大卜沖水庫壩址壩型方案比選

曾 雄

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況[1]

大卜沖水庫位于金秀縣境內(nèi)，所在河流為羅秀河支流盤王河。盤王河發(fā)源于金秀老山西北側(cè)陰沖山，經(jīng)三角鄉(xiāng)的甲江、江燕，金秀鎮(zhèn)的和平村，桐木鎮(zhèn)的大蠶村，在桐木鎮(zhèn)龍慶村附近與桐木河匯合后稱水晶河，河流向西流入象州縣水晶鄉(xiāng)，在水晶鄉(xiāng)新甫村附近匯入羅秀河，羅秀河繼續(xù)西流，于運(yùn)江鎮(zhèn)堂上村匯入柳江。盤王河全長31.80 km，流域面積94.38 km2，總落差約1498 m。

大卜沖水庫是一座以桐木鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)和農(nóng)村供水為主，兼顧改善下游農(nóng)業(yè)灌溉的綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為317 m，設(shè)計(jì)洪水位為321.310 m，校核洪水位322.500 m，總庫容604 萬m3，大卜沖水庫城鎮(zhèn)供水規(guī)模為0.379 m3/s，總灌溉面積約9233 畝。本工程為?。?）型水庫，IV 等工程。攔河壩（包括溢流壩段及非溢流壩段）、引水建筑物進(jìn)水口及導(dǎo)流隧洞封堵堵頭等為主要建筑物，按4級建筑物設(shè)計(jì)；其余為次要建筑物，按5級建筑物設(shè)計(jì)?；炷林亓卧O(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a 一遇；消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a 一遇。引水建筑進(jìn)水口及導(dǎo)流隧洞封堵堵頭等主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a 一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。

大卜沖水庫主要向桐木鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)以及鎮(zhèn)區(qū)周邊仁里村、大蠶村、鹿鳴村、古院村、高仁村、那馬村供水，規(guī)劃至2035年供水人口達(dá)到70 612人。大卜沖水庫供水工程主要建筑級別為4 級，次要建筑物級別為5級。建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按10 a一遇洪水設(shè)計(jì)，按30 a一遇洪水校核。

2 工程選址

在選擇壩址時(shí)應(yīng)根據(jù)樞紐附近的地形地質(zhì)條件、水流河勢條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。大卜沖水庫工程的主要任務(wù)是向桐木鎮(zhèn)供水，從盤王沿岸的地形、地質(zhì)條件、成庫條件及淹沒影響范圍來看，金桂及和平電站以下，河流周圍多村莊房屋，且?guī)靺^(qū)影響電站；大卜沖與盤王河匯合口以上，河道蜿蜒曲折，河床縱坡較大，河谷狹窄，建壩所獲取的庫容小，且回水影響大瑤山風(fēng)景名勝區(qū)河口片核心景區(qū)和上游村莊。因此，水庫的壩址只能考慮在大卜沖與盤王河匯合口至金桂電站之間的1.7 km河段內(nèi)選擇，水庫的主要庫容集中在該河段上游。根據(jù)該河段的地形特點(diǎn)，可選擇的壩址有兩處：上壩址位于大卜沖與盤王河匯合口下游河流直段；下壩址位于金桂電站上游，距上壩址約1000 m處。上、下壩址位置示意圖見圖1。

3 上壩址壩型選擇

圖1 上、下壩址位置示意圖

根據(jù)壩址的地形、地質(zhì)及當(dāng)?shù)夭牧锨闆r，本次設(shè)計(jì)提出混凝土重力壩方案及黏土心墻堆石壩兩個(gè)方案進(jìn)行比較。

（1）混凝土重力壩方案。大壩、放水系統(tǒng)等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高，而上壩址河床含泥漂卵礫石層較厚，且有一定厚度的強(qiáng)風(fēng)化巖體，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育。重力壩溢流壩段需清除覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體，將壩基置于弱～微風(fēng)化巖體中。重力壩主體建筑工程投資21 152萬元。

（2）黏土心墻堆石壩方案?？衫卯?dāng)?shù)夭牧咸钪?，但需要將溢洪道、?dǎo)流洞（放水系統(tǒng)）布置左右岸山體，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據(jù)河道走向，溢洪道布設(shè)在右岸，右岸山坡坡度40°～65°，開挖邊坡高度超過70 m，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運(yùn)行不便。石料需要到14 km外桐木鎮(zhèn)蝴蝶山石料場購買，購買總量約67 萬m3。導(dǎo)流隧洞長447 m，施工周期較長。堆石壩主體建筑工程投資25 157 萬元，比重力壩方案多4005萬元。

