楊建波

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430223)

深溝水庫上下壩址的比選分析

楊建波

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430223)

水庫壩址選擇的合理性對(duì)工程投資、移民搬遷等影響巨大，是決定工程經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益的重要指標(biāo).通過對(duì)壩址進(jìn)行多角度的比選，能夠確定出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的壩址.以深溝水庫上下壩址為例，通過介紹壩址比選的方法，以工程實(shí)例從壩址地形地質(zhì)、工程布置、環(huán)境因素、移民淹沒、庫容、建筑材料及施工條件等多個(gè)方面進(jìn)行壩址比選分析，最終提出上壩址為推薦壩址.

水庫；地形地質(zhì)條件；工程布置；壩址比選

水利工程建設(shè)規(guī)模宏大，效益顯著，但涉及的因素較多，一旦失事后果嚴(yán)重，因此水利工程建設(shè)必須嚴(yán)格遵守基本建設(shè)程序和規(guī)程規(guī)范[1].樞紐布置是水利水電樞紐設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，如大壩、泄水建筑物、引水建筑物、發(fā)電廠房系統(tǒng)等建筑物相互間位置的優(yōu)化選擇，是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.它受地質(zhì)、地形、水文、水工、施工等多方面因素的制約，最終要求滿足運(yùn)行安全、方便、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)等條件[2].在前期可研設(shè)計(jì)過程中，首要問題是選擇壩址.壩址的選擇是新建水庫工程設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到工程的安全、工程量、工程造價(jià).通過壩址多方面的比選，能夠確定出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的壩址[3].

1 工程概況

深溝水庫地處湖北省黃岡市紅安縣杏花鄉(xiāng)陡岸村，水庫屬長(zhǎng)江流域倒水河左岸一級(jí)支流下店河右岸一級(jí)支流深溝河上.庫區(qū)距離紅安縣城13 km，縣城距湖北省會(huì)武漢100 km，交通條件較好.

該水庫是以農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村生活用水和城區(qū)應(yīng)急備用水源供水為主要任務(wù)的綜合性水利工程.規(guī)劃總庫容644.7萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積4.67 km2，興利庫容404.5 m3.大壩為面板堆石壩，全長(zhǎng)285.0 m.

2 工程選址

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，結(jié)合深溝水庫工程所在河段的地形地貌、匯水面積、淹沒移民等，工程壩址有3處可供選擇，分別為細(xì)凹村上游約200 m河段、細(xì)凹村下游約600 m河段和惡狗子灣村下游約300 m的河段.惡狗子灣村下游約300 m的河段出口下游地形漸變開闊，是本工程主要灌區(qū)及村寨集中分布區(qū).若在惡狗子灣村下游300 m河段選擇壩址，惡狗子灣村、皂角樹灣村兩個(gè)村子均需搬遷，庫區(qū)搬遷人口520人，淹沒征地面積達(dá)0.791 km2，庫區(qū)淹沒耕地與移民搬遷費(fèi)用將大大增加；同時(shí)水庫在相同正常蓄水位下興利庫容將減少，影響水庫的效益.因此，本階段在惡狗子灣村以上至上游陡岸村以下之間約1 000 m的河段選擇壩址.

根據(jù)選取河段地形地質(zhì)條件，本階段在惡狗子灣村至上游陡岸村之間約1 000 m的河段內(nèi)選擇了上、下兩個(gè)壩址作方案比選，兩壩址相距約800 m.壩址區(qū)為山區(qū)丘陵地貌，壩址為兩岸不對(duì)稱的“U”形河谷，河谷切割深度234～420 m，谷底地形平緩，發(fā)育河流一級(jí)階地，左岸山頂高程106 m，右岸山頂高程約135 m.上壩址擬定在細(xì)凹村上游約200.0 m處，下壩址擬定上壩址下游約800.0 m處，兩壩址位置圖(見圖1).

