花園水庫樞紐工程壩址選擇

付 彥

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

花園水庫總庫容3.72億m3，灌溉面積13.13萬hm2，根據(jù)《防洪標準》(GB50201－94)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)規(guī)定，為山丘區(qū)大(2)型工程，工程屬Ⅱ等，主要建筑物土壩、溢洪道、輸水洞等主要建筑物為2級，相應防洪標準為按100 a一遇洪水設(shè)計，2000 a一遇洪水校核，其中:溢洪道消能防沖設(shè)計標準為50 a一遇;水電站工程規(guī)模為小(2)型工程，屬Ⅴ等。電站廠房按30 a一遇洪水設(shè)計，50 a一遇洪水校核。臨時建筑物為4級，按10 a一遇洪水設(shè)計。

庫區(qū)構(gòu)造較發(fā)育，但尚未發(fā)現(xiàn)活動性斷裂，也無破壞性地震發(fā)生，地殼處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。庫區(qū)巖體由非可溶巖構(gòu)成，巖體為相對隔水層;據(jù)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分析，該區(qū)處于地殼穩(wěn)定地段，地震活動不頻繁且震級小，強度弱。據(jù)“1∶400萬中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”(GB18306－2001)，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，相當于地震基本烈度Ⅵ度。因此，建筑物不進行抗震計算。

2 工程建設(shè)任務(wù)與作用

花園水庫是雅魯河主要支流濟沁河上的大型控制性工程，是歷次流域規(guī)劃推薦的重點工程。工程建設(shè)任務(wù)是灌溉、防洪、水力發(fā)電、濕地補水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用。工程的建成必將對地方的經(jīng)濟發(fā)展起到促進作用。

2.1 灌區(qū)

龍江縣境內(nèi)河流縱橫，土地肥沃，水土資源相對豐富，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得天獨厚，是我省西部地區(qū)主要的糧食生產(chǎn)基地之一，但本地區(qū)水資源時空分布不均，年內(nèi)年際變化較大，7～9月徑流約占全年徑流量的70%，而灌溉期內(nèi)5～6月上旬水田泡田、返青期用水量最大，徑流量僅占全年的20%左右。洪澇、干旱等自然災害頻繁，而有效遏制災害的水利工程建設(shè)相對滯后，地表水資源沒有得到合理利用。

花園水庫地理位置優(yōu)越，控制濟沁河流域74.5%的集水面積，水庫設(shè)計興利庫容3.44億m3，多年平均灌溉補水量1.46億m3，補償灌溉水田面積2.27萬hm2，旱田10.86萬hm2，基本可以滿足近遠期灌溉發(fā)展要求。

2.2 防洪

雅魯河洪水頻繁，淹沒范圍廣，歷次大洪水都給國家和人民帶來很大損失。雅魯河干支流防洪主要依靠堤防，支流濟沁河堤防現(xiàn)狀防洪能力平均為5 a一遇左右，雅魯河干流堤防現(xiàn)狀防洪能力平均為10 a一遇左右。堤防標準低、質(zhì)量差，隱患多，且多為砂基、砂堤，經(jīng)不起高水位長時間浸泡。尤其是缺少大型控制性工程，無法對洪水進行有效控制，一遇洪水險象環(huán)生，給防洪調(diào)度和抗洪搶險增加了很大困難，嚴重威脅著沿岸人民生命財產(chǎn)安全。

花園水庫位于雅魯河主要支流濟沁河上，壩址控制面積3 068 km2，具備調(diào)蓄部分雅魯河洪水條件?；▓@水庫與下游濟沁河、雅魯河堤防組成防洪工程體系，水庫不單獨設(shè)置防洪庫容，防洪與興利庫容結(jié)合，共用庫容2 758萬m3，可以使龍江鎮(zhèn)城堤防洪標準由30 a一遇提高到50 a一遇。

2.3 水力發(fā)電

花園水電站結(jié)合灌溉發(fā)電，裝機容量4 320 kW，多年平均發(fā)電量1 082萬kW·h?？梢詾楣まr(nóng)業(yè)提供動力，緩解地區(qū)供電壓力。

3 工程選址及選線

3.1 河段條件

雅魯河為嫩江右岸七大支流之一，發(fā)源于大興安嶺南麓關(guān)帝廟嶺，流經(jīng)內(nèi)蒙博克圖、巴林、扎蘭屯市，由成吉思漢邊壕(內(nèi)蒙布特哈旗)進入黑龍江，橫貫齊齊哈爾市碾子山區(qū)和龍江縣全境，于龍江縣城東南50 km處匯入嫩江。濟沁河是雅魯河的最大支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)布特哈旗的濟沁頂子，河流在碾子山鎮(zhèn)西南3 km處匯入雅魯河。濟沁河上游屬于低山區(qū)，中、下游為丘陵及平原區(qū)。

