甘肅省靈臺(tái)縣鄧家川水庫工程方案比選

墨宏磊

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000）

靈臺(tái)縣鄧家川水庫工程主要以解決村鎮(zhèn)生活供水和抗旱應(yīng)急為主要任務(wù)。靈臺(tái)縣多年平均水資源量1.58億m3，人均現(xiàn)有水資源量?jī)H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(fā)程度為18%，屬資源型缺水地區(qū)。為滿足靈臺(tái)縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生產(chǎn)和生活用水，保證靈臺(tái)縣經(jīng)濟(jì)持續(xù)有效快速的發(fā)展，興建靈臺(tái)縣鄧家川水庫工程是必要的。

為保證項(xiàng)目方案在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)決策方面的合理性，選定水庫方案和調(diào)蓄水池方案進(jìn)行綜合比較。

1 工程地質(zhì)環(huán)境

1.1 工程地質(zhì)

工程區(qū)溝谷呈對(duì)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(fā)育，自然岸坡穩(wěn)定。Ⅰ級(jí)階地在區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，平坦開闊，寬20 m～300 m，地層上部粉質(zhì)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(jí)階地僅在左岸坡不連續(xù)發(fā)育，寬10 m～80 m，地層上部粉質(zhì)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(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖。

1.2 水文地質(zhì)

鄧家川河水主要由大氣降水和部分溝道出露泉補(bǔ)給；松散覆蓋層孔隙性潛水主要由河水和大氣降水補(bǔ)給，向下游排泄；基巖裂隙性潛水主要由孔隙性潛水補(bǔ)給。經(jīng)試驗(yàn)，鄧家川河水pH 值為 7.84～8.05，水質(zhì)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(zhì)良好，對(duì)普通砼無腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)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(qū)征地移民影響小、有效降低施工期間建筑材料運(yùn)輸成本等要求，水庫方案壩址最終選定百里鄉(xiāng)政府下游約5 km處，鄧家川河匯入達(dá)溪河河口以上1.5 km處位置。該位置河道寬度約265 m，庫區(qū)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(diào)蓄水池方案

調(diào)蓄水池方案所需總?cè)莘e為82.8萬m3，依據(jù)地形條件，在選擇的壩址段，適宜修建調(diào)蓄水池位置在鄧家川河下游段匯入達(dá)溪河處的鄧家川左岸到達(dá)溪河右岸處，地形地質(zhì)條件較好。但達(dá)溪河右岸灘地屬省級(jí)文物遺址保護(hù)區(qū)，禁止占用開發(fā)，因此達(dá)溪河谷段不適宜修建調(diào)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(jí)階地順?biāo)鞣较虿贾谜{(diào)蓄水池，且位置唯一。根據(jù)選定的調(diào)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(shí)滿足所引河水能以自流方式進(jìn)入調(diào)蓄水池，經(jīng)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，將調(diào)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(wěn)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(zhì)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(jù)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(jié)合集中布置的方式，正向泄洪排沙及進(jìn)水。從泄沖閘胸墻設(shè)三根φ＝600 mm鋼管及不同高程下的二根中墩預(yù)埋鋼管取水，根據(jù)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(jí)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(chǔ)置于基巖弱風(fēng)化層，且滿足防滲要求，基巖強(qiáng)風(fēng)化層以下不再進(jìn)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(shè)74.31 m的帷幕灌漿洞進(jìn)行帷幕灌漿[1]。

2.2.2 調(diào)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(zhì)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(zhì)土壩段，最大壩高5.3 m。泄洪沖砂閘采用底流消能，設(shè)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(diào)蓄水池，池兩端的地面高程相差較大，下游側(cè)池身填方高，填筑量大，占地多，對(duì)布置不利，故沿地形及高程呈臺(tái)階狀布置兩座調(diào)蓄水池，兩池之間設(shè)連通管，利用閥門控制水流。為防止鄧家川河洪水和左側(cè)沖溝洪水對(duì)調(diào)蓄水池沖刷破壞，在水池左側(cè)及靠河邊一側(cè)設(shè)置防洪和防護(hù)設(shè)施。調(diào)蓄水池選定的位置寬190 m，占行洪寬度約63%，依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2017)，調(diào)蓄水池防洪建筑物按50年一遇校核洪水設(shè)計(jì)，校核洪水流量為435 m3/s。經(jīng)計(jì)算，校核洪水位均高于調(diào)蓄水池底板高程。

2.3 方案比選

2.3.1 地質(zhì)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(diào)蓄水池方案池基存在滲漏、洪水和左側(cè)沖溝洪水沖刷問題，須進(jìn)行防滲、防沖刷處理。兩方案無制約性工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件較好，經(jīng)技術(shù)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(zhì)土壩段、連接壩段、泄洪沖砂閘壩段、混凝土擋水副壩段；調(diào)蓄水池方案引水樞紐從左至右依次為左岸均質(zhì)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(zhì)土壩段，后接長輸水管道至調(diào)蓄水池。調(diào)蓄水池方案總體布置型式及施工組織較水庫方案復(fù)雜[2]。

2.3.3 工程設(shè)計(jì)比選

水庫方案主要采用均質(zhì)土石壩和重力壩單面擋水，而調(diào)蓄水池壩體為雙面擋水。工程區(qū)內(nèi)地基為強(qiáng)透水層砂礫石，河道洪水滲流經(jīng)過壩體透水砂礫石層進(jìn)入調(diào)蓄水池土工膜和底板下，對(duì)均質(zhì)土壩壩體以及土工膜和底板產(chǎn)生破壞，所以壩體基礎(chǔ)砂礫石層須全部清除，并設(shè)置截水槽至基巖弱風(fēng)化層，封閉該位置滲流通道；調(diào)蓄水池壩體填筑材料為壤土，池內(nèi)迎水面鋪設(shè)土工膜，浸潤線較高，影響壩體穩(wěn)定。可通過兩種方法降低壩體浸潤線：①調(diào)蓄水池池底砂礫石地基中埋設(shè)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(shí)可順暢排出地下水，降低地下水位和浸潤線高度。工程運(yùn)行管理后，排水管維修和更換難度非常大，從技術(shù)角度方面分析不合理[3]；②將調(diào)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(jīng)濟(jì)投資角度分析不合理。

2.3.4 經(jīng)濟(jì)性比選

工程布置上，調(diào)蓄水池方案壩高比水庫方案低，增加了82.8萬m3的調(diào)蓄水池和長3247.37 m輸水管道，因此調(diào)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(yōu)勢(shì)明顯，其投資對(duì)比見表1。

表1 投資對(duì)比表

2.3.5 運(yùn)行管理方面

調(diào)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(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用，所以在工程運(yùn)行方面水庫方案優(yōu)于調(diào)蓄水池方案。

3 結(jié)論

甘肅省靈臺(tái)縣鄧家川水庫供水工程初步選定水庫和調(diào)蓄水池兩種方案，其中調(diào)蓄水池建筑物布置型式較水庫方案復(fù)雜，且投資高、施工難度大，運(yùn)行管理不便。從技術(shù)角度分析，調(diào)蓄水池壩體侵占天然河道，對(duì)河道行洪造成安全隱患，隨著河道水位變化，河道水位與調(diào)蓄水池蓄水位存在高差，且差值及正負(fù)不斷變化，內(nèi)滲現(xiàn)象頻現(xiàn)，對(duì)壩體安全穩(wěn)定造成影響；從經(jīng)濟(jì)性角度分析，調(diào)蓄水池方案壩高比水庫方案低，但增加了調(diào)蓄水池、輸水管道和運(yùn)行管理方面的費(fèi)用，調(diào)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。