半溝水庫(kù)方案大壩設(shè)計(jì)淺析

郭春玲

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 概況

半溝水庫(kù)是中部引黃供水工程隰縣縣域供水工程的調(diào)蓄水庫(kù)之一，位于朱家峪河支溝半溝川內(nèi)，壩址距半溝村北約1 km。中部引黃供水工程在隰縣設(shè)置兩個(gè)分水口，1號(hào)分水口布置于中部引黃工程西干線末端，2號(hào)分水口布置于蒲大支線2號(hào)隧洞進(jìn)口，總供水量3 610萬(wàn)m3，流量1.41 m3/s，其中，1號(hào)分水口0.552 m3/s，2號(hào)分水口0.855 m3/s。

半溝水庫(kù)自中部引黃工程西干線末端1號(hào)分水口引水，通過(guò)加壓泵站和輸水管道，將水輸送到半溝水庫(kù)內(nèi)，主要負(fù)責(zé)給城川河以西的唐戶垣灌區(qū)、任家垣灌區(qū)、后墕垣灌區(qū)、陽(yáng)頭升垣灌區(qū)、刁家峪西垣灌區(qū)等5個(gè)灌區(qū)及下李工業(yè)園區(qū)、縣城工業(yè)園區(qū)和隰縣縣城居民生活供水，總供水量1 322萬(wàn)m3，其中生活用水110萬(wàn)m3，工業(yè)用水138萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)灌溉用水1 074萬(wàn)m3，灌溉面積約0.64萬(wàn)hm2。

半溝水庫(kù)總庫(kù)容592萬(wàn)m3，其中興利庫(kù)容436萬(wàn)m3。正常蓄水位1 014.02 m，死水位999.00 m，汛限水位1 014.02 m，設(shè)計(jì)洪水位1 014.50 m，校核洪水位1 015.35 m。樞紐由大壩和導(dǎo)流泄洪洞組成。大壩壩軸線長(zhǎng)213 m，壩頂高程1 022.10 m，最大壩高39.82 m。導(dǎo)流泄洪洞位于大壩右岸的山體內(nèi)，進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，塔內(nèi)右側(cè)設(shè)泄洪洞進(jìn)水口，左側(cè)設(shè)供水管線進(jìn)水口。供水管埋設(shè)在塔身混凝土內(nèi)，經(jīng)90°豎直轉(zhuǎn)角向下進(jìn)入進(jìn)水塔底板，在底板內(nèi)轉(zhuǎn)至泄洪洞軸線處，然后沿泄洪洞軸線水平埋設(shè)在進(jìn)水塔底板中。供水管平出進(jìn)水塔底板后，進(jìn)入泄洪洞洞身底板中心線下，沿隧洞埋設(shè)壓力鋼管，將庫(kù)水引出至壩下游，在水洞出口引渠段右側(cè)設(shè)控制閥。

大壩左岸修建上壩公路，瀝青路面，寬6 m，長(zhǎng)約335 m，右壩端布設(shè)管理房。

2 工程規(guī)模

中部引黃供水工程在隰縣境內(nèi)設(shè)置兩個(gè)分水口，1號(hào)分水口位于中部引黃工程西干線末端，2號(hào)分水口位于蒲大支線2號(hào)隧洞進(jìn)口，總供水量3 610萬(wàn)m3，其中城鎮(zhèn)生活供水110萬(wàn)m3，工業(yè)供水990萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)供水2 281萬(wàn)m3，蒸發(fā)滲漏219萬(wàn)m3。供水流量1.41 m3/s，其中，1號(hào)分水口0.552 m3/s，2號(hào)分水口0.855 m3/s。

根據(jù)《山西大水網(wǎng)中部引黃工程隰縣小水網(wǎng)規(guī)劃》，共設(shè)3座調(diào)蓄水庫(kù)，南峪調(diào)蓄庫(kù)總供水量為352萬(wàn)m3，全部為農(nóng)業(yè)供水；北溝河調(diào)蓄庫(kù)總供水量為1842萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)供水855萬(wàn)m3，工業(yè)供水852萬(wàn)m3，蒸發(fā)滲漏135萬(wàn)m3；南峪和北溝河水庫(kù)從2號(hào)分水口引水。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）中的有關(guān)規(guī)定，半溝水庫(kù)總庫(kù)容557萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別4級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)，工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬?。

調(diào)蓄水庫(kù)工程建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度，工程設(shè)防烈度定為Ⅶ度。

3 大壩設(shè)計(jì)