圖1 壩址示意圖

3 工程地質(zhì)條件

3.1 水庫區(qū)地質(zhì)

3.1.1 地形地貌

水庫區(qū)為緩坡低山河谷地形地貌，兩岸山體坡度多以20°～35°為主，局部40°～50°，兩岸山體地表分水嶺150～300 m不等，山體切割較弱，右岸分水嶺最高點(diǎn)黃金砦，海拔345 m，左岸分水嶺最高點(diǎn)西邊長(zhǎng)山，海拔434.5 m；庫區(qū)河道蜿蜒曲折，流向呈多個(gè)不規(guī)則“S”型，總體流向?yàn)镾W199°，河谷開闊，一般50～200 m之間，但河水較小，水面寬2～5 m之間，水面呈溪流狀，水深0.2～0.5 m.庫區(qū)河流平均比降25.7‰，水流平緩.河谷兩岸分布有小規(guī)模沖洪積漫灘和階地，現(xiàn)多為稻田，高出河面1～3 m不等，庫區(qū)河谷為不對(duì)稱的寬口“V”型河谷.

3.1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)出露的地層巖性較為單一，僅出露元古界紅安群天臺(tái)山組下段(Ptt1)及第四系覆蓋層.殘、坡積層(Qel+dl)庫岸緩坡臺(tái)地及山脊平緩地帶零星分布，為棕褐黃色含碎石粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉質(zhì)粘土等，厚度一般1～5 m.

3.1.3 水文地質(zhì)條件

庫區(qū)內(nèi)出露巖性為元古界紅安群天臺(tái)山組下段(Ptt1)片麻巖，該巖性全～強(qiáng)風(fēng)化層為裂隙水含水層，節(jié)理、裂隙發(fā)育，裂隙半張開狀，裂隙中普遍賦存裂隙水.地下逕流模數(shù)1.05～4.89 L/(s·km2),富水性弱～中等，透水性弱～中等.工程區(qū)內(nèi)地層巖性為元古界紅安群天臺(tái)山組下段(Ptt1)片麻巖，弱風(fēng)化～新鮮巖層裂隙不發(fā)育或閉合，滲透指標(biāo)在弱透水～微透水范圍內(nèi)，可視為相對(duì)隔水層.

3.2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.2.1 地形地貌

上壩址位于陡岸村六組上游約300 m位置，該段河流呈“S”狀，整體流向SE131°，河谷基本形態(tài)左凸右凹，呈寬谷形態(tài)，河谷寬度130～180 m，河谷種植有水稻；該河床高程70～73 m，河面寬5～10 m，水深0.3～0.6 m.兩岸山體植被茂盛，主要為林地，左岸山體平緩，山坡坡度10°～20°之間；右岸山體下陡上緩，山坡坡度25°～40°之間.

下壩址位于惡狗子灣上游約350 m位置，該段河谷順直，河道呈“S”型，河流方向近南北方向，河谷基本形態(tài)呈寬口的“U”字型河谷，河谷寬度180～230 m，河谷種植有稻田；該河床高程65～67 m，河面寬15～20 m，水深0.3～0.5 m.兩岸山體植被茂盛，主要為林地，山坡坡度35°～60°之間.

3.2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

兩壩址的地質(zhì)巖性基本相同，壩址區(qū)出露的地層巖性較為單一，河谷多為沖洪積層覆蓋，兩岸山坡多基巖出露，局部有殘坡積覆蓋層，巖性為元古界紅安群天臺(tái)山組下段(Ptt1)巖層.

上壩址區(qū)位于游仙山背斜近核部西南側(cè)，巖性為紅安群天臺(tái)山組下段片麻巖，區(qū)內(nèi)片麻巖主結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀182°∠47°，傾向下游右岸與河道斜交，無區(qū)域性深大斷裂通過，裂隙較發(fā)育，據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)測(cè)繪，壩址區(qū)除主結(jié)構(gòu)面外，主要發(fā)育裂隙三組陡傾角裂隙.

