塔爾朗水庫(kù)壩址比選研究分析

曹 凱

(吐魯番市清源水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，新疆 吐魯番 838000)

1 工程概述

塔爾朗水庫(kù)樞紐工程擬建于高昌區(qū)西北部塔爾朗河上，位于河道的中下游峽谷區(qū)河段。塔爾朗水庫(kù)工程的開(kāi)發(fā)方式為：在塔爾朗河狹口處建造攔河壩修建調(diào)蓄水庫(kù)，為吐魯番市高昌區(qū)工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)供水及少量生活用水，利用水庫(kù)調(diào)蓄功能改善灌區(qū)灌溉面積，提高保證率，有效解決灌溉春旱問(wèn)題，該水庫(kù)是一座兼顧工業(yè)供水及農(nóng)業(yè)灌溉的綜合性調(diào)蓄水庫(kù)。

塔爾朗河位于新疆維吾爾自治區(qū)中東部，是高昌區(qū)“五河”流域中的河流之一，發(fā)源于博格達(dá)山南坡，源頭高程4858 m，總體流向由北向南，出山后流入吐魯番盆地，河道總長(zhǎng)50 km。塔爾朗渠渠首以上河段河道狹窄，呈窄“U”形河谷，平均坡降約68‰，塔爾朗渠渠首上游1 km以上河床寬5～20 m，兩岸岸坡陡峭，河床狹窄，為狹谷區(qū)，建壩條件差，須建百米以上高壩才能滿(mǎn)足水量要求，工程難度和費(fèi)用均較高；塔爾朗渠渠首至出山口段，呈較寬“U”形河谷，平均坡降約13‰；山口段往下游，河床寬度200～400 m，兩岸為低山與階地，壩軸線(xiàn)較長(zhǎng)，建壩條件較差。故本工程選擇在塔爾朗渠渠首上游1 km、下游4 km，總共5 km長(zhǎng)的河流山谷地帶進(jìn)行壩址選擇[1]。

2 壩址擬選

因塔爾朗河河床均為砂卵石層，最深厚度達(dá)99.5 m，兩岸山體巖石連續(xù)出露地段較少，塔爾朗溝沿河適合建庫(kù)的壩址較少，通過(guò)對(duì)塔爾朗河擬建壩址河段進(jìn)行多次實(shí)地踏勘，對(duì)壩址段區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)分析：

(1)塔爾朗渠渠首上游段，河床兩岸相對(duì)對(duì)稱(chēng)的地形地質(zhì)條件很少，且兩岸地形地質(zhì)條件復(fù)雜，布置建筑物困難；越往上游，河道縱坡越大，河床寬度越小，且河道彎曲回旋，兩岸階地高陡，水流湍急，行人無(wú)法上行。通過(guò)綜合比較，本階段選擇將塔爾朗渠渠首上游680 m處作為比選壩址，為上壩址。

(2)塔爾朗渠渠首至下游出山口河段總長(zhǎng)約4 km，呈較寬“U”形河谷，平均坡降約13‰。通過(guò)多次實(shí)地踏勘，塔爾朗渠渠首下游2～3 km范圍內(nèi)有兩處適合建壩的河段，分別為塔爾郎渠渠首下游1.5 km和2.1 km處，兩岸相對(duì)較為對(duì)稱(chēng)，基巖裸露較為連續(xù)，有布置建筑物的可行性。1998年，由新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院及吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合設(shè)計(jì)的《新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市“五河”流域規(guī)劃報(bào)告》中，塔爾朗水庫(kù)壩址定為塔爾朗渠渠首下游約2.1 km處，即現(xiàn)塔爾朗水文站附近。本次擬將其作為設(shè)計(jì)比選壩址，為下壩址。上、下壩址間距約為2.8 km。

