淥吝水庫工程建設方案的比選

唐思

【摘 要】文章結合淥吝水庫工程的地形、地質條件，對上、下壩址及壩形進行綜合比選后，推薦下壩址選用混凝土重力壩方案。對重力壩的泄流形式及消能防沖方案進行比選后，溢流壩選用無閘控溢流壩，消能采用底流消能方案。水庫樞紐主要建筑物由大壩、取水系統、輸水設施等建筑物組成。根據工程實際情況，對溢洪的方案進行比選，并對工程總布置進行設計。

【關鍵詞】水庫工程；工程建設；方案；比選；總布置

【中圖分類號】TV62 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0097-04

1 工程概況

淥吝水庫工程壩址位于廣西扶綏縣中東鎮那吝屯北面300 m處，壩址所在河流為雙俠河上游左側支流淥吝河。雙俠河是左江的一級支流，發源于西大明山脈南麓的中東鎮新靈村吉臺屯附近，河流自北向西南穿過新靈村，在思同村轉向南流至瓶山村附近又轉向東南，先后經三哨、東哨、八聯、弄狀等村屯后，在六合山附近匯入左江。

淥吝水庫是一座以鄉鎮供水為主，結合改善下游農村人飲及灌溉等綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為141 m，有效庫容為166.52萬m3，總庫容為218.10萬m3，為小（1）型水庫，Ⅳ等工程。大壩等主要建筑物按4級建筑物設計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設計。混凝土重力壩的設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇，消能防沖建筑物設計洪水標準為20年一遇。淥吝水庫城鎮供水規模為4 439 m3/d。工程類型為Ⅲ型。考慮到本工程為水源項目，水庫的建筑物級別為4級，供水管線管徑較小，結構簡單，故將供水工程降一級，按Ⅳ級建筑物設計。洪水設計標準為10年一遇洪水設計，30年一遇洪水進行校核。

2 工程選址

在選擇壩址時，應根據樞紐附近的地形、地質條件、水流河勢條件、建筑材料、施工條件及樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬新建水庫工程，工程壩址的選擇及選線應遵循以下基本原則。

（1）地形條件：壩址一般選在狹窄河谷處，壩軸線短，壩體工程量小；并且，壩址上游應有一定河谷開闊地帶，以獲取足夠的庫容。

（2）地質條件：應選擇地質條件良好的地段，壩址處的岸坡要穩定，以減少壩基處理及岸坡處理的工程量。

（3）河勢條件：壩軸線應盡量與河流流向正交，以利于布置泄洪建筑物，保證下泄洪水流順暢；當必須與河流斜交時，交角不宜過小，否則既增加了壩體的工程量，又會使泄洪水流不順。

（4）建筑材料：壩址附近應有數量足夠并符合要求的建筑材料。

（5）施工條件：壩址附近應有適宜的地形布置施工場地；距離交通干線近；便于交通運輸。

（6）水庫淹沒：合理選擇壩址，盡量減少庫區村屯、耕地的淹沒面積，減少征地移民難度，維護社會穩定。

（7）本工程為中東鎮供水水源工程，壩址比選時，應選取滿足供水需求的相同庫容方案進行比較。

根據淥吝河上游河段沿岸的地形、成庫條件及淹沒影響范圍，水庫壩址可在淥吝屯至下游1 km處有一段長約500 m的河道范圍內選擇，水庫的主要庫容集中在該河段上游，在此河段修建水庫，庫容可滿足供水要求。該段河道蜿蜒曲折，根據地形、河勢條件，在選定河道范圍內，可布置上壩址、下壩址。

上壩址距中東鎮直線距離約2.5 km。河段為較寬闊的“V”形河谷，河道彎曲呈“S”形，河流流向大致為由北西至南東，壩軸線處河床寬度約75.0 m，右岸殘存有少量河流階地，河灘地面高程為121～123 m，地形較緩。兩岸地形不對稱，左岸較陡，自然坡度約39°，邊坡較完整，坡高大于100 m。右岸較緩，自然坡度約25°，邊坡完整，局部形態略有起伏，坡高約40 m。

