開柵水庫工程設計簡述

王引田

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

開柵水庫工程區(qū)位于文水縣城北4.5 km處開柵村南200 m文峪河河道上，為旁引水庫，距文峪河水庫3.5 km，引水水源為文峪河水庫棄水。工程主要任務是農業(yè)灌溉用水，通過蓄水水面建設，改善周邊生態(tài)環(huán)境。供水對象為東干一支的251.33 hm2土地，年供水量49.6萬m3，供水保證率50%。

2 流域水文狀況

2.1 河流水系

文峪河為汾河一級支流，發(fā)源于交城縣關帝山，流經交城、文水、汾陽，于孝義市梧桐鄉(xiāng)南姚村東匯入汾河，河道全長155 km，流域面積4 090 km2，河道平均縱坡4.3‰。文峪河流域東與汾河、磁窯河為鄰，西與三川河流域交界。文峪河水庫位于文水縣北峪口村北的文峪河出山口處，于1961年建成，控制流域面積1 876 km2，河長88.4 km，平均縱坡10.0‰。柏葉口水庫壩址位于文峪河岔口水文站下游3 km處，控制流域面積875 km2，河長57.7 km，平均縱坡12.1‰。

2.2 徑流狀況

本工程供水水源為文峪河水庫棄水。根據《山西省柏葉口水庫初步設計報告》中成果，柏葉口水庫、文峪河水庫天然徑流計算成果見表1。

3 工程布置

3.1 工程等別與標準

開柵水庫設計總庫容186.9萬m3，為小（一）型，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物庫岸、引水樞紐、取水泵站級別為4級，臨時建筑物為5級。

3.2 工程總體布置

選定水庫庫址位于開柵村南，文峪河與東干渠東，太汾高速公路西。利用灌溉樞紐將水庫棄水引入東干渠，在東干渠樁號3+150處新建引水樞紐（節(jié)制分水閘）、引水陡渠和末端消能池，棄水經節(jié)制分水閘進入引水陡渠，經消能后進入水庫。庫底高程736.0 m，死水位736.5 m，正常水位762.0 m。在762.7 m處設置寬度5.0 m的平臺，在壩頂高程763.9～768.0 m處設置管理道路。最大壩高32 m，壩長1 585 m（壩頂管理路中心線長度）。庫岸線布置盡量與沙坑現狀結合，并考慮挖填平衡。在節(jié)制分水閘南35 m處建設流量為0.136 m3/s的泵站1座，揚程8～33.5 m。水庫南岸背坡陡立，進行回填防護。

表1 文峪河各站天然年徑流特征值表 單位：億m3

由于水庫利用挖沙沙坑蓄水，地基透水性較強，需做好水庫庫底及庫岸的防滲工作。工程主要建筑物有水庫庫岸建設、引水設施、供水泵站及放空設施等。

4 主要建筑物設計

4.1 庫岸設計

水庫東岸岸坡為太汾高速公路路基，南岸為鄉(xiāng)村公路，西岸緊鄰鄉(xiāng)村公路和東干渠，北岸緊鄰開新鐵廠，坡度40°～80°，局部呈階梯狀或陡立狀。庫岸地層巖性主要由人工堆積的碎石混合土、礫質土及人工取砂時經篩選所棄漂卵礫石等組成，局部由全新統(tǒng)早期洪沖積卵石混合土、含細粒土砂和粉土質砂組成。現岸坡穩(wěn)定性較好，但局部岸坡較陡，水庫蓄水后將飽和岸坡土體，且在波浪的淘蝕和沖刷作用下，易產生坍岸。

本次擬將水庫庫岸邊坡回填或削坡后調整為1∶2.5，每隔10 m設一條馬道，馬道寬度3.0 m。為方便運行管理，在高程762.7 m（高出設計蓄水位0.7 m）設平臺，在壩頂設管理道路，管理道路寬度6.0 m，采用C25混凝土結構，厚度200 mm。平臺寬度5.0 m，采用C25混凝土結構，厚度200 mm，為保證安全，在臨水側設置欄桿。

