志丹縣保娃溝門取水樞紐選型探討

王愛忠，趙小建，鄭云云

（1.志丹縣水務投資建設有限公司，陜西 志丹 717500；2.志丹縣水政水資源管理辦公室，陜西 志丹 717500；3.陜西水環境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018）

志丹縣位于呼包鄂榆國家重點開發區、關中-天水經濟區和陜甘寧革命老區三個國家級開發區的交匯之地，在區域經濟發展中具有特殊地位，是國家重要能源基地之一。保安鎮是志丹縣縣政府所在地，也是該縣新能源、新技術和新材料等新興產業的集中區，區域經濟社會的發展迫切需要配套的水資源支撐。目前志丹縣城主要供水水源為地下水，水源單一，總量不足，缺水已成為縣域經濟社會發展的主要制約問題。

為保障和支撐志丹縣經濟社會可持續發展、改善區域水環境、實現水資源的合理配置，周河一級支流保娃溝年徑流量在100萬m3以上，水質較好，可作為志丹縣城供水水源。

1 流域概況

保娃溝屬周河左岸一級支流，發源于志丹縣順寧鎮任坪村劉老灣組三樹梁南麓，自北流向南，沿途流經杏樹塌、紅花臺、后臺、李家莊等村，于順寧鎮保娃溝門村匯入周河。流域面積41.3 km2，河道長12.5 km，河道平均比降16.9‰。

保娃溝流域地形北高南低，由北向南傾斜。高程在1300 m～1600 m，上游分水嶺最高點三樹梁海拔1705 m，下游入周河河口處海拔1277.8 m。地貌以黃土梁狀丘陵溝壑區為主，溝壑發育，地形破碎。植被較差，侵蝕強烈，河溝深切，水土流失嚴重。梁地間的沖溝、切溝下切強烈，是典型的多泥沙河流。

2 工程建設條件

2.1 水文條件

保娃溝無實測水文資料，故采用水文比擬法計算其多年平均年徑流量和不同頻率年徑流量，參證站采用志丹水文站，志丹站有1965年～2016年52年徑流系列。經過分析計算可知，保娃溝門取水樞紐處多年平均徑流量為108.1萬m3。

設計洪水采用推理公式法計算，20年一遇校核洪水洪峰流量438 m3/s，洪量120萬m3；10年一遇設計洪水洪峰流量341 m3/s，洪量 79.6 萬 m3。

泥沙以志丹水文站作為參證站按水文比擬法計算，多年平均懸移質輸沙量30.0萬t，推移質按推懸比0.05計算，其值為1.50萬t，總輸沙總量為31.5萬t。

2.2 地質條件

工程區地處陜甘寧臺拗（I1）陜北臺凹（I11）中部，地震動反應譜特征周期為0.35 s；相應的地震基本烈度Ⅵ度，區域構造穩定性好。

工程區河谷呈“V”字型，蓄水位高程以下兩壩肩巖石裸露，河床漫灘覆蓋層以砂礫石為主，厚5.0 m～7.0 m。

庫區地形封閉，庫盆主要由白堊系華池組（K1L）塊狀長石砂巖夾薄層泥巖和Q2黃土狀土構成，河谷兩岸分水嶺地下水位高程高于水庫設計蓄水位高程，地下水補給庫水，水庫永久滲漏不存在；庫岸巖石邊坡基本穩定，土質邊坡存在塌岸問題，預測塌岸量小于2.0萬m3，不存在淹沒問題，浸沒面積小。不具備產生誘發地震的基本條件。

工程區環境水（河水和地下水）對混凝土無腐蝕性，河水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

2.3 供水對象及規模

保娃溝門取水樞紐工程主要解決志丹縣保安鎮給城鎮生活及工業生產供水，現狀年為2015年，設計水平年為2030年，供水保證率為90%。現狀年需水量351.4萬m3，缺水量59.4萬m3，缺水率16.9%；設計水平年需水量655.3萬m3，缺水量185.8萬m3，缺水率28.4%。

在滿足壩址下游河道生態基流情況下，按“以供定需”的調節計算原則，對不同典型年進行逐日調節計算，確定水庫總庫容為8.19萬m3，調蓄水池容積4萬m3，多年平均供水量為36.96 萬 m3。

3 取水樞紐選型

取水樞紐比選采用傳統的“碾壓式均質土壩”“閘壩+蓄水池”“液壓壩+蓄水池”三種方案。

3.1 碾壓式均質土壩方案

該方案由大壩、溢洪道、導流輸水洞及輸水建筑物等四部分組成?？値烊?20萬m3，死庫容693萬m3（年淤積23.1萬m3，按30年使用年限計算），興利庫容60萬m3，滯洪庫容167萬m3。多年平均供水量64萬m3，工程屬于Ⅳ等?。?）型工程，相應主要建筑物大壩、溢洪道、導流輸水洞及輸水建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。工程的防洪標準按50年一遇設計，500年一遇校核，相應的洪峰流量分別為564 m3/s和918 m3/s。