本次在下壩址選擇了兩條軸線(xiàn)，即上線(xiàn)、下線(xiàn)，上線(xiàn)位于塔爾朗水文站上游約63 m，軸線(xiàn)方向?yàn)镾78°W；下線(xiàn)位于水文站上游約35 m，軸線(xiàn)方向?yàn)镾69°W。兩線(xiàn)左岸壩肩位于同一個(gè)位置，右壩肩相距約55 m，其工程地質(zhì)條件基本相同。

3 擬建壩址條件及布置

3.1 上壩址地質(zhì)條件及布置

(1)上壩址地形及地質(zhì)條件。上壩址位于塔爾朗渠首上游約680 m，處于較不對(duì)稱(chēng)的“U”形河谷內(nèi)，河床高程1174～1190 m，河床寬30～95 m，平時(shí)水面寬3.0～8.0 m，水深0.3～1.0 m，總體流向由北東流向南西，河床坡降較陡，縱坡坡度平均為29.8‰。兩岸山頂高程1400～1700 m，相對(duì)高差200～500 m，山坡坡度一般為35°～60°，局部形成直立陡坎，山坡上部一般基巖裸露，下部多為第四系覆蓋。河床及河漫灘為砂卵礫石夾漂石、孤石，結(jié)構(gòu)松散-中密，卵礫石多呈次圓狀及棱角狀，粒徑一般10～30 cm，表部最大孤石約5 m，厚度50～58 m；坡腳、陡坎下為碎塊石、卵礫石、孤石夾土，結(jié)構(gòu)松散，厚度1～10 m。

兩岸沿河零星殘留有Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地，右岸分布有較連續(xù)的Ⅳ級(jí)階地，其后緣多為坡洪積物、崩坡積物所覆蓋，前緣形成70°左右的陡坎。兩岸共發(fā)育分布有4條小沖溝，溝長(zhǎng)100～250 m，階地內(nèi)切割最大深度約30 m。兩岸Ⅰ～Ⅳ階地為含泥砂卵礫石夾漂石，卵礫石主要成分以砂巖、安山巖、玢巖及石英巖為主，粒徑一般5～20 cm，厚度10～80 m；壩址區(qū)位于塔爾朗向斜構(gòu)造北翼，基本為一傾向下游的單斜構(gòu)造，近于橫河向[2]。

上壩址主要存在工程地質(zhì)問(wèn)題有：河床與右岸階地深厚堆積層的滲漏及滲透變形問(wèn)題、兩岸壩肩沿?cái)鄬訚B漏問(wèn)題、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定問(wèn)題、壩基不均勻沉降問(wèn)題。

(2)上壩址樞紐布置。樞紐布置方案由瀝青混凝土心墻砂礫壩、溢洪洞、灌溉洞及導(dǎo)流兼放空沖沙洞等建筑物組成。水庫(kù)正常蓄水位1295.5 m，相應(yīng)庫(kù)容2151萬(wàn)m3。根據(jù)上壩址的地形地質(zhì)條件，壩軸線(xiàn)垂直于河道布置[3]。

瀝青混凝土心墻砂礫壩。大壩填筑從上游至下游依次分為：上游圍堰區(qū)、上游砂礫料區(qū)、上游過(guò)渡料區(qū)、瀝青混凝土心墻、下游過(guò)渡料區(qū)和下游砂礫料區(qū)、排水棱體，壩長(zhǎng)389 m。

溢洪洞。考慮本工程為地震區(qū)，河床砂卵石埋深較深等實(shí)際情況將泄洪建筑物布置在岸邊巖基上，從左、右岸岸坡地形地質(zhì)條件看，左岸上游側(cè)的沖溝較為寬敞，適宜布置泄洪建筑物進(jìn)口。但因左岸山體覆蓋層厚、山脊較高，岸邊坡度較陡，若布置溢洪道則開(kāi)挖量較大，故本次考慮溢洪洞方案。該壩址最大下泄流量792 m3/s，溢洪洞與壩軸線(xiàn)斜交103°，由進(jìn)口控制段、泄槽洞段、出口明渠段、底流消能防沖段組成，每段長(zhǎng)度分別為26 m、423 m、32 m、103 m，溢洪洞總長(zhǎng)584 m。

