，工作周期短。由于资金紧张，无法开展必要的地质勘探等技术工作。为了抢时间、赶进度、早立项，安全鉴定工作周期短，使得评价承担单位简化一些必要的环节。
4．基础资料缺乏。部分项目无勘探实验资料、水文验证资料、工程原设计施工资料和运行管理资料，也不做地质勘探，不进行大坝现状检查、检测，安全鉴定依据不充分。
5．分析论证和评价工作不深入，安全评价报告质量差。特别是中小型水库，安全鉴定技术分析方法和手段落后，对病因的分析过程简单，论证缺乏针对性，编制的安全评价报告质量较差；有的甚至基本无分析论证过程，只有三类坝的结论，安全鉴定工作流于形式。
6．安全鉴定成果未经水利部大坝安全管理中心核查。
（二）个别项目前期工作审批立项程序不符合规定。
按规定，总投资2亿元以上（含2亿元）或总库容大于10亿m3的险库须编制可行性研究报告，再编制初步设计。但有的大型水库除险加固工程未进行可行性研究,直接编制初步设计。
（三）初步设计深度不够、设计质量较差。
1．地质勘探工作达不到初步设计阶段要求。部分水库工程探孔太少或土工试验组数太少，使其成果的代表性不足。部分水库分析成果资料不全或不符合常规，个别水库的安全鉴定作了补充报告，补充了新的地勘资料，物理系数与当时作初设时发生了变化，初设却没有及时调整，因此不能保证加固方案的可靠性。
关键词：拱坝 可压缩库水 库水地基相互作用 地震反应
1 研究现状
Clough[1]基于有限元法开发了最早的拱坝地震反应分析程序——ADAP，其中将地基模拟为带有固定边界的无质量弹性体，没有考虑库水的影响.在ADAP程序的基础上，Kuo[2],Ghanaat和Clough[3]将库水视为不可压缩水体以附加质量的方式考虑了库水动水压力的影响，开发了计算程序EADAP.为了考虑库水可压缩性的影响，Fok和Chopra[4]在频域内建立了拱坝—库水—地基系统动力相互作用分析的三维有限元子结构模型，但其中地基为无质量弹性体，没有考虑行波影响，以吸收系数表述的阻尼吸能边界来近似模拟库水—地基的动力相互作用，吸收系数根据库底地质条件估算，由于无质量地基可以避免地基惯性引起的对入射地震动的放大效应，但不能合理代表坝体—地基的动力相互作用，表示库水—地基动力相互作用的库底吸收系数也是基于库水和均匀半无限空间的波反射表达式而提出的近似关系，研究对象的实际几何形状以及库区的地质、地貌特征使得该系数很难估计，实际上反射系数模型仅仅计入了地基的阻尼影响而未能考虑到地基惯性的影响，通常应用的一维模型的反射系数也不全面，理论上它会低估三维实际地基的辐射阻尼效应.此后，Tan和Chopra[5，6]改进了Fok和Chopro[4]模型，用边界元离散地基，在坝体—基岩动力相互作用中考虑了基岩的惯性和阻尼，但仍保留了在坝体—地基交界面一致地震输入的假定和库底吸收边界条件的假定.Dominguez和Maeso[7]在频域内建立了拱坝—库水—地基系统动力相互作用分析的三维边界元模型，严格考虑了坝体—库水动力相互作用、坝体—地基动力相互作用、库水—地基动力相互作用，比较了严格的库水—地基动力相互作用模型与Fok和Chopra库底吸能边界模型在简谐输入地震波作用下拱冠顶加速度的频响函数，结果表明两者间有显著差异.Zhang、Jin和Pekau[8]也提出了拱坝—地基动力相互作用分析的有限元—边界元—无限元模型，这一工作的创新点主要在于对阻抗函数简化处理后的时域模型方面，库水模型为附加质量.杜修力、陈厚群和侯顺载[9]应用时域显式有限元方法结合透射人工边界，建立了拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型和方法，Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]为消除透射人工边界的高频失稳，在这一拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型中进一步引进了与介质应变成正比的阻尼.杜修力、涂劲、陈厚群[11]还将动接触力模型与时域显式有限元方法结合建立了有缝拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型和方法.Du Xiuli等人的分析模型中考虑了坝基中节理、裂隙、断层的非线性特性和介质非均匀特性，由于是在时域进行的物理过程的直观模拟，因此，严格反映了地震波传播过程的行波效应，但对库水的影响仍是采用了不考虑库水可压缩性的附加质量模型.
