大石頭水庫工程壩線方案比選分析

張 龍

(新疆生產建設兵團第六師五家渠市水政監察支隊，新疆 五家渠 831300)

1 工程概況

大石頭水庫位于北塔山牧場境內，隸屬于新疆兵團第六師。2019年，北塔山牧場申請國家水利發展專項資金，實施大石頭水庫工程建設，重點解決牧場草建連和庫普鎮人畜供水問題以及草建連灌區、牧一連、庫普鎮防護林灌溉供水問題。大石頭水庫為引水注入式平原水庫，總庫容130.9萬m3，其中興利庫容104.4m3，壩線總長1.17km，最大壩高21.9m，壩體采用砂礫石筑壩。工程主要建設內容：大壩、庫盤防滲、進水渠及渠系建筑物、放水涵洞、防洪堤。

大石頭水庫工程建成后，可恢復撂荒耕地339.27hm2，新增人工灌溉林場329.93hm2，改善2644人、30759頭牲畜供水條件，對改善項目區農牧民生產生活條件起到了重要的促進作用，為北塔山牧場脫貧致富打下了堅實基礎。

2 壩線設計方案比選分析

2.1 壩線布置

大石頭水庫工程壩線布置原則為以南壩線為主要調整區，北壩線為局部調整區，東、西壩線受引供水高程條件限制確定為一致，具體如下。

(1)水庫壩線布置力求土方基本平衡，減少外運筑壩料，降低工程投資。

(2)庫址區東、西向受引供水高程限制，壩線東、西可選擇范圍不大。北側受鄉道291、草建連灌區分部及已建的大石頭水庫位置等影響，可選擇范圍不大，但具有一定的變動范圍。庫區南側無限制性條件，為壩線主要選擇區。

(3)基于庫區東側與其他三面壩體連成整體的環庫管理道路需求，上游側坡面洪水的攔擋要求、東側區庫盤防滲系統與原始地面之間銜接保護問題，采用四面圍壩方案。

(4)在土方基本平衡的前提下，庫盤面積越大，壩體高度越小，對水庫工程投資兩者起聯動關系，因此需通過比選確定不同的壩線對應的庫盤方案。

水庫壩線布置特性指標參數詳見表1。

表1 壩線布置方案特性指標

2.2 壩線方案特點分析

2.2.1大庫盤方案

水庫壩體采用三面圍壩形式，壩線呈U形布置，壩線長度1061.82m，庫盤防滲面積15.13萬m2，壩頂高程1756.7m，正常蓄水位1754.9m，死水位1744.0m，經過挖填平衡整理過的庫盤最陡坡度為1/11。特點分析如下。

(1)水資源利用。水庫水面面積最大，水面蒸發損耗最大。

(2)最大壩高16.7m，對庫盤防滲膜安全性最優。

(3)庫盤防滲膜保護。低水位運行時約有60%庫盤在水面以上，致使上游區膜上土受風浪淘刷而引起膜上水土流失，對膜的保護作用減少，且防滲膜易老化，保護效果一般。

(4)工程施工。施工進度按照各工序控制進行。

①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復合土工膜→上游護坡混凝土；均為常規的土方工程及砼工程，各方案之間無明顯差異。②庫盤防滲：庫盤開挖→土工膜鋪設→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫盤最大，工程占地最大，對現有植被進行清理、掩埋最多，不利于生態環境保護。

(6)壩基較穩定。

(7)工程投資。壩體工程投資3202.6萬元，投資較大。

2.2.2中庫盤方案

水庫壩體采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩線長度1409.21m，庫盤防滲面積9.39萬m2，壩頂高程1759.3m，正常蓄水位1757.5m，死水位1744.0m，經過挖填平衡整理過的庫盤坡度為1/24。特點分析如下。

(1)水資源利用。水庫水面面積較大，水面蒸發損耗較大。

(2)最大壩高19.0m，對庫盤防滲膜安全性較優。

(3)庫盤防滲膜保護。低水位運行時約有50%庫盤在水面以上，致使上游區膜上土受風浪淘刷而引起膜上水土流失，對膜的保護作用減少，且防滲膜易老化，保護效果一般。

(4)工程施工。施工進度按照各工序控制進行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復合土工膜→上游護坡混凝土；均為常規的土方工程及砼工程，各方案之間無明顯差異。②庫盤防滲：庫盤開挖→土工膜鋪設→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫盤較大，工程占地較大，對現有植被進行清理、掩埋較多，不利于生態環境保護。