下壩址與上壩址相距約280 m。河段為較狹窄的“V”形河谷，河道基本順直，河流流向為北西至南東，壩軸線處河床寬度約33.0 m，河床地面高程為114.0～116.0 m。兩岸地形不對稱，左岸略陡，上部自然坡度約36°，邊坡較完整，坡高大于100 m；右岸略緩，自然坡度約27°，下部近河床段稍陡，坡度約45°，局部形態略有起伏，坡高大于100 m。右岸近河床處有基巖出露。

壩址比選主要依據上壩址、下壩址兩壩址方案的施工條件、主要工程量、工程投資、工程用地及水庫淹沒投資等方面進行技術經濟綜合比較論證。2個壩址的綜合比較如下。

（1）上、下壩址地層巖性、風化程度相近，均滿足修筑混凝土壩和堆石壩的地質條件。上壩址河流兩岸有沖洪積堆積層，挖除工作量較下游大，且壩軸線較長，因此從地質條件來看，下壩址地質條件較優。

（2）從地形上看，上壩址地勢較高，河床較為開闊，若壩址設于此處所需工程量大；下壩址河床坡降較大，地勢較低，河床狹窄，若壩址設于此處，則有利于縮短壩軸線，工程量小。從工程布置上看，上壩址壩頂長度比下壩址長13.50 m，最大壩高相近，經過工程量比較，上壩址工程量稍大。

（3）從施工導流布置上看，2個方案均采用底孔導流，導流條件和導流工程布置基本相同，導流工程量也基本相同。

（4）從工程施工工期上看，上壩址壩體工程量稍大，施工期比下壩址稍長。

（5）從淹沒賠償條件上看，上壩址正常蓄水位為143 m，下壩址正常蓄水位為141 m，上下壩址相距280 m，由于上壩址淹沒范圍稍大，會影響到淥吝屯房屋的拆遷問題，所以淹沒賠償投資稍大于下壩址。

上、下壩址的主要工程量及工程直接投資、水庫和工程用地投資比較見表1。

經比較，下壩址方案工程投資較上壩址省589.4萬元，并且施工條件好、工程占地少，因此本階段淥吝水庫工程推薦下壩址方案。

3 主要建筑物形式的選擇

根據選定的下壩址方案，設計選擇了重力壩方案和混凝土面板堆石壩2個方案進行比較。

（1）從工程布置看，重力壩方案工程建筑布置緊湊、簡單，而混凝土面板堆石壩方案則需要布置大壩、溢洪道、放水系統（放水塔及隧洞）等建筑物，工程布置難度大，特別是溢洪道布置困難，溢洪道布設在右岸，開挖工程量大，開挖邊坡較高；各建筑物分散布置，管理、運行不便。

（2）從施工導流看，混凝土面板堆石壩方案只能采用隧洞導流，導流方案工程量大、施工期長。

（3）從施工進度看，重力壩方案的引水系統、溢流壩結合大壩布置，土石方工程量比混凝土面板堆石壩方案小，施工期比混凝土面板堆石壩方案縮短8個月。

（4）淥吝水庫位于山區河流上，洪水過程呈驟漲、驟降的性質，并且水庫壩址距離中東鎮僅4 km，因此重力壩方案比混凝土面板堆石壩方案更為安全、可靠。

（5）由于混凝土面板堆石壩的主堆區的石料仍需要從周邊石料場購買，運距遠、用量大，因此當地材料壩就地取材的優勢被削弱。

（6）混凝土重力壩方案由于工程布置緊湊，工程永久用地面積較混凝土面板堆石壩方案少。從工程永久占地看，混凝土重力壩方案優于混凝土面板堆石壩方案。

（7）從2個方案的建筑工程投資看，混凝土面板堆石壩方案的建筑工程投資比混凝土重力壩方案多出1 559萬元。從工程造價方面看，混凝土重力壩方案優于混凝土面板堆石壩方案。