3.2 閘壩+蓄水池方案

該方案由閘壩、輸水管線及蓄水池三部分組成?？値烊轂?.19萬m3，正常蓄水位1313.0 m，多年平均供水量36.96萬m3。將攔河閘壩布置在主河槽，兩岸布設重力壩段，與現狀基巖銜接。攔河閘壩頂高程1317 m，壩高19 m，壩長44.5 m，其中泄洪壩段長24 m，泄洪壩段設3孔6 m×4.5 m泄洪孔，下游消能方式采用底流消能，消力池長23 m，池深1.5 m，寬22 m。輸水管道進口設置于閘墩內側，管徑DN500鋼骨架PE管，下游接調蓄水池。蓄水池布置于保娃溝階地上，蓄水池最大蓄水量為4萬m3。

3.3 液壓壩+蓄水池方案

該方案由液壓壩、輸水管線及蓄水池三部分組成?？値烊轂?.41萬m3，正常蓄水位1313.0 m，多年平均供水量約36.96萬m3。液壓壩布置在河道主河槽，壩頂高程1316.5 m，液壓壩長27 m，堰型為WES堰，堰下游接15 m長消力池，兩岸銜接段設重力壩段，壩頂高程1316.5 m。輸水管道進口設置于重力壩內側，管徑DN500鋼骨架PE管，下游接調蓄水池。蓄水池布置于保娃溝右側階地上，蓄水池為雙池并排布設，總蓄水量為4 萬 m3。

4 方案比選

三種方案除工程特性外，還應以工程特點、施工難度、工程管理、投資等方面進行不同深度的比較論證，深入研究和比較各方案的特點，見表1。

表1 取水樞紐方案比選

通過以上比較分析，本次推薦采用適應地形條件較好、施工難度偏低、投資造價適中、后期運行管理簡單、工程經濟效益較好的“閘壩+蓄水池”方案。

5 取水樞紐設計

推薦取水樞紐采用 “閘壩+蓄水池”方案，由擋水閘壩、輸水管線及蓄水池組成，采用閘壩取水方式，全長44.5 m。

擋水壩段：壩型為混凝土重力壩，壩頂高程1317.0 m，最大壩高15 m，壩頂寬5 m，左岸壩段長11.25 m，右岸壩段長9.25 m，主體結構采用C15混凝土，上游設50 cm厚C25鋼筋混凝土防滲面板，抗凍等級F200，防滲等級為W6。擋水壩典型橫剖面見圖1。

圖1 擋水壩橫剖面圖

泄水閘壩：泄水閘壩段長24 m，壩頂高程1317 m，泄水閘壩采用3孔6 m寬閘體設計，堰型為WES堰，堰下游接22 m長消力池。閘底板高程為1309.0 m，校核洪水位時泄量396.6 m3/s，設計洪水位時泄量308.9 m3/s；消能方式采用底流消能，消力池底板頂高程1305.0 m，池長22 m，池寬22 m，池深1.5 m。

輸水管線：輸水管線總長1935 m，管道采用鋼骨架PE管，管徑DN500。設計管道流量0.25 m3/s，沿線設置計量檢修閥井2座，排氣閥井4座，泄水閥井5座，檢修閥井6座。

蓄水池：蓄水池布置于保娃溝階地上，蓄水池采用雙池并排布設，單個水池最大蓄水量為2萬m3，總蓄水量為4萬m3，池頂高程1303.4 m，上游1#蓄水池池底高程1298.0 m～1297.7 m，池深5.4 m～5.7 m，下游2#蓄水池池底高程1297.1 m～1296.8 m，池深6.3 m～6.6 m，最高蓄水位1302.5 m。兩個蓄水池分別設計進水管、出水管、排泥管及排泥井等建筑物。進水管為DN500鋼骨架PE管，出水管為DN200鋼管。

6 結論

以我國黃土高原山區志丹縣保娃溝門取水樞紐為研究對象，通過對工程建設條件分析，選用“碾壓式均質土壩”“閘壩+蓄水池”“液壓壩+蓄水池”三種取水樞紐方案進行比選，最終推薦“閘壩+蓄水池”方案，并對該方案進行初步設計，該方案適應地形條件較好、施工難度偏低、投資造價適中、后期運行管理簡單、工程經濟效益較好，可對我國黃土高原山區河道修建取水樞紐提供借鑒。