蘭州新區(qū)劉家井滯洪調(diào)蓄水庫(kù)布置探討

馬世剛

（甘肅惠澤水利水電工程建設(shè)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

蘭州新區(qū)是甘肅對(duì)外開(kāi)放的重要窗口和門(mén)戶，經(jīng)河西走廊直通新疆，也是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和歐亞“大陸橋”的重要連接點(diǎn)。根據(jù)蘭州新區(qū)總體規(guī)劃、防洪專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃等相關(guān)資料，新區(qū)規(guī)劃了西防洪片區(qū)，流域面積170.8 km2，主要攔截、導(dǎo)排西防洪片區(qū)四眼井沙溝以及新區(qū)西側(cè)山洪，保護(hù)蘭州新區(qū)免受新區(qū)北部和西部山洪造成的災(zāi)害。為提高蘭州新區(qū)城市防洪安全，逐步完善新區(qū)城市防洪體系，在規(guī)劃的西防洪片區(qū)滯洪區(qū)新建劉家井滯洪調(diào)蓄水庫(kù)，對(duì)新區(qū)西防洪片區(qū)排洪渠洪水進(jìn)行蓄滯削峰，兼顧為蘭州新區(qū)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)供水，同時(shí)為新區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在引大入秦工程冬季停水期和檢修期提供水源保障。

1 水庫(kù)工程概況

1.1 工程區(qū)概況

蘭州新區(qū)西排洪渠劉家井滯洪調(diào)蓄水庫(kù)工程規(guī)劃范圍北起引大東二干渠電灌一支渠，西至引大東二干渠電灌支渠，東臨劉家井村，南距引大東二干渠約250 m。工程區(qū)距蘭州新區(qū)公路里程36 km，距蘭州市公路里程106 km。工程區(qū)范圍主要道路有省道S201、縣道X129、引大東二干渠管理道路等，對(duì)外交通條件便利。

1.2 地質(zhì)條件

工程區(qū)位于秦王川盆地西沖洪積平原，調(diào)蓄水庫(kù)西距黃土丘陵區(qū)約400～500 m，西距長(zhǎng)細(xì)溝約200～300 m，東沙溝從工程區(qū)場(chǎng)地中穿過(guò)。工程區(qū)總體地形平坦開(kāi)闊，局部有砂坑、砂堆分布，地勢(shì)北高南低，地面高程2184～2160 m，地面縱坡約為13‰～15‰。工程區(qū)位于秦王川盆地西北部，出露的地層主要為第四系地層，巖性主要為全新統(tǒng)（Q43alp）沖洪積砂碎石、黃土狀土、粉細(xì)砂，厚約3～5 m；上更新統(tǒng)（Q3pl）洪積黃土狀土、碎石土、砂碎石，厚約15～22 m；中更新統(tǒng)（Q2pl）離石黃土，厚度大于10 m；調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)盆及壩基持力層主要為上更新統(tǒng)（Q3pl）洪積黃土狀土、砂碎石。

2 水庫(kù)庫(kù)址選擇

根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件，按照擬定的水庫(kù)庫(kù)址選擇原則，初步擬定在引大東二干渠南、北兩側(cè)各選擇1處庫(kù)址進(jìn)行比選。

南庫(kù)方案布置范圍北起引大東二干渠，西至引大東二干十支渠，東臨上川鎮(zhèn)下古山村，南距新區(qū)北環(huán)路約4.5 km。項(xiàng)目占地68.2 hm2。

北庫(kù)方案布置范圍北起引大東二干電灌一支渠，西至引大東二干電灌分干渠，東臨劉家井村，南距引大東二干渠約250 m。項(xiàng)目占地93 hm2。

2.1 南庫(kù)方案水庫(kù)布置

水庫(kù)以引大東二干渠所引的大通河河水為水源，水庫(kù)總庫(kù)容為614萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容586萬(wàn)m3，其中蓄滯洪庫(kù)容303萬(wàn)m3，汛限庫(kù)容179萬(wàn)m3，死庫(kù)容28萬(wàn)m3。工程主要由引水、水庫(kù)、供水、山洪治理4部分組成。

2.1.1 引水工程 引水渠首位于引大東二干渠樁號(hào)40+285處，進(jìn)水口底板高程2167.50 m，閘墩頂高程2171.2 m，孔口尺寸為1.5 m×1.0 m（b×h），設(shè)計(jì)引水流量3.39 m3/s，引水渠渠線長(zhǎng)100 m，進(jìn)水閘之后采用明流箱涵引水，引水方式為自流引水。

