花園水庫樞紐工程壩址選擇

付 彥

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

花園水庫總庫容3.72億m3，灌溉面積13.13萬hm2，根據《防洪標準》(GB50201－94)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)規定，為山丘區大(2)型工程，工程屬Ⅱ等，主要建筑物土壩、溢洪道、輸水洞等主要建筑物為2級，相應防洪標準為按100 a一遇洪水設計，2000 a一遇洪水校核，其中:溢洪道消能防沖設計標準為50 a一遇;水電站工程規模為小(2)型工程，屬Ⅴ等。電站廠房按30 a一遇洪水設計，50 a一遇洪水校核。臨時建筑物為4級，按10 a一遇洪水設計。

庫區構造較發育，但尚未發現活動性斷裂，也無破壞性地震發生，地殼處于相對穩定狀態。庫區巖體由非可溶巖構成，巖體為相對隔水層;據區域構造穩定性分析，該區處于地殼穩定地段，地震活動不頻繁且震級小，強度弱。據“1∶400萬中國地震動參數區劃圖”(GB18306－2001)，本區地震動峰值加速度為0.05 g，相當于地震基本烈度Ⅵ度。因此，建筑物不進行抗震計算。

2 工程建設任務與作用

花園水庫是雅魯河主要支流濟沁河上的大型控制性工程，是歷次流域規劃推薦的重點工程。工程建設任務是灌溉、防洪、水力發電、濕地補水和水產養殖等綜合利用。工程的建成必將對地方的經濟發展起到促進作用。

2.1 灌區

龍江縣境內河流縱橫，土地肥沃，水土資源相對豐富，農業生產條件得天獨厚，是我省西部地區主要的糧食生產基地之一，但本地區水資源時空分布不均，年內年際變化較大，7～9月徑流約占全年徑流量的70%，而灌溉期內5～6月上旬水田泡田、返青期用水量最大，徑流量僅占全年的20%左右。洪澇、干旱等自然災害頻繁，而有效遏制災害的水利工程建設相對滯后，地表水資源沒有得到合理利用。

花園水庫地理位置優越，控制濟沁河流域74.5%的集水面積，水庫設計興利庫容3.44億m3，多年平均灌溉補水量1.46億m3，補償灌溉水田面積2.27萬hm2，旱田10.86萬hm2，基本可以滿足近遠期灌溉發展要求。

2.2 防洪

雅魯河洪水頻繁，淹沒范圍廣，歷次大洪水都給國家和人民帶來很大損失。雅魯河干支流防洪主要依靠堤防，支流濟沁河堤防現狀防洪能力平均為5 a一遇左右，雅魯河干流堤防現狀防洪能力平均為10 a一遇左右。堤防標準低、質量差，隱患多，且多為砂基、砂堤，經不起高水位長時間浸泡。尤其是缺少大型控制性工程，無法對洪水進行有效控制，一遇洪水險象環生，給防洪調度和抗洪搶險增加了很大困難，嚴重威脅著沿岸人民生命財產安全。

花園水庫位于雅魯河主要支流濟沁河上，壩址控制面積3 068 km2，具備調蓄部分雅魯河洪水條件。花園水庫與下游濟沁河、雅魯河堤防組成防洪工程體系，水庫不單獨設置防洪庫容，防洪與興利庫容結合，共用庫容2 758萬m3，可以使龍江鎮城堤防洪標準由30 a一遇提高到50 a一遇。

2.3 水力發電

花園水電站結合灌溉發電，裝機容量4 320 kW，多年平均發電量1 082萬kW·h。可以為工農業提供動力，緩解地區供電壓力。

3 工程選址及選線

3.1 河段條件

雅魯河為嫩江右岸七大支流之一，發源于大興安嶺南麓關帝廟嶺，流經內蒙博克圖、巴林、扎蘭屯市，由成吉思漢邊壕(內蒙布特哈旗)進入黑龍江，橫貫齊齊哈爾市碾子山區和龍江縣全境，于龍江縣城東南50 km處匯入嫩江。濟沁河是雅魯河的最大支流，發源于內蒙古自治區布特哈旗的濟沁頂子，河流在碾子山鎮西南3 km處匯入雅魯河。濟沁河上游屬于低山區，中、下游為丘陵及平原區。