2種壩形的工程投資比選見表2。

經比較，混凝土重力壩方案工程布置優、施工導流工程省、施工工期短、可靠性高、工程用地少、工程投資省，因此本階段淥吝水庫工程推薦混凝土重力壩方案。

4 溢洪方案選擇

4.1 泄流形式及選擇

根據選定的混凝土重力壩壩形，可采取閘控式溢洪或開敞式溢洪方案。考慮到本工程所在淥吝河河谷少雨區，平時降雨量少，每年7～9月份易受臺風影響，降雨量較多，臺風雨強度大而集中，這是造成洪澇災害的主要原因。淥吝水庫河流呈現山區性河流特征，采取閘控式溢洪方案較開敞式溢洪方案的運行管理更繁瑣，可靠性、安全性難以保證。考慮到采取閘控式溢洪方案節省投資有限，經濟效益不明顯，管理又比較困難，因此溢流壩段的溢洪采用開敞式溢洪方案。為了更經濟合理地布置攔河壩，提出以下3種溢流壩方案進行比選。

方案一，16 m溢流凈寬方案：根據河槽寬度，在滿足進水口及工程總體布置要求的前提下，最大限度地提高泄流能力，以減少水庫的淹沒數量，本方案溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬8 m，溢流前沿總凈寬16 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為147.00 m。

方案二，20 m溢流凈寬方案：本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬10 m，溢流前沿總凈寬20 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為144.80 m。

方案三，24 m溢流凈寬方案：本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬12 m，溢流前沿總凈寬24 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為143.50 m。

不同溢流壩孔口形式投資比選見表3。

通過工程投資及水庫淹沒投資比較，20 m無閘控溢流凈寬方案時投資最少，故采用方案二進行大壩的布置。

4.2 消能防沖方案選擇

壩址所處下伏基巖為泥質砂巖、粉砂質泥巖夾砂巖，巖質相對軟弱，且低壩水頭低，挑射水舌挑距近，下游沖刷會影響壩腳，因此本工程不適合采取挑流消能方案。壩址處河道狹窄、坡降大，下游水位低、不穩定，壩址下游處河道彎折，為“U”形的底部，若采用面流消能方案，則會造成兩岸坡大沖刷，進而影響壩址西側邊坡穩定。因此，本工程的消能采用底流消能方案。

5 工程總體布置

水庫樞紐建筑物主要由大壩、取水系統、輸水設施等建筑物組成。

大壩由左岸重力壩段、溢流壩段、右岸重力壩段組成，大壩壩頂總長168.60 m，中部為24.60 m長的溢流壩段，布置有2孔溢流表孔，每孔凈寬10 m，溢流前緣凈寬20 m；溢流壩左側為左岸重力壩段，長54 m，分3個壩塊；溢流壩右側為右岸重力壩段，分為5個壩段，長90 m。

大壩壩頂高程為144.80 m，河床處建基面高程為109.00 m，最大壩高35.80 m。大壩壩頂寬5.0 m，上游壩坡為直立面；下游壩坡起坡點為138.00 m，壩坡為1∶0.75；溢流壩堰頂高程為141.00 m，堰面曲線采用WES形實用堰，堰面曲線下游連接1∶0.75的直線段，直線段末端接半徑R=5 m底流消力池，消力池底高程為111.50 m，消力池長21 m，消能坎高2.0 m，底板厚1.5 m。

進水口為壩式進水口，布置在右岸重力壩上游樁號0+118.6 m處。進水口底坎高程為124.00 m，進水口攔污柵孔口尺寸為B×H=1 m×1.8 m，進水口工作閘門的孔口尺寸為B×H=1 m×1.2 m，閘門控制段后接直徑為D=0.5 m的壓力鋼管，壓力鋼管段長20 m，鋼管末端設鎮墩，鎮墩內管道分岔成3根管道，分別為管徑為0.1 m、0.3 m、0.4 m的環境基流管、供水管道、灌溉管道。在3根管分岔出均設工作閥、流量控制閥。

6 結語

經過上述比選，淥吝水庫建設場址采用下壩址混凝土重力壩方案，溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬10 m，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力壩設計規范[S].

[3]SL 253—2000，溢洪道設計規范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土結構設計規范[S].

[責任編輯：陳澤琦]