烏拉哈達(dá)水利樞紐工程?hào)|庫(kù)壩址選擇

牛利凱

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 工程概況

烏拉哈達(dá)水利樞紐工程位于張家口市清水河上，由東、西兩座水庫(kù)組成，其主要任務(wù)為通過(guò)兩庫(kù)聯(lián)合調(diào)度解決張家口市的防洪安全問(wèn)題。

清水河發(fā)源于張家口市張北縣與崇禮區(qū)交界的樺皮溝一帶，全長(zhǎng)約122km，控制流域面積2380km2。清水河上游有東溝、正溝和西溝3條較大支流，其中正溝在距張家口市區(qū)約28km的中山溝村附近匯入東溝，東溝和西溝在距張家口市區(qū)約6km的烏拉哈達(dá)村附近匯合后匯入清水河，清水河自北向南縱貫張家口市，在宣化縣清水河村附近匯入洋河。

張家口市區(qū)段清水河兩岸為中心城區(qū)，無(wú)法再通過(guò)河道治理滿(mǎn)足城市防洪要求，因此僅能通過(guò)在清水河上游興建控制性水利工程，使張家口市滿(mǎn)足100年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。由于涉及重要設(shè)施的占遷問(wèn)題，在清水河干流上建庫(kù)難以實(shí)現(xiàn)，烏拉哈達(dá)水利樞紐工程采用“一庫(kù)兩壩”方案，即在清水河支流東溝、西溝上各修建一座水庫(kù)共同承擔(dān)張家口市的防洪任務(wù)。東庫(kù)位于張家口市清水河支流東溝上，壩址位于東溝南地村上游約400m，距下游張家口市約16km。水庫(kù)控制流域面積1231km2，總庫(kù)容6258萬(wàn)m3，向張家口市區(qū)多年平均供水量2450萬(wàn)m3，下游灌溉面積約2780hm2，是一座以城市防洪為主，結(jié)合供水、兼顧灌溉等綜合利用的中型水利工程。

2 壩址初步分析擬定

通過(guò)洪水分析，在滿(mǎn)足防洪任務(wù)的前提下，東庫(kù)壩址應(yīng)在東溝與正溝匯合口～東溝與西溝匯合口的河段上選擇。東溝與正溝匯合口～新?tīng)I(yíng)子村河段河谷開(kāi)闊，兩岸主要為黃土狀壤土，壩址越靠上游控制流域面積越小，影響水庫(kù)防洪和供水效益；南地村下游河段河谷亦較為開(kāi)闊，河道兩岸分布眾多村鎮(zhèn)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，并且涉及部分重要設(shè)施的占遷，建設(shè)征地及移民安置極為困難。綜合考慮地形地質(zhì)條件、村鎮(zhèn)和企業(yè)占遷、對(duì)重要設(shè)施的影響等因素后，擬定東庫(kù)壩址在上新?tīng)I(yíng)子村至南地村之間河段進(jìn)行選取（河段長(zhǎng)度約5km）。考慮地形地質(zhì)條件、建筑物的布置、對(duì)張承高速的影響、河道兩岸支溝的匯入情況及占地征遷等的因素后，選取上新?tīng)I(yíng)子村上游約1km的新?tīng)I(yíng)子壩址和南地村上游約400m的南地壩址作為東庫(kù)的比選壩址，兩壩址位置及清水河流域示意如圖1。

圖1 比選壩址位置及清水河流域

3 壩址比選

壩址比選采用等效益原則，即所選壩址均應(yīng)滿(mǎn)足相同的防洪、供水、灌溉等任務(wù)。在初選壩址基礎(chǔ)上，東庫(kù)壩址重點(diǎn)從地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置和投資、庫(kù)區(qū)淹沒(méi)和移民安置、筑壩材料、施工條件及工期、工程效益、運(yùn)行管理和對(duì)環(huán)境的影響等方面進(jìn)行了綜合比選。

3.1 地形、地質(zhì)條件

3.1.1 新?tīng)I(yíng)子壩址

新?tīng)I(yíng)子壩址河谷寬度約200m，現(xiàn)代河床寬度11～15m，兩側(cè)漫灘較為寬闊平坦；壩址左岸為中低山地貌景觀，相對(duì)高差約380m，山體較陡峭，出露基巖；右岸山體較為低緩，山腳分布有省道張沽公路，山頂覆蓋黃土狀壤土，呈黃土峁地貌景觀，地勢(shì)較為平坦，相對(duì)高差約100m。新?tīng)I(yíng)子壩址右壩頭外側(cè)約400m為已建張承高速，基礎(chǔ)多為具中等濕陷性的黃土狀壤土層，并在新?tīng)I(yíng)子壩址上游約500m處橫跨東溝。