花園水庫工程位于濟沁河下游龍江縣濟沁河鄉境內，根據流域規劃初步擬定壩段在濟沁河下游花園至濟沁河鄉之間的河段內選擇。該河段主槽河寬一般在30 m，最寬不超過80 m，灘地寬度一般在800～1 200 m左右，最寬可達1 500 m左右。河道比降約為1/500。兩岸為低崗山丘，在下游河道進入平原區。

本河段壩址選擇地形上相對河谷狹窄段，壩基和兩岸山體地質條件無大的不利地質構造問題，壩基應盡量置于透水性小的堅實地層或厚度不大的透水地基上;壩址附近有足夠數量符合設計要求的當地天然建筑材料，便于開采運輸利于施工;工程布局上便于布置泄水建筑物和引水建筑物。根據自然條件本次初步擬定上、下兩個壩址，上壩址選擇在濟沁河鄉龍頭二隊村至花園村之間河谷相對狹窄處。下壩址選擇在上壩址下游近約10 km處北濟一隊至西山五隊之間河谷相對較窄處，下壩址壩軸線較上壩址略長。上壩址以上河道逐漸開闊，不具備壩址選擇條件，下壩址以下河段也逐漸加寬，兩壩址之間河道相對較寬不具備選擇壩址條件。因此，在本河段選擇上、下兩處壩址進行比選。

3.2 地形條件

上壩址位于濟沁河鄉龍頭二隊村附近，壩址處河谷由河床和兩側漫灘組成，河谷呈“U”字型，河谷寬約370 m，地面高程278.50～280.00 m，漫灘后緣與低山前緣相接，主河道偏右側，壩軸線與主河道正交，壩軸線長度為829 m。

下壩址為位于濟沁河鄉北濟一隊花園村附近，壩址處河谷由河床和兩側漫灘組成，河谷呈“U”字型，河谷寬約1 150 m，地面高程257.00～260.00 m左右，漫灘后緣與低山前緣相接，壩軸線長度為1 250 m。壩軸線與主河道斜交，斜交角度約20°。壩軸線與主河道正交，壩軸線長度為1 250m。

3.3 地質條件

3.3.1 上壩址區工程地質條件

3.3.1.1 抗滑穩定

壩基表層:②層低液限黏土承載力較低，宜清除，①③層均為級配良好中礫，中間無軟弱夾層，抗滑穩定性較好。

壩基下部為凝灰巖和砂巖、泥巖(僅在右壩肩出露)，強度較高，無斷裂構造，抗滑穩定性較好。松散層的地基容許承載力(建議值):

①級配良好中礫:［R］=300KPa;②低液限黏土:［R］=100KPa;③級配良好中礫:［R］=300KPa;④粉土質礫:［R］=350KPa。

3.3.1.2 滲透穩定

③級配良好中礫滲透變形類型為過度型，建議設計中允許水力比降取J允=0.15～0.25為宜。左岸壩肩巖性為凝灰巖，山體坡度20°～65°，全風化帶厚度約4.00 m，巖體完整性差，呈散體狀;強風化帶厚度約2.50 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風帶至微風化，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，左壩肩部位全～強風化帶巖體強度較低，穩定性較差，弱風化帶巖體穩定性較好。

右岸壩肩巖性為砂巖和泥巖，山體坡度15°～55°，全～強風化帶厚度0.80～3.00 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風化帶，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，右壩肩部位全～強風化帶巖體強度較低，穩定性較差，弱風化帶巖體穩定性較好。另外，根據右壩肩節理裂隙統計分析，巖體主要的節理裂隙的走向基本平行于河流，而傾角傾向河床。節理裂隙對壩肩穩定定性具有不利影響。

3.3.2 下壩址工程地質條件

3.3.2.1 抗滑穩定

壩基表層:①②級配不良中礫及③粉土質礫承載力較高，強度大，中間無軟弱夾層，抗滑穩定性較好。壩基下部為凝灰巖，強度較高，無斷裂構造，抗滑穩定性較好。松散層的地基容許承載力(建議值):

①級配不良中礫:［R］=300KPa;②級配不良中礫:［R］=300KPa;③粉土質礫:［R］=350KPa。

3.3.2.2 滲透穩定

由滲透穩定性分析可知，②級配不良中礫滲透變形類型為管涌型，建議設計中允許水力比降取J允=0.10為宜。

左岸壩肩巖性為凝灰巖，山體坡度15°～45°，強風化帶厚度約5.50 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風帶至微風化，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，左壩肩部位強風化帶巖體強度較低，穩定性較差，弱風化帶巖體穩定性較好。從節理裂隙發育情況來看，傾向和傾角對邊坡穩定性沒有不利影響。

