塔爾朗水庫壩址比選研究分析

曹 凱

(吐魯番市清源水利水電勘測設計院有限公司，新疆 吐魯番 838000)

1 工程概述

塔爾朗水庫樞紐工程擬建于高昌區西北部塔爾朗河上，位于河道的中下游峽谷區河段。塔爾朗水庫工程的開發方式為：在塔爾朗河狹口處建造攔河壩修建調蓄水庫，為吐魯番市高昌區工業園區提供工業供水及少量生活用水，利用水庫調蓄功能改善灌區灌溉面積，提高保證率，有效解決灌溉春旱問題，該水庫是一座兼顧工業供水及農業灌溉的綜合性調蓄水庫。

塔爾朗河位于新疆維吾爾自治區中東部，是高昌區“五河”流域中的河流之一，發源于博格達山南坡，源頭高程4858 m，總體流向由北向南，出山后流入吐魯番盆地，河道總長50 km。塔爾朗渠渠首以上河段河道狹窄，呈窄“U”形河谷，平均坡降約68‰，塔爾朗渠渠首上游1 km以上河床寬5～20 m，兩岸岸坡陡峭，河床狹窄，為狹谷區，建壩條件差，須建百米以上高壩才能滿足水量要求，工程難度和費用均較高；塔爾朗渠渠首至出山口段，呈較寬“U”形河谷，平均坡降約13‰；山口段往下游，河床寬度200～400 m，兩岸為低山與階地，壩軸線較長，建壩條件較差。故本工程選擇在塔爾朗渠渠首上游1 km、下游4 km，總共5 km長的河流山谷地帶進行壩址選擇[1]。

2 壩址擬選

因塔爾朗河河床均為砂卵石層，最深厚度達99.5 m，兩岸山體巖石連續出露地段較少，塔爾朗溝沿河適合建庫的壩址較少，通過對塔爾朗河擬建壩址河段進行多次實地踏勘，對壩址段區域進行了詳細分析：

(1)塔爾朗渠渠首上游段，河床兩岸相對對稱的地形地質條件很少，且兩岸地形地質條件復雜，布置建筑物困難；越往上游，河道縱坡越大，河床寬度越小，且河道彎曲回旋，兩岸階地高陡，水流湍急，行人無法上行。通過綜合比較，本階段選擇將塔爾朗渠渠首上游680 m處作為比選壩址，為上壩址。

(2)塔爾朗渠渠首至下游出山口河段總長約4 km，呈較寬“U”形河谷，平均坡降約13‰。通過多次實地踏勘，塔爾朗渠渠首下游2～3 km范圍內有兩處適合建壩的河段，分別為塔爾郎渠渠首下游1.5 km和2.1 km處，兩岸相對較為對稱，基巖裸露較為連續，有布置建筑物的可行性。1998年，由新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院及吐魯番地區水利水電勘測設計研究院聯合設計的《新疆維吾爾自治區吐魯番市“五河”流域規劃報告》中，塔爾朗水庫壩址定為塔爾朗渠渠首下游約2.1 km處，即現塔爾朗水文站附近。本次擬將其作為設計比選壩址，為下壩址。上、下壩址間距約為2.8 km。

本次在下壩址選擇了兩條軸線，即上線、下線，上線位于塔爾朗水文站上游約63 m，軸線方向為S78°W；下線位于水文站上游約35 m，軸線方向為S69°W。兩線左岸壩肩位于同一個位置，右壩肩相距約55 m，其工程地質條件基本相同。

3 擬建壩址條件及布置

3.1 上壩址地質條件及布置

(1)上壩址地形及地質條件。上壩址位于塔爾朗渠首上游約680 m，處于較不對稱的“U”形河谷內，河床高程1174～1190 m，河床寬30～95 m，平時水面寬3.0～8.0 m，水深0.3～1.0 m，總體流向由北東流向南西，河床坡降較陡，縱坡坡度平均為29.8‰。兩岸山頂高程1400～1700 m，相對高差200～500 m，山坡坡度一般為35°～60°，局部形成直立陡坎，山坡上部一般基巖裸露，下部多為第四系覆蓋。河床及河漫灘為砂卵礫石夾漂石、孤石，結構松散-中密，卵礫石多呈次圓狀及棱角狀，粒徑一般10～30 cm，表部最大孤石約5 m，厚度50～58 m；坡腳、陡坎下為碎塊石、卵礫石、孤石夾土，結構松散，厚度1～10 m。