4 下壩址壩型選擇

根據(jù)壩址的地形、地質(zhì)及當(dāng)?shù)夭牧锨闆r，本次設(shè)計(jì)提出混凝土重力壩方案及黏土心墻堆石壩兩個(gè)方案進(jìn)行比較。

（1）混凝土重力壩方案。大壩、放水系統(tǒng)等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高。且該壩址地形狹窄，兩岸山坡陡峭，地形適合修建重力壩。但河床段需除較厚的河床覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體，將壩基置于弱～微風(fēng)化巖體中。重力壩主體建筑工程投資28 375萬元。

（2）黏土心墻堆石壩方案?？衫卯?dāng)?shù)夭牧咸钪?，但需要將溢洪道、?dǎo)流洞（放水系統(tǒng)）布置左右岸山體，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據(jù)河道走向，溢洪道布設(shè)在左岸，右岸山坡坡度約40°，開挖邊坡高度超過70 m，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運(yùn)行不便。石料需要到13 km 外桐木鎮(zhèn)蝴蝶山石料場購買，購買總量約67萬m3。導(dǎo)流隧洞長355.5 m，施工周期較長。堆石壩主體建筑工程投資32 957萬元，比重力壩方案多4582萬元。

綜上所述，本階段大卜沖水庫下壩址推薦混凝土重力壩方案。

5 上下壩址混凝土重力壩方案比選

根據(jù)壩址工程地質(zhì)、地形條件特點(diǎn)、水流條件進(jìn)行工程總體布置，考慮當(dāng)?shù)亟ㄖ牧瞎?yīng)條件，上下壩址均適合修建混凝土重力壩，對上下壩址混凝土重力壩方案進(jìn)行比選。在上壩址重力壩方案中，上壩址正常蓄水位初定317 m，根據(jù)庫容相同、水庫效益相近的原則確定下壩址的正常水位為299 m，兩個(gè)壩址方案均能滿足供水需求。兩個(gè)壩址的混凝土重力壩方案綜合比較見表1。

表1 上下壩址混凝土重力壩方案比較表

（1）上、下壩址地形地貌相近，均滿足修筑混凝土壩的地質(zhì)條件。上壩址河床處有斷層通過，經(jīng)過基礎(chǔ)處理后能滿足重力壩要求。但下壩址地形河床及河漫灘較寬，覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層埋深較大，下壩址壩頂長度比上壩址長40.3 m，帷幕工程量稍大一些，開挖工程量較大。從地形、地質(zhì)條件看，上壩址略優(yōu)于下壩址。

（2）從河道的水流條件看，上、下壩址河道均較為平直，水流順直，流態(tài)不復(fù)雜。因此，上、下壩址的水流條件相當(dāng)，均適于建壩。

（3）從工程布置看，上下壩址重力壩方案工程建筑布置都緊湊、簡單，上下壩址相當(dāng)。

中文具有多詞近義或多詞同義的特點(diǎn)，用一個(gè)關(guān)鍵詞往往遺漏較多信息，例如“歷史文化村鎮(zhèn)”具有“傳統(tǒng)村落、歷史村鎮(zhèn)、古村落、古村、古鎮(zhèn)”等多個(gè)近義詞，只是在保護(hù)價(jià)值上稍有區(qū)別。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)量較合適，也能較大程度減弱數(shù)據(jù)的遺漏。例如，在知網(wǎng)首頁，鍵入“歷史文化村鎮(zhèn)保護(hù)、傳統(tǒng)村落保護(hù)”兩個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行全文搜索（搜索截止日期為2018年1月8日），共下載約1.2萬篇相關(guān)論文（網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量共11萬余篇，但只有11870篇能夠被下載）。與“歷史村鎮(zhèn)、古村落、古村、古鎮(zhèn)”等4個(gè)關(guān)鍵詞相關(guān)的論文數(shù)量太多，且關(guān)聯(lián)性較弱，故未采用其他關(guān)鍵詞。

（4）從施工導(dǎo)流看，上下壩址都采用隧洞導(dǎo)流，但下壩址的導(dǎo)流隧洞較長，工程量稍大，施工期較長。

（5）從運(yùn)行管理看，下壩址上壩道路長0.9 km，上壩址上壩道路長1.2 km，兩個(gè)壩址上壩路起點(diǎn)都在金桂電站附近，下壩址的運(yùn)行管理較為方便。