右岸壩肩巖性為凝灰巖，山體坡度25°～80°，強風化帶厚度約1.10 m，巖體完整性差，呈散體狀(夾心石);下部為弱風化帶，巖體較完整，呈塊狀～大塊狀，右壩肩部位強風化帶巖體強度較低，穩定性較差，弱風化帶巖體穩定性較好。從節理裂隙發育情況來看，傾向和傾角對邊坡穩定性沒有不利影響。

3.4 工程布置條件

根據上、下壩址地形和地質實際條件，壩址區均無天然埡口和鞍部布置溢洪道，因此選擇左、右岸溢洪道進行比較。上壩址采用左岸溢洪道和左岸布置引水建筑物，上壩址壩軸線線長829 m，最大壩高28.05 m。壩頂高程303.34 m，防浪墻頂高程304.54 m。溢洪道堰頂高程286.60 m，單孔凈寬8 m，3孔。

下壩址采用右岸溢洪道和右岸布置引水建筑物。下壩址壩軸線線長1 250 m，最大壩高29.46 m。壩頂高程286.75 m，防浪墻頂高程287.95 m。溢洪道堰頂高程270.00 m，單孔凈寬8.0 m，3孔。上、下壩址初步確定采用當地材料壩，壩型為黏土心墻堆石壩，岸邊溢洪道、引水建筑物、岸邊式發電站的總體樞紐布置型式。

3.5 施工條件比較

3.5.1 上壩址施工條件

樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及電站廠房組成。擋水建筑物為黏土心墻堆石壩，泄水建筑物與引水建筑物布置在左岸，水庫下游漫灘地開闊，滿足施工場地布置要求。適于布置臨時生活區及施工場地。根據本工程特點施工期對排水、排冰無特殊要求。工程所需要的主要建筑材料除筑壩所需要的當地的黏土料、砂礫料、堆石料外，其它主要建筑材料均為外購。來源為齊齊哈爾市碾子山區。

上壩址導流標準:①大壩上、下游圍堰擋水標準采用10 a一遇洪水。②當壩體填筑到不需要圍堰保護時，壩體的渡汛標準:根據規范規定，攔洪庫容＞1.0億m3時，洪水重現期＞100 a。根據施工進度安排，第二年大汛須由壩體攔洪，壩體攔洪庫容＞0.5億m3，因此壩體渡汛的標準選擇100 a一遇洪水，最大洪峰流量為1 354 m3/s。

3.5.2 下壩址施工條件

左岸為堆積山前臺地，呈斜坡狀，坡度3°～8°，高程258～275 m;高漫灘主要分布于左岸低山前緣，與低漫灘界限不明顯，地勢平坦，高程259～262 m，左岸寬度100～500 m，地層主要由沖洪積低液限黏土、級配不良砂、礫組成。

右岸呈窄條狀，地勢平緩，高程256～258 m。臺地表層巖性為黏性土，厚度＞1.5 m，其下為碎石混合土，厚度0.4～2.0 m，下伏二迭系下統高家窩棚組凝灰巖;低漫灘分布于河兩岸及河右岸沿河床窄條狀分布，地勢平坦，高程257～259 m，寬度100～300 m。因此，壩址區下游左岸地形比較平坦開闊，具有良好的施工布置場地，施工條件較為方便。

下壩址建筑材料來源及水、通訊條件與上壩址基本相同，施工供電在工程開工前先期架設好由龍江縣濟沁河鄉西山五隊至水庫約7 m的10 kV施工輸電線路，供施工時使用，水庫建成后作為永久輸電線路。施工期通訊靠無線通訊工具進行聯系。

根據《水利水電施工組織設計規范》(SL303－2004)和《水利水電樞紐工程項目建設工期定額》中的有關規定及建設單位意見，并分析參考國內外有關工程資料，結合本工程的實際情況，確定本工程工程總工期為4 a，其中準備期6個月。