兩岸沿河零星殘留有Ⅰ～Ⅳ級階地，右岸分布有較連續的Ⅳ級階地，其后緣多為坡洪積物、崩坡積物所覆蓋，前緣形成70°左右的陡坎。兩岸共發育分布有4條小沖溝，溝長100～250 m，階地內切割最大深度約30 m。兩岸Ⅰ～Ⅳ階地為含泥砂卵礫石夾漂石，卵礫石主要成分以砂巖、安山巖、玢巖及石英巖為主，粒徑一般5～20 cm，厚度10～80 m；壩址區位于塔爾朗向斜構造北翼，基本為一傾向下游的單斜構造，近于橫河向[2]。

上壩址主要存在工程地質問題有：河床與右岸階地深厚堆積層的滲漏及滲透變形問題、兩岸壩肩沿斷層滲漏問題、邊坡開挖穩定問題、壩基不均勻沉降問題。

(2)上壩址樞紐布置。樞紐布置方案由瀝青混凝土心墻砂礫壩、溢洪洞、灌溉洞及導流兼放空沖沙洞等建筑物組成。水庫正常蓄水位1295.5 m，相應庫容2151萬m3。根據上壩址的地形地質條件，壩軸線垂直于河道布置[3]。

瀝青混凝土心墻砂礫壩。大壩填筑從上游至下游依次分為：上游圍堰區、上游砂礫料區、上游過渡料區、瀝青混凝土心墻、下游過渡料區和下游砂礫料區、排水棱體，壩長389 m。

溢洪洞。考慮本工程為地震區，河床砂卵石埋深較深等實際情況將泄洪建筑物布置在岸邊巖基上，從左、右岸岸坡地形地質條件看，左岸上游側的沖溝較為寬敞，適宜布置泄洪建筑物進口。但因左岸山體覆蓋層厚、山脊較高，岸邊坡度較陡，若布置溢洪道則開挖量較大，故本次考慮溢洪洞方案。該壩址最大下泄流量792 m3/s，溢洪洞與壩軸線斜交103°，由進口控制段、泄槽洞段、出口明渠段、底流消能防沖段組成，每段長度分別為26 m、423 m、32 m、103 m，溢洪洞總長584 m。

灌溉洞。為方便取水，灌溉隧洞布置在河床左岸，平面布置中除進口拐彎外，其余洞身段與壩軸線正交，過壩下游直線進入下游河床中。灌溉洞總長1137.2 m，由進口閘井段、有壓隧洞段、工作閘井段、無壓隧洞段、消力池段和海曼段組成，主要承擔工業、農業灌溉供水任務。設計引用流量6.0 m3/s。灌溉洞出山體后，與原有塔爾朗渠道相接。

導流兼放空沖沙洞。布置在河道右岸，全長為1067.5 m，包括進口段、有壓段、工作閘井段、無壓段、出口明渠段和消力池護坦段組成。

3.2 下壩址地質條件及布置

(1)下壩址地形及地質條件。 壩址區處于不對稱的“U”形河谷內，左岸為一傾向右岸偏上游的條形山脊，走向N50°W，山脊高程1139～1300 m，后緣山體雄厚，山頂高程1500 m，壩址軸線處山脊高程為1235 m，高于河床133 m，山脊北側為N3號沖溝，溝底高程1122～1205 m，溝寬5.0～40.0 m，溝底中下游基巖裸露。河床高程1095～1112 m，河床寬90～190 m，總體流向由北西流向南東，河床坡降較陡，平均坡度為13‰。

兩岸Ⅰ～Ⅳ階地為含泥砂卵礫石夾漂石，卵礫石主要成分以砂巖、安山巖、玢巖及石英巖為主，多呈次圓狀，粒徑一般5～20 cm，最大可見約50 cm，其厚度4～20 m；河床及漫灘為砂卵礫石夾漂石，結構松散-中密，卵礫石多呈次圓狀及棱角狀，粒徑一般5～30 cm，最大約1 m，最大厚度約99.5 m；兩岸山坡緩坡地帶及階地上部為碎石土、卵礫石土夾塊石、孤石，厚2～5 m；人工堆積的砂卵礫石主要分布于防洪墻內側，其結構松散，厚度0.5～3.2 m；漿砌石、混凝土主要分布于渠道、過水公路、防洪墻及水文站，厚度0.5～2.0 m。壩址區物理地質現象主要為風化、卸荷和崩塌[2]。