3.1 壩址初選

地形條件是壩址選擇的首要條件，根據(jù)水庫(kù)的灌溉范圍，適宜修建調(diào)蓄水庫(kù)的壩址有三個(gè)，分別為羊道溝骨干壩址、半溝1號(hào)骨干壩址和柴家溝骨干壩址，羊道溝骨干壩址和半溝1號(hào)骨干壩址位于半溝溝內(nèi)，羊道溝骨干壩位于下游，半溝1號(hào)骨干壩位于上游，兩壩址之間相距約2.4 km，經(jīng)土地調(diào)查，三個(gè)壩址庫(kù)區(qū)分別占有基本農(nóng)田1.5 hm2、14.3 hm2和3.3 hm2。在半溝1號(hào)骨干壩和柴家溝骨干壩附近，有適合本工程的壩址，但在這兩個(gè)壩址區(qū)域內(nèi)，大部分為基本農(nóng)田。

基本農(nóng)田是確保國(guó)家糧食安全的基礎(chǔ)，我國(guó)實(shí)行基本農(nóng)田保護(hù)制度。《基本農(nóng)田保護(hù)條例》第二條規(guī)定，所謂基本農(nóng)田是指按照一定時(shí)期人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求，依據(jù)土地利用總體規(guī)劃確定的不得占用的耕地。根據(jù)這一規(guī)定，基本農(nóng)田是由土地利用總體規(guī)劃確定下來(lái)的?；巨r(nóng)田一經(jīng)劃定，任何單位和個(gè)人不得擅自占用，或者擅自改變用途。根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于深化改革嚴(yán)格土地管理的決定》的規(guī)定，土地利用總體規(guī)劃修編涉及基本農(nóng)田調(diào)整的，必須報(bào)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)。按照《國(guó)土資源聽(tīng)證規(guī)定》的要求，對(duì)土地利用總體規(guī)劃調(diào)整、非農(nóng)業(yè)建設(shè)占用及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等涉及基本農(nóng)田的，要實(shí)行聽(tīng)證。根據(jù)《土地管理法》第四十五條的規(guī)定，征收基本農(nóng)田的，要經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于深化改革嚴(yán)格土地管理的決定》在征收基本農(nóng)田補(bǔ)償方面作出了明確的要求，經(jīng)批準(zhǔn)占用基本農(nóng)田的，征地補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)按法定最高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。所以半溝1號(hào)骨干壩和柴家溝骨干壩附近這兩個(gè)壩址是不可行的。

經(jīng)綜合考慮，工程壩址選在羊道溝骨干壩上游約300～1 000 m范圍，壩體和庫(kù)區(qū)占地范圍均不占用基本農(nóng)田，所以該壩址的選擇是唯一的，即為羊道溝骨干壩址上游300～1 000 m范圍。

3.2 壩軸線確定

水庫(kù)管理范圍為賠償線以下：大壩管理范圍為上游至壩軸線上游65 m，下游至壩腳以下基本農(nóng)田范圍外，大壩兩端向外50 m，占地6.72 hm2。

水庫(kù)保護(hù)范圍：壩址以上為庫(kù)區(qū)兩岸土地征用線以上至第一道分水嶺脊線之間，下游及兩岸為工程管理范圍邊界線外延100 m。

本次工程根據(jù)實(shí)際地形及不能占用基本農(nóng)田的限制條件，壩軸線應(yīng)選擇在羊道溝骨干壩上游基本農(nóng)田范圍之外，但越向上游庫(kù)區(qū)地形越狹窄，庫(kù)容條件較差，壩高較高，加大工程投資；所以將壩軸線選在庫(kù)容條件較好，直線距離較短，兩岸壩肩山體有足夠的高度和厚度的下游區(qū)，即距離羊道溝骨干壩軸線上游約300 m處。

3.3 壩型選擇

壩型應(yīng)與壩址區(qū)的自然條件、工程地質(zhì)、水文條件相適應(yīng)，且技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)約，充分利用當(dāng)?shù)夭牧希皇┕ず?jiǎn)便，便于采用大型機(jī)械設(shè)備施工。