（6）從兩方案的工程投資看，上壩址混凝土重力壩方案的工程投資比下壩址混凝土重力壩方案少7223萬元。從工程造價(jià)方面看，上壩址方案優(yōu)于下壩址方案。

綜上所述，上壩址方案在地形條件、施工導(dǎo)流、主要工程量、工程投資等多方面均優(yōu)于下壩址方案，所以本階段大卜沖水庫工程推薦上壩址混凝土重力壩方案。

6 溢洪方案選擇

6.1 泄流型式及選擇

重力壩溢流壩段的溢洪可采取有閘控或無閘控的開敞式溢洪方案?？紤]到本工程所在盤王河河流域?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，雨量豐沛。每年4～8 月間，受多種天氣系統(tǒng)交錯影響或共同影響，流域內(nèi)暴雨頻繁，山洪極易暴發(fā)。大卜沖水庫地處桂東大瑤山，河床坡降大，匯流時(shí)間短，洪水暴漲暴落，具有典型的山溪河流特性。采取閘控式溢洪方案時(shí)，運(yùn)行、管理繁瑣；而不設(shè)閘門的溢洪方案結(jié)構(gòu)簡單、管理方便。從投資上看，采取閘控式溢洪方案節(jié)省投資有限，經(jīng)濟(jì)效益不明顯，管理又比較困難。因此溢流壩段的溢洪采用不設(shè)閘門的開敞式溢洪方案。根據(jù)該壩址地形、地質(zhì)條件，提出3 m×14 m、3 m×12 m、3 m×10 m 3 個(gè)方案進(jìn)行比選（見表2）。

表2 溢流孔口尺寸方案投資比較表

3個(gè)孔口方案的壩前設(shè)計(jì)水位及相應(yīng)庫容基本接近，投資相差不大，從工程安全、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、地形地質(zhì)條件等綜合分析比較，溢洪選擇3 m×12 m孔口無閘控溢流方案。

6.2 消能防沖方案選擇

推薦壩址處河槽寬30～40 m，水深約0.5 m，河槽左側(cè)為沖洪積河漫灘，寬10～15 m，河槽右側(cè)地形稍緩，局部見基巖出露。河床含泥漂卵礫石層較厚，且有一定厚度的強(qiáng)風(fēng)化巖體，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，兩岸山坡較為陡峭，且右岸邊坡巖體為順向坡，挑流消能方案產(chǎn)生沖坑對兩岸邊坡穩(wěn)定不利。因此，設(shè)計(jì)推薦采用底流消能方案。

7 工程總體布置

大卜沖水庫主要建筑物由攔河壩、引水系統(tǒng)及上壩道路等組成。

攔河壩采用混凝土重力壩型，主要包括溢流壩段，左、右岸非溢流壩段，總長172.0 m，壩頂高程324.5 m，最大壩高79.5 m。左岸非溢流壩段長57.75 m，分為4個(gè)壩塊，壩頂寬7 m，壩頂高程324.5 m，最大壩高71.5 m；右岸非溢流壩段長70.25 m，分為5個(gè)壩塊，其結(jié)構(gòu)形式與左岸非溢流壩壩相同；溢流壩布置在河床中部，總長44.0 m，分為3 個(gè)壩塊，堰頂高程317.0 m，最大堰高72.0 m。溢流堰為開敞式實(shí)用堰，溢流面自上而下逐漸收縮，堰頂溢流面凈寬為36.0 m，共3孔，每孔凈寬12 m。

大壩采用底流消能方式，消力池采用下挖式消力池，池底頂高程為261.0 m，尾坎頂高程與下游河道原地面線齊平，為266.50 m，消力池長50.0 m（含尾坎），寬35.0 m，池深5.5 m，底板厚2.5 m。

引水建筑物放水塔布置在右岸擋水壩，后接壩內(nèi)埋設(shè)的DN1.2 m 的引水總管；引水總管到壩后分水閥房，再分為一根DN0.6 m 的供水管和一根DN1.0 m的灌溉及生態(tài)放水管。

8 結(jié)語

經(jīng)比選，大卜沖水庫工程建設(shè)采用上壩址混凝土重力壩方案，溢流采用3 m×12 m 無閘控溢流方案，消能采用底流消能方案。