南水北調(diào)配套工程西湖水庫設(shè)計要點

常 宏 興

西湖水庫位于衡水市桃城區(qū)與冀州市交界處,滏陽新河和滏東排河以南,現(xiàn)衡水湖東庫以西,冀州老城區(qū)西北,占地面積約12.2 km2,是衡水市用于調(diào)節(jié)南水北調(diào)中線來水和引黃來水的平原調(diào)蓄工程。

水庫總庫容5 500萬m3,工程等別為三等。工程所在區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),四季分明,多年平均最大凍土厚度52 cm,多年平均降水量509.7 mm,多年平均水面蒸發(fā)量1 209.5 mm。場區(qū)地勢平坦開闊,地層為第四系松散地層,為粘土和砂土多層結(jié)構(gòu),地面以下2～11 m深度內(nèi)分布大量砂壤土,砂壤土具中等透水性,壤土、粘土分布不連續(xù)。

西湖水庫工程在南水北調(diào)通水前,水源為引黃水。南水北調(diào)正式通水后,水庫工程將成為衡水市南水北調(diào)配套工程的重要組成部分,調(diào)蓄引江中線分配給衡水市的水量,提高為衡水市區(qū)及周邊縣(市)城鎮(zhèn)生活、工業(yè)生產(chǎn)用水的保證率,保證社會、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 工程總體布置

1.1 工程選址

西湖水庫作為衡水市地表水水源地,庫址選擇應(yīng)本著安全、經(jīng)濟(jì),減少工程對環(huán)境的不利影響為原則,通過調(diào)研和現(xiàn)場勘查,初步將水庫庫址選擇在西洼內(nèi)。根據(jù)地形條件和區(qū)域內(nèi)的村莊分布以及水庫退水條件,擬定庫區(qū)具體位置在南良、北尉遲以東,段村和馮家莊以西,滏東排河以南,孫鄭李村以北區(qū)域內(nèi)。

西湖位于冀州城北、京開路以西、滏東排河以南,分東、西兩洼,總面積75 km2,其中東洼42.5 km2,西洼面積32.5 km2。地形總趨勢是西南高,東北低,東洼內(nèi)地面最低點高程16.0 m,西洼內(nèi)地面最低點高程18.0 m,周邊地面高程在22.5～23.0 m之間。

1.2 工程總體布置

本工程總占地面積802.2 hm2(12 033畝),水庫蓄水水面面積7.27 km2,正常蓄水位25.0 m,庫底高程17.0 m,由圍堤、2座進(jìn)水泵站、2座供水泵站、退水閘和截滲溝節(jié)制閘等建筑物組成。

圍堤軸線長10.5 km,為均質(zhì)土堤,堤頂設(shè)防浪墻,上游堤坡設(shè)置寬3 m的馬道,下游堤坡設(shè)置寬10 m的壓坡平臺。圍堤下游壓坡平臺外側(cè)設(shè)截滲溝(北圍堤利用滏東排河作為截滲溝),滲水經(jīng)節(jié)制閘退入滏東排河。引江泵站位于水庫西北角良心莊南側(cè),設(shè)計從貴河渠向水庫輸水,主要建筑物包括進(jìn)水閘、前池、泵房、壓力水箱、控制閘、穿堤涵洞及出水閘等幾部分。引黃泵站位于水庫東北角崔家莊附近,設(shè)計從南水北調(diào)中線干渠向水庫輸水。市區(qū)引水泵站位于水庫北側(cè),由水庫向市區(qū)供水,主要建筑物包括進(jìn)水閘、穿堤涵洞、壓力水箱、主泵房和副廠房等幾部分。冀州引水泵站位于水庫南側(cè),由水庫向冀州市區(qū)供水。為滿足水庫事故緊急退水和正常安全檢修的要求,退水閘閘底板高程與庫底齊平,考慮到退水條件和工程管理的便利,水庫北側(cè)、滏東排河右岸,庫水退入滏東排河。在水庫東北角截滲溝與滏東排河的接合部位設(shè)置節(jié)制閘,防止滏東排河河水進(jìn)入截滲溝。

