洛川縣黃連河水庫壩址及布置比選淺析

鳳宏亮

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

1 工程概況

設(shè)計(jì)中的黃連河水庫工程位于洛川縣域東南部洛河一級支流黃連河干流上。黃連河為北洛河左岸一級支流，發(fā)源于洛川縣爛柯山桃花洞，經(jīng)武石、槐柏、石泉、土基等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在秦關(guān)鄉(xiāng)范家塬村北溝流入洛河，干流全長38.6 km，平均比降為12.9‰，流域面積245.8 km2。黃連河水庫壩址以上控制流域面積220.0 km2，占全河流流域面積的89.5%。黃連河流域東北高西南低，是陜北黃土高原的邊緣地帶，屬陜西省嚴(yán)重干旱缺水的地區(qū)。黃連河水庫工程是洛川縣土基鎮(zhèn)供水工程和農(nóng)業(yè)灌溉的調(diào)蓄水庫，同時(shí)也是土基鎮(zhèn)居民生活抗旱應(yīng)急水庫，該工程擬調(diào)蓄黃連河干流水量，以緩解洛川縣土基鎮(zhèn)及周邊區(qū)域生活灌溉供水不足的矛盾。

樞紐工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流放空建筑物等三部分組成，等別為Ⅳ等工程，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50 年，洪峰流量857 m3/s；校核洪水重現(xiàn)期為500 年，洪峰流量1212 m3/s。

2 壩址選擇

壩址選擇不僅受地形、地質(zhì)條件等因素的限制，還受到水庫工程投資和社會環(huán)境影響等方面的制約。在滿足水庫供水規(guī)模的情況下，黃連河水庫工程初步于黃連河中游抽水站附近選定上、下兩處壩址。其中，上壩址位于黨家塔滾水壩上游300 m左右處，下壩址位于黨家塔抽水站下游約500 m 左右處。兩壩址間距離1.0 km 左右。

2.1 地形地質(zhì)條件

上壩址位于黨家塔滾水壩上游300 m 左右處，處在河流彎道下游，河道東北至西南向，壩段河谷較為順直，左壩肩邊坡整體相對較緩，高程890 m 以下黃土岸坡坡角30°～45°，小型沖溝發(fā)育，坡面較為破碎，植被茂盛，以上總體呈臺階狀緩坡地形，整體坡度15°～20°，目前為耕地，坡腳處壩軸線上游岸邊基巖局部出露，高于河漫灘2.0 m 左右。右壩肩岸坡較陡，高程877 m 以上為黃土岸坡，以下為基巖岸坡，基巖岸坡近直立狀，頂面為一人工開挖小平臺。壩頂以下黃土岸坡坡角50°～65°，局部直立，以上岸坡相對較緩，坡角45°～55°，植被稀少，壩軸線上下游各發(fā)育小沖溝一條，邊坡整體較為完整。受下游滾水壩影響，目前河床及漫灘屬堆積型，地形平緩。河床高程864.40 m～865.40 m，比降0.44%，寬約0.8 m～2.0 m，左右岸河漫灘高出河床0.5 m～1.0 m，寬度30 m～50 m。上部覆蓋粉質(zhì)壤土夾卵礫石層，厚度6.0 m 左右。

下壩址位于黨家塔抽水站下游約500 m 左右處，河道走向與上壩址相近，壩段河谷較為順直，谷底高程852.0 m～848.0 m，比降2.61%，寬度5 m～25 m。河谷基巖裸露，局部表層覆蓋薄層卵礫石，河床深切入基巖內(nèi)5 m～15 m，屬侵蝕性河谷。左壩肩岸坡較平緩，整體呈臺階狀分布，坡度20°～38°，局部直立，坡角河岸邊基巖出露高程855 m，壩軸線上下游各發(fā)育一小型沖溝，上游側(cè)沖溝中部基巖局部出露，坡面植被茂盛；右壩肩岸坡較陡，高程873 m 以上為黃土岸坡，以下為基巖岸坡，基巖岸坡近直立狀，受裂隙切割及卸荷作用影響，巖體較為破碎。黃土岸坡坡角45°～65°，局部直立，壩軸線上游發(fā)育兩小沖溝，溝口沖涮至基巖面，坡面植被稀少，壩肩邊坡相對較為完整。兩壩址地質(zhì)地形條件比較見表1。

