論“攔、蓄、引、用”措施在枹木寨水利工程的綜合運用

許朝友

(貴州省思南縣水務局，貴州 思南 565100)

1 工程概況

1.1 工程概況

思南縣枹木寨水利工程位于銅仁市思南縣涼水井鎮枹木寨村，距縣城32km，是一個跨區域調水解決人飲供水工程。

該工程主要由新建枹木寨水庫、總干渠、肖家灣隧洞、楊家灣水廠等部分組成，即在新建枹木寨水庫經引水總干渠進入洞坎攔水堰，通過肖家灣隧洞進入楊家灣水廠，利用供水管網向孫家壩片區供水。

枹木寨水利工程任務主要以供水為主；枹木寨水庫校核洪水位774.42m，總庫容241萬m3，洞坎攔水堰校核洪水位754.24m，總庫容0.87萬m3，規劃供水人口9.7萬人，枹木寨水庫等別均為Ⅳ等，工程規模屬小(1)型。

工程建成后，有效解決孫家壩片區工程性嚴重缺水問題，每年可供用水量532萬m3，解決孫家壩片區9.7萬人的飲水問題。

1.2 工程總布置

水源工程包括新建枹木寨水庫和洞坎攔水堰，枹木寨水庫包括大壩、溢洪道、取水口等建筑物建設和水庫淹沒處理；輸水工程包括新建引水總干渠2500m和肖家灣隧洞；供水工程包括新建孫家壩水廠和供水管網工程。

2 工程布局總體思路

由于地形地勢條件的限制，受水區孫家壩鎮周邊水源僅有楊家灣水庫，且規模無法達到供水水需求，需要另找新的水源點單獨補給或聯合補給。結合水資源規劃，在孫家壩片區東北面枹木寨規劃新建小(1)型枹木寨水庫，距楊家灣水廠直線距離約4.6km，受老巖頂至花尖山山脈阻隔，無法通過自流引水，采用在枹木寨建壩成庫，利用明渠、隧洞將水引至楊家灣水廠，有效克服了孫家壩受水區地理位置的劣勢，解決了孫家壩片區的缺水難題。

3 “蓄、攔、引、用”措施的綜合運用

3.1 “蓄”在工程中的運用

“蓄”即在水源點建壩成庫蓄水，本工程受水區由于收到地形地勢條件的限制，受水區孫家壩片區周邊水源僅有楊家灣水庫，位置較低，且設計規模和擴建也無法達到新增用水需求，這使得必須要需要新的可靠水源。

在枹木寨建壩成庫，攔蓄河道基流和積蓄雨水，再根據供水需求經過輸水系統向新建的孫家壩水廠，實行聯合調度運行，滿足孫家壩受水區的用水需求。

枹木寨水庫大壩為漿砌石重力壩，壩軸線長170.0m，大壩由溢流壩和非溢流壩組成，壩頂高程775.10m，壩頂寬4.0m，壩基高程為745.0m；最大壩高為31m，總庫容241萬m3，正常蓄水位以下庫容175萬m3，正常蓄水位772m，興利庫容165萬m3，工程等別為Ⅳ等，工程規模屬小(1)型，水源工程樞紐永久性建筑物大壩、溢洪道、取水口等建筑物級別為4級，大壩等主體建筑物的設計洪水標準為30a一遇，校核洪水標為200a一遇，消能防沖按20a一遇設計。

在壩體河床右岸壩身部位高程755m、751.5m分別布置了壩身取水口和放空底孔。放空底孔壩身埋設φ600鋼管，鋼管長22m，管壁厚8mm，鋼管周圍為50cm厚C20混凝土，出口設φ600閘閥為檢修閘閥，在檢修閘閥后接φ600蝶閥作為工作閘閥。取水口則在壩前設置了進水塔(包括攔污柵和事故閘門等)，底孔孔身設φ800的鋼管，周圍為50cm厚C20混凝土，出口用φ800蝶閥作為工作閘閥，后接水庫總干渠。

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3.2 “攔”在工程中的運用

“攔”是在新建枹木寨水庫蓄水并利用下游總干渠引水至肖家灣隧洞，由于地形地勢情況在進入隧洞進口前采用攔水堰攔蓄措施，有效將沖溝內的水引入肖家灣隧洞，最充分、有效的利用水資源。

枹木寨水庫庫水通過右岸755m高程的放水閘閥放入下游的總干渠渠首，取水流量為1.25m3/s，渠道向南沿鄉村公路外側、磨石溪右岸傍山而行，在樁號0+560處跨過鄉村公路折向西后經肖家灣村寨，總干渠總長2500m，渠道全部為傍山明渠。受肖家灣實際地形影響，在總干渠末端與肖家灣隧洞之間，靠隧洞進口前需結合地形新建洞坎攔水堰，以有效攔蓄總干渠及沖溝來水引入隧洞。

洞坎攔水堰大壩為漿砌石重力壩，壩軸線長25.0m，壩頂高程755.0m，壩頂寬2m，壩基高程為748.0m，最大壩高7.0m。大壩由溢流壩和非溢流壩組成，左岸6.0m為非溢流壩，中間12.0m為溢流壩段，右岸7.0為非溢流壩；在壩體河床偏左岸749.97m高程設φ500的鋼管作放空底孔，壩身埋設φ500鋼管，鋼管長5m，管壁厚8mm，鋼管周圍為50cm厚C20混凝土，出口設φ500閘閥作為工作閘閥。

在壩體左岸751.693m高程設1.1×1.3孔口使總干渠水進入攔水堰內，為了不使洪水倒灌總干渠，在攔水堰前設1個控制閘門，閘門尺寸為1.1×1.3m，采用為平面鑄鐵閘門，與閘門配套的啟閉機選用一臺螺桿啟閉機，型號SLQ-20KN，操作方式為手動。