(6)壩基較穩定。

(7)工程投資。壩體工程投資2883.81萬元，投資較少。

2.2.3小庫盤方案

水庫壩體采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩線長度1165.64m，庫盤防滲面積4.64萬m2，壩頂高程1761.9m，正常蓄水位1760.0m，死水位1745.7m，經過挖填平衡整理過的庫盤坡度為1/2000。特點分析如下。

(1)水資源利用。水庫水面面積最小，水面蒸發損耗最小。

(2)最大壩高21.9m，對庫盤防滲膜安全性一般。

(3)庫盤防滲膜保護。低水位運行時庫盤全在水面以下，不會產生上游區膜上土受風浪淘刷而引起膜上水土流失現象，對膜的保護作用最優。

(4)工程施工。施工進度按照各工序控制進行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復合土工膜→上游護坡混凝土；均為常規的土方工程及砼工程，各方案之間無明顯差異。②庫盤防滲：庫盤開挖→土工膜鋪設→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫盤最小，工程占地最少，對現有植被進行清理、掩埋較少，有利于生態環境保護。

(6)壩基較穩定。

(7)工程投資。壩體工程投資2883.33萬元，投資較少。

2.2.4小庫盤+10m連接平臺方案

水庫壩體采用采用四面圍壩形式，壩線呈矩形布置，壩體外坡增加10m連接平臺，壩線長度1226.79m，庫盤防滲面積8.79萬m2，壩頂高程1760.0m，正常蓄水位1758.1m，死水位1745.7m，經過挖填平衡整理過的庫盤坡度為1/45.56。特點分析如下。

(1)水資源利用。水庫水面面積較大，水面蒸發損耗較大。

(2)最大壩高20.0m，對庫盤防滲膜安全性一般。

(3)庫盤防滲膜保護。低水位運行時約有40%庫盤在水面以上，致使上游區膜上土受風浪淘刷而引起膜上水土流失，對膜的保護作用減少，且防滲膜易老化，保護效果一般。

(4)工程施工。施工進度按照各工序控制進行。①大壩施工：壩基清理→壩體填筑→復合土工膜→上游護坡混凝土；均為常規的土方工程及砼工程，各方案之間無明顯差異。②庫盤防滲：庫盤開挖→土工膜鋪設→砂礫石回填。

(5)工程占地。庫盤較大，工程占地較大，對現有植被進行清理、掩埋較多，不利于生態環境保護。

(6)壩基最穩定。

(7)工程投資。壩體工程投資3102.24萬元，投資較大。

2.3 結論

通過對大庫盤方案、中庫盤方案、小庫盤方案和小庫盤+10m連接平臺方案進行對比，從水資源利用、最大壩高、庫盤防滲膜保護、工程施工、工程占地、壩基穩定性、工程投資方面分析、比較，分析成果詳見表2。

表2 壩線方案分析成果

綜合上述分析成果，小庫盤方案最優，中庫盤方案和小庫盤+10m連接平臺方案各有優缺點，但均不存在制約性條件限制，大庫盤方案最差，最終確定大石頭水庫工程壩線設計采用小庫盤方案。

3 結語

北塔山牧場水利基礎條件薄弱，在大石頭水庫工程項目實施中，通過優化水庫壩線設計方案，提升了工程質量，降低了投資，便于實施管理，進而改善了牧場人畜供水和護林灌溉條件，對改善牧場職工群眾生活水平具有重要意義。項目建設中對大庫盤、中庫盤、小庫盤、小庫盤+10m連接平臺壩線方案進行比選、分析，是基于水庫為小(Ⅰ)型平原注入式水庫，庫容較小，壩高較低，且現有庫盤位置比較優越的情況下進行的，非上述情況的水庫壩線方案選擇還需結合實際重新論證、分析，最終才能確定最佳壩線設計方案形式。