壩址河床部位覆蓋層以卵石層為主，最大厚度約24m，具強(qiáng)透水性；下部基巖以條帶狀混合巖為主，呈強(qiáng)、弱兩種風(fēng)化狀態(tài)，強(qiáng)風(fēng)化厚度0.8～3.4m，具中等透水性；弱風(fēng)化巖節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，巖體強(qiáng)度較高，具弱透水性。左岸山體陡峭、基巖出露，巖體主要為條帶狀混合巖，屬次塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整、強(qiáng)度較高，節(jié)理較發(fā)育，完整性及穩(wěn)定性較好。右岸山體較為低緩，為土、巖雙層結(jié)構(gòu)，壩址處巖面出露高程約1040m（低于正常蓄水位1046m），基巖以上依次分布卵石層和黃土狀壤土層，卵石層厚度1～6m，具強(qiáng)透水性，上部黃土狀壤土層具中等透水性和中等濕陷性。

3.1.2 南地壩址

南地壩址河谷寬度約400m，現(xiàn)代河床寬度約30m，左漫灘較為寬闊，右漫灘狹窄；壩址左岸為中山地貌景觀，相對(duì)高差80～130m；右岸山體較為寬厚，山腳分布有省道張沽公路，山頂覆蓋黃土狀壤土及含壤土碎石，呈黃土峁地貌景觀，相對(duì)高差110～240m。

壩址河床部位覆蓋層以卵石層為主，最大厚度約20m，具強(qiáng)透水性；下部基巖以片麻巖為主，呈強(qiáng)、弱兩種風(fēng)化狀態(tài)，強(qiáng)風(fēng)化厚度2.2～4.9m，具中～強(qiáng)透水性；弱風(fēng)化巖節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，表層局部有蝕變現(xiàn)象，具中～弱透水性。左岸地層巖性為土、卵、巖多層結(jié)構(gòu)，巖面高程996.0～997.6m （正常蓄水位996.5m），基巖以上依次分布卵石層和黃土狀壤土層，卵石層一般厚度3.2～4.1m，具強(qiáng)透水性，上部黃土狀壤土層具中等透水性和中等濕陷性；覆蓋層沿庫(kù)區(qū)左岸上游連續(xù)分布，至左岸上游石板溝內(nèi)（左壩頭上游約850m），基巖出露高程位于校核洪水位以上。右岸地層巖性為土、卵、巖多層結(jié)構(gòu)，巖面高程980m（正常蓄水位996.5m），基巖以上依次分布強(qiáng)透水性卵石層和濕陷性黃土層，卵石層和黃土層分別向右壩肩外側(cè)延伸至高程約988.5m和1042.0m后尖滅。

3.1.3 比選情況

兩壩址均不存在影響建壩的制約因素。從地質(zhì)條件來(lái)看，新?tīng)I(yíng)子壩址在河床覆蓋層厚度、壩基防滲處理方面略?xún)?yōu)；南地壩址在壩肩防滲處理、庫(kù)區(qū)防滲處理及對(duì)張承高速的影響方面較優(yōu)，兩壩址各有優(yōu)缺點(diǎn)，基本相當(dāng)。從地形上看，新?tīng)I(yíng)子壩址較南地壩址河谷寬度少約200m，地形條件較優(yōu)。

3.2 樞紐建筑物布置和投資

根據(jù)兩壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧戏植记闆r，兩壩址均選取土質(zhì)心墻分區(qū)壩為代表壩型進(jìn)行壩址比選。

3.2.1 新?tīng)I(yíng)子壩址樞紐布置

樞紐工程主要由攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞組成。

攔河壩壩頂高程1053.2m，最大壩高為58.2m。壩頂長(zhǎng)332m、寬7.0m，壩頂設(shè)高1.2m防浪墻；壩體上游壩坡為1∶2.25，1∶2.5，1∶2.75， 下游壩坡為1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5；壩體采用輕粉質(zhì)壤土心墻防滲，壩殼料采用砂礫料和工程開(kāi)挖料填筑，壩基采用混凝土防滲墻和帷幕灌漿進(jìn)行防滲。攔河壩右岸正常蓄水位以下濕陷性黃土層、強(qiáng)透水卵石層，分布采用翻壓方案和混凝土防滲墻方案進(jìn)行處理。

溢洪道布置于攔河壩右壩頭，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)699.7m。控制段為堰頂設(shè)閘門(mén)的WES實(shí)用堰結(jié)構(gòu)，堰頂高程1043.0m（低于正常蓄水位3.0m），共2孔、單孔凈寬7.5m；控制段上游為擴(kuò)散喇叭口式引水渠，下游為泄槽和底流消能；消能段后接尾水渠將下泄水流平順匯入河道主槽。

