李浩亮
(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)
西塬湖水庫工程選址與規(guī)模設(shè)計(jì)
李浩亮
(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)
西塬湖水庫位于運(yùn)城市西南20km處的鹽湖區(qū)解州鎮(zhèn),工程由大壩、分洪工程、排水工程組成。通過對(duì)工程布置、選址與規(guī)模選擇的分析,表明工程建成后將提高經(jīng)過西塬湖水庫東部的南同蒲鐵路安全等級(jí),同時(shí)可改善該區(qū)的生態(tài)環(huán)境和生態(tài)效益。
西塬湖水庫;分洪工程;排水工程;生態(tài)壞境;生態(tài)效益
西塬湖水庫位于運(yùn)城市西南20km處的鹽湖區(qū)解州鎮(zhèn)西北部,屬涑水河流域,庫區(qū)硝池灘是運(yùn)城市鹽池西部防汛的重要設(shè)施之一,其東側(cè)緊鄰北門灘,南側(cè)為南同蒲鐵路。北門灘緊靠解州城北,南同蒲鐵路穿過該灘(路基高程335.685m),解州火車站建于北門灘中部。
工程由大壩、常硝渠調(diào)節(jié)閘退水閘、北門灘連通閘、北門灘分洪閘及分洪渠、排水泵站及排水渠組成。為應(yīng)急加固改造工程,現(xiàn)有工程布置基本合理。
2.1 大壩
大壩布置在硝池灘東南側(cè),南鄰南同蒲鐵路,東鄰北門灘,大壩為土石壩,全長2.68km,最大壩高7m。
2.2 分洪工程
常硝渠調(diào)節(jié)閘布置在大壩2+306處,調(diào)節(jié)閘為三孔。常硝渠退水閘布置在調(diào)節(jié)閘上游15m處,退水閘為一孔。
北門灘連通閘布置在西灘與中灘之間S239省道路基下,連通閘為一孔。東面為鐵路涵洞。
北門灘分洪閘布置于北門灘東灘東北部,分洪閘為一孔。分洪渠從分洪閘后開始,沿原線路穿過高速公路涵洞,至S336省道涵洞。
2.3 排水工程
排水工程位于西塬湖水庫西側(cè),布置如下:
西塬湖水庫、引水渠(0.95km)、一級(jí)泵站、一級(jí)排水渠(3.61km)、二級(jí)泵站、二級(jí)排水渠(9.23km)、三級(jí)泵站、三級(jí)排水渠(0.14km)、姚暹渠。
一級(jí)泵站位于西塬湖水庫西部,距離水庫約1km,二級(jí)泵站位于永濟(jì)市圪塔營村北,三級(jí)泵站位于永濟(jì)市土橋村南。
3.1 大壩
西塬湖水庫現(xiàn)狀壩頂高程338.23~340.23m,灘底高程約331.8m,南北長約4.2km,東西長約5.0km。東側(cè)樁號(hào)0+000~2+680段長度2.68km為大壩樞紐擋水段。
西塬湖水庫已存在多年,庫岸基本穩(wěn)定,本次應(yīng)急加固改造設(shè)計(jì)僅對(duì)2.68km長的現(xiàn)狀大壩進(jìn)行護(hù)坡改造及壩頂搶險(xiǎn)道路拓寬改造,不涉及壩址比選等問題,因此本次設(shè)計(jì)僅對(duì)大壩加固方案進(jìn)行比選。
3.2 泵站選址
目前三級(jí)排水泵站設(shè)計(jì)流量分別為2.33m3/s、3.75m3/s和3.9m3/s,排水渠道的設(shè)計(jì)過流能力為8m3/s,排水泵站排水能力遠(yuǎn)小于排水渠過流能力,也無法滿足水庫的正常排洪要求。此外,現(xiàn)有泵站廠房為磚砌體結(jié)構(gòu),選用立式軸流泵機(jī)組,廠房基礎(chǔ)為漿砌石結(jié)構(gòu),且已破損嚴(yán)重,水位以上漿砌石結(jié)構(gòu)幾乎全部損毀,土質(zhì)邊墻坍塌。進(jìn)水閘啟閉機(jī)梁混凝土剝蝕露筋,無閘門及啟閉機(jī)。各站進(jìn)水前池檢修閘門均為木質(zhì)閘門,目前破爛不堪,已不能使用;閘門無啟閉設(shè)備,靠人工起吊,啟閉困難。各站進(jìn)水前池?cái)r污柵銹蝕嚴(yán)重,整體剛度差,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。
如果保留原廠房,在站內(nèi)另建新廠房,則廠區(qū)內(nèi)布置困難,需新征耕地;新的前池基坑開挖,將嚴(yán)重威脅到現(xiàn)有廠房的安全,因此需留足夠的施工安全距離;新舊廠房同時(shí)存在,影響美觀。
