甘肅省靈臺縣鄧家川水庫工程方案比選

墨宏磊

（甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅 蘭州 730000）

靈臺縣鄧家川水庫工程主要以解決村鎮生活供水和抗旱應急為主要任務。靈臺縣多年平均水資源量1.58億m3，人均現有水資源量僅為689.2 m3，分別為全國、全省平均水資源量的32.2%和59.8%，水資源開發程度為18%，屬資源型缺水地區。為滿足靈臺縣鄉鎮居民生產和生活用水，保證靈臺縣經濟持續有效快速的發展，興建靈臺縣鄧家川水庫工程是必要的。

為保證項目方案在經濟和技術決策方面的合理性，選定水庫方案和調蓄水池方案進行綜合比較。

1 工程地質環境

1.1 工程地質

工程區溝谷呈對稱的“U”字型，兩岸為低中山及其山間溝壑，與溝底高差約60 m，岸坡坡度20°～40°，植被發育，自然岸坡穩定。Ⅰ級階地在區內普遍發育，平坦開闊，寬20 m～300 m，地層上部粉質壤土厚0.5 m～1 m，下部砂礫石層厚1.5 m～2.5 m，地下水埋深0.5 m～0.8 m；Ⅱ級階地僅在左岸坡不連續發育，寬10 m～80 m，地層上部粉質壤土厚10 m～15 m，下部砂礫石層厚2 m～5 m，地下水埋深12 m～15 m。基底巖性為砂質泥巖、粉砂巖及泥巖。

1.2 水文地質

鄧家川河水主要由大氣降水和部分溝道出露泉補給；松散覆蓋層孔隙性潛水主要由河水和大氣降水補給，向下游排泄；基巖裂隙性潛水主要由孔隙性潛水補給。經試驗，鄧家川河水pH 值為 7.84～8.05，水質類型為 HCO3-—Ca2+—Mg2+或 HCO3-—Ca2+型水，礦化度0.45 g/L～0.52 g/L，硫酸根離子含量54.27 mg/L～66.28 mg/L，氯離子含量 13.47 mg/L～14.18 mg/L，水質良好，對普通砼無腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋和鋼結構具有弱腐蝕性。

2 工程方案選擇

2.1 壩址選擇

2.1.1 水庫方案

為滿足工程蓄水形成較大的集水面積、工程區征地移民影響小、有效降低施工期間建筑材料運輸成本等要求，水庫方案壩址最終選定百里鄉政府下游約5 km處，鄧家川河匯入達溪河河口以上1.5 km處位置。該位置河道寬度約265 m，庫區呈“Ω”型，庫容較大，兩壩肩基巖出露，局部被坡積碎石土、馬蘭黃土覆蓋。

2.1.2 調蓄水池方案

調蓄水池方案所需總容積為82.8萬m3，依據地形條件，在選擇的壩址段，適宜修建調蓄水池位置在鄧家川河下游段匯入達溪河處的鄧家川左岸到達溪河右岸處，地形地質條件較好。但達溪河右岸灘地屬省級文物遺址保護區，禁止占用開發，因此達溪河谷段不適宜修建調蓄水池。

受地形條件及水池容積限制，僅在水庫方案的壩址下游約270 m處河道左岸一級階地順水流方向布置調蓄水池，且位置唯一。根據選定的調蓄水池位置，為避免因引水樞紐壩體較高造成成本增加，同時滿足所引河水能以自流方式進入調蓄水池，經計算和現場踏勘，將調蓄水池方案引水樞紐位置選于水庫壩址上游約3 km處，溝谷寬約380 m，自然邊坡穩定。

2.2 工程布置

2.2.1 水庫方案布置

水庫擋水壩段從左向右依次布置180.28 m粘土均質壩段、39.6 m連接壩段、21.9 m泄洪沖砂閘壩段和57.36 m混凝土重力壩擋水壩段，壩頂長度299.2 m，壩高19.1 m。根據選定的壩址、供水方案、泄水擋水建筑物壩型，水庫大壩采用閘壩結合集中布置的方式，正向泄洪排沙及進水。從泄沖閘胸墻設三根φ＝600 mm鋼管及不同高程下的二根中墩預埋鋼管取水，根據汛期排沙水位的變化，靈活開啟不同高程的引水鋼管，壓力管道直接向下游供水。

水庫方案為低壩取水，按照3級及以下壩的透水率宜為5 Lu～10 Lu的控制要求，將壩基、右壩肩基礎置于基巖弱風化層，且滿足防滲要求，基巖強風化層以下不再進行防滲。左壩肩在黃土底部與基巖頂面的接觸部位有薄層砂礫石層分布，厚約0.6 m，且基巖面低于正常水位，故左壩肩設74.31 m的帷幕灌漿洞進行帷幕灌漿[1]。