岸坡防滲材料采用復合土工膜，根據設計岸坡與水位的關系將岸坡分為水上區(qū)、水位變動區(qū)兩部分。水上區(qū)為壩頂路至平臺之間，采用草皮防護。水位變動區(qū)（736.0～762.7 m）護坡結構自下而上分別為復合土工膜、300 mm砂卵石、300 mm格網石籠。為增加邊坡穩(wěn)定，格網石籠護坡每隔5 m設一條齒墻，齒墻深度1.0 m，寬度0.5 m。

庫岸回填土料利用現狀土料混合的卵石混合土進行分層碾壓，碾壓后相對密實度不小于0.80。

4.2 庫底防滲設計

在全庫底鋪設復合土工膜，鋪膜前對基礎進行清理碾壓，清理厚度不小于0.3 m。土工膜上部砂卵石保護，厚度0.5 m。

4.3 引水工程設計

引水工程主要由渠首（節(jié)制分水閘）、引渠、消力池組成。

節(jié)制閘設在東干渠樁號3+150處，閘底高程765.78 m，閘孔尺寸3.0 m×1.5 m（寬×高），門槽寬150 mm，采用鑄鐵閘門，啟閉機設備采用手電兩用螺桿啟閉機，啟閉機梁頂面高程796.78 m，為方便檢修，在高程769.43 m處設檢修平臺，寬度1.5 m，厚度0.15 m。節(jié)制閘邊墻、底板均采用C25鋼筋混凝土結構，厚400 m。

分水閘設在節(jié)制閘上游東側，與原東干渠垂直，閘門底高程765.78 m，閘孔尺寸3.0 m×1.5 m（寬×高），門槽寬150 mm。門體采用鑄鐵閘門。

引渠段位于分水閘與庫底消力池之間，長度127.6 m，采用矩形敞口渠道，C25鋼筋混凝土結構。引渠坡比1∶2.94，渠道凈高度1.0 m，寬度3.0 m。

消力池位于引渠末端，水庫底部，池長10 m，池深1.5 m，寬度3.0 m。消力池周圍設格網石籠防沖，長度10 m，厚度0.5 m。格網石籠防沖外圍設拋石防沖槽，長度6.0 m。

4.4 供水泵站設計

為滿足用水戶用水需求，在水庫西側設抽水泵站1座，根據用水戶日需水量設計流量確定為0.136 m3/s。泵站最高引水位762.0 m，最低引水水位736.5 m。

供水泵站采用浮筏式泵站，布置在水庫西岸，并盡量靠近庫岸，以縮短水泵至庫岸的引水管。泵站由固定工作橋、浮筏泵房及搖臂輸水管道組成。浮筏式泵房采用設在浮筏上的水泵取水，泵船主要由泵站浮體、起吊設施、進水管、出水管、水泵、真空系統(tǒng)、閥門、配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等部分組成。浮船長12.2 m，寬7.7 m，高1.5 m，內置水泵及電氣設備。本工程水泵為2臺，并排布置，間距4.5 m。船體泵房采用彩鋼結構，長度9.0 m，寬度3.6 m，高度4.6 m，屋頂設吊車用于水泵安裝檢修。

浮船通過搖臂與固定工作橋連接，通過搖臂使船體在取水水位范圍內自然升降。搖臂長度60.3 m，采用鋼結構，上布置出水管道。在搖臂設置棧道，作為檢修、值班出入通道。

固定工作橋長15.7 m，寬4.0 m，采用鋼筋混凝土排架結構。排架間距4.9 m，排架柱斷面尺寸0.7 m×0.7 m，排架柱每隔2.0 m設一連系梁，連系梁斷面尺寸0.7 m×0.7 m。排架采用擴散基礎，寬度2.0 m，高度1.2 m，為防止回填土固結沉降對結構的影響，排架基礎全部座落在現狀固結土上。工作橋頂面高程763.7 m，采用0.2 m厚C25鋼筋混凝土現澆板，兩側設置欄桿。

5 結論

工程建成后，可形成庫容184萬m3、水面面積13萬m2的水庫，能保證251.33 hm2耕地的灌溉用水，使該區(qū)的灌溉水源由地下水變?yōu)榈乇硭?，保護和節(jié)約了地下水。該工程利用現有沙坑引蓄水庫棄水，合理利用地表水的同時改善了地區(qū)生態(tài)環(huán)境，為當地治理與合理利用沙坑提供了新思路。