3.3 “引”在工程中的運用

“引”在文章中的含義是引水，即在該工程設計中通過興建新建枹木寨水庫和引、輸水設施將水引至楊家灣水廠，孫家壩片區實現受水區全覆蓋。

具體布置：在位于孫家壩受水區東北部的枹木寨新建大壩蓄水，在水庫大壩下游取水，通過2.5km長的總干渠將水引至肖家灣隧洞，引水流量0.962m3/s，在隧洞前設置了洞坎攔水堰，通過洞長L=3.05km的肖家灣隧洞將水引至楊家灣水廠，從而實現從新建枹木寨水庫向已建楊家灣片區調水的目的。因此該工程“引”的重點就是水庫與水廠之間的引水隧洞—肖家灣隧洞，通過3km的肖家灣隧洞解決了孫家壩片區一帶由于山脈地勢、地形形成阻隔的影響。肖家灣隧洞進口前的洞坎攔水堰正常水位與總干道末端渠道設計水面高程相同，隧洞引洞坎溪洪水5.0m3/s的水位與攔水堰頂同高，隧洞進口底板高程751.12m。

隧洞進口位于洞坎溪左岸，進口距攔水堰上游面約13m處，采用岸邊塔式進水。進水口包括喇叭口、閘門井及漸變段三部分，均為鋼筋混凝土結構。

2)隧洞布置

隧洞進口布置在洞坎溪上，出口布置在唐池坡，隧洞比降i=1/500，其進口底板高程為751.12m，洞長3048m，出口高程為745.024m，根據工程地質條件，隧洞為城門洞形，成形斷面B×h=1.8×2.2m，洞頂為半圓拱結構，側墻及洞頂采用30cm厚的C15混凝土襯砌，底板采用10cm厚的C15混凝土。洞頂需進行回填灌漿，隧洞每12m設一道伸縮縫，縫內設止水。

3)隧洞水力計算

隧洞為無壓隧洞，隧洞供水過水流量為1.22m3/s，引洪流量為5.0m3/s，比降i=1/500,隧洞水力計算按明渠均勻流計算，計算公式如下：

(1)

式中：Q為設計過水流量，m3/s；n為糙率系數，取n=0.015；R為水力半徑，m；ω為過水面積，m2；i為渠道比降。

計算結果見表1。

表1 肖家灣隧洞水力要素表

根據肖家灣隧洞水力計算，隧洞出口高程為745.024m，設計流量時隧洞出口水面高程為745.425m，引洪時隧洞出口水面高程為746.324m[1]。

4)隧洞結構設計

洞身襯砌：隧洞軸線位置基巖為奧陶系中統十字鋪組泥灰巖，寶塔組龜裂紋灰巖，志留系下統石牛欄組泥灰巖、泥頁巖，中上統韓家店群泥頁巖；二疊系下統梁山組灰巖夾頁巖，棲霞組、茅口組、吳家坪組、長興組灰巖、燧石結核灰巖，巖石產狀穩定，傾向HWW，傾角35°-60°(在隧洞出口段稍緩)，通過地段無斷裂構造，巖石完整性好。在整個隧洞開挖過程中將可能遇到冒頂、垮塌、掉塊等不良地質現象，且進出口應特別注意及時支護或超前支護，整個隧洞需作相應的臨時支撐，部分隧洞襯砌類型：采用C15混凝土襯砌，厚度為30cm。襯砌分縫每12m設一道伸縮縫，并設止水。水工隧洞混凝土襯砌段，作了回填灌漿處理，自較低端開始，向較高的段推進。灌漿壓力0.2-0.3MPa[2]。

3.4 “用”在工程中的運用

“用”在文中的含義是利用，即在該工程設計中除新建枹木寨水庫和引輸水設施外，在輸水尾端修建一座水處理廠，經處理后利用管網向孫家壩片區受水區供水，充分利用水源高程和采取部分泵提滿足群眾用水需求，同時也減少了新建工程的投資和運行成本，創造節約型水利工程。

楊家灣水廠建設在肖家灣隧洞出口，是以枹木寨水庫為水源，新建2.0萬m3/d孫家壩水廠及安裝輸水管管網；廠平面設計高程730.4m高程，水廠出水壓力可覆蓋孫家壩片區大部分區域，高區部分采用分級提水解決。

工程主要建設內容：1、新建2.0萬m3/d孫家壩水廠一座，廠區建設內容有新建配水混合池1座， 管式混合器井1座、斜管沉淀池2座、 氣水反沖濾池 1座、反沖洗泵房1座、 出水加壓泵房1座、加氯加藥間1座(含加氯加藥一套)、500 m3清水池2座、綜合樓辦公大樓1300m2、機修間及倉庫1座、出水計量井2座、濃縮池1座 排水池、排泥池2座、 污泥脫水機房、污泥調節池(含污泥處理系統1套)等；2、輸水管網工程：安裝K9級DN500球墨鑄鐵管1598.7m， DN400球墨鑄鐵管1030.73m、 安裝dn160PE管(1.6Mpa)620.4m、dn200PE管(1.6Mpa)2366.5m、dn315PE管(1.6Mpa)882m。

4 結 語

思南縣枹木寨水利工程根據孫家壩片區需水情況、已建水利設施以及運行狀況并結合地形地質等條件；充分利用新建水利工程水源高程與供水片區需求高程相結合，克服了當地客觀不利的自然條件，采取“蓄、攔、引、用”等有效工程措施，形成跨區域調水，聯合調度運行，有效解決了孫家壩片區由于地形地勢等不利因素長期造成的工程性缺水問題，創造了貴州喀斯特巖溶山跨區域調水、節約型水利工程的較好范例。