北疆地區(qū)某水庫壩址方案比選分析

李爽潔

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

紅沙灣水庫位于塔西河流域的塔西河，在發(fā)揮灌溉供水功能上，滿足灌區(qū)生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，減少地下水開采量。紅沙灣水庫的開發(fā)任務(wù)為以灌溉、防洪為主，兼顧工業(yè)供水。工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程[1]。初擬壩段分布在塔西河下游至準(zhǔn)格爾盆地邊緣，海拔770 m～910 m，相對(duì)高差80 m～148 m。由新近系棕紅色、灰綠色，雜色泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖等組成。因地表多被黃土所覆蓋，在干旱條件下，侵蝕較微弱，使得地面變得平緩，山頂渾圓，形成垅崗丘陵地貌。該段河谷一般較寬，河床比降減緩。兩岸階地發(fā)育，在壩址區(qū)附近階地保存較完整，可見Ⅰ～Ⅶ級(jí)階地。紅沙灣水庫庫區(qū)處于天山山前低山丘陵區(qū)，山體海拔高度778 m～1166 m，相對(duì)高度200 m～300 m，山體總體走向呈近EW向，基巖多裸露，沖溝發(fā)育，屬構(gòu)造剝蝕地形。庫區(qū)在地貌單元上屬低山丘陵區(qū)，地勢(shì)南高北低，庫區(qū)出露地層主要為新近系及第四系地層[2]，新近系地層主要為上新統(tǒng)土墩子組(N21td)該組巖性為一套河湖相沉積灰綠色、棕紅色的砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖及砂礫巖等。

2 壩址方案擬定

初擬河段庫區(qū)條件相似，根據(jù)河谷寬度和地層巖性條件，本階段紅沙灣水庫在出山口以上10 km河段初擬上壩址和下壩址兩處壩址，上壩址設(shè)計(jì)正常蓄水位按照約867.50 m控制，水庫全長(zhǎng)約2.6 km，下壩址設(shè)計(jì)正常蓄水位按照約829 m控制，水庫全長(zhǎng)2.8 km。上下壩址位于紅沙灣渠首下游4 km河段內(nèi)，其中上壩址位于渠首下游1.30 km處，上下壩址相距2.43 km。

本階段對(duì)上下兩壩址進(jìn)行同等深度的工程測(cè)量、工程地質(zhì)勘探，以等調(diào)節(jié)庫容比選為原則，對(duì)上下壩址采用黏土心墻壩壩型，從地形地貌、地質(zhì)條件、工程布置條件及工程投資等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，確定推薦壩址。

3 壩址方案比選

3.1 庫區(qū)條件

上壩址庫區(qū)位于低山丘陵區(qū)U型谷中，河谷深切，沿河兩岸發(fā)育數(shù)條沖溝，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，各沖溝延伸長(zhǎng)度一般較短，切割較淺，各沖溝溝頭高程遠(yuǎn)高于正常蓄水位，庫區(qū)兩岸無低于庫水位的鄰谷存在，巖性為上新統(tǒng)灰綠色、淺黃色礫巖為主，礫石成分由矽質(zhì)巖、花崗巖類組成，礫徑一般為0.5 cm～3 cm，分選性差，呈半磨圓狀，成巖作用差，具泥質(zhì)弱膠結(jié)，巖體完整性差。巖體透水性相對(duì)較大。右壩肩由于階地前緣分布有厚層的上更新統(tǒng)洪積物，Ⅴ級(jí)階地砂卵礫石層，均屬強(qiáng)透水層，且處于正常蓄水位以下，存在較強(qiáng)的繞壩滲漏現(xiàn)象，需進(jìn)行防滲處理。

下壩址庫區(qū)位于低山丘陵區(qū)U型谷中，河谷深切，基本條件與上壩址庫區(qū)相近，庫區(qū)兩岸無低于庫水位的鄰谷存在，庫區(qū)巖體透水性差，階地后緣基巖山體寬厚，水庫蓄水后產(chǎn)生永久滲漏的可能性不大。但根據(jù)物探及鉆探資料在庫區(qū)右岸810 m高程以上分布有古河槽，卵礫石層厚度22.6 m～38.5 m，且古河槽順河向連續(xù)發(fā)育，貫穿整個(gè)庫區(qū)，有可能成為向壩下滲漏的主要通道，必須進(jìn)行防滲處理。

上壩址庫容較大，不存在滲漏通道，但存在淹沒原有灌溉引水渠首及部分渠道；下壩址庫容有限，且在810 m高程線以上存在右岸古河槽滲漏通道，但不淹沒原灌溉工程。

3.2 壩址條件

上壩址處河床較平坦，河谷寬約100 m，呈U型，正常高水位867.5 m時(shí)，河谷寬579.5 m左右，河床覆蓋層厚1 m～1.3 m漂卵石層，其下為礫巖，呈泥質(zhì)弱膠結(jié)，巖體完整性差，壩基強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0 m～2 m，巖體透水性極微，基巖斷層、裂隙不發(fā)育，未見緩傾角，節(jié)理、裂隙存在。礫巖有遇水軟化，抗風(fēng)化能力弱等特點(diǎn)。

下壩址處河床較平坦，河谷寬約25 m～90 m，呈U型，正常高水位829 m時(shí)，河谷寬355 m左右，河床覆蓋層厚1.0 m～1.7 m，為漂卵石層，其下為砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀為275°～280°SW∠55°～60°，巖體完整差。壩基強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0 m～2 m，巖體透水性極微?；鶐r斷層、裂隙不發(fā)育，未見緩傾角，節(jié)理、裂隙存在。泥巖、砂質(zhì)泥巖有遇水軟化、崩解、具膨脹性及抗風(fēng)化能力弱等特點(diǎn)。

