古縣麥溝河水庫(kù)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李 萍

（古縣水務(wù)局）

1 工程概況

古縣麥溝河水庫(kù)位于洪安澗河北澗的支流麥溝河下游，壩址控制流域面積61 km2，主河道長(zhǎng)度18.4 km，平均比降為19.4‰。水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容238.87萬(wàn)m3，大壩采用混凝土面板堆石壩，最大壩高31.0 m。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），水庫(kù)規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物級(jí)別大壩為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。樞紐大壩洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)（3.33%），300年一遇校核（0.33%）；臨時(shí)建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇設(shè)計(jì)（20%）。

根據(jù) 1∶400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），水庫(kù)所在區(qū)域50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，反映譜特征周期為0.35 s。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL203-97），建筑物抗震設(shè)計(jì)烈度為8度。

2 工程建設(shè)的必要性

2.1 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要

古縣水資源嚴(yán)重短缺，人均水資源量遠(yuǎn)低于全國(guó)人均水平，是山西省水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)之一，水資源短缺現(xiàn)已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題。

2.2 農(nóng)田灌溉的需要

麥溝河下游張莊、偏澗和五馬等村以種植大秋作物為主，現(xiàn)有有效灌溉面積較小，且灌溉保證率很低。由于河道上游無(wú)蓄水工程調(diào)節(jié)，受山區(qū)河水暴漲暴落的影響，下雨成洪災(zāi)，不下雨則成旱災(zāi)，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、農(nóng)民增收和農(nóng)村社會(huì)穩(wěn)定。在麥溝河上游河段興建蓄水工程，能夠保障農(nóng)田灌溉用水，使河道兩岸農(nóng)田免受洪水威脅。該水庫(kù)修建后，每年可提供40余萬(wàn)m3的水量用于農(nóng)業(yè)灌溉，有效提高200 hm2農(nóng)田的抗旱能力，有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，保障穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，提高農(nóng)民收入。

2.3 澗河工業(yè)園區(qū)供水的需要

隨著澗河工業(yè)園區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，規(guī)劃到2020年，工業(yè)園區(qū)日需水量將達(dá)到4.4萬(wàn)m3，年需水量為1 605萬(wàn)m3，現(xiàn)有的供水水源難以滿足其生產(chǎn)、生活用水需求。麥溝河水庫(kù)建設(shè)后，每年可向工業(yè)園區(qū)提供50余萬(wàn)m3水量，可部分解決澗河工業(yè)園區(qū)的缺水問(wèn)題。

綜上所述，興建麥溝河水庫(kù)，可以為澗河工業(yè)園區(qū)提供部分工業(yè)用水，并解決水庫(kù)下游農(nóng)田的灌溉用水問(wèn)題，同時(shí)有利于推進(jìn)古縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，興建該水庫(kù)是十分必要的。

3 工程設(shè)計(jì)方案比選

3.1 壩址比選

上壩址位于圣王坡河段相對(duì)狹窄處，下壩址位于左村上游約1.2 km、圣王坡下游約540 m處。從地形地質(zhì)條件上看，上壩址河谷較寬，覆蓋層分布范圍及厚度較大，近壩庫(kù)岸塌岸問(wèn)題較突出；下壩址河谷較窄，覆蓋層分布范圍及厚度相對(duì)較小，近壩庫(kù)岸塌岸問(wèn)題較輕。從工程布置上看，上、下壩址布置條件相當(dāng)，但上壩址泄洪建筑物布置條件較差。從工程投資上看，下壩址比上壩址工程量小，投資較省。綜合比較，下壩址優(yōu)于上壩址，可行性研究階段選擇下壩址作為推薦壩址。

3.2 壩線比選

在下壩址選擇兩條壩線進(jìn)行比較，兩條壩線右岸位置基本相同，左岸壩肩相距約30 m。上、下壩線河床均為二疊系上統(tǒng)上石盒子組砂巖出露，左、右覆蓋層的物質(zhì)組成、層次結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)特性基本一致。上壩線在正常蓄水位時(shí)河谷寬度較小，但左岸覆蓋層相對(duì)較厚；下壩線在正常蓄水位時(shí)河谷寬度相對(duì)較大，但覆蓋層厚度相對(duì)較薄。從工程布置上看，兩條壩線大壩布置條件相當(dāng)，上壩線泄洪建筑物布置條件較好。從工程投資上看，上壩線投資較省。綜合比較，上壩線優(yōu)于下壩線，可行性研究階段選擇上壩線作為推薦壩線。

