大卜沖水庫壩址壩型方案比選

曾 雄

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況[1]

大卜沖水庫位于金秀縣境內，所在河流為羅秀河支流盤王河。盤王河發源于金秀老山西北側陰沖山，經三角鄉的甲江、江燕，金秀鎮的和平村，桐木鎮的大蠶村，在桐木鎮龍慶村附近與桐木河匯合后稱水晶河，河流向西流入象州縣水晶鄉，在水晶鄉新甫村附近匯入羅秀河，羅秀河繼續西流，于運江鎮堂上村匯入柳江。盤王河全長31.80 km，流域面積94.38 km2，總落差約1498 m。

大卜沖水庫是一座以桐木鎮鎮區和農村供水為主，兼顧改善下游農業灌溉的綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為317 m，設計洪水位為321.310 m，校核洪水位322.500 m，總庫容604 萬m3，大卜沖水庫城鎮供水規模為0.379 m3/s，總灌溉面積約9233 畝。本工程為小（1）型水庫，IV 等工程。攔河壩（包括溢流壩段及非溢流壩段）、引水建筑物進水口及導流隧洞封堵堵頭等為主要建筑物，按4級建筑物設計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設計。混凝土重力壩設計洪水標準為30 a一遇，校核洪水標準為200 a 一遇；消能防沖建筑物設計洪水標準為20 a 一遇。引水建筑進水口及導流隧洞封堵堵頭等主要建筑物設計洪水標準為30 a 一遇，校核洪水標準為200 a一遇。

大卜沖水庫主要向桐木鎮鎮區以及鎮區周邊仁里村、大蠶村、鹿鳴村、古院村、高仁村、那馬村供水，規劃至2035年供水人口達到70 612人。大卜沖水庫供水工程主要建筑級別為4 級，次要建筑物級別為5級。建筑物的設計洪水標準按10 a一遇洪水設計，按30 a一遇洪水校核。

2 工程選址

在選擇壩址時應根據樞紐附近的地形地質條件、水流河勢條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。大卜沖水庫工程的主要任務是向桐木鎮供水，從盤王沿岸的地形、地質條件、成庫條件及淹沒影響范圍來看，金桂及和平電站以下，河流周圍多村莊房屋，且庫區影響電站；大卜沖與盤王河匯合口以上，河道蜿蜒曲折，河床縱坡較大，河谷狹窄，建壩所獲取的庫容小，且回水影響大瑤山風景名勝區河口片核心景區和上游村莊。因此，水庫的壩址只能考慮在大卜沖與盤王河匯合口至金桂電站之間的1.7 km河段內選擇，水庫的主要庫容集中在該河段上游。根據該河段的地形特點，可選擇的壩址有兩處：上壩址位于大卜沖與盤王河匯合口下游河流直段；下壩址位于金桂電站上游，距上壩址約1000 m處。上、下壩址位置示意圖見圖1。

3 上壩址壩型選擇

圖1 上、下壩址位置示意圖

根據壩址的地形、地質及當地材料情況，本次設計提出混凝土重力壩方案及黏土心墻堆石壩兩個方案進行比較。

（1）混凝土重力壩方案。大壩、放水系統等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高，而上壩址河床含泥漂卵礫石層較厚，且有一定厚度的強風化巖體，巖體破碎，節理發育。重力壩溢流壩段需清除覆蓋層及強風化巖體，將壩基置于弱～微風化巖體中。重力壩主體建筑工程投資21 152萬元。

（2）黏土心墻堆石壩方案。可利用當地材料填筑，但需要將溢洪道、導流洞（放水系統）布置左右岸山體，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據河道走向，溢洪道布設在右岸，右岸山坡坡度40°～65°，開挖邊坡高度超過70 m，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運行不便。石料需要到14 km外桐木鎮蝴蝶山石料場購買，購買總量約67 萬m3。導流隧洞長447 m，施工周期較長。堆石壩主體建筑工程投資25 157 萬元，比重力壩方案多4005萬元。

4 下壩址壩型選擇

根據壩址的地形、地質及當地材料情況，本次設計提出混凝土重力壩方案及黏土心墻堆石壩兩個方案進行比較。

（1）混凝土重力壩方案。大壩、放水系統等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高。且該壩址地形狹窄，兩岸山坡陡峭，地形適合修建重力壩。但河床段需除較厚的河床覆蓋層及強風化巖體，將壩基置于弱～微風化巖體中。重力壩主體建筑工程投資28 375萬元。

（2）黏土心墻堆石壩方案。可利用當地材料填筑，但需要將溢洪道、導流洞（放水系統）布置左右岸山體，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據河道走向，溢洪道布設在左岸，右岸山坡坡度約40°，開挖邊坡高度超過70 m，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運行不便。石料需要到13 km 外桐木鎮蝴蝶山石料場購買，購買總量約67萬m3。導流隧洞長355.5 m，施工周期較長。堆石壩主體建筑工程投資32 957萬元，比重力壩方案多4582萬元。