庫(kù)區(qū)地貌上屬黃土丘陵溝壑區(qū)，庫(kù)區(qū)受長(zhǎng)期流水侵蝕切割，地形較復(fù)雜，溝谷發(fā)育，黃土梁與溝谷交錯(cuò)排列。沖溝大小不一，較為發(fā)育，多垂直于主溝發(fā)育，具典型黃土溝谷地貌特征。主要發(fā)育半溝川及其支溝，半溝川總體走向?yàn)镾45°E，溝谷寬10～150 m，溝底高程988～1 020 m，兩岸多為土質(zhì)岸坡，庫(kù)尾部分岸坡出露基巖。岸坡較陡，兩岸邊坡自然坡角35°～65°。左岸地面高程990～1 187 m，右岸地面高程991～1 178 m，受岸坡卸荷及雨水沖刷淘蝕影響，地表溝壑縱橫，土體裂隙較發(fā)育，河谷斷面呈“V”型。

溝底出露地層為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal），巖性上部為低液限粘（粉）土，具弱～微透水性。下部為低液限粘（粉）土含少量卵石混合土，局部含砂量較大。僅在距庫(kù)尾180 m范圍內(nèi)出露地層為三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組下段（T2er1）厚層中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖夾泥巖、頁(yè)巖，該層地表出露厚度25 m。

結(jié)合本工程地形、地質(zhì)及地材，該工程地質(zhì)條件不適宜修建重力壩，適宜修建當(dāng)?shù)夭牧蠅?，但?dāng)?shù)厝狈κ?，有豐富的土料，且土質(zhì)和儲(chǔ)量均可滿足工程需要，所以本工程壩型選擇碾壓均質(zhì)土壩。

3.4 泄洪設(shè)施選擇

水庫(kù)泄洪設(shè)施一般為溢洪道或泄洪洞，或二者共同泄洪。

本工程泄量受下游骨干壩泄量限制，最大泄量為骨干壩溢洪道最大泄量51.8 m3/s。

半溝水庫(kù)為調(diào)蓄水庫(kù)，如果單獨(dú)采用溢洪道泄洪，溢洪道宜采用開(kāi)敞式，堰頂不設(shè)閘門。水庫(kù)正常蓄水位1 020.90 m，下游河道高程990.0 m，上下游水位高差30.9 m，根據(jù)工程區(qū)的地形條件泄槽坡度較陡，部分槽段需要回填，且地基為土基，安全穩(wěn)定性差。該段河谷較狹窄，兩岸地形陡峻，施工導(dǎo)流宜采用全斷面河床圍堰導(dǎo)流方式，溢洪道堰頂高程1 020.90 m，高于上游河床約30 m，也不能同時(shí)兼作施工導(dǎo)流設(shè)施，必須另建導(dǎo)流隧洞。所以不考慮溢洪道單獨(dú)泄洪。

本次設(shè)計(jì)擬定，泄洪洞單獨(dú)泄洪、溢洪道與泄洪洞共同泄洪兩個(gè)方案。方案一泄洪洞單獨(dú)泄洪，右岸布置泄洪洞單獨(dú)泄洪，隧洞寬3.0 m，洞高3.5 m最大泄量51.8 m3/s，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，校核洪水位1 021.41 m。方案二溢洪道與泄洪洞共同泄洪，右岸布置泄洪洞，左岸布置溢洪道，泄洪洞與溢洪道共同泄洪，最大泄量51.8 m3/s，溢洪道寬5.0 m，堰頂高程1 020.90 m，與正常蓄水位齊平。隧洞寬度考慮施工因素確定為2.5 m。經(jīng)計(jì)算，在相同校核洪水位1 021.41 m時(shí)溢洪道泄量14.2 m3/s，泄洪洞泄量37.6 m3/s，泄洪洞高3.502 m。由此可見(jiàn)，泄洪洞與溢洪道共同泄洪時(shí)，溢洪道泄量較小，且占用基本農(nóng)田需要繁瑣的審批程序，適當(dāng)加大泄洪洞斷面即可滿足泄洪要求，可以將導(dǎo)流洞、泄洪洞合一布置為導(dǎo)流泄洪洞，工程布置簡(jiǎn)單，不占用基本農(nóng)田，工程投資小，運(yùn)行管理方便。因此，泄洪設(shè)施采用導(dǎo)流泄洪洞。

4 結(jié)論

半溝水庫(kù)壩址初選位于朱家峪河支溝半溝川內(nèi)，壩址距半溝村北約950 m。從地形和地質(zhì)條件上看，該工程壩址只能選在羊道溝骨干壩上游約300～1 000 m范圍內(nèi)，方案壩軸線選擇在距離羊道溝骨干壩軸線上游約300 m處。結(jié)合本工程地形、地質(zhì)及地材情況，該工程壩型選擇碾壓均質(zhì)土壩?？紤]到不占基本農(nóng)田，泄洪設(shè)施采用導(dǎo)流泄洪洞。