臨澤縣紅山灣水庫壩址方案比選探討

繆建新

(臨澤縣水務局，甘肅 臨澤 734200)

1 概述

梨園河屬于內陸河黑河水系，是黑河最大的一級支流，發源于祁連山北麓的鍋蓋溝與馬圈溝，上游為隆暢河，中游為梨園河，下游為大沙河，流經肅南縣、臨澤縣，在臨澤縣野溝灣匯入黑河，河流全長169km，黑河入河口以上流域面積3162km2，多年平均年徑流量2.43億m3。紅山灣水庫位于梨園河出山口處，東鄰臨澤縣倪家營鎮梨園新村，南依省道213線(張掖-肅南公路)，北靠閃佛寺山，西接梨園河河道。

紅山灣水庫的主要任務是與上游22.5km處的鸚鴿嘴水庫聯合調度，提高水庫調節能力，保證下游社會經濟發展各用戶用水需要，提高下游河道防洪能力。該工程對梨園河出山口段河道進行了詳細的現場踏勘，在獨山子壩址和梨園堡壩址之間(上距獨山子壩址8.3km，下距梨園堡壩址0.6km)選擇了紅山灣壩址與梨園堡壩址進行比較。上壩址為紅山灣壩址，上距鸚鴿嘴水庫22.5km，下距梨園河引水樞紐1.0km；下壩址為梨園堡壩址，上距鸚鴿嘴水庫23.1km，下距梨園河引水樞紐0.4km；上下兩個壩址相距0.6km。上、下壩址位置如圖1所示。

圖1 紅山灣水庫壩址位置

2 上、下壩址工程總體布置

2.1 上壩址工程總體布置

上壩址為紅山灣壩址，根據工程選定的方案，樞紐主要建筑物包括大壩、泄洪排沙洞、輸水洞及溢洪道。

大壩由主壩和副壩組成，壩頂總長2340.5m，平面上呈折線，有拐點3處。主壩長426m，垂直主河槽布置，副壩長1914.5m，坐落在右岸Ⅱ級階地上，基本沿階地前緣布置。副壩右端在河床內向上游延伸防滲體1045m。主、副壩為壤土斜墻砂礫壩殼，最大壩高33.7m，壩頂寬10～7m，壩頂高程1711.4m，防浪墻頂高程1712.4m，前壩坡擬定坡比1∶3～1∶2.75，后壩坡坡比1∶2.5～1∶2.25。壩體采用壤土斜墻防滲，斜墻頂高程1710.0m，上游坡1∶2.5，下游坡1∶1.8，頂寬4.5～3.0m，斜墻與砂礫石壩殼之間設厚度為1.2～1.0m的反濾層。上游壩坡設厚度為0.3m的干砌石護坡，護坡下鋪設厚度為0.5m的礫石墊層，下游壩坡設厚度為0.3m的干砌石護坡。壩基河床砂礫石覆蓋層采用砼防滲墻防滲，防滲體下巖石進行帷幕灌漿。

輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道等建筑物均集中布置在左岸。輸水洞為有壓洞，總長492.5m，由進口段、閘前洞身段、檢修閘室段、閘后洞身段和錐形閥室組成，在平面上布置2處彎道，其中進口段長6.5m，閘前洞身段長9.1m，檢修閘室段長5m，閘后洞身段長463.4m，錐形閥室段長8.5m。輸水洞縱坡1/31，圓形斷面，內徑2.2m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.45m。錐形閥室段為C25鋼筋砼結構，安裝內徑2.0m錐形閥一臺，水流在錐形閥室消能箱內消能后泄入梨園河。

泄洪排沙洞由導流洞改建而成，為方便與導流洞結合改建，泄洪排沙洞采用無壓泄洪型式。泄洪排沙洞長618.5m，在平面上有2處彎道，城門洞型斷面，由進口段、洞身段和消能段組成。進口段長75.55m，為“龍抬頭”型式，由進口、閘室和閘后“龍抬頭”段無壓洞組成。洞身段長488.45m，與導流洞合用，縱坡1/90，城門洞形斷面，寬5.0m，高4.94m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.5m。出口消能段長54.5m，采用擴散式下挖消力池，C25鋼筋砼結構，消能后水流泄入梨園河。