花園水庫工程位于濟沁河下游龍江縣濟沁河鄉(xiāng)境內(nèi)，根據(jù)流域規(guī)劃初步擬定壩段在濟沁河下游花園至濟沁河鄉(xiāng)之間的河段內(nèi)選擇。該河段主槽河寬一般在30 m，最寬不超過80 m，灘地寬度一般在800～1 200 m左右，最寬可達1 500 m左右。河道比降約為1/500。兩岸為低崗山丘，在下游河道進入平原區(qū)。

本河段壩址選擇地形上相對河谷狹窄段，壩基和兩岸山體地質(zhì)條件無大的不利地質(zhì)構(gòu)造問題，壩基應盡量置于透水性小的堅實地層或厚度不大的透水地基上;壩址附近有足夠數(shù)量符合設(shè)計要求的當?shù)靥烊唤ㄖ牧?，便于開采運輸利于施工;工程布局上便于布置泄水建筑物和引水建筑物。根據(jù)自然條件本次初步擬定上、下兩個壩址，上壩址選擇在濟沁河鄉(xiāng)龍頭二隊村至花園村之間河谷相對狹窄處。下壩址選擇在上壩址下游近約10 km處北濟一隊至西山五隊之間河谷相對較窄處，下壩址壩軸線較上壩址略長。上壩址以上河道逐漸開闊，不具備壩址選擇條件，下壩址以下河段也逐漸加寬，兩壩址之間河道相對較寬不具備選擇壩址條件。因此，在本河段選擇上、下兩處壩址進行比選。

3.2 地形條件

上壩址位于濟沁河鄉(xiāng)龍頭二隊村附近，壩址處河谷由河床和兩側(cè)漫灘組成，河谷呈“U”字型，河谷寬約370 m，地面高程278.50～280.00 m，漫灘后緣與低山前緣相接，主河道偏右側(cè)，壩軸線與主河道正交，壩軸線長度為829 m。

下壩址為位于濟沁河鄉(xiāng)北濟一隊花園村附近，壩址處河谷由河床和兩側(cè)漫灘組成，河谷呈“U”字型，河谷寬約1 150 m，地面高程257.00～260.00 m左右，漫灘后緣與低山前緣相接，壩軸線長度為1 250 m。壩軸線與主河道斜交，斜交角度約20°。壩軸線與主河道正交，壩軸線長度為1 250m。

3.3 地質(zhì)條件

3.3.1 上壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.3.1.1 抗滑穩(wěn)定

壩基表層:②層低液限黏土承載力較低，宜清除，①③層均為級配良好中礫，中間無軟弱夾層，抗滑穩(wěn)定性較好。

壩基下部為凝灰?guī)r和砂巖、泥巖(僅在右壩肩出露)，強度較高，無斷裂構(gòu)造，抗滑穩(wěn)定性較好。松散層的地基容許承載力(建議值):

①級配良好中礫:［R］=300KPa;②低液限黏土:［R］=100KPa;③級配良好中礫:［R］=300KPa;④粉土質(zhì)礫:［R］=350KPa。

3.3.1.2 滲透穩(wěn)定

③級配良好中礫滲透變形類型為過度型，建議設(shè)計中允許水力比降取J允=0.15～0.25為宜。左岸壩肩巖性為凝灰?guī)r，山體坡度20°～65°，全風化帶厚度約4.00 m，巖體完整性差，呈散體狀;強風化帶厚度約2.50 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風帶至微風化，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，左壩肩部位全～強風化帶巖體強度較低，穩(wěn)定性較差，弱風化帶巖體穩(wěn)定性較好。

右岸壩肩巖性為砂巖和泥巖，山體坡度15°～55°，全～強風化帶厚度0.80～3.00 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風化帶，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，右壩肩部位全～強風化帶巖體強度較低，穩(wěn)定性較差，弱風化帶巖體穩(wěn)定性較好。另外，根據(jù)右壩肩節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析，巖體主要的節(jié)理裂隙的走向基本平行于河流，而傾角傾向河床。節(jié)理裂隙對壩肩穩(wěn)定定性具有不利影響。

3.3.2 下壩址工程地質(zhì)條件

3.3.2.1 抗滑穩(wěn)定

壩基表層:①②級配不良中礫及③粉土質(zhì)礫承載力較高，強度大，中間無軟弱夾層，抗滑穩(wěn)定性較好。壩基下部為凝灰?guī)r，強度較高，無斷裂構(gòu)造，抗滑穩(wěn)定性較好。松散層的地基容許承載力(建議值):