由于库底吸收边界模型存在吸收系数难以确定的困难，而且吸收系数是用一维模型或人为经验确定的，存在不准确和不确定性，其取值又对拱坝地震反应影响很大，因此，这种近似模型并未在实际中得到应用.不考虑库水可压缩性的附加质量模型由于其简单和在一定程度上近似反映了一些实际情况在工程应用上得到了有条件的认可，但学术界仍有较大争议.Dominguez和Maeso[7]在国际上首次采用了严格的理论模型来分析可压缩库水对拱坝在简谐输入地震波作用下的反应，但未与附加质量模型进行比较，更未就作为抗震设计控制指标的坝体应力进行分析.20世纪80年代和90年代，为从原型试验中得到对这一问题的准确理解，中美两国合作在响洪甸、泉水、Monticello、东江、龙羊峡等拱坝进行了一系列现场激振试验，取得了有意义的重要进展，但遗憾的是并未获得一种是否应该考虑库水可压缩性以及如何考虑的明确结论.这也表明库水可压缩性问题无论是从学术上或是从实际工程应用上都需要做进一步的深入研究.在用模型试验和原型试验验证理论上近似的数值分析模型仍有一定困难的情况时，采用理论上严格的数值分析模型与之比较应不失为一种选择途径.
本文考虑库水可压缩性，提出了拱坝—可压缩库水—复杂地基地震波动反应时域显式分析方法，并以小湾拱坝为例进行了实例分析并与附加质量模型方法进行了比较.
2 拱坝—库水—地基系统非线性地震反应分析方法
2.1 显式有限元内点公式
2.1.1坝体和地基区域 考虑到坝体和地基都有一定的阻尼，且网格尺寸差别较大，这时坝体—地基系统有限元离散模型中的阻尼比变化范围很大.因受稳定的影响，Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]应用的显式有限元内点计算格式虽简单但稳定性要求高，杜修力、王进廷[12]提出的计算格式虽然每一步的计算工作量稍大，但稳定性好.特别是前者对于无介质阻尼的情况是无条件失稳的，计算稳定性要求的较大介质阻尼又与输入地震波时假定的弹性半空间地基有矛盾，从而对水平基岩面的设防地震动标准产生影响(取不同深度的底部人工边界在理论上就得不到一个确定的设防标准值).事实上，相对于地基辐射阻尼而言介质阻尼的影响是可以忽略的，因此，不从分析模型的角度考虑地基介质材料阻尼而仅就控制人工边界数值失稳的角度引入极小的与介质应变成正比的阻尼是合理的，另一种解决途径是对地基人工边界计算区不考虑介质阻尼.
这里对拱坝和地基区域采用杜修力、王进廷[12]提出的显式有限元计算格式：
2.1.2库水区域 库水的粘性系数很小，一般都假定为理想流体，但为了消除多次透射人工边界高频失稳问题，需要引入很小的与刚度成正比的阻尼.由于这时的阻尼非常小，从计算量和稳定性两方面考虑，王进廷、杜修力[13]提出了一种对零阻尼和小阻尼非常有效的计算格式，其位移和速度计算公式表述如下：
2.1.3库水与坝体、库水与地基交界面的边界条件 (1)库水与坝体、地基交界面法向位移连续；(2)库水与坝体、地基交界面切向剪力为零；(3)库水与坝体、地基交界面法向力平衡.