下壩址區(qū)位于游仙山背斜近核部西南側(cè)，巖性為天臺(tái)山組下段片麻巖，片麻巖的主結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀178°∠48°，傾向下游右岸，與河道斜交.壩址區(qū)河谷有區(qū)域性斷層F1穿過，該斷層整體走向?yàn)楸睎|向，沿深溝河谷穿過下壩址河床，在下壩址上游向左岸山體延伸，并逐漸尖滅.根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，推測(cè)該斷層為平移斷層，斷層產(chǎn)狀為130°∠80°～85°，受斷層影響，斷層兩側(cè)形成斷層擠壓破碎帶，巖體裂隙發(fā)育，下壩址XZK2、XZK10鉆孔均有揭露，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況鉆孔取芯多為碎塊狀或砂狀.受斷層影響局部發(fā)育有小褶曲，但規(guī)模均較小.據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)測(cè)繪，壩址區(qū)主要發(fā)育裂隙四陡傾角裂隙，閉合狀陡傾角發(fā)育.

3.2.3 水文地質(zhì)條件

兩壩址水文地質(zhì)條件基本相同.地下水主要為大氣降水補(bǔ)給，通過兩岸巖土體的孔隙、裂隙等通道徑流，向河谷排泄.壩址區(qū)存在兩種地下水類型：第四系(Q)松散層孔隙水和基巖裂隙水.

第四系(Q)地層結(jié)構(gòu)稍密—松散，為孔隙含水透水層.其中河床表層主要組成物質(zhì)為砂礫石層，結(jié)構(gòu)松散—稍密，為強(qiáng)—中等透水層，厚度為2～7 m不等.壩址兩岸岸坡分布的殘坡積組成物質(zhì)為含礫粉質(zhì)粘土等，組成稍密—松散狀，屬中等透水層，厚度0.5～2.0 m.基巖裂隙水發(fā)育于天臺(tái)山組下段(Ptt1)白云鈉長(zhǎng)片麻巖中，含(透)水層為全、強(qiáng)風(fēng)化巖體及弱風(fēng)化上部巖體，節(jié)理裂隙較發(fā)育.

相對(duì)隔水層主要地層為弱—微風(fēng)化的巖體.本工程根據(jù)設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)(q<5 Lu)作為相對(duì)隔水層，左岸相對(duì)隔水層平均埋深25～30 m，右岸15～25 m，河床部位15～30 m.

4 壩址比選

經(jīng)對(duì)兩壩址地形地質(zhì)條件和地層巖性的初步分析，壩址區(qū)為山區(qū)丘陵地貌，壩址為兩岸不對(duì)稱的“U”形河谷，谷底地形平緩，發(fā)育河流一級(jí)階地，上、下壩址地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等方面大體相似.本階段擋水建筑物采用混凝土面板堆石壩作為代表壩型.壩址及壩軸線應(yīng)因地制宜，宜采用直線[4].工程總體布置時(shí)，要密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，充分利用地形、地質(zhì)、水文等自然條件，要統(tǒng)一考慮，全面安排，經(jīng)方案比較后，從中選出既合理又經(jīng)濟(jì)的樞紐布置和壩址[5].上、下壩址樞紐建筑物布置均由大壩、溢洪道、輸水隧洞(兼導(dǎo)流)、灌溉干支管道、城市應(yīng)急供水管道和人畜飲水管組成.

4.1 上壩址布置方案

水庫正常蓄水位91.0 m，死水位78.80 m，設(shè)計(jì)洪水位93.36 m，校核洪水位94.39 m.水庫總庫容644.7萬m3，其中死庫容43.9萬m3，興利庫容404.5萬m3.混凝土面板堆石壩壩頂高程94.50 m，防浪墻頂高程95.70 m，壩軸線長(zhǎng)285.0 m，頂寬6.0 m，最大壩高28.4 m，最大壩底寬度96.8 m.混凝土面板堆石壩上下游壩坡均采用1 ∶1.4.上游面設(shè)C25鋼筋混凝土防滲面板，厚0.4 m.左岸趾板與鋼筋混凝土趾墻連接，右岸趾板與岸坡連接，做好止水連接.河床及兩岸趾板均坐落在弱風(fēng)化基巖上，趾板以外壩體與兩岸的連接按規(guī)范要求削坡[6].

