臨澤縣紅山灣水庫(kù)壩址方案比選探討

繆建新

(臨澤縣水務(wù)局，甘肅 臨澤 734200)

1 概述

梨園河屬于內(nèi)陸河黑河水系，是黑河最大的一級(jí)支流，發(fā)源于祁連山北麓的鍋蓋溝與馬圈溝，上游為隆暢河，中游為梨園河，下游為大沙河，流經(jīng)肅南縣、臨澤縣，在臨澤縣野溝灣匯入黑河，河流全長(zhǎng)169km，黑河入河口以上流域面積3162km2，多年平均年徑流量2.43億m3。紅山灣水庫(kù)位于梨園河出山口處，東鄰臨澤縣倪家營(yíng)鎮(zhèn)梨園新村，南依省道213線(張掖-肅南公路)，北靠閃佛寺山，西接梨園河河道。

紅山灣水庫(kù)的主要任務(wù)是與上游22.5km處的鸚鴿嘴水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，提高水庫(kù)調(diào)節(jié)能力，保證下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展各用戶用水需要，提高下游河道防洪能力。該工程對(duì)梨園河出山口段河道進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在獨(dú)山子壩址和梨園堡壩址之間(上距獨(dú)山子壩址8.3km，下距梨園堡壩址0.6km)選擇了紅山灣壩址與梨園堡壩址進(jìn)行比較。上壩址為紅山灣壩址，上距鸚鴿嘴水庫(kù)22.5km，下距梨園河引水樞紐1.0km；下壩址為梨園堡壩址，上距鸚鴿嘴水庫(kù)23.1km，下距梨園河引水樞紐0.4km；上下兩個(gè)壩址相距0.6km。上、下壩址位置如圖1所示。

圖1 紅山灣水庫(kù)壩址位置

2 上、下壩址工程總體布置

2.1 上壩址工程總體布置

上壩址為紅山灣壩址，根據(jù)工程選定的方案，樞紐主要建筑物包括大壩、泄洪排沙洞、輸水洞及溢洪道。

大壩由主壩和副壩組成，壩頂總長(zhǎng)2340.5m，平面上呈折線，有拐點(diǎn)3處。主壩長(zhǎng)426m，垂直主河槽布置，副壩長(zhǎng)1914.5m，坐落在右岸Ⅱ級(jí)階地上，基本沿階地前緣布置。副壩右端在河床內(nèi)向上游延伸防滲體1045m。主、副壩為壤土斜墻砂礫壩殼，最大壩高33.7m，壩頂寬10～7m，壩頂高程1711.4m，防浪墻頂高程1712.4m，前壩坡擬定坡比1∶3～1∶2.75，后壩坡坡比1∶2.5～1∶2.25。壩體采用壤土斜墻防滲，斜墻頂高程1710.0m，上游坡1∶2.5，下游坡1∶1.8，頂寬4.5～3.0m，斜墻與砂礫石壩殼之間設(shè)厚度為1.2～1.0m的反濾層。上游壩坡設(shè)厚度為0.3m的干砌石護(hù)坡，護(hù)坡下鋪設(shè)厚度為0.5m的礫石墊層，下游壩坡設(shè)厚度為0.3m的干砌石護(hù)坡。壩基河床砂礫石覆蓋層采用砼防滲墻防滲，防滲體下巖石進(jìn)行帷幕灌漿。

輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道等建筑物均集中布置在左岸。輸水洞為有壓洞，總長(zhǎng)492.5m，由進(jìn)口段、閘前洞身段、檢修閘室段、閘后洞身段和錐形閥室組成，在平面上布置2處彎道，其中進(jìn)口段長(zhǎng)6.5m，閘前洞身段長(zhǎng)9.1m，檢修閘室段長(zhǎng)5m，閘后洞身段長(zhǎng)463.4m，錐形閥室段長(zhǎng)8.5m。輸水洞縱坡1/31，圓形斷面，內(nèi)徑2.2m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.45m。錐形閥室段為C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，安裝內(nèi)徑2.0m錐形閥一臺(tái)，水流在錐形閥室消能箱內(nèi)消能后泄入梨園河。

泄洪排沙洞由導(dǎo)流洞改建而成，為方便與導(dǎo)流洞結(jié)合改建，泄洪排沙洞采用無(wú)壓泄洪型式。泄洪排沙洞長(zhǎng)618.5m，在平面上有2處彎道，城門洞型斷面，由進(jìn)口段、洞身段和消能段組成。進(jìn)口段長(zhǎng)75.55m，為“龍?zhí)ь^”型式，由進(jìn)口、閘室和閘后“龍?zhí)ь^”段無(wú)壓洞組成。洞身段長(zhǎng)488.45m，與導(dǎo)流洞合用，縱坡1/90，城門洞形斷面，寬5.0m，高4.94m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.5m。出口消能段長(zhǎng)54.5m，采用擴(kuò)散式下挖消力池，C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，消能后水流泄入梨園河。

