北疆地區某水庫壩址方案比選分析

李爽潔

(深圳市水務規劃設計院股份有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

紅沙灣水庫位于塔西河流域的塔西河，在發揮灌溉供水功能上，滿足灌區生活、生產、生態用水，減少地下水開采量。紅沙灣水庫的開發任務為以灌溉、防洪為主，兼顧工業供水。工程規模屬Ⅲ等中型工程[1]。初擬壩段分布在塔西河下游至準格爾盆地邊緣，海拔770 m～910 m，相對高差80 m～148 m。由新近系棕紅色、灰綠色，雜色泥巖、泥質砂巖、砂巖等組成。因地表多被黃土所覆蓋，在干旱條件下，侵蝕較微弱，使得地面變得平緩，山頂渾圓，形成垅崗丘陵地貌。該段河谷一般較寬，河床比降減緩。兩岸階地發育，在壩址區附近階地保存較完整，可見Ⅰ～Ⅶ級階地。紅沙灣水庫庫區處于天山山前低山丘陵區，山體海拔高度778 m～1166 m，相對高度200 m～300 m，山體總體走向呈近EW向，基巖多裸露，沖溝發育，屬構造剝蝕地形。庫區在地貌單元上屬低山丘陵區，地勢南高北低，庫區出露地層主要為新近系及第四系地層[2]，新近系地層主要為上新統土墩子組(N21td)該組巖性為一套河湖相沉積灰綠色、棕紅色的砂質泥巖、泥質砂巖、砂巖及砂礫巖等。

2 壩址方案擬定

初擬河段庫區條件相似，根據河谷寬度和地層巖性條件，本階段紅沙灣水庫在出山口以上10 km河段初擬上壩址和下壩址兩處壩址，上壩址設計正常蓄水位按照約867.50 m控制，水庫全長約2.6 km，下壩址設計正常蓄水位按照約829 m控制，水庫全長2.8 km。上下壩址位于紅沙灣渠首下游4 km河段內，其中上壩址位于渠首下游1.30 km處，上下壩址相距2.43 km。

本階段對上下兩壩址進行同等深度的工程測量、工程地質勘探，以等調節庫容比選為原則，對上下壩址采用黏土心墻壩壩型，從地形地貌、地質條件、工程布置條件及工程投資等方面進行技術經濟綜合比較，確定推薦壩址。

3 壩址方案比選

3.1 庫區條件

上壩址庫區位于低山丘陵區U型谷中，河谷深切，沿河兩岸發育數條沖溝，根據地質測繪，各沖溝延伸長度一般較短，切割較淺，各沖溝溝頭高程遠高于正常蓄水位，庫區兩岸無低于庫水位的鄰谷存在，巖性為上新統灰綠色、淺黃色礫巖為主，礫石成分由矽質巖、花崗巖類組成，礫徑一般為0.5 cm～3 cm，分選性差，呈半磨圓狀，成巖作用差，具泥質弱膠結，巖體完整性差。巖體透水性相對較大。右壩肩由于階地前緣分布有厚層的上更新統洪積物，Ⅴ級階地砂卵礫石層，均屬強透水層，且處于正常蓄水位以下，存在較強的繞壩滲漏現象，需進行防滲處理。

下壩址庫區位于低山丘陵區U型谷中，河谷深切，基本條件與上壩址庫區相近，庫區兩岸無低于庫水位的鄰谷存在，庫區巖體透水性差，階地后緣基巖山體寬厚，水庫蓄水后產生永久滲漏的可能性不大。但根據物探及鉆探資料在庫區右岸810 m高程以上分布有古河槽，卵礫石層厚度22.6 m～38.5 m，且古河槽順河向連續發育，貫穿整個庫區，有可能成為向壩下滲漏的主要通道，必須進行防滲處理。

上壩址庫容較大，不存在滲漏通道，但存在淹沒原有灌溉引水渠首及部分渠道；下壩址庫容有限，且在810 m高程線以上存在右岸古河槽滲漏通道，但不淹沒原灌溉工程。

3.2 壩址條件

上壩址處河床較平坦，河谷寬約100 m，呈U型，正常高水位867.5 m時，河谷寬579.5 m左右，河床覆蓋層厚1 m～1.3 m漂卵石層，其下為礫巖，呈泥質弱膠結，巖體完整性差，壩基強風化層厚1.0 m～2 m，巖體透水性極微，基巖斷層、裂隙不發育，未見緩傾角，節理、裂隙存在。礫巖有遇水軟化，抗風化能力弱等特點。

下壩址處河床較平坦，河谷寬約25 m～90 m，呈U型，正常高水位829 m時，河谷寬355 m左右，河床覆蓋層厚1.0 m～1.7 m，為漂卵石層，其下為砂質泥巖、泥巖、泥質砂巖，巖層產狀為275°～280°SW∠55°～60°，巖體完整差。壩基強風化層厚1.0 m～2 m，巖體透水性極微。基巖斷層、裂隙不發育，未見緩傾角，節理、裂隙存在。泥巖、砂質泥巖有遇水軟化、崩解、具膨脹性及抗風化能力弱等特點。