上壩址溢洪道位于大壩左岸埡口，軸線呈直線布置.由進(jìn)水渠段、控制段、泄槽段、消力池、海漫及防沖槽組成[7]，全長(zhǎng)286.88 m.進(jìn)水渠段長(zhǎng)40.88 m，控制段長(zhǎng)20 m，堰型為寬頂堰，堰頂高程91.00 m，堰寬14 m,泄槽段長(zhǎng)150 m，消力池(長(zhǎng)×寬)30 m×8 m，池深3.0 m.海漫長(zhǎng)36.00 m，起始端寬度8 m，末端寬度12 m，海漫后接防沖槽，防沖槽長(zhǎng)10.0 m，拋石平均粒徑60 cm，后接深溝河現(xiàn)狀河道.上壩址取水建筑物位于大壩左壩肩，由進(jìn)水渠、取水口、輸水兼導(dǎo)流隧洞、輸水兼導(dǎo)流明渠段、拋石段等組成，全長(zhǎng)377.00 m.取水口位于大壩左岸山體，輸水兼導(dǎo)流隧洞大體沿南北走向布置.

灌溉取水管進(jìn)口中心高程71.05 m，灌溉用水、城市應(yīng)急供水及人畜取水管接輸水隧洞出口套管.灌溉主管與隧洞套管用DN900控制閥連接.輸水主管道沿深溝河河道右岸布置，將水引到灌區(qū)及自來水廠.灌溉主管道沿河道右岸順河而下，沿著細(xì)凹、惡狗子灣、百羅村，在百羅村出向東轉(zhuǎn)至龔家畈、獅子村、油榨河.城市應(yīng)急供水和農(nóng)村人畜飲水管共用一條管線，在百羅村從輸水主管處分支引向自來水廠.上壩址樞紐布置(見圖2).

圖2 上壩址樞紐布置圖

4.2 下壩址布置方案

圖3為下壩址樞紐布置圖.水庫正常蓄水位84.0 m，死水位74.0 m，設(shè)計(jì)洪水位86.20 m，校核洪水位87.11 m.水庫總庫容651.7萬m3，其中死庫容76.5萬m3，興利庫容375.4萬m3.擋水建筑物采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程87.90 m，防浪墻頂高程89.10 m，壩軸線長(zhǎng)304 m，頂寬6.0 m，最大壩高28.90 m，最大壩底寬度85.9 m.混凝土面板堆石壩上游壩坡采用1 ∶1.4，下游坡度為1 ∶1.4.上游面設(shè)鋼筋混凝土防滲面板，厚0.4 m，面板垂直縫間距：受拉區(qū)為6 m，受壓區(qū)為12 m.下游壩坡采用0.3 m厚的干砌石護(hù)坡.壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為上游蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層、過渡層，砂礫料、排水區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石料區(qū).河床壩段采用水平趾板型式岸坡段采用貼坡趾板型式，趾板寬度為4 m，厚度為0.5 m，趾板均坐落在強(qiáng)風(fēng)化基巖中下部.周邊縫設(shè)置底、頂兩道止水，張性板間縫設(shè)置底、頂兩道止水，壓性板間縫設(shè)置一道底止水，面板和防浪墻間的水平縫設(shè)置底、頂兩道止水.周邊縫采用瀝青杉木板作為填縫材料.