溢洪道布置在左岸山體天然溝槽處，為一開(kāi)敞式河岸溢洪道，全長(zhǎng)199m，由進(jìn)水渠、控制段及泄槽組成。進(jìn)水渠長(zhǎng)27m，為一喇叭形進(jìn)水口?？刂贫伍L(zhǎng)14m，為無(wú)坎寬頂堰，堰上設(shè)閘3孔，單孔寬度10m，安裝弧形鋼閘門控制。泄槽段長(zhǎng)158m，梯形斷面，巖石中開(kāi)挖而成，底寬34m，槽深3.5m，C25鋼筋砼襯砌。泄槽末端設(shè)計(jì)深齒墻防沖，洪水通過(guò)沖溝泄入河道。

2.2 下壩址工程總體布置

下壩址為梨園堡壩址，根據(jù)工程選定的方案，樞紐主要建筑物包括大壩、輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道。

大壩垂直主河槽布置，壩頂長(zhǎng)1000m，為壤土斜墻砂礫壩殼，最大壩高25.7m，壩頂寬7m，壩頂高程1696.2m，防浪墻頂高程1697.2m，前壩坡擬定坡比1∶3～1∶2.75，后壩坡坡比1∶2.5～1∶2.25。壩體采用壤土斜墻防滲，斜墻頂高程1694.8m，上游坡1∶2.5，下游坡1∶1.8，頂寬3m，斜墻與砂礫石壩殼之間設(shè)厚度為1.0m的反濾層。上游壩坡設(shè)厚度為0.3m的干砌石護(hù)坡，護(hù)坡下鋪設(shè)厚度為0.5m的礫石墊層，下游壩坡設(shè)厚度為0.3m的干砌石護(hù)坡。壩基河床砂礫石覆蓋層厚度小于15m時(shí)采用明挖回填壤土截水槽防滲，大于15m時(shí)采用砼防滲墻防滲，防滲體下巖石進(jìn)行帷幕灌漿。

輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道等建筑物均集中布置在左岸。輸水洞為有壓洞，長(zhǎng)346m，由進(jìn)口段、閘前洞身段、檢修閘室段、閘后洞身段和錐形閥室組成，在平面上布置2處彎道，其中進(jìn)口段長(zhǎng)5m，閘前洞身段長(zhǎng)12.4m，檢修閘室段長(zhǎng)5m，閘后洞身段長(zhǎng)315.1m，錐形閥室段長(zhǎng)8.5m。輸水洞縱坡1/37，圓形斷面，內(nèi)徑2.2m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.45m。錐形閥室段為C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，安裝內(nèi)徑2.0m錐形閥一臺(tái)，水流在錐形閥室消能箱內(nèi)消能后泄入梨園河。

泄洪排沙洞由導(dǎo)流洞改建而成，為方便與導(dǎo)流洞結(jié)合改建，泄洪排沙洞采用無(wú)壓泄洪型式。泄洪排沙洞長(zhǎng)488.48m，在平面上有2處彎道，城門洞型斷面，由進(jìn)口段、洞身段和消能段組成。進(jìn)口段長(zhǎng)125.7m，為“龍?zhí)ь^”型式，由進(jìn)口、閘室和閘后“龍?zhí)ь^”段無(wú)壓洞組成。洞身段長(zhǎng)312.98m，與導(dǎo)流洞合用，縱坡1/90，城門洞形斷面，寬5.0m，高4.94m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.5m。出口消能段長(zhǎng)49.8m，采用擴(kuò)散式下挖消力池，C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，消能后水流泄入梨園河。

溢洪道布置在左岸，為一開(kāi)敞式壩肩溢洪道，全長(zhǎng)577.7m，由進(jìn)水渠、控制段、泄槽及消力池組成。進(jìn)水渠長(zhǎng)118.2m，為一喇叭形進(jìn)水口?？刂贫伍L(zhǎng)14m，為無(wú)坎寬頂堰，堰上設(shè)閘3孔，單孔寬度10m，安裝弧形鋼閘門控制。泄槽段長(zhǎng)404m，梯形斷面，巖石中開(kāi)挖而成，底寬34m，槽深4m，C25鋼筋砼襯砌。泄槽末端接消力池，消力池長(zhǎng)29m，邊墻高6m，采用下挖式消力池，挖深2.8m。消能后洪水泄入梨園河。