用下标1表示与坝体和地基相关的变量，下标2表示与库水相关的变量；用正交坐标系的z方向表示交界面法向方向，x、y方向表示切向方向，交界面结点l的位移、速度的表达式为(详细推导过程可见参考文献[13])
2.2人工边界 由于多次透射人工边界对平行于人工边界的波传播是无效的，因此，要求由其计算的波是向外射向人工边界，一般通过总场减去自由场的方式可以获得这种散射波场.但拱坝—库水—地基系统中，难以确定库水上游端自由场，也就不能确定要求的散射波场.多次透射人工边界的修正公式的优点是可以反映平行人工边界的波传播，若将总场分解为入射场和外行场后，垂直入射地震动作用时在库水上游边界无射向人工边界的波场，此时在射向库水上游边界的外行波场中虽有平行于人工边界传播的波，但用廖振鹏和李小军[15]提出的多次人工透射边界的修正公式可以实现完全模拟，因此，在这里采用多次透射人工边界修正公式.
2.3地震动输入 本文仍采用杜修力、陈厚群和侯顺载[11]使用的波场分解方法，在人工边界区将总场分解为入射波场和外行波场，用多次透射人工边界的修正公式计算外行波场，这也使计算工作相对于自由场和散射场的分解方式要简便得多.
3 考虑库水可压缩性的小湾拱坝地震反应分析
拟建中的小湾水电站，位于云南省凤庆县和南涧县交界处，在澜沧江与左岸支流黑惠江汇合口至以下3.85 km的河段上.小湾水电站总库容145亿m3，总装机容量4200MW，主要用于发电、防洪和灌溉，是8级开发澜沧江中下游河段的两个核心电站之一.坝址河谷相对较宽，呈V型，坝顶处河谷宽720m，两岸山坡平均坡度分别为40°～42°，坝址区基岩主要由黑花岗片麻岩，角闪斜长片麻岩组成.拱坝坝高292m，为抛物线变厚度双曲拱坝，大坝上游正常蓄水位1240m，常遇低水位1181m，满库时基本自振周期接近于1s.小湾电站周围地质条件比较复杂，历史地震发生频繁，经中国地震局烈度评定委员会审查，确定工程区基本烈度为Ⅷ度.小湾拱坝的设计烈度为Ⅸ度.
3.1计算基本资料 坝体几何尺寸和坝体及地基基本材料特性，采用昆明勘测设计院提供的技术资料.坝底高程953m，坝顶高程1245m，最大坝高292m，坝顶弧长935m，坝顶厚12m，坝底厚73m.混凝土动态弹性模量Ed=27.3GPa，密度ρd=2400N/m3，泊松比νd=0.189.基岩根据实际情况细分为21种材料(表1)，取瑞利阻尼假定，为方便与Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]的结果的比较，确定瑞利阻尼系数的两阶阻尼比仍取为0.05(分别对应于f1=1.0Hz和f2=15.0Hz).
表1 地基材料参数
对于Ⅸ度设防的小湾拱坝，国家有关部门审核确定水平向设计地震动峰值加速度为0.308g，竖向设计地震动峰值加速度取水平向的2/3，即0.205g.本文采用以设计反应谱为目标谱生成的人工地震波作为输入地震波，考虑到从弹性半空间水平基岩面的地震动反演为无穷远垂直输入地震波的问题，将其时程曲线乘以05以后如图1所示.
(a)横河向
(b)顺河向
(c)垂直向
图1 小湾人工合成地震波
3.2有限元模型 本文计算中，小湾坝体和基岩部分有限元网格采用Du Xiuli等[10]文中给出的剖分网格，该网格以三维8结点单元以及6结点退化单元对坝体和地基进行有限元离散，共划分20107个单元，22878个结点，坝体—地基系统的网格剖分示意图如图2所示.库水部分单元由作者根据坝体—基岩系统单元剖分情况剖分而成，高水位时共有971个单元，1201个结点，其中包括库水与坝体—基岩系统交界面结点334个；低水位时共有583个单元，756个结点，其中包括库水与坝体—基岩系统交界面结点249个.