上壩址河谷較寬，壩體填筑量較大，下覆基巖為礫巖，右岸砂礫石地層較厚，局部達(dá)到四十多米，截滲墻鉆孔進(jìn)尺較大；下壩址河谷較窄，壩體填筑量小于上壩址40%，下覆基巖為泥質(zhì)砂巖等互層，且右岸存在古河槽。

3.3 樞紐總體布置

上壩址處河道走向順直，河谷較寬，擋水建筑物采用碾壓式黏土心墻砂礫石壩型，大壩垂直河道呈直線布置。左岸階地較低且階地面較寬，基巖埋深較淺，適合布置表孔泄水，底孔兼顧排沙與施工期導(dǎo)流，宜布置在較陡立的右岸且靠近主河道側(cè)，放水建筑物考慮與原左岸渠系的連接，應(yīng)布置在右岸。左岸地形開闊，壩高較低，表孔溢洪道有條件布置成開敞式的溢流堰型，泄槽長(zhǎng)度約282.49 m；右岸陡峭，底孔泄洪兼導(dǎo)流洞和中孔放水洞呈折線布置，底孔靠近河道，洞長(zhǎng)382.6 m，中孔在底孔右側(cè)之上，洞長(zhǎng)311.3 m。底孔為有壓洞，中孔為有壓洞。根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件，初選碾壓式黏土心墻砂礫石壩型作為擋水建筑物，樞紐由碾壓式黏土心墻砂礫石壩、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、開敞式溢洪道、灌溉放水洞等建筑物組成。擋水建筑物攔河填筑斷面較大，約33115 m2。右岸階地地面線較高，砂礫石地層較厚，局部達(dá)到40 m左右，截滲墻鉆孔進(jìn)尺較大。泄水建筑物軸線較長(zhǎng)。

下壩址處河道蜿蜒曲折，河谷較窄，利于水工建筑物布置，擋水建筑物采用碾壓式黏土心墻砂礫石壩型，大壩垂直河道呈直線布置。右岸頂部階地較為平緩，階地面較寬闊，考慮與原右岸渠系的連接，中孔灌溉放水洞布置在右岸。右岸底部向河床凸出，泄洪兼導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞底孔宜布置在較陡立的右岸且靠近主河道側(cè)。右岸壩高較低，表孔溢洪道有條件布置成無閘控溢流側(cè)堰布置型式，泄槽長(zhǎng)度約337 m；底孔導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞和表孔溢洪道呈折線布置，底孔靠近河道，洞長(zhǎng)331 m，表孔在底孔右側(cè)之上。底孔為有壓洞，中孔灌溉放水洞布置在表孔溢洪道右側(cè)之下為有壓洞，長(zhǎng)460 m。根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件，初選黏土心墻砂礫石壩作為擋水建筑物，樞紐由碾壓式黏土心墻砂礫石壩、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、溢洪道、灌溉放水洞、灌溉引水渠等建筑物組成。擋水建筑物攔河填筑斷面較小，約12758 m2。右岸階地地面線接近壩高，截滲墻鉆孔進(jìn)尺較小。泄水建筑物軸線相對(duì)較短。

上下壩址壩高接近，但下壩址總體布置較緊湊，泄水建筑物軸線相對(duì)較短。

3.4 占地條件

上壩址淹沒耕地較多，存在移民安置，淹沒渠首1座、渠道3 km。占地補(bǔ)償費(fèi)用9798萬元。

下壩址淹沒耕地較少，存在移民安置。淹沒渠道1 km。占地補(bǔ)償費(fèi)用9902.35萬元。

3.5 施工條件

上壩址施工期淹沒原有渠首及渠道，對(duì)下游灌溉有較大影響，需要提前改造5 km渠道，施工臨時(shí)費(fèi)用較高。對(duì)外交通方便，但稍遠(yuǎn)，筑壩砂礫石壩殼料運(yùn)距較遠(yuǎn)。

下壩址施工期基本不淹沒原有渠首及渠道，對(duì)下游灌溉沒有影響。對(duì)外交通方便，稍近，筑壩砂礫石壩殼料運(yùn)距較近。

上壩址施工期影響下游正常灌溉，需要提前改造淹沒的灌溉工程，下壩址主要筑壩材料運(yùn)距較上壩址近3 km。

3.6 工程量及投資

上壩址工程量大于下壩址工程量。上壩址比下壩址投資增加8000萬元。

4 結(jié)論

通過分析可知，下壩址雖然庫容有限，但能夠滿足規(guī)劃調(diào)節(jié)需求，盡管右岸存在較大范圍的古河槽滲漏問題，但可以通過一般防滲工程措施加以解決，不存在制約因素，下壩址雖然供水高程有限，但對(duì)于紅沙灣水庫這一新增水源它仍然具備充分的供水用戶，可以自成體系，獨(dú)立運(yùn)行，也可以聯(lián)合石門子水庫運(yùn)行。上壩址淹沒了原有的灌溉引水體系，使得運(yùn)行必須與上游石門子水庫緊密協(xié)調(diào)，增加了調(diào)度管理程序，相互存在一定的制約，使紅沙灣水庫無法獨(dú)立運(yùn)行，上壩址工程投資較大。因此，綜合比較，下壩址明顯優(yōu)于上壩址，故本階段初步選定下壩址為紅沙灣水庫工程的推薦壩址。