綜合以上諸多因素,本次確定將原泵站廠房、前池、進(jìn)水閘全部拆除,并于原址重建。
3.3 排水泵站規(guī)模確定
西塬湖水庫為蓄滯洪水庫,受天然地形條件所限制,水庫洪水無自排工程設(shè)施,西岸的3座梯級(jí)排水泵站為水庫唯一泄水建筑物,負(fù)責(zé)將西塬湖水庫的洪水、污水提排至姚暹渠?,F(xiàn)狀排水泵站設(shè)計(jì)排水流量為2.33m3/s,與排水渠改建后的設(shè)計(jì)流量8.0m3/s不匹配,且無法滿足水庫正常運(yùn)行要求。
城市一般的排澇工程洪水標(biāo)準(zhǔn)為10~20年一遇洪水,抽排時(shí)間根據(jù)被浸沒的建筑物或地產(chǎn)類別,確定為1~3d。西塬湖水庫是一座中型水庫,具備調(diào)洪能力。根據(jù)不同頻率的洪水分析,洪水排空至汛限水位的時(shí)間是選擇泵站規(guī)模的依據(jù),不同設(shè)計(jì)流量下泵站排空時(shí)間見表1。
表1 泵站排空時(shí)間比較表
隨著泵站設(shè)計(jì)流量的加大,排空時(shí)間縮短,泵站設(shè)計(jì)流量自8m3/s增大到12m3/s,各頻率最高洪水位降低趨勢(shì)較小,均在0.1m之內(nèi)。兼顧排空時(shí)間及現(xiàn)狀條件下裝機(jī)容量的主要條件是排洪渠的泄洪規(guī)模,從渠道改擴(kuò)建技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的比較,推薦泵站設(shè)計(jì)排水流量為10m3/s??紤]到緊急情況下渠道可以短時(shí)間非常運(yùn)行,泵站加大流量為12m3/s。
故本次設(shè)計(jì)選擇泵站裝機(jī)流量為10m3/s,備用裝機(jī)流量為2m3/s。
根據(jù)水庫排水規(guī)模需要,本著不占用基本農(nóng)田的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,本次設(shè)計(jì)采取渠頂加高措施之后,排洪渠設(shè)計(jì)過流能力將達(dá)10m3/s,加大流量為12m3/s。
3.4 北門灘分洪工程選址與規(guī)模選擇
3.4.1 概況
北門灘分為西灘、中灘、東灘,2010年實(shí)測(cè)總庫容382.9萬m3,其中西灘45.4萬m3,中灘32.5萬m3,東灘305萬m3。北門灘原來的作用是保護(hù)鹽池,保護(hù)下游居民、企業(yè),截流上游洪水和西塬湖水庫泄洪。自運(yùn)城市鹽湖區(qū)城區(qū)80%~90%的雨污水引入北門灘后,北門灘成了城市雨污水提排到西塬湖水庫的中轉(zhuǎn)站。汛期西塬湖水庫防汛壓力大時(shí),封堵常硝渠進(jìn)口,從邱家坡村北引常硝渠水進(jìn)北門灘。
常硝渠東起人民公園南大門,西至西塬湖水庫,總長17.94km,是運(yùn)城市主城區(qū)的泄洪骨干工程之一,承擔(dān)著主城區(qū)鐵三角區(qū)和鐵南區(qū)雨水及中水的排泄任務(wù)。依據(jù)《運(yùn)城市西塬湖水庫更新建設(shè)工程可行性研究報(bào)告》,常硝渠設(shè)計(jì)流量為38.33m3/s,水深2.45m,入庫進(jìn)水口位于大壩樁號(hào)2+306處。
3.4.2 分洪工程選址與規(guī)模確定
北門灘分洪工程由常硝渠調(diào)節(jié)閘、退水閘、北門灘連通閘、北門灘分洪閘及分洪渠組成。
依據(jù)《運(yùn)城市西塬湖水庫更新建設(shè)工程可行性研究報(bào)告》,常硝渠調(diào)節(jié)閘位于常硝渠末端,設(shè)計(jì)流量為38.33m3/s。
北門灘中灘與北門灘東灘之間有南同蒲鐵路穿過,因此,南同蒲鐵路成為向北門灘及鹽湖分洪的第一道瓶頸。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看,鐵路下有1孔涵洞,矩形斷面,但現(xiàn)狀淤積嚴(yán)重,需對(duì)其進(jìn)行清淤疏通。因無法對(duì)現(xiàn)有鐵路路基進(jìn)行施工改造,故本次按照現(xiàn)有1孔涵洞清淤之后的過流能力,確定分洪閘的分洪規(guī)模。涵洞尺寸2.0m×1.6m(高×寬),長43.7m,底坡1/44,進(jìn)口底高程332.91m。在不影響鐵路安全運(yùn)行的前提下,涵洞最大過流能力為7.7m3/s。因此,確定北門灘分洪流量按7.5m3/s設(shè)計(jì)。