泄洪排沙洞布置于攔河壩左岸山體內(nèi)，為有壓短管進(jìn)口后接無(wú)壓洞身型式，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)1040m。隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，進(jìn)水口為單孔3.0 m×3.0m（寬×高，下同）的方形斷面，塔內(nèi)設(shè)平面事故檢修閘門(mén)和弧形工作閘門(mén)；洞身采用5.0m×6.0m的城門(mén)洞形斷面，出口采用底流消能，消能段后接尾水渠將下泄水流平順匯入河道主槽。

放水洞亦布置于攔河壩左岸山體內(nèi)、位于泄洪排沙洞右側(cè)，采用有壓短管進(jìn)口后接無(wú)壓洞身型式，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)203m。隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，進(jìn)水口為單孔1.5m×1.0m的矩形斷面，塔內(nèi)設(shè)平面事故檢修閘門(mén)和弧形工作閘門(mén)；洞身采用1.5m×1.8m的城門(mén)洞形斷面，出口采用底流消能。

3.2.2 南地壩址樞紐布置

樞紐工程主要由攔河壩、溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞組成。

攔河壩壩頂高程1004.5m，最大壩高為56.5m。壩頂長(zhǎng)590m、寬7.0m，壩頂設(shè)高1.2m防浪墻；壩體上游壩坡為1∶2.25，1∶2.5，1∶2.75， 下游壩坡為1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5；壩體采用輕粉質(zhì)壤土心墻防滲，壩殼料采用砂礫料和工程開(kāi)挖料填筑，壩基采用混凝土防滲墻和帷幕灌漿進(jìn)行防滲。攔河壩左岸庫(kù)區(qū)強(qiáng)透水卵石層、黃土狀壤土層及下部中等透水基巖采用混凝土護(hù)坡+帷幕灌漿進(jìn)行處理；攔河壩右岸強(qiáng)透水卵石層和濕陷性黃土層采用翻壓回填進(jìn)行處理。

溢洪道布置于攔河壩右壩頭，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)676.1m。控制段為堰頂設(shè)閘門(mén)的WES實(shí)用堰結(jié)構(gòu)，堰頂高程993.5m（低于正常蓄水位3.0m），共2孔、單孔凈寬7.5m；控制段上游為擴(kuò)散喇叭口式引水渠，下游為泄槽和底流消能；消能段后接尾水渠將下泄水流平順匯入河道主槽。

泄洪排沙洞布置于攔河壩左岸山體內(nèi)，為有壓短管進(jìn)口后接無(wú)壓洞身型式，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)1030m。隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，進(jìn)水口為單孔3.0m×3.5m（寬×高，下同）的方形斷面，塔內(nèi)設(shè)平面事故檢修閘門(mén)和弧形工作閘門(mén)；洞身采用5.0m×6.0m的城門(mén)洞形斷面，出口采用底流消能，消能段后接尾水渠將下泄水流平順匯入河道主槽。

放水洞亦布置于攔河壩左岸山體內(nèi)、位于泄洪排沙洞右側(cè)，采用有壓短管進(jìn)口后接無(wú)壓洞身型式，中心線(xiàn)平面投影總長(zhǎng)207m。隧洞進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，進(jìn)水口為單孔1.5 m×1.0m的矩形斷面，塔內(nèi)設(shè)平面事故檢修閘門(mén)和弧形工作閘門(mén)；洞身采用1.5m×1.8m的城門(mén)洞形斷面，出口采用底流消能。

3.2.3 比選情況

兩壩址總體布置、建筑物組成及規(guī)模基本相同，無(wú)明顯差異，僅由于新?tīng)I(yíng)子壩址河谷寬度較小，攔河壩壩頂長(zhǎng)度較南地壩址減少258m，相應(yīng)壩體填筑和基礎(chǔ)防滲處理工程量均有所減少。根據(jù)投資估算，新?tīng)I(yíng)子壩址主體工程投資較南地壩址節(jié)省約1.28億元。兩壩址主要工程量及投資估算對(duì)比如表1。

表1 兩壩址主要工程量及投資估算對(duì)比

3.3 庫(kù)區(qū)淹沒(méi)和移民安置

新?tīng)I(yíng)子壩址庫(kù)區(qū)淹沒(méi)涉及總?cè)丝跒?489人，淹沒(méi)占地322.8hm2，淹沒(méi)房屋4.71萬(wàn)m2及其附屬設(shè)施；淹沒(méi)重要專(zhuān)項(xiàng)設(shè)施包括省道張沽公路9.91km、輸變電線(xiàn)路56.3km、通訊線(xiàn)路56km、4個(gè)工礦企業(yè)、場(chǎng)地小學(xué)和巴圖灣高速收費(fèi)站。南地壩址庫(kù)區(qū)淹沒(méi)涉及總?cè)丝跒?188人，淹沒(méi)占地273.87hm2，淹沒(méi)房屋2.83萬(wàn)m2及其附屬設(shè)施；淹沒(méi)重要專(zhuān)項(xiàng)設(shè)施包括省道張沽公路9.13km、輸變電線(xiàn)路40.9km、通訊線(xiàn)路57.6km、4個(gè)工礦企業(yè)。