2.1.2 水庫(kù)工程 水庫(kù)工程有大壩和泄洪工程組成。水庫(kù)為半挖半填的圍堤土石壩，全庫(kù)盆采用復(fù)合土工膜防滲，圍堤壩軸線長(zhǎng)3.16 km，壩頂高程2169.50 m，最大壩高12.2 m，壩頂寬度6.0 m，上游壩坡1∶3，下游壩坡1∶2，庫(kù)底高程2157.3 m，水庫(kù)最大蓄水深度10 m。泄洪渠布置在圍壩南側(cè)原排洪溝道以東約40 m處，由泄洪箱涵、泄洪閘和泄洪渠組成。泄洪箱涵分別布置于泄洪閘前后，為C25砼矩形箱涵。泄洪閘閘室段長(zhǎng)為10 m，閘頂高程2169.50 m，閘底高程2162.00 m，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m（b×h）。閘后經(jīng)箱涵、明渠和漸變段，與1∶3陡坡和下游西排洪渠相接。

2.1.3 供水工程 供水工程取水口布置在水庫(kù)圍壩的東南側(cè)，供水口高程為2158.00 m，采用鋼管引水，管徑為1.5 m，供水管道采用壩下埋管布置方式。供水管線長(zhǎng)115 m，管道在水庫(kù)壩后布置控制閥，控制閥后管道一分為二，其中一條管道向精細(xì)化工片區(qū)供水，供水流量0.235 m3/s；另一條管道向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)片區(qū)供水，供水流量1.164 m3/s。

2.1.4 山洪防治工程 山洪防治工程由攔砂壩、導(dǎo)洪堤、引洪渠3部分組成。攔砂壩位于引大東二干渠樁號(hào)40+469.04—40+509.04段排洪渡槽以北，西排洪渠K7+900.615樁號(hào)處，最大壩高3.8 m，壩頂高程2172.30 m，壩頂長(zhǎng)度70 m，為混凝土透水壩段。攔砂壩之后經(jīng)20 m漸變段與引洪渠相接，引洪渠長(zhǎng)145 m，為格賓塊石籠襯砌的梯形渠，渠道縱坡1/500，之后接引洪箱涵，箱涵出口與一級(jí)消力池相接，然后經(jīng)C25砼矩形引洪渠，與二級(jí)消力池相接并入庫(kù)。

2.2 北庫(kù)方案水庫(kù)布置

水庫(kù)以引大東二干渠所引的大通河河水為水源，水庫(kù)總庫(kù)容為614萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容586萬(wàn)m3，其中蓄滯洪庫(kù)容303萬(wàn)m3，汛限庫(kù)容179萬(wàn)m3，死庫(kù)容28萬(wàn)m3。工程主要由引水、水庫(kù)、供水及山洪治理等組成。

2.2.1 引水工程 引水工程主要建筑物由引水渠首、泵站、引水管道等組成。引水渠首位于引大東二干渠樁號(hào)39+685處，分別在渠道南、北兩側(cè)各設(shè)置1座分水口，其中北側(cè)分水口為泵站分水口，南側(cè)分水口為直供分水口。泵站分水閘之后接泵站前池，經(jīng)泵站提水，將735萬(wàn)m3冬季和檢修期所需水量提至水庫(kù)，引水方式為泵站加壓提水。直供分水閘之后接調(diào)節(jié)池，在東二干供水期為精細(xì)化工和現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)供水，引水方式為自流。泵站最大引用流量2.36 m3/s，最小引用流量0.45 m3/s，引水泵站最大總揚(yáng)程18.98 m。水泵型式選定為臥式雙吸離心泵，單機(jī)提水流量0.585 m3/s，設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)4臺(tái)工作，1臺(tái)備用，水泵機(jī)組選用變頻調(diào)節(jié)泵。泵站前池最高運(yùn)行水位2169.96 m，正常運(yùn)行水位2169.85 m，最低運(yùn)行水位2169.26 m。前池頂高程2171.00 m，池底高程2166.46 m，前池管中心高程2167.46 m，前池尺寸為13.0 m×6.0 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高）。泵房建基高程2165.66 m，主廠房布置5臺(tái)水泵，成“一”字形布置，水泵機(jī)組間距5.1 m，主廠房尺寸27.2 m×8.6 m×13.24 m（長(zhǎng)×寬×高），采用矩形干室型泵房，主廠房上、下游墻設(shè)有交通和巡檢平臺(tái)。安裝間布置于主廠房右側(cè)，安裝間尺寸7.8 m×8.6 m×7.9 m（長(zhǎng)×寬×高）。副廠房布設(shè)于安裝間右側(cè)，副廠房尺寸7.1 m×8.6 m×5.5 m（長(zhǎng)×寬×高）。引水管道出廠房后，1#、2#支管以及4#、5#支管分別經(jīng)岔管合二為一，在廠后12.2 m處經(jīng)三岔管合為單管，支管管徑DN 600，總管管徑DN 1200，管道長(zhǎng)度166.3 m。管道在133 m處沿下游壩坡上升至2186.50 m，經(jīng)出水池、陡坡、消力池入庫(kù)。

