水庫樞紐總體布置方案的比選分析

徐定宏

（云南能陽水利水電勘察設(shè)計有限公司，云南曲靖 655000）

1 工程概況

擬建的那榔水庫位于云南省文山州廣南縣境內(nèi)。壩址位于廣南縣城西北方向的蓮城鎮(zhèn)者況村上游約800m 的那榔河干流上，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 104°54′30″，北緯 24°5′42″，距廣南縣城 12km，距文山州府165km，距昆明468km。那榔水庫地處那榔河中上游河段，控制徑流面積33.7km2（其中本區(qū)18.9km2，引洪區(qū)14.8km2），多年平均來水量1303.2 萬m3（包括引洪區(qū)），來水豐富。經(jīng)實地勘察，水庫的地形、地質(zhì)條件良好，地理位置較高，區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)生活供水和耕地灌溉可實現(xiàn)自流，建庫條件較好。

廣南壩區(qū)不論是現(xiàn)狀還是規(guī)劃水平年水資源均存在較為嚴(yán)重的供需矛盾。解決壩區(qū)水資源供需矛盾的主要途徑就是開源與節(jié)流，即開源就是在具備來水條件及地形、地質(zhì)條件的那榔河上興建那榔水庫，提高水資源控制能力；節(jié)流就是加快以渠系建設(shè)配套及防滲為主的農(nóng)灌節(jié)水步伐，提高水資源利用率；再就是加強用水管理，優(yōu)化水資源配置等。只有多管齊下才能最大限度地解決壩區(qū)內(nèi)水資源供需矛盾。

通過對那榔水庫工程的建設(shè)，除可解決廣南縣城供水、人畜飲水和壩區(qū)內(nèi)1.9 萬畝耕地灌溉，使廣南壩區(qū)灌溉程度由15%提高到47.03%，增加32.03%外，一定程度上還可緩解水庫下游那榔河沿岸的防洪壓力。項目實施后，可增加區(qū)域耕地作物的水分生產(chǎn)率和產(chǎn)出率，一定程度上促進(jìn)本區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，并可切實達(dá)到農(nóng)民增收的目的，改變灌區(qū)因缺水致貧的問題，為灌區(qū)構(gòu)建社會主義和諧新農(nóng)村創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。

2 那榔水庫樞紐地質(zhì)條件

2.1 壩址區(qū)工程地質(zhì)

2.1.1 壩基工程地質(zhì)條件

①岸坡穩(wěn)定性：壩址左岸為順層坡。開挖邊坡陡于1:1 時易產(chǎn)生局部順層滑動，岸坡穩(wěn)定性差。右岸為逆層坡，岸坡基本穩(wěn)定；②壩基強度及壓縮變形：兩岸及河床為第四系松散層堆積，易壓縮變形及不均勻沉陷，需清除。下伏基巖可作為壩基持力層；③壩基抗滑穩(wěn)定性：壩基基巖為砂泥巖，兩岸上部山坡巖體全、強風(fēng)化，壩基抗滑穩(wěn)定性較差，其余地段巖體弱風(fēng)化，巖體為層狀結(jié)構(gòu)，層間無泥化夾層，巖層走向與壩軸線斜交，結(jié)構(gòu)面組合不利于滑動，壩基抗滑穩(wěn)定性好；④壩基滲漏及繞壩滲漏：正常蓄水位以下弱～中等透水帶厚度小于22m，單位透水率q 一般為5～74Lu，存在壩基及繞壩滲漏，經(jīng)計算建基面以下壩基及繞壩滲漏量28.9 萬m3/y，需作帷幕防滲處理。

2.1.2 溢洪道工程地質(zhì)

溢洪道位于壩址右岸山坡，其中：上游輸水段基礎(chǔ)巖體巖性較均一，巖質(zhì)軟弱，不存在壓縮變形問題，巖層傾向山內(nèi)，岸坡與結(jié)構(gòu)面組合屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，岸坡穩(wěn)定較好；陡槽段雖基礎(chǔ)巖體巖質(zhì)軟弱，也不存在壓縮變形問題，左岸邊坡易產(chǎn)生滑動，穩(wěn)定性差；消力池段基礎(chǔ)巖體巖性均一，巖質(zhì)軟弱，不存壓縮變形問題。邊坡多置于松散層，穩(wěn)定性差。