圖3 下壩址樞紐布置圖

下壩址溢洪道布置于大壩右岸埡口，由進(jìn)水渠段、控制段、泄槽段、消力池、尾水渠段組成[7]，全長(zhǎng)895.5 m.進(jìn)水渠段長(zhǎng)60.78 m，控制段長(zhǎng)20 m，堰型為寬頂堰，堰頂高程84.00 m，堰寬14 m.溢洪道泄槽段長(zhǎng)93 m.消力池長(zhǎng)17 m，寬為8 m，底板高程80.90 m，池深1.0 m.尾水渠長(zhǎng)704.70 m，尾水流入深溝河河道.下壩址取水建筑物位于大壩右壩肩高程131 m的山體內(nèi)，由進(jìn)水渠、取水口、輸水兼導(dǎo)流隧洞、消力池段、海漫段等組成，全長(zhǎng)383.00 m.取水口位于大壩左岸山體，輸水兼導(dǎo)流隧洞走向東北至西南向.灌溉用水、城市應(yīng)急供水及人畜取水管接輸水隧洞出口套管.灌溉主管與隧洞套管用DN900控制閥連接.灌溉主管道沿深溝河河道右岸布置，將水引到灌區(qū)及應(yīng)急備用自來水廠.

上、下壩址相距近800 m，下壩址引水管線長(zhǎng)度比上壩址短約1 000 m，二者引水管線布置在下壩址以下均相同.城市應(yīng)急供水和農(nóng)村人畜飲水管共用一條管線，在百羅村從輸水主管處分支引向自來水廠.

4.3 壩址比選

根據(jù)本階段的勘察資料，從地形地貌、工程水文地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件、總體布置、淹沒移民、工程量投資等方面對(duì)兩個(gè)擬選壩址進(jìn)行分析、對(duì)比、研究[8](見表1).

表1 上、下壩址綜合比較表

5 結(jié) 論

在水庫工程的前期可研設(shè)計(jì)階段，經(jīng)常涉及到壩址比選問題，因此對(duì)前期工作的投入要足夠的重視，對(duì)各種壩址從地形地貌、地質(zhì)條件、工程布置、施工、庫容、移民淹沒、效益等，并結(jié)合水庫的開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而選出安全、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的壩址，較好地發(fā)揮出工程效益，達(dá)到“興水利”的最終目標(biāo),真正做到方案的優(yōu)化設(shè)計(jì).

通過上、下壩址綜合比較可知，兩壩址在壩型相同的情況下，壩高相差不大.下壩址壩軸線較長(zhǎng)，壩體附屬建筑物溢洪道和輸水洞(兼導(dǎo)流)長(zhǎng)度均大于上壩址，而且供水規(guī)模也小于上壩址.兩壩址樞紐投資相差2 229.29萬元.通過對(duì)深溝水庫上下壩址的建壩條件、樞紐布置、淹沒移民、投資等方面的綜合比較和分析，最終確認(rèn)上壩址為推薦壩址.

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[2] 郭誠(chéng)謙，陳慧遠(yuǎn).土石壩[M].北京：水利電力出版社,1992.

[3] 田 聰.龍洞水庫上下壩址比選分析[J].低碳技術(shù),2016(9)：138-139.

[4] 中華人民共和國(guó)水利部.SL274—2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[5] 遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院.中小型水庫設(shè)計(jì)參考資料(中)[R].沈陽：遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,1975.

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[7] 中華人民共和國(guó)水利部.SL253—2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社,2000.

[8] 劉 媛.李家梁水庫壩址選擇分析[J].四川水力發(fā)電,2015,34(6):27-29.

Comparison and Analysis on Upper and Lower Dam Site of Shengou Reservoir

YANG Jian-bo

(Survey and Design Institute of Gezhouba Group Co., Ltd., China, Wuhan 430223, China)

The rationality of dam site selection has a great influence on the investment of the project and the relocation of immigration, as an important indicator of engineering economy and social benefit. Through the multi-angle selection of damsite, the economic and feasible dam site is determined. In this paper, the method of selecting and comparing on dam site is introduced, based on the engineering examples of Shengou Reservoir from the aspects of topographic and geological conditions, engineering layout, environmental factors, storage capacity, constructing materials and other relevant conditions. Finally, upper dam site is proposed.

reservoir; topographic and geological condition; engineering layout; dam site selection

2016-10-19

楊建波(1979-)，男，陜西咸陽人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作.

TV641

A

1008-536X(2017)04-0036-06