溢洪道布置在左岸山體天然溝槽處，為一開敞式河岸溢洪道，全長199m，由進水渠、控制段及泄槽組成。進水渠長27m，為一喇叭形進水口。控制段長14m，為無坎寬頂堰，堰上設閘3孔，單孔寬度10m，安裝弧形鋼閘門控制。泄槽段長158m，梯形斷面，巖石中開挖而成，底寬34m，槽深3.5m，C25鋼筋砼襯砌。泄槽末端設計深齒墻防沖，洪水通過沖溝泄入河道。

2.2 下壩址工程總體布置

下壩址為梨園堡壩址，根據工程選定的方案，樞紐主要建筑物包括大壩、輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道。

大壩垂直主河槽布置，壩頂長1000m，為壤土斜墻砂礫壩殼，最大壩高25.7m，壩頂寬7m，壩頂高程1696.2m，防浪墻頂高程1697.2m，前壩坡擬定坡比1∶3～1∶2.75，后壩坡坡比1∶2.5～1∶2.25。壩體采用壤土斜墻防滲，斜墻頂高程1694.8m，上游坡1∶2.5，下游坡1∶1.8，頂寬3m，斜墻與砂礫石壩殼之間設厚度為1.0m的反濾層。上游壩坡設厚度為0.3m的干砌石護坡，護坡下鋪設厚度為0.5m的礫石墊層，下游壩坡設厚度為0.3m的干砌石護坡。壩基河床砂礫石覆蓋層厚度小于15m時采用明挖回填壤土截水槽防滲，大于15m時采用砼防滲墻防滲，防滲體下巖石進行帷幕灌漿。

輸水洞、泄洪排沙洞及溢洪道等建筑物均集中布置在左岸。輸水洞為有壓洞，長346m，由進口段、閘前洞身段、檢修閘室段、閘后洞身段和錐形閥室組成，在平面上布置2處彎道，其中進口段長5m，閘前洞身段長12.4m，檢修閘室段長5m，閘后洞身段長315.1m，錐形閥室段長8.5m。輸水洞縱坡1/37，圓形斷面，內徑2.2m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.45m。錐形閥室段為C25鋼筋砼結構，安裝內徑2.0m錐形閥一臺，水流在錐形閥室消能箱內消能后泄入梨園河。

泄洪排沙洞由導流洞改建而成，為方便與導流洞結合改建，泄洪排沙洞采用無壓泄洪型式。泄洪排沙洞長488.48m，在平面上有2處彎道，城門洞型斷面，由進口段、洞身段和消能段組成。進口段長125.7m，為“龍抬頭”型式，由進口、閘室和閘后“龍抬頭”段無壓洞組成。洞身段長312.98m，與導流洞合用，縱坡1/90，城門洞形斷面，寬5.0m，高4.94m，C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.5m。出口消能段長49.8m，采用擴散式下挖消力池，C25鋼筋砼結構，消能后水流泄入梨園河。

溢洪道布置在左岸，為一開敞式壩肩溢洪道，全長577.7m，由進水渠、控制段、泄槽及消力池組成。進水渠長118.2m，為一喇叭形進水口。控制段長14m，為無坎寬頂堰，堰上設閘3孔，單孔寬度10m，安裝弧形鋼閘門控制。泄槽段長404m，梯形斷面，巖石中開挖而成，底寬34m，槽深4m，C25鋼筋砼襯砌。泄槽末端接消力池，消力池長29m，邊墻高6m，采用下挖式消力池，挖深2.8m。消能后洪水泄入梨園河。