2.1.3 輸水隧洞工程地質(zhì)

輸水隧洞位于左岸，其中：進(jìn)口洞臉穩(wěn)定性較差，進(jìn)口洞室圍巖強風(fēng)化，圍巖類別屬Ⅳ類，不穩(wěn)定，施工開挖時時應(yīng)及時鋼筋混凝土襯砌；中部洞室圍巖弱～微風(fēng)化，圍巖類別屬Ⅲ類，穩(wěn)定性差，出口洞室圍巖全～強風(fēng)化，圍巖類別屬Ⅳ類，不穩(wěn)定，施工開挖時應(yīng)及時鋼筋混凝土襯砌。出口明渠基礎(chǔ)置于基巖上，不存在壓縮變形問題，基本穩(wěn)定；邊坡多置于強風(fēng)化巖體內(nèi)，穩(wěn)定性差；出口洞臉邊坡為順層坡，邊坡高15m，切斷巖層后存在順層滑動問題，不穩(wěn)定，需加強支護(hù)處理。

2.2 引水工程地質(zhì)

壩址下伏基巖為板納組上段（T2b3）為黃灰色、灰色中～厚層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥晶灰?guī)r透鏡體。巖層走向和河向近于平行，傾向右岸，左岸為順層坡，開挖臨空面較大并切斷巖層時易產(chǎn)生順層滑動。右岸為逆向坡，岸坡穩(wěn)定性較好。下伏基巖層間無泥化夾層，巖層走向與壩線近于直交，結(jié)構(gòu)面組合不利于滑動，壩基抗滑穩(wěn)定。壩基巖體完整性好，透水性弱，不存在滲漏變形問題。除表層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石滲水性稍強外，不存在大的壩基滲漏及繞壩滲漏問題。

該壩為小型擋水重力壩，最大壩高9.7m，壩基開挖需將2/3以下壩高段基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上部，2/3 以上壩高段基礎(chǔ)置于強風(fēng)化巖體下部。因該壩無蓄水調(diào)節(jié)功能，因此不需帷幕防滲。

3 工程等級和標(biāo)準(zhǔn)

那榔水庫總庫容1250.7 萬m3，屬中型工程，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物大壩、溢洪道、輸水隧洞按3 級設(shè)計，次要建筑物按4 級設(shè)計，臨時工程及灌溉渠系建筑物按5 級設(shè)計，引水工程按4 級建筑物設(shè)計。

水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇，消能防沖建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇。引水工程的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇。

工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，可不進(jìn)行抗震計算。

4 那榔水庫樞紐總體布置方案比選分析

4.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)部門的規(guī)定，那榔水庫樞紐主要建筑物土石壩的設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇（P=2%），校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇（P=0.1%），下游消能防沖建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇（P=3.33%）。壩體施工期臨時度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)：采用20 年一遇（P=5%）；壩體施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)：采用5 年一遇（枯段）；老龍河取水壩洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計采用10 年一遇（P=10%），校核采用30 年一遇（P=3.33%）。施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)：采用5 年一遇（枯段）。

4.2 壩址選擇

那榔河發(fā)源于廣南那朵村上游，從西北向東南蜿蜒曲折經(jīng)那朵、那榔村進(jìn)入水庫，總長5.7km，河道平均坡降9.78‰，流域平均寬度3.47km。經(jīng)過實地勘察并結(jié)合規(guī)劃報告成果，那榔河流域具備建庫地形、地質(zhì)及水文條件的河段僅限于那榔村以下長約500.0m 的河段上，選擇壩址（上游為那榔壩子，下游進(jìn)入廣南壩子），經(jīng)過現(xiàn)場勘察，本階選擇兩個較具代表性的壩址進(jìn)行比較選擇，按其所在位置稱為上壩址、下壩址，兩壩址相距約280m。兩個壩址在地形、地質(zhì)、水文（來水）條件等方面存在一定差異。決定上、下壩址取舍的因素主要有下面6 個方面：①徑流條件；②庫區(qū)蓄水條件；③水庫淹沒；④地形地質(zhì)條件；⑤樞紐工程型式與布置；⑥技術(shù)經(jīng)濟比較。