2.2.2 調蓄水池方案布置

引水樞紐總長370.0 m，從左至右依次為110.0 m左岸均質土壩段、34.35 m泄洪沖砂閘、30.6 m溢流堰段和195 m右岸均質土壩段，最大壩高5.3 m。泄洪沖砂閘采用底流消能，設5孔閘門，閘室總長16.0 m。溢流堰堰體為WES堰，采用底流消能，壩段長30.0 m。

蓄水池地形沿河道左岸狹長，且高程不斷下降，布置單一的調蓄水池，池兩端的地面高程相差較大，下游側池身填方高，填筑量大，占地多，對布置不利，故沿地形及高程呈臺階狀布置兩座調蓄水池，兩池之間設連通管，利用閥門控制水流。為防止鄧家川河洪水和左側沖溝洪水對調蓄水池沖刷破壞，在水池左側及靠河邊一側設置防洪和防護設施。調蓄水池選定的位置寬190 m，占行洪寬度約63%，依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2017)，調蓄水池防洪建筑物按50年一遇校核洪水設計，校核洪水流量為435 m3/s。經計算，校核洪水位均高于調蓄水池底板高程。

2.3 方案比選

2.3.1 地質條件比選

兩方案均存在占用耕地、基坑開挖涌水問題，水庫方案存在左壩肩Q1砂礫石層滲漏問題，需垂直防滲；調蓄水池方案池基存在滲漏、洪水和左側沖溝洪水沖刷問題，須進行防滲、防沖刷處理。兩方案無制約性工程地質問題，工程地質條件較好，經技術處理后均可成立。

2.3.2 工程布置比選

水庫方案從左至右依次為均質土壩段、連接壩段、泄洪沖砂閘壩段、混凝土擋水副壩段；調蓄水池方案引水樞紐從左至右依次為左岸均質土壩段、左岸連接壩段、泄洪沖砂閘壩段、溢流堰段、右岸連接壩段、右岸均質土壩段，后接長輸水管道至調蓄水池。調蓄水池方案總體布置型式及施工組織較水庫方案復雜[2]。

2.3.3 工程設計比選

水庫方案主要采用均質土石壩和重力壩單面擋水，而調蓄水池壩體為雙面擋水。工程區內地基為強透水層砂礫石，河道洪水滲流經過壩體透水砂礫石層進入調蓄水池土工膜和底板下，對均質土壩壩體以及土工膜和底板產生破壞，所以壩體基礎砂礫石層須全部清除，并設置截水槽至基巖弱風化層，封閉該位置滲流通道；調蓄水池壩體填筑材料為壤土，池內迎水面鋪設土工膜，浸潤線較高，影響壩體穩定。可通過兩種方法降低壩體浸潤線：①調蓄水池池底砂礫石地基中埋設排水管，可降低浸潤線高程，而且在地下水位高程接近池底高程時可順暢排出地下水，降低地下水位和浸潤線高度。工程運行管理后，排水管維修和更換難度非常大，從技術角度方面分析不合理[3]；②將調蓄水池壩體填筑材料改為砂礫石料，可有效降低浸潤線，但因填筑要求的砂礫石材料匱乏，從經濟投資角度分析不合理。

2.3.4 經濟性比選

工程布置上，調蓄水池方案壩高比水庫方案低，增加了82.8萬m3的調蓄水池和長3247.37 m輸水管道，因此調蓄水池方案主要建筑工程投資比水庫方案投資高，水庫方案優勢明顯，其投資對比見表1。

表1 投資對比表

2.3.5 運行管理方面

調蓄水池總庫容82.8萬m3，興利庫容68.8萬m3，淤積庫容14萬m3，淤積庫容每5年清理一次，而水庫方案暫無此項運行費用，所以在工程運行方面水庫方案優于調蓄水池方案。

3 結論

甘肅省靈臺縣鄧家川水庫供水工程初步選定水庫和調蓄水池兩種方案，其中調蓄水池建筑物布置型式較水庫方案復雜，且投資高、施工難度大，運行管理不便。從技術角度分析，調蓄水池壩體侵占天然河道，對河道行洪造成安全隱患，隨著河道水位變化，河道水位與調蓄水池蓄水位存在高差，且差值及正負不斷變化，內滲現象頻現，對壩體安全穩定造成影響；從經濟性角度分析，調蓄水池方案壩高比水庫方案低，但增加了調蓄水池、輸水管道和運行管理方面的費用，調蓄水池方案主要建筑工程投資比水庫方案投資高。因此，最終確定選擇水庫方案。