上壩址河谷較寬，壩體填筑量較大，下覆基巖為礫巖，右岸砂礫石地層較厚，局部達到四十多米，截滲墻鉆孔進尺較大；下壩址河谷較窄，壩體填筑量小于上壩址40%，下覆基巖為泥質砂巖等互層，且右岸存在古河槽。

3.3 樞紐總體布置

上壩址處河道走向順直，河谷較寬，擋水建筑物采用碾壓式黏土心墻砂礫石壩型，大壩垂直河道呈直線布置。左岸階地較低且階地面較寬，基巖埋深較淺，適合布置表孔泄水，底孔兼顧排沙與施工期導流，宜布置在較陡立的右岸且靠近主河道側，放水建筑物考慮與原左岸渠系的連接，應布置在右岸。左岸地形開闊，壩高較低，表孔溢洪道有條件布置成開敞式的溢流堰型，泄槽長度約282.49 m；右岸陡峭，底孔泄洪兼導流洞和中孔放水洞呈折線布置，底孔靠近河道，洞長382.6 m，中孔在底孔右側之上，洞長311.3 m。底孔為有壓洞，中孔為有壓洞。根據工程區地形地質條件，初選碾壓式黏土心墻砂礫石壩型作為擋水建筑物，樞紐由碾壓式黏土心墻砂礫石壩、導流兼泄洪沖砂洞、開敞式溢洪道、灌溉放水洞等建筑物組成。擋水建筑物攔河填筑斷面較大，約33115 m2。右岸階地地面線較高，砂礫石地層較厚，局部達到40 m左右，截滲墻鉆孔進尺較大。泄水建筑物軸線較長。

下壩址處河道蜿蜒曲折，河谷較窄，利于水工建筑物布置，擋水建筑物采用碾壓式黏土心墻砂礫石壩型，大壩垂直河道呈直線布置。右岸頂部階地較為平緩，階地面較寬闊，考慮與原右岸渠系的連接，中孔灌溉放水洞布置在右岸。右岸底部向河床凸出，泄洪兼導流兼泄洪沖砂洞底孔宜布置在較陡立的右岸且靠近主河道側。右岸壩高較低，表孔溢洪道有條件布置成無閘控溢流側堰布置型式，泄槽長度約337 m；底孔導流兼泄洪沖砂洞和表孔溢洪道呈折線布置，底孔靠近河道，洞長331 m，表孔在底孔右側之上。底孔為有壓洞，中孔灌溉放水洞布置在表孔溢洪道右側之下為有壓洞，長460 m。根據工程區地形地質條件，初選黏土心墻砂礫石壩作為擋水建筑物，樞紐由碾壓式黏土心墻砂礫石壩、導流兼泄洪沖砂洞、溢洪道、灌溉放水洞、灌溉引水渠等建筑物組成。擋水建筑物攔河填筑斷面較小，約12758 m2。右岸階地地面線接近壩高，截滲墻鉆孔進尺較小。泄水建筑物軸線相對較短。

上下壩址壩高接近，但下壩址總體布置較緊湊，泄水建筑物軸線相對較短。

3.4 占地條件

上壩址淹沒耕地較多，存在移民安置，淹沒渠首1座、渠道3 km。占地補償費用9798萬元。

下壩址淹沒耕地較少，存在移民安置。淹沒渠道1 km。占地補償費用9902.35萬元。

3.5 施工條件

上壩址施工期淹沒原有渠首及渠道，對下游灌溉有較大影響，需要提前改造5 km渠道，施工臨時費用較高。對外交通方便，但稍遠，筑壩砂礫石壩殼料運距較遠。

下壩址施工期基本不淹沒原有渠首及渠道，對下游灌溉沒有影響。對外交通方便，稍近，筑壩砂礫石壩殼料運距較近。

上壩址施工期影響下游正常灌溉，需要提前改造淹沒的灌溉工程，下壩址主要筑壩材料運距較上壩址近3 km。

3.6 工程量及投資

上壩址工程量大于下壩址工程量。上壩址比下壩址投資增加8000萬元。

4 結論

通過分析可知，下壩址雖然庫容有限，但能夠滿足規劃調節需求，盡管右岸存在較大范圍的古河槽滲漏問題，但可以通過一般防滲工程措施加以解決，不存在制約因素，下壩址雖然供水高程有限，但對于紅沙灣水庫這一新增水源它仍然具備充分的供水用戶，可以自成體系，獨立運行，也可以聯合石門子水庫運行。上壩址淹沒了原有的灌溉引水體系，使得運行必須與上游石門子水庫緊密協調，增加了調度管理程序，相互存在一定的制約，使紅沙灣水庫無法獨立運行，上壩址工程投資較大。因此，綜合比較，下壩址明顯優于上壩址，故本階段初步選定下壩址為紅沙灣水庫工程的推薦壩址。