3 地形、地質比較

從地形條件看，上、下壩址均屬開闊河床，適宜修建土石壩，建筑物布置及施工布置地形條件均較有利。上壩址(紅山灣壩址)位于梨園堡山間盆地左側，水庫左岸分布基巖山體，適宜布置河岸溢洪道，右岸是寬闊的Ⅱ級堆積階地，但需要在右岸修建很長的副壩。下壩址(梨園堡壩址)具有典型的山谷“U”字型水庫壩址地形條件，壩址地形開闊，左、右岸基巖山體高大，左岸可布置壩肩溢洪道。綜上所述，從地形條件看，下壩址優于上壩址。從地質條件看，兩壩址均具備建庫條件，壩址地質條件基本相當。

4 主要建筑物工程布置比較

對大壩工程，上壩址最大壩高33.7m，壩頂長2340.5m(其中：主壩長426m，副壩長1914.5m)，在平面上有3處彎道。下壩址最大壩高25.7m，壩頂長1003m，在平面上為一直線。上壩址大壩高于下壩址，壩頂也顯著長于下壩址。從大壩布置考慮，下壩址顯著優于上壩址。

對溢洪道工程，上壩址左岸適于布置河岸溢洪道，最大開挖深度29m，且有一較大巖石沖溝可供泄洪，無需修建消力池。下壩址左岸可布置壩肩溢洪道，最大開挖深度33m，泄槽也很長，需布置消力池，且消力池出口位于河道轉彎處。從溢洪道布置考慮，上壩址顯著優于下壩址。

對輸水洞、泄洪排沙洞工程，上壩址輸水洞與泄洪排沙洞長于下壩址，從輸水洞與泄洪排沙洞布置考慮，下壩址優于上壩址。

從大壩布置考慮，下壩址顯著優于上壩址；從溢洪道布置考慮，上壩址顯著優于下壩址；從輸水洞與泄洪排沙洞布置考慮，下壩址優于上壩址。綜上所述，從主要建筑物工程布置考慮，下壩址顯著優于上壩址。

5 淹沒及占壓比較

紅山灣壩址淹沒及占壓耕地、林地及農村宅基地共41.13hm2，渠道1.49km，遷移人口20人。梨園堡壩址淹沒及占壓耕地、林地及農村宅基地共109.13hm2，張肅公路3.0km，遷移人口261人，水庫左壩肩位于張掖丹霞國家地質公園核心區。綜上所述，從淹沒損失及工程占壓考慮，上壩址顯著優于下壩址。下壩址移民和環境部分費用占到總投資的56.0%，水庫淹沒及占壓設施很多，實施阻力很大。

6 綜合比較

對2壩址從地形地質、主要建筑物、淹沒損失、工程量及投資等方面進行同精度比較，具體見表1。

上、下壩址綜合比較：從地形條件看，下壩址顯著優于上壩址，從地質條件考慮，下壩址優于上壩址；從主要建筑物工程布置考慮，下壩址顯著優于上壩址；從淹沒損失及工程占壓考慮，上壩址顯著優于上壩址；從工程量比較，下壩址小于上壩址；從施工條件考慮，天然建筑材料上壩址運距小于下壩址；從投資考慮，上壩址優于下壩址。綜上所述，2處壩址均具備建庫條件，各有優缺點，綜合考慮各方面因素，紅山灣水庫壩址推薦采用上壩址(紅山灣壩址)。

表1 紅山灣水庫壩址選擇方案比較

7 結束語

紅山灣水庫選擇了上壩址(紅山灣壩址)與下壩址(梨園堡壩址)進一步技術經濟比較，綜合地形地質、主要建筑物布置、淹沒損失、工程量、施工條件、工程投資等方面因素，推薦采用建庫條件相對優越的上壩址(紅山灣壩址)，一方面技術條件更具科學性、可操作性，另一方面又節省了投資、工程效益顯著。因此，在水庫工程建設中，對水庫壩址進行同精度、多方案比選尤為重要。