水利樞紐壩址選擇和水工建筑物布置

胡　雪，孫光禮

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

1　壩址選擇和水工建筑物布置

對于不同的水利樞紐項目而言，大多對壩址河段航運要求高，針對整個樞紐的壩址選擇以及方案布置等，都需要予以重點考慮[1-2]。壩址選擇及水工建筑物布置，都會直接影響到后續(xù)施工建設，并會對后續(xù)的樞紐實際應用效果產(chǎn)生重大且深遠的影響[3-4]。

余慶兩岔河水庫為《水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《貴州省水利十三五規(guī)劃》中規(guī)劃的中型水庫，水庫主要功能是鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水和灌溉，可有效解決松煙鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村生活、生產(chǎn)發(fā)展用水問題。水庫總庫容1363萬m3，興利庫容879萬m3，年供水量1068萬m3。工程建成后，在下放環(huán)境水量的前提下，鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水量為550.5萬m3/a，農(nóng)村生活供水量52萬m3/a，灌溉供水量為334萬m3/a，總供水量936.5萬m3/a。工程建設內(nèi)容包括水源樞紐工程、供水工程和灌區(qū)工程。其中水源工程包括混凝土面板壩、右岸開敞式設閘溢洪道，左岸取水放空系統(tǒng)(導流洞結(jié)合)、壩后永久上壩公路等；供水工程包括一、二級提水泵站、提水管道、高位水池及供水輸水管道等。灌區(qū)工程包括輸水干管、支管及水池等。

2　案例分析

2.1　工程案例概況

余慶縣是貴州省遵義市下轄區(qū)，位于遵義市東南角，地理位置處于107°25′～108°2′，北緯27°8′～27°41′ 之間，是遵義、銅仁、黔南、黔東南四地州市結(jié)合部，東與石阡縣接壤，南接黃平縣，東南連施秉縣，西南臨甕安縣，西北界湄潭縣，東北與鳳岡縣毗鄰 。余慶縣兩岔河水庫位于余慶縣關(guān)興鎮(zhèn)沙堆村，兩岔河水庫距離關(guān)興鎮(zhèn)約7 km，距離松煙鎮(zhèn)約11 km。兩岔河水庫所在河流為烏江左岸一級支流覺林河，覺林河發(fā)源于湄潭縣麻壩，源頭高程約為930 m。流經(jīng)縣內(nèi)二龍、覺林、友禮、沙堆，在沙堆鄉(xiāng)馬躍水處流入鳳崗縣境內(nèi)，于坪頭溪注入烏江，河口海拔高程395 m，流域面積486 km2。兩岔河水庫壩址位于上游河段，壩址以上流域集水面積52.5 km2。覺林河上游已建有李家寨水庫，為小(1)型水庫，總庫容926萬m3，設計灌面873.33萬m2。

2.2　壩址及壩線選擇

2.2.1壩址選擇

壩址河段轉(zhuǎn)彎曲程度、河床地形高低、河槽平面寬窄和直線河段長短、河岸自然邊坡陡緩等河道空間形態(tài)與尺度等地形因素，對河水主流態(tài)勢、樞紐布置、施工組織設計、交通等有重大影響。針對該項目的實際情況，兩岔河水庫工程主要任務是鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村生活供水和灌溉。水庫規(guī)模采用“供需結(jié)合”原則確定，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較確定水庫規(guī)模。根據(jù)初步擬定的上、下壩址的地形地質(zhì)條件，選擇適宜的具有代表性的方案，結(jié)合水文、地形地質(zhì)條件、樞紐布置、移民安置、施工條件、運行管理、工程效益及工程總投資等對上、下壩址進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇推薦壩址。

2.2.2壩線比選

經(jīng)對兩岔河水庫規(guī)劃建壩河段及受水區(qū)域等進行現(xiàn)場綜合踏勘，結(jié)合水文條件、地形地質(zhì)條件、水庫淹沒、樞紐布置條件及施工條件等因素后，在所選建壩河段初擬兩個壩址。上、下壩址相距約600 m，兩壩址位置的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)條件基本一致，屬于同一水文地質(zhì)單元。下壩址位于覺林河沙堆村三岔河以上0.5 km處。該工程共3個河段，根據(jù)對3個河段進行比較發(fā)現(xiàn)，河段①在保證興利庫容的條件下，將淹沒余家寨及白楊壩，淹沒損失較大。河段③地質(zhì)條件惡劣，且右岸將淹沒支流三岔河及沙堆村，淹沒投資巨大，不能滿足建壩要求。故本階段推薦河段②，與規(guī)劃階段一致。兩岔河水庫規(guī)劃建壩河段位置示意圖如圖1所示。

圖1　兩岔河水庫規(guī)劃建壩河段位置示意圖

2.2.3壩型比選

按本工程選定的壩址，根據(jù)其地形、地質(zhì)和建筑材料等條件，不適合建剛性壩，適合修建當?shù)夭牧蠅危竟こ虊胃咴?0 m左右，屬于中壩，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，壩址附近不具備儲量和質(zhì)量較好的壩體土料場，因此結(jié)合當?shù)亓显闆r，僅考慮采用面板堆石壩。