下壩址主要存在工程地質問題有：河床深厚堆積層的滲漏及滲透變形問題、邊坡開挖穩定問題、壩基不均勻沉降問題。

(2)下壩址樞紐布置。下壩址樞紐建筑物組成與上壩址相似，水庫正常蓄水位1295.5 m，相應庫容2151萬m3。根據下壩址的地形地質條件，壩軸線與河道夾角81°布置。

瀝青混凝土心墻砂礫壩上游至下游布置形式與上壩址一致，下壩址(上線)壩長301 m，下壩址(下線)壩長330 m。

溢洪洞亦布置在河道左岸，建筑物由進口段、控制段、開敞式泄槽段、無壓洞身段、出口明洞段、斜坡泄槽段、底流消能防沖段組成，每段長度分別為20 m、26 m、40 m、293 m、80 m，總長459 m。

灌溉洞布置在河床右岸，全長為711.87 m，設計引用流量6 m3/s。灌溉洞出山體后，與原有塔爾朗渠道相接。

導流兼放空沖沙洞，全長為818.98 m，建筑物組成與上壩址導流兼放空沖沙洞一樣。

4 壩址比較分析

上、下壩址總庫容相近，水庫承擔的工程任務相同，氣候條件相同、導流規模相同。本階段對上、下壩址從地形地質條件、施工條件、淹沒損失、運行管理及投資進行綜合比較[3-4]，詳見表1。

表1 塔爾朗水庫上、下壩址綜合比較

上、下壩址總庫容相近，調節庫容均可滿足本工程承擔的下游農業灌溉、防洪、生態等各項任務的要求。由于下壩址下線和上線樞紐布置相近，但下線壩線長度較長，大壩工程量相對較多，投資也相對較多，所以本次比選將下壩址下線排除在外，下壩址以上線作為代表。上、下壩址從技術、經濟及運行管理上比較。

4.1 從技術方面比較

(1)從地形地質條件分析。兩個壩址處于同一河段，為同一個區域地質構造環境，地震基本烈度與區域構造穩定性相同。但建壩的具體工程地形地質條件上有很大差別，上壩址壩頂長度408.2 m，最大壩高為120 m；下壩址壩頂長度327.5 m，最大壩高為71.0 m；因此上壩址壩體填筑量比下壩址多。下壩址兩岸巖石出露高程較高，巖體厚度較厚，對建筑物基礎有利。從大壩布置上看，下壩址有利[5-6]。

(2)從工程水文條件分析。兩壩址建庫后的有效調節庫容基本相同，但下壩址集水面積較大，對于干旱地區保證水庫蓄水引水有利。

(3)從樞紐布置分析。上壩址左岸為彎道凸岸，溢洪洞、導流洞、灌溉洞均布置在大壩左岸，進出口均為基巖，相對稍有利。

(4)從施工條件分析。上壩址距離出山口較遠，需建設較長的公路及輸電線路來滿足施工；從水庫引水至出山口下游已建好的塔爾朗渠，管線較長，渠系配套工程量大；河流兩岸山體凹凸，沖溝較多，對外道路交通不便；下壩址離塔爾朗渠較近，對外交通便利，有利于施工。

4.2 從經濟方面上比較

由于上壩址最大壩高120 m，比下壩址高了近50 m，且建筑物布置及長度均不占優，所以上壩址投資較下壩址多了近2.8億元，沒有可比性。從投資上看，推薦下壩址。

4.3 從運行管理方面比較

下壩址位于出山口附近，地勢平坦，交通方便，對今后運行管理有利；上壩址距離出山口較遠，壩址區為高寒、高海拔地區，水庫建成后，山區道路交通條件較差，運行管理不便。

5 結 語

塔爾朗水庫通過對上、下壩址(上線)比較，下壩址(上線)在技術方面、經濟方面及運行管理方面均存在優勢，故推薦下壩址(上線)為塔爾朗水庫推薦壩址。