北門灘連通閘、北門灘分洪閘及分洪渠設(shè)計(jì)流量均為7.5m3/s。
3.5 大壩加固方案選擇
現(xiàn)有大壩為均質(zhì)土壩,壩頂長2680m,最大壩高7m,壩頂寬3~5m,壩頂高程338.5m左右,上游壩坡為漿砌石護(hù)坡,坡比1∶1.5,下游壩坡坡比1∶2。
本次大壩加固改造主要是對(duì)水庫東岸現(xiàn)有大壩進(jìn)行加固改造,不存在壩型選擇問題,只需考慮大壩加固方案選擇是否合理。大壩加固段總長2.68km,其中鐵路平行段長度為0.68km,臨北門灘段長度為2.0km。因大壩年久失修,下游壩坡坡腳有多處滲水現(xiàn)象,選取三個(gè)壩坡加固改造方案,擇優(yōu)選用。
方案一:格賓石籠護(hù)坡方案,壩坡1∶2.0。采取在現(xiàn)有漿砌石壩坡前堆放格賓石籠,增加壩坡糙率,放緩壩坡,防波浪爬高。此方案優(yōu)點(diǎn)是外形美觀,生態(tài)環(huán)境優(yōu)雅,斜坡的糙率大,防波浪爬高效果好,壩頂超高較小,適應(yīng)地基變形能力強(qiáng);缺點(diǎn)是投資較大。斷面主要工程量為拋填塊石9.3m3、格賓石籠13m3、復(fù)合土工膜(兩布一膜)7m2、砂礫料保護(hù)層4.0m3,工程投資約4604元/m。
方案二:壩前拋填塊石方案,壩坡1∶2.0。采取在現(xiàn)有漿砌石護(hù)坡前拋填塊石,增加壩坡糙率,放緩壩坡,防波浪爬高。此方案優(yōu)點(diǎn)是工程投資略小,施工方便,斜坡的糙率大、滲透系數(shù)小,防波浪爬高效果好,壩頂超高較小,適應(yīng)地基變形能力強(qiáng);缺點(diǎn)是外形凌亂,生態(tài)環(huán)境不美觀。單位段主要工程量為格賓石籠5.5m3、復(fù)合土工膜(兩布一膜)18.5m2、砂礫料保護(hù)層5.1m3、拋填塊石15.6m3,工程投資約3828元/m。
方案三:混凝土面板防護(hù)方案,壩坡1∶2.0。采取在現(xiàn)有漿砌石護(hù)坡上錨固鋼筋混凝土面板,放緩壩坡,加大壩高,滿足防洪要求。此方案優(yōu)點(diǎn)是外形美觀;缺點(diǎn)是水庫排空困難,施工難度大。斜坡的糙率小、防波浪爬高效果不好,壩頂超高較大。適應(yīng)地基變形能力較差;投資大。單位段主要工程量為格賓石籠3m3、C20混凝土面板3.95m3,鋼筋制安0.4t,漿砌石1.33m3,壩體夯填土5m3,工程投資約4886元/m。
經(jīng)綜合比較,推薦方案一為本次加固改造方案。高程335.0m以下采用碾壓拋石,高程335.0m以上堆放格賓石籠護(hù)坡,復(fù)合土工膜(兩布一膜)防滲,格賓石籠與復(fù)合土工膜之間設(shè)置砂礫料保護(hù)層,現(xiàn)有漿砌石護(hù)坡采用水泥砂漿抹面,防止損壞土工膜。壩頂臨水側(cè)設(shè)置0.8~1.2m高漿砌石防浪墻。壩頂為混凝土路面,壩頂寬度鐵路平行段維持現(xiàn)狀4.0m寬,其余壩段加寬培厚至6.0m寬。
工程建成后,硝池灘水質(zhì)污染嚴(yán)重問題將會(huì)得到有效改善,對(duì)周邊村莊和農(nóng)田的水生態(tài)環(huán)境具有明顯的改善作用;加大了經(jīng)過西塬湖水庫東部的南同蒲鐵路安全運(yùn)行等級(jí),有效地保障了交通運(yùn)輸和人員安全。
西塬湖水庫的實(shí)施不僅有效地保護(hù)了鹽湖、關(guān)帝廟、南同蒲鐵路和周邊的村莊,同時(shí)對(duì)改善該區(qū)的生態(tài)環(huán)境、提升城市品位具有良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。
TV62
C
1004-7042(2017)07-0035-03
李浩亮(1982-),男,2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程管理專業(yè),工程師。
2017-05-18;
2017-06-25