2 建筑物設(shè)計

2.1 圍堤

2.1.1 堤型選擇

根據(jù)勘探資料,工程區(qū)巖性為沖洪積壤土,壤土之下多為砂壤土,儲量豐富,壤土粘粒含量10.7%～28.1%,塑性指數(shù)8.1～15.9,擊實后滲透系數(shù)2.2×10-6～1.0×10-7cm/s；砂壤土粘粒含量1.3%～10%,塑性指數(shù)6.3～9.4,擊實后滲透系數(shù)9.5×10-6～1.2×10-6cm/s,除砂壤土粘粒含量不滿足要求外,其他指標(biāo)均滿足規(guī)程要求。按照因地制宜、就地取材原則,堤型選用當(dāng)?shù)夭牧暇|(zhì)土堤,采用壤土筑堤,砂壤土用于堤后壓坡。

2.1.2 堤頂高程確定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001),堤頂高程等于水庫靜水位加堤頂超高確定。由于平原水庫水面大、風(fēng)速大、吹程長,波浪對圍堤高度和護(hù)坡影響較大,為減小庫區(qū)風(fēng)區(qū)長度,降低堤頂高程,結(jié)合庫區(qū)景觀設(shè)計,在庫區(qū)修建湖心島,減小吹程長度。

2.1.3 地基處理

圍堤基礎(chǔ)分布大量砂壤土,砂壤土具中等透水性,經(jīng)計算,在不采取防滲措施的情況下,水庫滲漏穩(wěn)定后,年滲漏量約200萬m3,這對于寶貴的引江水來說是一個巨大的損失,而且將對周圍地區(qū)產(chǎn)生浸沒影響,因此采用地基防滲處理。由于圍堤軸線長,防滲處理工程量較大,經(jīng)過方案比較,采用施工效率高、整體性好、造價低的振動沉膜防滲板墻作為基礎(chǔ)防滲措施。采用工程措施后滲漏量為30萬m3/a。

2.2 泵站

供水對象為衡水市區(qū)水廠和冀州市水廠。由于每個水廠的揚(yáng)程不同,供水方式考慮2個方案,方案1僅在分水閘涵洞出口布置泵站,采用3套泵組設(shè)備1次升壓,管線分別引向3個不同的供水目標(biāo)；方案2分級提升,即根據(jù)不同的供水對象的流量和壓力要求分級建泵站升壓。根據(jù)工程經(jīng)驗,分級建泵站總投資要比建1個站投資高,且管理不便,因此綜合考慮施工、投資、管理等因素,并結(jié)合本工程特點,采用1個泵站1次升壓的方案。

2.3 退水閘

根據(jù)水庫安全要求,設(shè)置退水閘,退水閘水庫泄空時間不大于15年設(shè)計,退水流量為70 m3/s。

2.4 截滲溝、節(jié)制閘

2.4.1 截滲溝

為保護(hù)圍堤的安全,防止引起庫外農(nóng)田鹽漬,及時排除圍堤滲水及堤坡雨水,在圍堤下游壓坡平臺以外布置截滲溝。浸沒的臨界地下水位埋深為2.0 m,溝內(nèi)水深設(shè)計取為0.5 m,由此確定截滲溝深為2.5 m。截滲溝底寬2.0 m,比降1/20 000,邊坡1∶2.0,采用30 cm厚干砌石護(hù)坡,下設(shè)厚20 cm粗砂墊層和土工布反濾。

2.4.2 節(jié)制閘

為便于工程管理,節(jié)制閘布置在東北角的管理處附近,由進(jìn)口段、閘涵段和涵洞段組成,全長110 m。進(jìn)口段長5.0 m,采用圓弧翼墻與截滲溝兩岸邊坡連接。閘涵段長5.0 m,1孔布置,孔口尺寸2.0 m×1.5 m(寬×高),閘室設(shè)1扇鑄鐵鋼閘門,啟閉設(shè)備為螺桿式啟閉機(jī)。閘室底板厚0.8 m,頂高程17.0 m,邊墩寬0.8 m,墩頂高程為21.2 m。

3 結(jié) 語

西湖水庫是河北省南水北調(diào)配套工程先期實施的中型平原調(diào)蓄水庫,針對工程具體的水源、供水目標(biāo)和地形、地質(zhì)條件,對工程總體布置、地基防滲等方面做了深入的研究工作,提出了安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的工程建設(shè)方案。