①級配不良中礫:［R］=300KPa;②級配不良中礫:［R］=300KPa;③粉土質(zhì)礫:［R］=350KPa。

3.3.2.2 滲透穩(wěn)定

由滲透穩(wěn)定性分析可知，②級配不良中礫滲透變形類型為管涌型，建議設(shè)計中允許水力比降取J允=0.10為宜。

左岸壩肩巖性為凝灰?guī)r，山體坡度15°～45°，強風化帶厚度約5.50 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風帶至微風化，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，左壩肩部位強風化帶巖體強度較低，穩(wěn)定性較差，弱風化帶巖體穩(wěn)定性較好。從節(jié)理裂隙發(fā)育情況來看，傾向和傾角對邊坡穩(wěn)定性沒有不利影響。

右岸壩肩巖性為凝灰?guī)r，山體坡度25°～80°，強風化帶厚度約1.10 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風化帶，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，右壩肩部位強風化帶巖體強度較低，穩(wěn)定性較差，弱風化帶巖體穩(wěn)定性較好。從節(jié)理裂隙發(fā)育情況來看，傾向和傾角對邊坡穩(wěn)定性沒有不利影響。

3.4 工程布置條件

根據(jù)上、下壩址地形和地質(zhì)實際條件，壩址區(qū)均無天然埡口和鞍部布置溢洪道，因此選擇左、右岸溢洪道進行比較。上壩址采用左岸溢洪道和左岸布置引水建筑物，上壩址壩軸線線長829 m，最大壩高28.05 m。壩頂高程303.34 m，防浪墻頂高程304.54 m。溢洪道堰頂高程286.60 m，單孔凈寬8 m，3孔。

下壩址采用右岸溢洪道和右岸布置引水建筑物。下壩址壩軸線線長1 250 m，最大壩高29.46 m。壩頂高程286.75 m，防浪墻頂高程287.95 m。溢洪道堰頂高程270.00 m，單孔凈寬8.0 m，3孔。上、下壩址初步確定采用當?shù)夭牧蠅?，壩型為黏土心墻堆石壩，岸邊溢洪道、引水建筑物、岸邊式發(fā)電站的總體樞紐布置型式。

3.5 施工條件比較

3.5.1 上壩址施工條件

樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及電站廠房組成。擋水建筑物為黏土心墻堆石壩，泄水建筑物與引水建筑物布置在左岸，水庫下游漫灘地開闊，滿足施工場地布置要求。適于布置臨時生活區(qū)及施工場地。根據(jù)本工程特點施工期對排水、排冰無特殊要求。工程所需要的主要建筑材料除筑壩所需要的當?shù)氐酿ね亮稀⑸暗[料、堆石料外，其它主要建筑材料均為外購。來源為齊齊哈爾市碾子山區(qū)。

上壩址導流標準:①大壩上、下游圍堰擋水標準采用10 a一遇洪水。②當壩體填筑到不需要圍堰保護時，壩體的渡汛標準:根據(jù)規(guī)范規(guī)定，攔洪庫容＞1.0億m3時，洪水重現(xiàn)期＞100 a。根據(jù)施工進度安排，第二年大汛須由壩體攔洪，壩體攔洪庫容＞0.5億m3，因此壩體渡汛的標準選擇100 a一遇洪水，最大洪峰流量為1 354 m3/s。

3.5.2 下壩址施工條件

左岸為堆積山前臺地，呈斜坡狀，坡度3°～8°，高程258～275 m;高漫灘主要分布于左岸低山前緣，與低漫灘界限不明顯，地勢平坦，高程259～262 m，左岸寬度100～500 m，地層主要由沖洪積低液限黏土、級配不良砂、礫組成。

右岸呈窄條狀，地勢平緩，高程256～258 m。臺地表層巖性為黏性土，厚度＞1.5 m，其下為碎石混合土，厚度0.4～2.0 m，下伏二迭系下統(tǒng)高家窩棚組凝灰?guī)r;低漫灘分布于河兩岸及河右岸沿河床窄條狀分布，地勢平坦，高程257～259 m，寬度100～300 m。因此，壩址區(qū)下游左岸地形比較平坦開闊，具有良好的施工布置場地，施工條件較為方便。

下壩址建筑材料來源及水、通訊條件與上壩址基本相同，施工供電在工程開工前先期架設(shè)好由龍江縣濟沁河鄉(xiāng)西山五隊至水庫約7 m的10 kV施工輸電線路，供施工時使用，水庫建成后作為永久輸電線路。施工期通訊靠無線通訊工具進行聯(lián)系。

根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303－2004)和《水利水電樞紐工程項目建設(shè)工期定額》中的有關(guān)規(guī)定及建設(shè)單位意見，并分析參考國內(nèi)外有關(guān)工程資料，結(jié)合本工程的實際情況，確定本工程工程總工期為4 a，其中準備期6個月。

下壩址導流標準:導流標準與上壩址相同。導流方式根據(jù)壩址處的地質(zhì)、地形及水工建筑物的布置等特點，本工程施工導流方式采用分期導流，壩體缺口過流，壩體攔洪，部分洪水利用輸水洞過流。上、下壩址在施工條件上基本相同無制約性因素。