從壩址工程地質(zhì)條件綜合比較：黃連河水庫所選壩址兩岸廣布深厚第四系松散堆積物，自然岸坡穩(wěn)定，基巖深埋大僅河道出露基巖，河谷呈敞口式的“V”型，區(qū)內(nèi)兩壩肩外側(cè)分布有大范圍筑壩土料豐富，均具有修建當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚幕镜匦蔚刭|(zhì)條件。上壩址位于河谷彎道處，利于水工建筑物布置，壩頂長度較小，但壩基濕陷性土范圍及厚度大，右岸埋藏砂礫石層是造成壩址區(qū)主要滲漏通道，壩基及壩肩防滲帷幕處理量相對較大；溢洪道以黃土地層為主，處理難度高且工程量大，導(dǎo)流洞以半巖半土洞為主，穩(wěn)定性差施工難度大。下壩址河谷段基巖裸露，兩壩肩基巖埋深較淺，壩基變形及滲漏問題相對上壩址不突出，溢洪道及導(dǎo)流洞以巖基為主，優(yōu)勢明顯；僅交通運(yùn)輸條件較上壩址略差。綜合分析認(rèn)為下壩址地質(zhì)條件稍優(yōu)于上壩址。

表1 兩壩址工程地質(zhì)條件比較表

2.2 樞紐布置

由于工程區(qū)附近缺少滿足質(zhì)量要求的石料（砌石）及砼骨料，且壩址處溝谷寬闊，寬高比達(dá)13∶1，加之壩基為砂巖層，強(qiáng)度低，力學(xué)性能差，不宜修建拱壩及重力壩，同時(shí)工程區(qū)土料豐富，質(zhì)量滿足土壩筑壩要求。因此，黃連河水庫樞紐以當(dāng)?shù)夭牧蠅螢橹鳌＝?jīng)比較，均質(zhì)土壩筑壩料單一，獲取方便，施工方便，質(zhì)量易保證，工期較短，投資費(fèi)用較少，故本階段選擇均質(zhì)土壩為工程首選壩型。

2.2.1 上壩址水庫樞紐布置

根據(jù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算和洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定上壩址水庫總庫容 971.48 萬 m3，興利庫容 83 萬 m3。

水庫樞紐工程主要建筑物由攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞等組成。其中，泄洪排沙洞布置在左岸，采用明流洞，溢洪道布置在左岸，為開敞式正堰溢洪道。

攔河壩采用均質(zhì)土壩，壩頂高程899.65，壩頂寬7.0 m，最大壩高40.0 m，壩頂總長247.0 m，最大底寬230.00 m；上游壩坡坡比為1∶3.0，下游坡比為1∶2.5。壩體上游壩坡采用C25鋼筋混凝土護(hù)坡，下游壩坡采用砼網(wǎng)格內(nèi)種草皮護(hù)坡。

溢洪道布置在大壩左岸，采用側(cè)槽開敞式WES 實(shí)用堰，在進(jìn)出口條件符合要求的基礎(chǔ)上力求長度最短，軸線為兩折線。溢洪道由進(jìn)水渠段、控制段和側(cè)槽、側(cè)槽調(diào)整段、泄槽段、挑流消能段和護(hù)坦段七部分組成，全長214 m，均采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

溢洪道布置在左岸壩端，采用正堰溢洪道，由進(jìn)水渠段、正堰控制段、泄槽段、陡坡段、消力池段、護(hù)坦等部分組成，全長355.00 m，最大下泄流量863.21 m3/s。

泄洪排沙洞布置在左岸庫內(nèi)，全部為直線段，由進(jìn)口段、洞身段、出口段等部分組成，進(jìn)口設(shè)放水塔，洞身為矩形箱涵，凈尺寸4.0 m×6.0 m，采用底流消能，放水洞全長350.0 m，最大下泄流量為147.32 m3/s。

2.2.2 下壩址水庫樞紐布置

根據(jù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算和洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定上壩址水庫總庫容 935 萬 m3，興利庫容 120 萬 m3。

水庫樞紐工程主要建筑物由攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞等組成。根據(jù)地形條件，確定左岸布置開敞式側(cè)堰溢洪道，右岸布置泄洪排沙洞。