2.2.2 水庫(kù)工程 水庫(kù)工程主要由大壩和放空泄洪等建筑物組成。水庫(kù)大壩為半挖半填圍堤土石壩，全庫(kù)盆采用復(fù)合土工膜防滲，圍堤壩軸線長(zhǎng)3.34 km，壩頂高程2189.00 m，最大壩高15.5 m，壩頂寬度6.0 m，上游壩坡為1∶3，下游壩坡1∶1.5。最大蓄水深度10.3 m，在引水、引洪渠入庫(kù)部位周?chē)贾孟芊罌_措施。在庫(kù)尾原排洪溝道西側(cè)10 m處布置放空泄洪渠，放空泄洪渠泄放流量為36 m3/s，建筑物軸線長(zhǎng)174.50 m，由箱涵，放空泄洪閘以及明渠段組成。閘前箱涵斷面為3.0 m×3.0 m（b×h），長(zhǎng)20.65 m。放空泄洪閘孔口尺寸為2.2 m×2.2 m（b×h），閘頂高程2189.00 m，閘底高程2174.50 m，設(shè)工作和檢修2道門(mén)槽，閘室段長(zhǎng)為13 m。放空泄洪閘閘后采用下挖式消力池消能，閘底板與消力池之間通過(guò)1∶4斜坡連接，消力池總長(zhǎng)29.30 m，池寬5.0 m，池深1.5 m，為封閉式消力池，消力池后接縱坡為1/500矩形箱涵，箱涵斷面為5.0 m×4.0 m（b×h），長(zhǎng)13.4 m。閘后箱涵之后經(jīng)10 m漸變段與泄洪明渠相接，泄洪明渠長(zhǎng)76.9 m，在距離下游壩坡20 m范圍，泄洪明渠縱坡為1/500，渠道為底寬2.5 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用C25砼襯砌。之后56.9 m渠道縱坡為1/400，渠道為底寬6.5 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用格賓塊石籠襯砌，最后經(jīng)1∶7.28陡坡與西排洪渠K8+830.643樁號(hào)相接。

2.2.3 供水工程 供水工程由1#和2#兩條供水管道組成，其中1#供水管道為直供供水管，2#供水管道為水庫(kù)調(diào)蓄供水管道。供水管道向精細(xì)化工片區(qū)供水流量為0.235 m3/s；向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)片區(qū)供水流量為1.164 m3/s，總供水流量為1.399 m3/s。1#供水管道布置在引大東二干渠南側(cè)，管線長(zhǎng)7.0 m。從調(diào)節(jié)池取水，管道進(jìn)口高程為2167.50 m，采用鋼管引水，管徑為1.5 m，供水管道采用溝埋布置方式，在0+007.00 m樁號(hào)處與2#供水管道相接，并設(shè)置控制、分水閥門(mén)井。2#供水管道布置在泵站東側(cè)，管線長(zhǎng)300 m。從水庫(kù)取水，管道進(jìn)口高程為2171.5 m，采用鋼管引水，管徑為1.0 m，供水管道首段采用壩下埋管布置方式，穿越水庫(kù)大壩后采用溝埋布置方式，橫穿引大東二干渠后，在東二干南側(cè)與1#供水管道相接。