3.6 淹沒補償條件

花園水庫上壩址庫區(qū)淹沒土地4 227 hm2，(其中內(nèi)蒙古2 808.26 hm2，黑龍江省1 418.74 hm2)，其中水田121.7 hm2，旱田2 313.32 hm2，水澆地0.52 hm2，園地7.12 hm2，有林地60.82 hm2，灌木林14.31 hm2，其他林地138.88 hm2，天然牧草241.96 hm2，人工牧草地351.58 hm2，其他草地438.74 hm2，河流水面138.94 hm2，內(nèi)陸灘涂202.4 hm2，水工建筑用地1.38 hm2，裸地5.78 hm2，農(nóng)村居民點189.56 hm2。淹沒影響12個自然屯，756戶，2 908人。其中內(nèi)蒙古377戶，1 363人;黑龍江省379戶，1 545人。

上壩址淹沒占地補償總投資為138 072萬元，其中農(nóng)村移民補償費為97 226萬元，專項設(shè)施遷建費為3 214萬元，庫底清理費為348萬元，其它費用為10 966萬元，預備費為16 763萬元，各項稅費為9 555萬元。花園水庫上壩址淹沒占地分別在內(nèi)蒙境內(nèi)和黑龍江境內(nèi)，受益為龍江縣，征地、移民等協(xié)調(diào)問題制約工程能否實施的關(guān)鍵性問題。

下壩址水庫淹沒區(qū)主要包括龍江縣的濟沁河鄉(xiāng)和龍興鎮(zhèn)所轄行政范圍，其涉及濟沁河鄉(xiāng)的北濟村、南濟村、龍頭村，龍興鎮(zhèn)的西山村等4個村的14個屯。總戶數(shù)1 150戶，總?cè)丝? 296人。農(nóng)業(yè)種植品種主要為大豆、玉米、小麥、水稻等，該區(qū)農(nóng)民人均收入較低，屬典型農(nóng)業(yè)戶居住區(qū)，淹沒區(qū)現(xiàn)人均占有耕地約為0.6 hm2?；▓@水庫居民遷移和土地征用范圍:林地、草地采用282.00 m高程;耕地、園地采用282.5.00 m與5 a一遇設(shè)計洪水回水水面線外包線區(qū)域;農(nóng)村居民點采用283.00 m與20 a一遇設(shè)計洪水回水水面線外包線。下壩址淹沒占地補償總投資為99 846.03萬元。

上壩址方案淹沒面積絕大部分在內(nèi)蒙古境內(nèi)，淹沒面積4 227.0 hm2中淹沒內(nèi)蒙古扎蘭屯市面積2808.26 hm2，占淹沒總面積的66.4%。上壩址淹沒面積比下壩址多1 173 hm2，其中淹沒耕地比下壩址多673 hm2，草地多892 hm2，其他土地(工礦用地，水域及其他)上壩址比下壩址少308 hm2;影響人口下壩址比上壩址多1 388人，從淹沒指標來看，下壩址明顯偏優(yōu)。

3.7 環(huán)境影響條件

通過對本工程環(huán)境影響分析可知，該工程建設(shè)有利影響明顯，主要是灌溉、防洪、水力發(fā)電等產(chǎn)生的社會及經(jīng)濟效益;同時，花園水庫工程的建設(shè)對環(huán)境也將產(chǎn)生一定的不利影響。但通過環(huán)境評價及水土保持的實施項目可以恢復。

上、下壩址的工程實施均可以解決龍江縣農(nóng)業(yè)缺水問題，改善水庫壩址下游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件;同時，水庫下泄流量可以滿足下游河道生態(tài)需水要求。兩處壩址均不存在環(huán)境制約因素。從環(huán)境保護角度出發(fā)，兩壩址工程建設(shè)是可行的。

3.8 工程投資條件

兩個壩址按相同的防洪、灌溉任務(wù)分別計算其規(guī)模，按造價曲線和淹沒損失曲線估算工程造價和淹沒補償投資。

工程造價以下壩址的投資高，上壩址小;淹沒及占地投資以上壩址高，下壩址小;總造價以下壩址投資低，上壩址比下壩址多31 123萬元，并且，上壩址有淹沒內(nèi)蒙部分土地的問題，跨省區(qū)協(xié)調(diào)淹沒賠償問題難度很大。綜合分析，項目建議書階段選定下壩址。

［1］王柏樂.中國當代土石壩工程［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］黃河水利委員會勘測設(shè)計研究院.SL274－2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司.SL303－2004水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［4］張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［5］水利電力水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工手冊(地基與基礎(chǔ)工程)［K］.北京:中國電力出版社，2004.