大石頭水庫(kù)工程壩線方案比選分析

張 龍

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師五家渠市水政監(jiān)察支隊(duì)，新疆 五家渠 831300)

1 工程概況

大石頭水庫(kù)位于北塔山牧場(chǎng)境內(nèi)，隸屬于新疆兵團(tuán)第六師。2019年，北塔山牧場(chǎng)申請(qǐng)國(guó)家水利發(fā)展專項(xiàng)資金，實(shí)施大石頭水庫(kù)工程建設(shè)，重點(diǎn)解決牧場(chǎng)草建連和庫(kù)普鎮(zhèn)人畜供水問(wèn)題以及草建連灌區(qū)、牧一連、庫(kù)普鎮(zhèn)防護(hù)林灌溉供水問(wèn)題。大石頭水庫(kù)為引水注入式平原水庫(kù)，總庫(kù)容130.9萬(wàn)m3，其中興利庫(kù)容104.4m3，壩線總長(zhǎng)1.17km，最大壩高21.9m，壩體采用砂礫石筑壩。工程主要建設(shè)內(nèi)容：大壩、庫(kù)盤防滲、進(jìn)水渠及渠系建筑物、放水涵洞、防洪堤。

大石頭水庫(kù)工程建成后，可恢復(fù)撂荒耕地339.27hm2，新增人工灌溉林場(chǎng)329.93hm2，改善2644人、30759頭牲畜供水條件，對(duì)改善項(xiàng)目區(qū)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活條件起到了重要的促進(jìn)作用，為北塔山牧場(chǎng)脫貧致富打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 壩線設(shè)計(jì)方案比選分析

2.1 壩線布置

大石頭水庫(kù)工程壩線布置原則為以南壩線為主要調(diào)整區(qū)，北壩線為局部調(diào)整區(qū)，東、西壩線受引供水高程條件限制確定為一致，具體如下。

(1)水庫(kù)壩線布置力求土方基本平衡，減少外運(yùn)筑壩料，降低工程投資。

(2)庫(kù)址區(qū)東、西向受引供水高程限制，壩線東、西可選擇范圍不大。北側(cè)受鄉(xiāng)道291、草建連灌區(qū)分部及已建的大石頭水庫(kù)位置等影響，可選擇范圍不大，但具有一定的變動(dòng)范圍。庫(kù)區(qū)南側(cè)無(wú)限制性條件，為壩線主要選擇區(qū)。

(3)基于庫(kù)區(qū)東側(cè)與其他三面壩體連成整體的環(huán)庫(kù)管理道路需求，上游側(cè)坡面洪水的攔擋要求、東側(cè)區(qū)庫(kù)盤防滲系統(tǒng)與原始地面之間銜接保護(hù)問(wèn)題，采用四面圍壩方案。

(4)在土方基本平衡的前提下，庫(kù)盤面積越大，壩體高度越小，對(duì)水庫(kù)工程投資兩者起聯(lián)動(dòng)關(guān)系，因此需通過(guò)比選確定不同的壩線對(duì)應(yīng)的庫(kù)盤方案。

水庫(kù)壩線布置特性指標(biāo)參數(shù)詳見表1。

表1 壩線布置方案特性指標(biāo)

2.2 壩線方案特點(diǎn)分析

2.2.1大庫(kù)盤方案

水庫(kù)壩體采用三面圍壩形式，壩線呈U形布置，壩線長(zhǎng)度1061.82m，庫(kù)盤防滲面積15.13萬(wàn)m2，壩頂高程1756.7m，正常蓄水位1754.9m，死水位1744.0m，經(jīng)過(guò)挖填平衡整理過(guò)的庫(kù)盤最陡坡度為1/11。特點(diǎn)分析如下。

(1)水資源利用。水庫(kù)水面面積最大，水面蒸發(fā)損耗最大。

(2)最大壩高16.7m，對(duì)庫(kù)盤防滲膜安全性最優(yōu)。

(3)庫(kù)盤防滲膜保護(hù)。低水位運(yùn)行時(shí)約有60%庫(kù)盤在水面以上，致使上游區(qū)膜上土受風(fēng)浪淘刷而引起膜上水土流失，對(duì)膜的保護(hù)作用減少，且防滲膜易老化，保護(hù)效果一般。

(4)工程施工。施工進(jìn)度按照各工序控制進(jìn)行。

①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復(fù)合土工膜→上游護(hù)坡混凝土；均為常規(guī)的土方工程及砼工程，各方案之間無(wú)明顯差異。②庫(kù)盤防滲：庫(kù)盤開挖→土工膜鋪設(shè)→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫(kù)盤最大，工程占地最大，對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行清理、掩埋最多，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

(6)壩基較穩(wěn)定。

(7)工程投資。壩體工程投資3202.6萬(wàn)元，投資較大。

2.2.2中庫(kù)盤方案

水庫(kù)壩體采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩線長(zhǎng)度1409.21m，庫(kù)盤防滲面積9.39萬(wàn)m2，壩頂高程1759.3m，正常蓄水位1757.5m，死水位1744.0m，經(jīng)過(guò)挖填平衡整理過(guò)的庫(kù)盤坡度為1/24。特點(diǎn)分析如下。

(1)水資源利用。水庫(kù)水面面積較大，水面蒸發(fā)損耗較大。

(2)最大壩高19.0m，對(duì)庫(kù)盤防滲膜安全性較優(yōu)。

(3)庫(kù)盤防滲膜保護(hù)。低水位運(yùn)行時(shí)約有50%庫(kù)盤在水面以上，致使上游區(qū)膜上土受風(fēng)浪淘刷而引起膜上水土流失，對(duì)膜的保護(hù)作用減少，且防滲膜易老化，保護(hù)效果一般。