2.2.4 山洪防治工程 山洪防治工程由導(dǎo)洪堤、集石坑、引洪渠、消力池3部分組成。導(dǎo)洪堤與西排洪渠k7+660.015樁號(hào)相接，由東、西2條導(dǎo)洪堤組成，東、西導(dǎo)洪堤長(zhǎng)分別為253.4 m和276.4 m。導(dǎo)洪堤自電灌一支渠起，至集石坑結(jié)束，由棄渣料填筑，堤頂高程2188.00 m，堤頂寬3 m，邊坡1∶1.5，迎水側(cè)坡面采用格賓塊石籠防護(hù)。集石坑位于引大東二干渠電灌一支渠排洪渡槽以南約221.60 m處，集石坑最大寬度64.5 m，長(zhǎng)35.0 m，坑底高程2181.20 m，最大深度3.0 m，集石坑上游邊坡1∶3，下游、左、右側(cè)邊坡均為1∶1.5，邊坡及坑底均采用格賓塊石籠襯砌。集石坑后接93.3 m引洪渠，其中引洪渠45.3 m采用格賓襯砌的梯形渠，縱坡1/400，底寬60 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m。引洪渠48.0 m采用C25砼襯砌的梯形渠，縱坡1/500，底寬50 m，邊坡1∶1.5，渠深2.55 m，之后經(jīng)箱涵、臺(tái)階式陡坡與庫(kù)底消力池相接。臺(tái)階式陡坡段長(zhǎng)42.7 m，綜合坡比1∶3，陡坡采用C30砼襯砌。消力池池寬50 m，池長(zhǎng)30 m，池深3.0 m，消力池池底高程2170.50 m，池頂高程2173.50 m。消力池底板及邊墻均采用C30砼襯砌。

3 庫(kù)址比選

從地形條件分析，南庫(kù)庫(kù)址地面高程較低，可滿足引大東二干渠向水庫(kù)自流引水。北庫(kù)庫(kù)址由于地面高程較高，若向水庫(kù)自流引水，水庫(kù)工程開(kāi)挖量大，工程投資較高；若采用泵站提水方案向水庫(kù)引水，則工程運(yùn)行成本較高。

從地質(zhì)條件分析，兩庫(kù)址水庫(kù)持力層主要為上更新統(tǒng)（Q3pl）洪積砂碎石，結(jié)構(gòu)密實(shí)，具有較高的承載能力，均能滿足調(diào)蓄水庫(kù)工程建設(shè)要求。

從工程布置和施工條件分析，南庫(kù)方案工程及建筑物的布置相對(duì)簡(jiǎn)單，工程施工干擾相對(duì)較小。

從占地移民分析，兩庫(kù)址占地面積均較大，但南庫(kù)庫(kù)址區(qū)全部為基本農(nóng)田，土地征用難度大。北庫(kù)庫(kù)址范圍為西排洪渠滯洪區(qū)，且土地屬性由當(dāng)?shù)卣畤?guó)土部門(mén)進(jìn)行了置換，為非基本農(nóng)田。

從工程管理?xiàng)l件分析，南庫(kù)方案工程引水、供水均滿足自流條件，建筑物布置相對(duì)集中，工程運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。北庫(kù)方案建筑物布置較為分散，工程建設(shè)和運(yùn)行成本較高。

從工程投資分析，南庫(kù)方案工程投資較北庫(kù)方案節(jié)省2672.86萬(wàn)元。南、北庫(kù)方案工程量及投資比較如表1所示。

表1 南、北方案庫(kù)址工程量及投資比較

經(jīng)以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件綜合分析比較，根據(jù)國(guó)家的土地管理政策，基本農(nóng)田征用難度大，同時(shí)考慮北庫(kù)較南庫(kù)方案工程投資增加相對(duì)較少，因此本次設(shè)計(jì)水庫(kù)庫(kù)址初步選定為北庫(kù)方案。

4 結(jié)論

根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)條件，按照水庫(kù)庫(kù)址選擇原則，統(tǒng)籌考慮引水工程、水庫(kù)工程、供水工程、山洪防治工程，在引大東二干渠南、北兩側(cè)分別擬定了不同的2套水庫(kù)布置方案。從地質(zhì)條件、工程布置和施工條件、占地移民、工程管理?xiàng)l件、工程投資等多方面、多角度分析并比選2項(xiàng)方案，北庫(kù)方案優(yōu)于南庫(kù)方案。因此，推薦蘭州新區(qū)劉家井滯洪調(diào)蓄水庫(kù)工程選定北庫(kù)布置方案。