3.3 壩型比選

大壩樞紐工程區(qū)附近可作為混凝土骨料和堆石料的建筑材料比較豐富，且有亞黏土分布，但地表均為灘地和村莊，移民及環(huán)境影響問(wèn)題比較突出。因此，均質(zhì)土壩或心墻壩存在料源不足問(wèn)題?？裳须A段選擇堆石混凝土重力壩與混凝土面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行比較。從地質(zhì)條件看，混凝土重力壩可能存在抗滑穩(wěn)定及變形穩(wěn)定問(wèn)題，且開(kāi)挖量大，基礎(chǔ)處理難度較大；而混凝土面板堆石壩對(duì)壩基具有良好的適應(yīng)性，不存在重大的地質(zhì)缺陷，采取適當(dāng)基礎(chǔ)處理措施后，可滿足筑壩要求。從工程投資上看，混凝土面板堆石壩方案投資較省。因此，可行性研究階段選擇混凝土面板堆石壩作為推薦壩型。

3.4 泄洪方案比選

結(jié)合地形、地質(zhì)條件，可研階段選擇壩頂溢流+泄洪洞和岸邊溢洪道+泄洪洞兩個(gè)泄洪方案進(jìn)行比較。從設(shè)計(jì)特點(diǎn)上看，壩頂溢流方案需考慮溢洪道基礎(chǔ)持力層的堆石壩材料，控制其級(jí)配、填筑干密度和孔隙率等物理性指標(biāo)，堆石體的變形與上部溢洪道對(duì)基礎(chǔ)的適應(yīng)性等，而岸邊溢洪道方案則不必考慮這些影響因素。從施工總工期上看，壩頂溢流方案施工總工期為27個(gè)月，岸邊溢洪道方案施工總工期為24個(gè)月。從工程投資上看，壩頂溢流方案溢洪道可減少基礎(chǔ)開(kāi)挖和處理，工程投資較省，但優(yōu)勢(shì)不太明顯。綜合比較，岸邊溢洪道方案具有考慮因素較少、施工工期較短、施工干擾較小的優(yōu)勢(shì)，但工程投資較多，因此，可行性研究階段選擇岸邊溢洪道方案作為推薦泄洪方案。

3.5 推薦方案樞紐布置及建筑物

麥溝河水庫(kù)工程推薦方案采用“混凝土面板堆石壩、側(cè)槽溢洪道、左岸泄洪洞”的樞紐布置格局。

混凝土面板堆石壩壩頂高程793.0 m，防浪墻頂高程794.0 m，壩軸線長(zhǎng)206.0 m，壩頂寬8.0 m，最大壩高31.0 m，上下游邊坡為1∶1.5。大壩剖面從上游到下游，依次為混凝土面板、墊層料、過(guò)渡層、堆石區(qū)、下游護(hù)坡。趾板寬度為4.0 m，采用平趾板布置。

側(cè)槽溢洪道布置于大壩右岸，為開(kāi)敞式側(cè)槽溢洪道，由溢流堰、過(guò)渡段、泄槽段及挑流段組成，進(jìn)口底高程784.0 m，總長(zhǎng)176.4 m。溢流堰采用開(kāi)敞式“L”型布置，底坡為0.05，總長(zhǎng)為40.0 m，堰頂高程789.0 m，堰高5.0 m。

泄洪洞布置于大壩左岸，由進(jìn)口段、有壓段、閘門(mén)段、明渠段、挑流消能段五部分組成，洞軸線長(zhǎng)度為252.3 m。

4 工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 泄洪建筑物設(shè)計(jì)

麥溝河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水流量為463 m3/s，校核洪水流量為824 m3/s。與同類(lèi)工程比較，泄洪規(guī)模較大。為滿足泄洪要求，岸邊溢洪道采用“L”型側(cè)槽溢洪道，溢流前緣總長(zhǎng)為40.0 m，在提高泄流能力的同時(shí)，可減少進(jìn)口段土石方開(kāi)挖量。

4.2 排沙建筑物設(shè)計(jì)

麥溝河水庫(kù)壩址處年均懸移質(zhì)輸沙量為9.56萬(wàn)t；推移質(zhì)根據(jù)山區(qū)河流一般規(guī)律，按照懸移質(zhì)的10%考慮，年均推移質(zhì)輸沙量為0.96萬(wàn)t；年均輸沙量總計(jì)為10.52萬(wàn)t。為解決水庫(kù)排沙問(wèn)題，將泄洪洞進(jìn)口高程設(shè)在764 m高程處，與河床高程762 m相差不大，泄洪洞兼具泄洪和排沙功能。

4.3 大壩基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

左岸壩基770 m高程壩頂段為洪積層亞黏土、碎石土和砂卵礫石層，雖形成年代較老，但洪積層的亞黏土可能存在濕陷性問(wèn)題，需對(duì)亞黏土進(jìn)行清除處理，下部的碎石土和砂卵礫石層需經(jīng)過(guò)相應(yīng)的碾壓處理。右岸壩基778 m高程壩頂段為砂質(zhì)頁(yè)巖段，全強(qiáng)風(fēng)化，裂隙發(fā)育，巖體破碎，局部為洪積的亞黏土。清除覆蓋層及表層全風(fēng)化巖體，將壩基置于強(qiáng)風(fēng)化的砂質(zhì)頁(yè)巖上。