为天津、唐山引来滦河水
――潘家口水库设计纪实
清华大学水电系助理研究员 李爱兰
清华大学水电系研究员 翟大潜
进入70年代，由于北京市用水紧张，密云水库已无法向天津市及河北省供水，因而天津市用水十分困难，天津杨柳青热电厂不得不限制出力，造成工业大面积停产，居民生活用水只好定时供应。为此，不得不耗巨资紧急地由黄河调水，将黄河水引入天津南部的洼地暂存。但引黄除了泥沙淤积严重，年年需要大规模清淤外，存水的低洼地都是盐碱地，天津人不得不饮用这些咸水。因此，国家决心在滦河上修建潘家口水库，建造引滦入津工程，以解决天津市及唐山地区工业及城市居民用水问题。
1973年夏，水利部及所属海河水利委员会，奉命派出一支约百人的技术干部队伍到潘家口进行现场勘测设计，清华大学水利系为了联系实际进行教学工作，亦派出水工0全部应届毕业生及30多位教师职工参加工作。
早在1938年日本帝国主义者侵占华北时，它们为了掠夺我冀东的煤炭资源就企图在潘家口建造一个水电站。他们把坝址选在长城线附近，该地河窄、山陡，水面宽度不足250米，地形条件很好，但地质条件不好，为薄层砂页岩，且层间夹泥很多。从1938年直至1973年，历次坝址勘测工作都在这个长城坝址上进行工作。工作做得越多，暴露的问题越多，不仅大坝稳定问题十分棘手，而且两岸坝头都因存在断层破碎带，蓄水后有滑坍的可能，坝头处理的工程量很大，大坝混凝土总方量将达250万立方米以上，而且大坝泄洪消能问题很难安排。大坝建成后，由于基础不好，多软弱层，将会留下不少隐患。
在长城线下游6~7公里处有一小村名叫杨查子，该处河道开宽，地质条件较好，两岸及河槽中均为闪长花岗岩，但若要在此建坝，坝顶长度将在1000米以上。以前查勘时，有人认为在此建坝混凝土方量至少在500万立方米以上，因此被否定，没在此处做工作。
清华大学水利系小分队的谷兆祺老师先期到达现场之后，经过对上下两个坝址的踏勘比较，根据已有的粗略的地形地质资料，对杨查子坝址作了初步估算，为了解决混凝土方量太大的问题，提出采用宽缝重力坝坝型、挑流消能、坝基抽排，利用部分水重增加坝体稳定；采用坝后式厂房，分期围堰施工，取消导流隧洞工程等措施，他逐个坝段地计算了工程量，得混凝土总方量将为285万立方米左右，而不是500万立方米。这个计算成果提交给当时也在工地的水利部副部长冯寅（50年代是密云水库施工指挥部总工程师之一）审查，冯副部长戴上老花镜，用K-E计算尺核算了一个礼拜说：“对，算得没错，不会超过300万立方米”。
3个月后，清华大学水利系大队师生也到达工地，开始设计。谷兆祺、廖松等老师带领12名工农兵学员，专门做杨查子这个方案。从水文计算，水利规划开始，定出正常高水位，水库淹没范围，洪水调节，到现场做地形地质踏勘，收集资料。在抗日战争时期，这一地区是日本侵略者制造的无人区，到70年代人民生活条件仍极差，粮食极度困难，10余名师生每天沿滦河左岸的悬岩陡壁来回走10多公里，跑遍坝址两岸所有山头，确认两岸均为闪长花岗岩，地形够高，风化深度大约10余米以内。因此拟定了枢纽布置、大坝坝型、装机容量、消能方式。当时新坝址能否建坝的主要关键是能否尽量减少一点坝体混凝土方量，采用宽缝重力坝，利用上游部分水重，这是常规方法。而要采用抽排，减少坝底扬压力则是突破规范的新想法，人们担心坝下渗水太多，渗水来不及排除，又担心集水井排水泵发生事故，无法抽排，一旦发生意外，后果是极为严重的，是毁灭性的。
为此这个设计小组组织了6名师生，往南方调查了新安江、富春江、黄坛口、湖南镇等4座大坝。他们发现这4座坝的上游帷幕做好了，截渗效果很好，每昼夜渗水量200~300立方米，但是下游没做防渗帷幕，虽然下游水头要小很多，而渗水要大很多。尤其是富春江电站，因坝基下有两处节理密集带与下游连通，从下游渗进来的水占集水井总渗水量的2/3。对这几处作了灌浆处理后，总渗水量、扬压力大幅度减小，因而证明抽排方案是可行的。各坝坝基坝头只要正确地做好防渗处理措施，即使在高水头作用下，全坝日渗透水量也不会太大，完全可以控制在500~700立方米以内，一般抽水设备完全可以完成抽排这些水量的任务。而抽排设备只要是经过正确地设计施工，选用恰当的机型、台数、电源、自动保护系统，它的工作是方便、可靠的，不会发生失控的状况。而上述两项都做好之后，坝基扬压力是可以大幅度降低的，按此抽排后的扬压力分布来设计大坝，是可以减少大坝混凝土方量的。因此总的结论是抽排方式效果是好的，运行管理并不复杂，是安全可靠的（后来重力坝设计规范也作了补充，规定在条件合适时可采用抽排）。
杨查子方案的工作得到冯副部长、设计队领导及地勘队的大力支持，他们陆续抽调部分钻机到新坝址作勘测工作，在两岸山头及河槽中不断增加钻孔。每打一孔，基岩都很好，河槽中风化岩石深度不超过5~6米，没有发现有顺河大断层。
这12名工农兵学员在谷兆祺等老师指导下，完成了选坝阶段的全部计算及相应的设计图纸。工作量非常巨大，而且当时政治活动多、时间紧迫。最后按时完成了初步的设计，证明杨查子坝址是可行的，水库库容比原有长城坝址略有增加（多了3亿多立方米），混凝土方量不超过300万立方米，施工场地开阔，易于布置施工交通、设备与生活区。地质条件好，建成后不留隐患，枢纽布置合理，消能方式稳妥。在1973年年底选坝会议上，又得到施工单位（水电六一支队，即武警水电部队前身）的大力支持，因此“迁西选坝”会议中决定，潘家口水库坝址定在杨查子。
1974年年初清华大学小分队撤回学校，潘家口水库的设计工作交后来的天津水利勘测设计院完成，他们基本上沿用了水利系建议的坝高，水库主要参数，采用了水利系建议的坝线、枢纽布置、坝型、抽排方式、施工导流方式、消能方式等。武警水电总队比计划提前一年完成了潘家口水库的施工，节约投资约10%，主体工程混凝土方量约为275万立方米。天津水利勘测设计院获国家优秀工程设计金奖，施工队伍获国家优秀工程施工金奖，这在当时的水电建设中是少有的。清华大学水利系也为解决天津市及唐山地区的用水问题作出了重要的贡献。当年参加潘家口水库工程设计的12名工农兵学员也为以后的工作奠定了良好的基础，水利系很好地完成了为社会主义祖国培养建设人才的任务。
潘家口水库及引滦工程建成后，解决了天津市及唐山地区两大工业城市和上千万人口的生活用水。水库及渠道运行良好，经济和社会效益显著。