3 地形、地質(zhì)比較

從地形條件看，上、下壩址均屬開(kāi)闊河床，適宜修建土石壩，建筑物布置及施工布置地形條件均較有利。上壩址(紅山灣壩址)位于梨園堡山間盆地左側(cè)，水庫(kù)左岸分布基巖山體，適宜布置河岸溢洪道，右岸是寬闊的Ⅱ級(jí)堆積階地，但需要在右岸修建很長(zhǎng)的副壩。下壩址(梨園堡壩址)具有典型的山谷“U”字型水庫(kù)壩址地形條件，壩址地形開(kāi)闊，左、右岸基巖山體高大，左岸可布置壩肩溢洪道。綜上所述，從地形條件看，下壩址優(yōu)于上壩址。從地質(zhì)條件看，兩壩址均具備建庫(kù)條件，壩址地質(zhì)條件基本相當(dāng)。

4 主要建筑物工程布置比較

對(duì)大壩工程，上壩址最大壩高33.7m，壩頂長(zhǎng)2340.5m(其中：主壩長(zhǎng)426m，副壩長(zhǎng)1914.5m)，在平面上有3處彎道。下壩址最大壩高25.7m，壩頂長(zhǎng)1003m，在平面上為一直線。上壩址大壩高于下壩址，壩頂也顯著長(zhǎng)于下壩址。從大壩布置考慮，下壩址顯著優(yōu)于上壩址。

對(duì)溢洪道工程，上壩址左岸適于布置河岸溢洪道，最大開(kāi)挖深度29m，且有一較大巖石沖溝可供泄洪，無(wú)需修建消力池。下壩址左岸可布置壩肩溢洪道，最大開(kāi)挖深度33m，泄槽也很長(zhǎng)，需布置消力池，且消力池出口位于河道轉(zhuǎn)彎處。從溢洪道布置考慮，上壩址顯著優(yōu)于下壩址。

對(duì)輸水洞、泄洪排沙洞工程，上壩址輸水洞與泄洪排沙洞長(zhǎng)于下壩址，從輸水洞與泄洪排沙洞布置考慮，下壩址優(yōu)于上壩址。

從大壩布置考慮，下壩址顯著優(yōu)于上壩址；從溢洪道布置考慮，上壩址顯著優(yōu)于下壩址；從輸水洞與泄洪排沙洞布置考慮，下壩址優(yōu)于上壩址。綜上所述，從主要建筑物工程布置考慮，下壩址顯著優(yōu)于上壩址。

5 淹沒(méi)及占?jí)罕容^

紅山灣壩址淹沒(méi)及占?jí)焊?、林地及農(nóng)村宅基地共41.13hm2，渠道1.49km，遷移人口20人。梨園堡壩址淹沒(méi)及占?jí)焊亍⒘值丶稗r(nóng)村宅基地共109.13hm2，張肅公路3.0km，遷移人口261人，水庫(kù)左壩肩位于張掖丹霞國(guó)家地質(zhì)公園核心區(qū)。綜上所述，從淹沒(méi)損失及工程占?jí)嚎紤]，上壩址顯著優(yōu)于下壩址。下壩址移民和環(huán)境部分費(fèi)用占到總投資的56.0%，水庫(kù)淹沒(méi)及占?jí)涸O(shè)施很多，實(shí)施阻力很大。

6 綜合比較

對(duì)2壩址從地形地質(zhì)、主要建筑物、淹沒(méi)損失、工程量及投資等方面進(jìn)行同精度比較，具體見(jiàn)表1。

上、下壩址綜合比較：從地形條件看，下壩址顯著優(yōu)于上壩址，從地質(zhì)條件考慮，下壩址優(yōu)于上壩址；從主要建筑物工程布置考慮，下壩址顯著優(yōu)于上壩址；從淹沒(méi)損失及工程占?jí)嚎紤]，上壩址顯著優(yōu)于上壩址；從工程量比較，下壩址小于上壩址；從施工條件考慮，天然建筑材料上壩址運(yùn)距小于下壩址；從投資考慮，上壩址優(yōu)于下壩址。綜上所述，2處壩址均具備建庫(kù)條件，各有優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮各方面因素，紅山灣水庫(kù)壩址推薦采用上壩址(紅山灣壩址)。

表1 紅山灣水庫(kù)壩址選擇方案比較

7 結(jié)束語(yǔ)

紅山灣水庫(kù)選擇了上壩址(紅山灣壩址)與下壩址(梨園堡壩址)進(jìn)一步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合地形地質(zhì)、主要建筑物布置、淹沒(méi)損失、工程量、施工條件、工程投資等方面因素，推薦采用建庫(kù)條件相對(duì)優(yōu)越的上壩址(紅山灣壩址)，一方面技術(shù)條件更具科學(xué)性、可操作性，另一方面又節(jié)省了投資、工程效益顯著。因此，在水庫(kù)工程建設(shè)中，對(duì)水庫(kù)壩址進(jìn)行同精度、多方案比選尤為重要。