新?tīng)I(yíng)子壩址庫(kù)區(qū)淹沒(méi)人口、占地、房屋和重要專(zhuān)項(xiàng)設(shè)施中公路、電力線(xiàn)路均高于南地壩址，且需淹沒(méi)場(chǎng)地小學(xué)和巴圖灣高速收費(fèi)站。新?tīng)I(yíng)子壩址占遷估算投資16.28萬(wàn)元，南地壩址占遷估算投資12.84萬(wàn)元，新?tīng)I(yíng)子壩址投資增加約3.44億元。

3.4 筑壩材料

兩壩址壩型均采用土質(zhì)心墻分區(qū)壩，筑壩主要材料包括心墻土料、壩殼砂礫料及塊石料等，其中土料場(chǎng)位于西溝烏拉哈達(dá)村西北約0.6km，壩殼砂礫料場(chǎng)位于南地壩址淹沒(méi)區(qū)內(nèi)，塊石料場(chǎng)位于東溝上新?tīng)I(yíng)子村南約1.2km，主要筑壩材料與兩壩址的運(yùn)距各有遠(yuǎn)近，總體基本相當(dāng)，但砂礫料場(chǎng)大部分位于南地壩址庫(kù)區(qū)內(nèi)，南地壩址可有效減少壩殼砂礫料場(chǎng)占地，南地壩址相對(duì)較優(yōu)。

3.5 施工條件及工期

兩壩址地形地質(zhì)條件、工程規(guī)模、樞紐布置及主要建筑物型式基本相同，因此施工布置、導(dǎo)流方案基本一致。南地壩址河谷寬度較新?tīng)I(yíng)子壩址寬約200m，壩體填筑量較大，施工工期較新?tīng)I(yíng)子壩址長(zhǎng)約1年、臨時(shí)工程投資增加約580萬(wàn)元，新?tīng)I(yíng)子壩址在施工方面較優(yōu)。

3.6 工程效益

新?tīng)I(yíng)子壩址控制流域面積1184km2，調(diào)洪庫(kù)容2036萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2143萬(wàn)m3，多年平均供水量2300萬(wàn)m3；南地壩址控制流域面積1231km2，調(diào)洪庫(kù)容2061萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2552萬(wàn)m3，多年平均供水量2450萬(wàn)m3。南地壩址位于新?tīng)I(yíng)子壩址下游，工程效益各項(xiàng)指標(biāo)略?xún)?yōu)。

3.7 運(yùn)行管理比選

兩壩址樞紐布置、主要建筑物組成及結(jié)構(gòu)型式基本相同，從工程本身角度來(lái)看，其運(yùn)行期管理運(yùn)用方案和難易程度基本一致。但南地壩址距離張家口市區(qū)較新?tīng)I(yíng)子壩址近約5km，后期城市供水線(xiàn)路長(zhǎng)度減少，節(jié)省投資，且更便于工程管理。

3.8 對(duì)環(huán)境影響

新?tīng)I(yíng)子、南地兩壩址建庫(kù)方案均不涉及生態(tài)敏感區(qū)，沒(méi)有珍稀動(dòng)植物等保護(hù)目標(biāo)。兩壩址樞紐布置、主要建筑物組成相同，對(duì)環(huán)境影響基本一致，但南地壩址壩長(zhǎng)增加258m，其料場(chǎng)開(kāi)采量、棄渣量均較新?tīng)I(yíng)子壩址有所增加，新?tīng)I(yíng)子壩址對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）東庫(kù)選擇的新?tīng)I(yíng)子和南地兩處壩址地質(zhì)條件相似，不存在影響建壩的制約因素，南地壩址河谷寬度較大，相應(yīng)主體建筑工程投資增加約1.28億元，但淹沒(méi)占遷投資節(jié)省約3.44億元，主體建筑工程和移民占遷投資合計(jì)后，南地壩址投資節(jié)省約2.16億元。

（2）南地壩址防洪效益、供水效益均較優(yōu)，且距張家口市區(qū)較近，后期管理和供水工程布置均優(yōu)于新?tīng)I(yíng)子壩址，因此東庫(kù)壩址推薦采用南地壩址。