图2 小湾拱坝—地基系统网格剖分示意
3.3计算工况 计算中分不可压缩库水的附加质量模型和可压缩库水模型两种情况，考虑了无库水的空库和有库水时的高水位和低水位3种工况.正常蓄水位1240m(库水深度287m)即高水位，低水位即为常遇低水位1181m(库水深度228m).
3.4 三向输入地震动时小湾拱坝的地震反应 同时输入图1所示的横河向、顺河向和垂直向3个方向的小湾拱坝场址人工合成的地震动加速度对小湾拱坝模型进行计算，得到上游面主要位置位移、加速度和应力反应最大值和最小值，见表2～表5.图3～图5为坝顶上游面拱冠处位移、加速度和应力时程曲线.由表2可见，高水位时附加质量模型计算出的拱坝各点的最大位移的绝对值反应几乎都较可压缩库水模型计算出的相应值大，特别是拱冠梁的顺河向位移反应；低水位时也有同样趋势，只是在拱冠梁处不如高水位明显.考察表3可以看到加速度绝对值与前面的位移反应有几乎相同的结果，只是两者相差更小，低水位时拱冠梁顺河向加速度反应则略有不同.
表2 主要位置位移绝对值的最大值(单位：m)
表3 主要位置加速度绝对值的最大值(单位：m/s2)
观察上游面主要位置的最大应力表(表4)和最小应力表(表5)可以发现，附加质量模型计算得到的横河向和垂直向最大应力值大于可压缩库水模型计算得到的最大值，最小值小于可压缩库水计算模型计算得到的最小值；而顺河向结果除低水位时拱冠顶外正好与此相反，可压缩库水模型计算得到的最大应力值大于附加质量模型计算得到的最大值，最小应力值小于附加质量模型计算得到的最小值.对于应力反应较大的拱冠中、上部分，可压缩库水模型求得的拱向、梁向应力均显著低于附加质量模型求得的拱向、梁向应力，高水位时拱冠顶拱向拉应力较低水位时拱冠顶拱向拉应力降低更多，可达20%以上，特别是对于拱坝抗震起控制作用的拱冠梁中、上部梁向拉应力，库水可压缩效应可使其降低达45%.由于混凝土抗拉强度远远低于抗压强度，按照经验，对拱坝抗震安全设计起控制作用的通常是拱冠梁上部1/3附近处的梁向拉应力，而拱冠中、上部的拱向拉应力实际上由于横缝的存在而不会如表中所示.当考虑到这一因素时，中、上部的梁向拉应力对两种计算模型都会有所增加，我们将在今后的研究中进一步研究这一问题.
表4 主要位置应力最大值(单位：MPa)
表5 主要位置应力最小值(单位：MPa)
图3 坝顶上游面拱冠位移时程曲线(顺河向)
图4 坝顶上游面拱冠加速度时程曲线(顺河向)
图5 坝顶上游面拱冠应力时程曲线(垂直向)
4 结论
本文考虑了库水的可压缩性，对小湾拱坝—库水—地基系统的地震反应进行了初步分析针对小湾拱坝的计算结果表明：考虑库水可压缩性后，将十分明显地降低对拱坝抗震安全性起控制作用的部位的应力反应.具体讲是使中、上部位拱冠梁的梁向拉应力降低达45%左右，拱冠顶拱向拉应力降低达20%以上，这对于评估拱坝抗震安全是有利的，也说明附加质量模型是不合理的，过于夸大了拱坝抗震关键部位的应力反应.以往的众多研究表明地基能量幅射的影响，使得上部拱向拉应力降低达40%左右，梁向拉应力变化不大，本文的研究显示库水可压缩性的影响与地基能量辐射的影响同样重要.由于本文结论是针对小湾拱坝进行分析得到的，作为一般性结论尚有局限性.
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