下壩址導流標準:導流標準與上壩址相同。導流方式根據壩址處的地質、地形及水工建筑物的布置等特點，本工程施工導流方式采用分期導流，壩體缺口過流，壩體攔洪，部分洪水利用輸水洞過流。上、下壩址在施工條件上基本相同無制約性因素。

3.6 淹沒補償條件

花園水庫上壩址庫區淹沒土地4 227 hm2，(其中內蒙古2 808.26 hm2，黑龍江省1 418.74 hm2)，其中水田121.7 hm2，旱田2 313.32 hm2，水澆地0.52 hm2，園地7.12 hm2，有林地60.82 hm2，灌木林14.31 hm2，其他林地138.88 hm2，天然牧草241.96 hm2，人工牧草地351.58 hm2，其他草地438.74 hm2，河流水面138.94 hm2，內陸灘涂202.4 hm2，水工建筑用地1.38 hm2，裸地5.78 hm2，農村居民點189.56 hm2。淹沒影響12個自然屯，756戶，2 908人。其中內蒙古377戶，1 363人;黑龍江省379戶，1 545人。

上壩址淹沒占地補償總投資為138 072萬元，其中農村移民補償費為97 226萬元，專項設施遷建費為3 214萬元，庫底清理費為348萬元，其它費用為10 966萬元，預備費為16 763萬元，各項稅費為9 555萬元。花園水庫上壩址淹沒占地分別在內蒙境內和黑龍江境內，受益為龍江縣，征地、移民等協調問題制約工程能否實施的關鍵性問題。

下壩址水庫淹沒區主要包括龍江縣的濟沁河鄉和龍興鎮所轄行政范圍，其涉及濟沁河鄉的北濟村、南濟村、龍頭村，龍興鎮的西山村等4個村的14個屯。總戶數1 150戶，總人口4 296人。農業種植品種主要為大豆、玉米、小麥、水稻等，該區農民人均收入較低，屬典型農業戶居住區，淹沒區現人均占有耕地約為0.6 hm2。花園水庫居民遷移和土地征用范圍:林地、草地采用282.00 m高程;耕地、園地采用282.5.00 m與5 a一遇設計洪水回水水面線外包線區域;農村居民點采用283.00 m與20 a一遇設計洪水回水水面線外包線。下壩址淹沒占地補償總投資為99 846.03萬元。

上壩址方案淹沒面積絕大部分在內蒙古境內，淹沒面積4 227.0 hm2中淹沒內蒙古扎蘭屯市面積2808.26 hm2，占淹沒總面積的66.4%。上壩址淹沒面積比下壩址多1 173 hm2，其中淹沒耕地比下壩址多673 hm2，草地多892 hm2，其他土地(工礦用地，水域及其他)上壩址比下壩址少308 hm2;影響人口下壩址比上壩址多1 388人，從淹沒指標來看，下壩址明顯偏優。

3.7 環境影響條件

通過對本工程環境影響分析可知，該工程建設有利影響明顯，主要是灌溉、防洪、水力發電等產生的社會及經濟效益;同時，花園水庫工程的建設對環境也將產生一定的不利影響。但通過環境評價及水土保持的實施項目可以恢復。

上、下壩址的工程實施均可以解決龍江縣農業缺水問題，改善水庫壩址下游農業生產條件;同時，水庫下泄流量可以滿足下游河道生態需水要求。兩處壩址均不存在環境制約因素。從環境保護角度出發，兩壩址工程建設是可行的。

3.8 工程投資條件

兩個壩址按相同的防洪、灌溉任務分別計算其規模，按造價曲線和淹沒損失曲線估算工程造價和淹沒補償投資。

工程造價以下壩址的投資高，上壩址小;淹沒及占地投資以上壩址高，下壩址小;總造價以下壩址投資低，上壩址比下壩址多31 123萬元，并且，上壩址有淹沒內蒙部分土地的問題，跨省區協調淹沒賠償問題難度很大。綜合分析，項目建議書階段選定下壩址。

［1］王柏樂.中國當代土石壩工程［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］黃河水利委員會勘測設計研究院.SL274－2001碾壓式土石壩設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］中水東北勘測設計研究有限責任公司.SL303－2004水利水電工程施工組織設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［4］張景秀.壩基防滲與灌漿技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［5］水利電力水利水電建設總局.水利水電工程施工手冊(地基與基礎工程)［K］.北京:中國電力出版社，2004.