本階段經(jīng)過對下壩址粘土心墻料補勘及水庫淹沒調(diào)查復(fù)核等，經(jīng)過比較，本階段仍然維持可研推薦的下壩壩軸線不變。

4.3 壩型選擇

根據(jù)壩址的地形、地質(zhì)、建材、施工等條件，以及當(dāng)?shù)厮臍庀筇匦裕攸c對比考慮了兩種初步認(rèn)為比較合理、可行的壩型，即粘土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩。粘土心墻堆石壩投資2373.48 萬元，混凝土面板堆石壩投資3085.15 萬元。

綜上所述，兩種壩型均可充分利用當(dāng)?shù)夭牧希瑥牡匦蔚刭|(zhì)條件看，兩種壩型均具備建壩條件。混凝土面板堆石壩的趾板基礎(chǔ)應(yīng)力較大需要作固結(jié)灌漿處理，帷幕灌漿較粘土心墻堆石壩長。因此，粘土心墻堆石壩比混凝土面板堆石壩工程投資少711.67萬元。綜合各方面條件來看，粘土心墻堆石壩優(yōu)于混凝土面板堆石壩，采用心墻堆石壩具有得天獨厚條件，故本階段將粘土心墻堆石壩作為推薦壩型。

4.4 工程布置

那榔水庫是一個集蓄、引、供于一體的系統(tǒng)工程，總體布置格局為：引老龍河水加入水庫本區(qū)徑流，通過水庫調(diào)蓄，于供水期由灌溉渠道供給灌區(qū)。

4.4.1 蓄水工程

那榔水庫工程包括粘土心墻堆石壩、溢洪道、輸水及導(dǎo)流隧洞等建筑物。心墻壩壩高49.63m（自壩軸線基面起算），屬低壩，壩頂長154.5m。從此壩線地形地質(zhì)條件綜合分析考慮，右岸地形坡度稍緩，且溢洪道走向與地形等高線交角較大，覆蓋層厚度則差異不大，因此，溢洪道宜布置于右岸。由于壩后緊接位于左岸的輸水干渠（灌區(qū)主要位于左岸），為便于供水，輸水隧洞布置于左岸較為合理。施工導(dǎo)流洞則亦布置于右岸（與溢洪道同側(cè)布置），水庫樞紐總體布置協(xié)調(diào)、緊湊，可以滿足各項功能要求。

4.4.2 引水工程

引水區(qū)為老龍河流域，工程建筑物主要包括：取水壩、順流左岸建4026m 引水隧洞至那榔水庫庫區(qū)，設(shè)計引水流量為Q=8.5m3/s。取水壩較低，壩型按砌石重力壩考慮，并于首部布置了取水口和沖沙孔，來水量大于引水流量時水流經(jīng)由溢流壩下泄。引水隧洞長4026m（含進(jìn)口明渠13m，出口明渠1190m，隧洞出口消力池18m）。

4.4.3 灌區(qū)工程

灌區(qū)包括以一條輸水干渠為主線的灌溉渠系工程，本階段僅將一條輸水干渠納入設(shè)計范圍。輸水干渠緊接輸水隧洞出口，即位于水庫大壩下游壩腳，渠道全長10.90km，為新建工程。渠道襯砌以漿砌石和混凝土為主要型式，漿砌石渠段尚須砂漿抹面以減小糙率并利于防滲。渠系建筑物主要為渡槽，其跨度相對較小，另外尚有水閘、人行農(nóng)用橋、暗渠等零星建筑物。

5 結(jié)語

綜上所述，本文以那榔水庫為例對水庫樞紐總體布置方案進(jìn)行了深入的比選分析，以期能夠為業(yè)界工作者提供有益的經(jīng)驗。