2.2.4工程總布置

兩岔河水庫工程由水源樞紐工程、供水工程、灌區(qū)工程三部分組成。其中水源樞紐工程包括混凝土面板堆石壩、右岸開敞式設閘溢洪道、左岸取水放空系統(tǒng)(導流洞改建)、壩后永久上壩公路等；供水工程包括一級提水泵站、二級提水泵站、提水管道、高位水池及供水輸水管道等，輸水管道總長13 km；灌區(qū)工程包括灌區(qū)灌溉支干管、支管及水池等，灌溉支干管長10 km，各支管總長5.0 km。

2.3　水工建筑物型式及布置

2.3.1樞紐建筑物

大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂長140.05 m，壩頂寬6.00 m。防浪墻頂高程855.50 m，壩頂高程854.30 m，河床建基面開挖高程806.00 m，最大壩高48.30 m。根據(jù)地形地質(zhì)條件，溢洪道布置于右壩肩，為有閘控制的開敞式溢洪道，堰頂高程846.00 m，溢流前沿凈寬12.50 m，后面逐步收縮至10.00 m，泄槽最大單寬流量為43.60 m3/(s·m)。溢流堰型式采用WES實用堰，溢流堰上游進水口底板高程840.00 m，下游堰底高程840.30 m，后接緩坡側(cè)槽段，側(cè)槽縱向坡度為1∶20，側(cè)槽末端設20.00 m長的平坡段，末端設一消能尾坎，坎高0.50 m，后為陡坡泄槽段，泄槽底坡1∶1.4，泄槽邊墻高度4.00 m；消能方式采用挑流消能，挑距60.00 m，沖坑深度15.80 m。

根據(jù)工程特點，導流、取水、放空采用“合三為一”的布置方案，設置于岸。取水口采用龍?zhí)ь^方式與導流洞結(jié)合，取水口閘門井尺寸7.0 m×6.0 m，頂部高程855.50 m(防浪墻高程)。取水口閘門井依次設置攔污柵、事故檢修閘門；閘門后下彎接入導流洞，后設堵頭，鋼管伸入堵頭取水，堵頭后采用洞內(nèi)鋪管輸水，鋼管管徑1.4 m，隧洞出口閘閥室設出口放空管(DN1400)、一級泵站取水管(DN900)及生態(tài)放水管(DN500)組成，取水放空隧洞總長279.39 m。

2.3.2供水建筑物

兩岔河水庫供水總量936.5萬m3/a，鋼管從取水放空隧洞閘閥室出口取水，通過輸水管自流方式，將水輸送到一級泵站，管道平面長70 m，一級泵站提水管平面長750 m，提水70 m輸送至一級高位水池(設計水位900 m)，然后通過關(guān)興干管和松什總管輸水，松什總管自流輸水，分出松煙干管和什字灌溉干管，分別用于松煙鎮(zhèn)、松煙返鄉(xiāng)農(nóng)名創(chuàng)業(yè)園、松煙種豬養(yǎng)殖場和灌區(qū)灌溉；關(guān)興干管自流輸水，沿途布置灌溉支管，末端設置二級泵站提水至關(guān)興水池，二級泵站提水管平面長1.13 m，提水70 m輸送至關(guān)興水池。供水管線采用球墨鑄鐵管和PE管，松什干管管徑800 mm，松煙干管管徑600 mm，關(guān)興干管管徑500 mm、355 mm及200 mm，單管鋪設，輸水線路總長13 km。

2.3.3灌區(qū)建筑物

灌區(qū)總供水量為334萬m3/a，設計流量0.311～0.048 m3/s，由于灌區(qū)流量較小，結(jié)合灌區(qū)地形條件，考慮到輸水的靈活性，經(jīng)分析研究決定采用供水和灌溉結(jié)合輸水方式。灌溉管道長16.3 km，管徑為0.28～0.6 m。

2.3.4邊坡工程

水源樞紐工程中的邊坡工程主要包括大壩開挖邊坡。供水工程中的邊坡工程主要是提水泵站開挖邊坡、高位水池開挖邊坡及管槽開挖時的臨時邊坡工程。灌區(qū)工程中的邊坡工程主要是管槽開挖時的臨時邊坡工程。經(jīng)邊坡穩(wěn)定分析，邊坡開挖支護后均無穩(wěn)定問題[5-6]。

3　總　結(jié)

水利樞紐工程大多在地形環(huán)境較復雜的丘陵山區(qū)通航河流河谷段尋選壩址，壩址河道空間形態(tài)和不利地形條件等環(huán)境因素及其限制，可能給樞紐工程及水工建筑物布置等設計增加難度。針對本次案例項目進行分析，參照一定的比選原則，最終明確了相應的壩址選擇方案以及水工建筑物布置情況。