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

1 工程概況

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。

2 工程總布置

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 工程選址與規(guī)模選擇

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。

4 結(jié)語

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