灌溉洞。為方便取水，灌溉隧洞布置在河床左岸，平面布置中除進(jìn)口拐彎外，其余洞身段與壩軸線(xiàn)正交，過(guò)壩下游直線(xiàn)進(jìn)入下游河床中。灌溉洞總長(zhǎng)1137.2 m，由進(jìn)口閘井段、有壓隧洞段、工作閘井段、無(wú)壓隧洞段、消力池段和海曼段組成，主要承擔(dān)工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉供水任務(wù)。設(shè)計(jì)引用流量6.0 m3/s。灌溉洞出山體后，與原有塔爾朗渠道相接。

導(dǎo)流兼放空沖沙洞。布置在河道右岸，全長(zhǎng)為1067.5 m，包括進(jìn)口段、有壓段、工作閘井段、無(wú)壓段、出口明渠段和消力池護(hù)坦段組成。

3.2 下壩址地質(zhì)條件及布置

(1)下壩址地形及地質(zhì)條件。 壩址區(qū)處于不對(duì)稱(chēng)的“U”形河谷內(nèi)，左岸為一傾向右岸偏上游的條形山脊，走向N50°W，山脊高程1139～1300 m，后緣山體雄厚，山頂高程1500 m，壩址軸線(xiàn)處山脊高程為1235 m，高于河床133 m，山脊北側(cè)為N3號(hào)沖溝，溝底高程1122～1205 m，溝寬5.0～40.0 m，溝底中下游基巖裸露。河床高程1095～1112 m，河床寬90～190 m，總體流向由北西流向南東，河床坡降較陡，平均坡度為13‰。

兩岸Ⅰ～Ⅳ階地為含泥砂卵礫石夾漂石，卵礫石主要成分以砂巖、安山巖、玢巖及石英巖為主，多呈次圓狀，粒徑一般5～20 cm，最大可見(jiàn)約50 cm，其厚度4～20 m；河床及漫灘為砂卵礫石夾漂石，結(jié)構(gòu)松散-中密，卵礫石多呈次圓狀及棱角狀，粒徑一般5～30 cm，最大約1 m，最大厚度約99.5 m；兩岸山坡緩坡地帶及階地上部為碎石土、卵礫石土夾塊石、孤石，厚2～5 m；人工堆積的砂卵礫石主要分布于防洪墻內(nèi)側(cè)，其結(jié)構(gòu)松散，厚度0.5～3.2 m；漿砌石、混凝土主要分布于渠道、過(guò)水公路、防洪墻及水文站，厚度0.5～2.0 m。壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為風(fēng)化、卸荷和崩塌[2]。

下壩址主要存在工程地質(zhì)問(wèn)題有：河床深厚堆積層的滲漏及滲透變形問(wèn)題、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定問(wèn)題、壩基不均勻沉降問(wèn)題。

(2)下壩址樞紐布置。下壩址樞紐建筑物組成與上壩址相似，水庫(kù)正常蓄水位1295.5 m，相應(yīng)庫(kù)容2151萬(wàn)m3。根據(jù)下壩址的地形地質(zhì)條件，壩軸線(xiàn)與河道夾角81°布置。

瀝青混凝土心墻砂礫壩上游至下游布置形式與上壩址一致，下壩址(上線(xiàn))壩長(zhǎng)301 m，下壩址(下線(xiàn))壩長(zhǎng)330 m。

溢洪洞亦布置在河道左岸，建筑物由進(jìn)口段、控制段、開(kāi)敞式泄槽段、無(wú)壓洞身段、出口明洞段、斜坡泄槽段、底流消能防沖段組成，每段長(zhǎng)度分別為20 m、26 m、40 m、293 m、80 m，總長(zhǎng)459 m。