攔河壩采用均質(zhì)土壩，壩頂高程892.00 m，壩頂寬7.0 m，最大壩高43.5 m，壩頂總長294 m，最大底寬246.50 m；上游壩坡坡比為1∶3.0，下游坡比為1∶2.5。壩體上游壩坡采用C25鋼筋混凝土護(hù)坡，下游壩坡采用砼網(wǎng)格內(nèi)種草皮護(hù)坡。

下壩址溢洪道布置在左岸壩端，由進(jìn)水渠段、側(cè)堰控制段、調(diào)整段、泄槽段、陡坡段、挑流段、護(hù)坦等部分組成，全長214 m，最大下泄流量578 m3/s。

泄洪排沙洞布置在左岸靠河道中部位置壩下，進(jìn)出口為直線段，兩直線段之間設(shè)圓弧轉(zhuǎn)彎段。泄洪排沙洞由進(jìn)口段、洞身段、出口段等部分組成，進(jìn)口設(shè)放水塔，洞身為圓拱直墻型，凈尺寸4.0 m×6.0 m，洞身末端接出水渠與現(xiàn)狀巖質(zhì)岸坡相接，挑流消能。全長397.88 m。泄洪洞最大泄洪流量233.34 m3/s。

2.2.3 兩壩址樞紐布置比較

兩壩址樞紐工程建筑物組成相同，其中壩體和溢洪道布置相似，優(yōu)缺點(diǎn)相近，兩者中，主要是泄洪排沙洞布置區(qū)別較大。上壩址泄洪排沙洞布置在左岸，由進(jìn)口段、洞身段、出口段等部分組成，進(jìn)口設(shè)放水塔，采用底流消能，放水洞全長350.0 m。下壩址由于受左岸局部地形條件限制，泄洪排沙洞布置在河道偏中壩下位置，洞身線路雖較長，但由于壩基為基巖，洞身整體坐落與基巖內(nèi)，部分可明挖施工，出口處地形條件較好，采用挑流消能。綜合比較，下壩址布設(shè)及條件由于上壩址。

2.3 水庫淹沒

庫盆壓覆范圍內(nèi)無可開采礦產(chǎn)資源、人口及文物古跡分布，僅在庫尾武家河一級階地上有一處抽水站（井）。庫區(qū)河谷兩岸階地表面分布有大片耕地。蓄水后將淹沒河道耕地，上壩址約16.5 hm2，下壩址約13.5 hm2。上壩址淹沒處理補(bǔ)償費(fèi)用為3207.20 萬元，下壩址為3036.81 萬元，下壩址優(yōu)于上壩址。

2.4 兩壩址樞紐工程投資

上壩址樞紐壩長247 m，最大壩高40 m，壩底最大寬度230 m，攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞工程直接投資費(fèi)用為21330 萬元，淹沒處理補(bǔ)償費(fèi)用3207.20 萬元，兩項(xiàng)合計(jì)投資24537.20 萬元；下壩址樞紐壩長294 m，最大壩高43 m，壩底最大寬度249 m，攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞工程直接投資費(fèi)用為18221.42 萬元，淹沒處理補(bǔ)償費(fèi)用為3036.81 萬元，兩項(xiàng)合計(jì)投資21258.23 萬元。下壩址在主要工程投資上低于上壩址，而且下壩址淹沒補(bǔ)償稍低。

2.5 壩址確定

根據(jù)對上壩址和下壩址從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、水庫淹沒損失、工程總投資等方面進(jìn)行綜合分析比較，下壩址要優(yōu)于上壩址。

3 結(jié)論

1）壩址比選是決定水庫工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是決定水庫工程是否可以發(fā)揮全部功能和效益的重要因素。在水庫工程建設(shè)過程中，應(yīng)對幾個可能的水庫壩址進(jìn)行系統(tǒng)地分析和比較，進(jìn)而選擇出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的最優(yōu)壩址。

2）根據(jù)兩壩址的地形地質(zhì)條件，對兩壩址的樞紐工程布置從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及社會環(huán)境影響角度進(jìn)行了綜合比較，最終認(rèn)為下壩址要優(yōu)于上壩址。因此，在可研設(shè)計(jì)階段推薦下壩址為建庫壩址。