綜上所述，本階段大卜沖水庫下壩址推薦混凝土重力壩方案。

5 上下壩址混凝土重力壩方案比選

根據壩址工程地質、地形條件特點、水流條件進行工程總體布置，考慮當地建筑材料供應條件，上下壩址均適合修建混凝土重力壩，對上下壩址混凝土重力壩方案進行比選。在上壩址重力壩方案中，上壩址正常蓄水位初定317 m，根據庫容相同、水庫效益相近的原則確定下壩址的正常水位為299 m，兩個壩址方案均能滿足供水需求。兩個壩址的混凝土重力壩方案綜合比較見表1。

表1 上下壩址混凝土重力壩方案比較表

（1）上、下壩址地形地貌相近，均滿足修筑混凝土壩的地質條件。上壩址河床處有斷層通過，經過基礎處理后能滿足重力壩要求。但下壩址地形河床及河漫灘較寬，覆蓋層及強風化層埋深較大，下壩址壩頂長度比上壩址長40.3 m，帷幕工程量稍大一些，開挖工程量較大。從地形、地質條件看，上壩址略優于下壩址。

（2）從河道的水流條件看，上、下壩址河道均較為平直，水流順直，流態不復雜。因此，上、下壩址的水流條件相當，均適于建壩。

（3）從工程布置看，上下壩址重力壩方案工程建筑布置都緊湊、簡單，上下壩址相當。

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（4）從施工導流看，上下壩址都采用隧洞導流，但下壩址的導流隧洞較長，工程量稍大，施工期較長。

（5）從運行管理看，下壩址上壩道路長0.9 km，上壩址上壩道路長1.2 km，兩個壩址上壩路起點都在金桂電站附近，下壩址的運行管理較為方便。

（6）從兩方案的工程投資看，上壩址混凝土重力壩方案的工程投資比下壩址混凝土重力壩方案少7223萬元。從工程造價方面看，上壩址方案優于下壩址方案。

綜上所述，上壩址方案在地形條件、施工導流、主要工程量、工程投資等多方面均優于下壩址方案，所以本階段大卜沖水庫工程推薦上壩址混凝土重力壩方案。

6 溢洪方案選擇

6.1 泄流型式及選擇

重力壩溢流壩段的溢洪可采取有閘控或無閘控的開敞式溢洪方案。考慮到本工程所在盤王河河流域屬亞熱帶濕潤季風氣候，雨量豐沛。每年4～8 月間，受多種天氣系統交錯影響或共同影響，流域內暴雨頻繁，山洪極易暴發。大卜沖水庫地處桂東大瑤山，河床坡降大，匯流時間短，洪水暴漲暴落，具有典型的山溪河流特性。采取閘控式溢洪方案時，運行、管理繁瑣；而不設閘門的溢洪方案結構簡單、管理方便。從投資上看，采取閘控式溢洪方案節省投資有限，經濟效益不明顯，管理又比較困難。因此溢流壩段的溢洪采用不設閘門的開敞式溢洪方案。根據該壩址地形、地質條件，提出3 m×14 m、3 m×12 m、3 m×10 m 3 個方案進行比選（見表2）。

表2 溢流孔口尺寸方案投資比較表

3個孔口方案的壩前設計水位及相應庫容基本接近，投資相差不大，從工程安全、經濟技術、地形地質條件等綜合分析比較，溢洪選擇3 m×12 m孔口無閘控溢流方案。

6.2 消能防沖方案選擇

推薦壩址處河槽寬30～40 m，水深約0.5 m，河槽左側為沖洪積河漫灘，寬10～15 m，河槽右側地形稍緩，局部見基巖出露。河床含泥漂卵礫石層較厚，且有一定厚度的強風化巖體，巖體破碎，節理發育，兩岸山坡較為陡峭，且右岸邊坡巖體為順向坡，挑流消能方案產生沖坑對兩岸邊坡穩定不利。因此，設計推薦采用底流消能方案。

7 工程總體布置

大卜沖水庫主要建筑物由攔河壩、引水系統及上壩道路等組成。

攔河壩采用混凝土重力壩型，主要包括溢流壩段，左、右岸非溢流壩段，總長172.0 m，壩頂高程324.5 m，最大壩高79.5 m。左岸非溢流壩段長57.75 m，分為4個壩塊，壩頂寬7 m，壩頂高程324.5 m，最大壩高71.5 m；右岸非溢流壩段長70.25 m，分為5個壩塊，其結構形式與左岸非溢流壩壩相同；溢流壩布置在河床中部，總長44.0 m，分為3 個壩塊，堰頂高程317.0 m，最大堰高72.0 m。溢流堰為開敞式實用堰，溢流面自上而下逐漸收縮，堰頂溢流面凈寬為36.0 m，共3孔，每孔凈寬12 m。

大壩采用底流消能方式，消力池采用下挖式消力池，池底頂高程為261.0 m，尾坎頂高程與下游河道原地面線齊平，為266.50 m，消力池長50.0 m（含尾坎），寬35.0 m，池深5.5 m，底板厚2.5 m。

引水建筑物放水塔布置在右岸擋水壩，后接壩內埋設的DN1.2 m 的引水總管；引水總管到壩后分水閥房，再分為一根DN0.6 m 的供水管和一根DN1.0 m的灌溉及生態放水管。

8 結語

經比選，大卜沖水庫工程建設采用上壩址混凝土重力壩方案，溢流采用3 m×12 m 無閘控溢流方案，消能采用底流消能方案。