灌溉洞布置在河床右岸，全長(zhǎng)為711.87 m，設(shè)計(jì)引用流量6 m3/s。灌溉洞出山體后，與原有塔爾朗渠道相接。

導(dǎo)流兼放空沖沙洞，全長(zhǎng)為818.98 m，建筑物組成與上壩址導(dǎo)流兼放空沖沙洞一樣。

4 壩址比較分析

上、下壩址總庫(kù)容相近，水庫(kù)承擔(dān)的工程任務(wù)相同，氣候條件相同、導(dǎo)流規(guī)模相同。本階段對(duì)上、下壩址從地形地質(zhì)條件、施工條件、淹沒(méi)損失、運(yùn)行管理及投資進(jìn)行綜合比較[3-4]，詳見(jiàn)表1。

表1 塔爾朗水庫(kù)上、下壩址綜合比較

上、下壩址總庫(kù)容相近，調(diào)節(jié)庫(kù)容均可滿(mǎn)足本工程承擔(dān)的下游農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、生態(tài)等各項(xiàng)任務(wù)的要求。由于下壩址下線(xiàn)和上線(xiàn)樞紐布置相近，但下線(xiàn)壩線(xiàn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，大壩工程量相對(duì)較多，投資也相對(duì)較多，所以本次比選將下壩址下線(xiàn)排除在外，下壩址以上線(xiàn)作為代表。上、下壩址從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及運(yùn)行管理上比較。

4.1 從技術(shù)方面比較

(1)從地形地質(zhì)條件分析。兩個(gè)壩址處于同一河段，為同一個(gè)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，地震基本烈度與區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性相同。但建壩的具體工程地形地質(zhì)條件上有很大差別，上壩址壩頂長(zhǎng)度408.2 m，最大壩高為120 m；下壩址壩頂長(zhǎng)度327.5 m，最大壩高為71.0 m；因此上壩址壩體填筑量比下壩址多。下壩址兩岸巖石出露高程較高，巖體厚度較厚，對(duì)建筑物基礎(chǔ)有利。從大壩布置上看，下壩址有利[5-6]。

(2)從工程水文條件分析。兩壩址建庫(kù)后的有效調(diào)節(jié)庫(kù)容基本相同，但下壩址集水面積較大，對(duì)于干旱地區(qū)保證水庫(kù)蓄水引水有利。

(3)從樞紐布置分析。上壩址左岸為彎道凸岸，溢洪洞、導(dǎo)流洞、灌溉洞均布置在大壩左岸，進(jìn)出口均為基巖，相對(duì)稍有利。

(4)從施工條件分析。上壩址距離出山口較遠(yuǎn)，需建設(shè)較長(zhǎng)的公路及輸電線(xiàn)路來(lái)滿(mǎn)足施工；從水庫(kù)引水至出山口下游已建好的塔爾朗渠，管線(xiàn)較長(zhǎng)，渠系配套工程量大；河流兩岸山體凹凸，沖溝較多，對(duì)外道路交通不便；下壩址離塔爾朗渠較近，對(duì)外交通便利，有利于施工。

4.2 從經(jīng)濟(jì)方面上比較

由于上壩址最大壩高120 m，比下壩址高了近50 m，且建筑物布置及長(zhǎng)度均不占優(yōu)，所以上壩址投資較下壩址多了近2.8億元，沒(méi)有可比性。從投資上看，推薦下壩址。

4.3 從運(yùn)行管理方面比較

下壩址位于出山口附近，地勢(shì)平坦，交通方便，對(duì)今后運(yùn)行管理有利；上壩址距離出山口較遠(yuǎn)，壩址區(qū)為高寒、高海拔地區(qū)，水庫(kù)建成后，山區(qū)道路交通條件較差，運(yùn)行管理不便。

5 結(jié) 語(yǔ)

塔爾朗水庫(kù)通過(guò)對(duì)上、下壩址(上線(xiàn))比較，下壩址(上線(xiàn))在技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面及運(yùn)行管理方面均存在優(yōu)勢(shì)，故推薦下壩址(上線(xiàn))為塔爾朗水庫(kù)推薦壩址。