(4)工程施工。施工進(jìn)度按照各工序控制進(jìn)行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復(fù)合土工膜→上游護(hù)坡混凝土；均為常規(guī)的土方工程及砼工程，各方案之間無(wú)明顯差異。②庫(kù)盤防滲：庫(kù)盤開挖→土工膜鋪設(shè)→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫(kù)盤較大，工程占地較大，對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行清理、掩埋較多，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

(6)壩基較穩(wěn)定。

(7)工程投資。壩體工程投資2883.81萬(wàn)元，投資較少。

2.2.3小庫(kù)盤方案

水庫(kù)壩體采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩線長(zhǎng)度1165.64m，庫(kù)盤防滲面積4.64萬(wàn)m2，壩頂高程1761.9m，正常蓄水位1760.0m，死水位1745.7m，經(jīng)過(guò)挖填平衡整理過(guò)的庫(kù)盤坡度為1/2000。特點(diǎn)分析如下。

(1)水資源利用。水庫(kù)水面面積最小，水面蒸發(fā)損耗最小。

(2)最大壩高21.9m，對(duì)庫(kù)盤防滲膜安全性一般。

(3)庫(kù)盤防滲膜保護(hù)。低水位運(yùn)行時(shí)庫(kù)盤全在水面以下，不會(huì)產(chǎn)生上游區(qū)膜上土受風(fēng)浪淘刷而引起膜上水土流失現(xiàn)象，對(duì)膜的保護(hù)作用最優(yōu)。

(4)工程施工。施工進(jìn)度按照各工序控制進(jìn)行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復(fù)合土工膜→上游護(hù)坡混凝土；均為常規(guī)的土方工程及砼工程，各方案之間無(wú)明顯差異。②庫(kù)盤防滲：庫(kù)盤開挖→土工膜鋪設(shè)→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫(kù)盤最小，工程占地最少，對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行清理、掩埋較少，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

(6)壩基較穩(wěn)定。

(7)工程投資。壩體工程投資2883.33萬(wàn)元，投資較少。

2.2.4小庫(kù)盤+10m連接平臺(tái)方案

水庫(kù)壩體采用采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩體外坡增加10m連接平臺(tái)，壩線長(zhǎng)度1226.79m，庫(kù)盤防滲面積8.79萬(wàn)m2，壩頂高程1760.0m，正常蓄水位1758.1m，死水位1745.7m，經(jīng)過(guò)挖填平衡整理過(guò)的庫(kù)盤坡度為1/45.56。特點(diǎn)分析如下。

(1)水資源利用。水庫(kù)水面面積較大，水面蒸發(fā)損耗較大。

(2)最大壩高20.0m，對(duì)庫(kù)盤防滲膜安全性一般。

(3)庫(kù)盤防滲膜保護(hù)。低水位運(yùn)行時(shí)約有40%庫(kù)盤在水面以上，致使上游區(qū)膜上土受風(fēng)浪淘刷而引起膜上水土流失，對(duì)膜的保護(hù)作用減少，且防滲膜易老化，保護(hù)效果一般。

(4)工程施工。施工進(jìn)度按照各工序控制進(jìn)行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復(fù)合土工膜→上游護(hù)坡混凝土；均為常規(guī)的土方工程及砼工程，各方案之間無(wú)明顯差異。②庫(kù)盤防滲：庫(kù)盤開挖→土工膜鋪設(shè)→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫(kù)盤較大，工程占地較大，對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行清理、掩埋較多，不利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

(6)壩基最穩(wěn)定。

(7)工程投資。壩體工程投資3102.24萬(wàn)元，投資較大。

2.3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大庫(kù)盤方案、中庫(kù)盤方案、小庫(kù)盤方案和小庫(kù)盤+10m連接平臺(tái)方案進(jìn)行對(duì)比，從水資源利用、最大壩高、庫(kù)盤防滲膜保護(hù)、工程施工、工程占地、壩基穩(wěn)定性、工程投資方面分析、比較，分析成果詳見表2。

表2 壩線方案分析成果

綜合上述分析成果，小庫(kù)盤方案最優(yōu)，中庫(kù)盤方案和小庫(kù)盤+10m連接平臺(tái)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不存在制約性條件限制，大庫(kù)盤方案最差，最終確定大石頭水庫(kù)工程壩線設(shè)計(jì)采用小庫(kù)盤方案。

3 結(jié)語(yǔ)

北塔山牧場(chǎng)水利基礎(chǔ)條件薄弱，在大石頭水庫(kù)工程項(xiàng)目實(shí)施中，通過(guò)優(yōu)化水庫(kù)壩線設(shè)計(jì)方案，提升了工程質(zhì)量，降低了投資，便于實(shí)施管理，進(jìn)而改善了牧場(chǎng)人畜供水和護(hù)林灌溉條件，對(duì)改善牧場(chǎng)職工群眾生活水平具有重要意義。項(xiàng)目建設(shè)中對(duì)大庫(kù)盤、中庫(kù)盤、小庫(kù)盤、小庫(kù)盤+10m連接平臺(tái)壩線方案進(jìn)行比選、分析，是基于水庫(kù)為小(Ⅰ)型平原注入式水庫(kù)，庫(kù)容較小，壩高較低，且現(xiàn)有庫(kù)盤位置比較優(yōu)越的情況下進(jìn)行的，非上述情況的水庫(kù)壩線方案選擇還需結(jié)合實(shí)際重新論證、分析，最終才能確定最佳壩線設(shè)計(jì)方案形式。