深沟水库上下坝址的比选分析

杨建波

(中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北 武汉 430223)

深沟水库上下坝址的比选分析

杨建波

(中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北 武汉 430223)

水库坝址选择的合理性对工程投资、移民搬迁等影响巨大，是决定工程经济及社会效益的重要指标.通过对坝址进行多角度的比选，能够确定出经济合理、技术可行的坝址.以深沟水库上下坝址为例，通过介绍坝址比选的方法，以工程实例从坝址地形地质、工程布置、环境因素、移民淹没、库容、建筑材料及施工条件等多个方面进行坝址比选分析，最终提出上坝址为推荐坝址.

水库；地形地质条件；工程布置；坝址比选

水利工程建设规模宏大，效益显著，但涉及的因素较多，一旦失事后果严重，因此水利工程建设必须严格遵守基本建设程序和规程规范[1].枢纽布置是水利水电枢纽设计的重要内容，如大坝、泄水建筑物、引水建筑物、发电厂房系统等建筑物相互间位置的优化选择，是工程设计的关键.它受地质、地形、水文、水工、施工等多方面因素的制约，最终要求满足运行安全、方便、经济合理、技术先进等条件[2].在前期可研设计过程中，首要问题是选择坝址.坝址的选择是新建水库工程设计中一个至关重要的环节，直接关系到工程的安全、工程量、工程造价.通过坝址多方面的比选，能够确定出经济合理、技术可行的坝址[3].

1 工程概况

深沟水库地处湖北省黄冈市红安县杏花乡陡岸村，水库属长江流域倒水河左岸一级支流下店河右岸一级支流深沟河上.库区距离红安县城13 km，县城距湖北省会武汉100 km，交通条件较好.

该水库是以农业灌溉、农村生活用水和城区应急备用水源供水为主要任务的综合性水利工程.规划总库容644.7万m3，设计灌溉面积4.67 km2，兴利库容404.5 m3.大坝为面板堆石坝，全长285.0 m.

2 工程选址

经现场踏勘调查，结合深沟水库工程所在河段的地形地貌、汇水面积、淹没移民等，工程坝址有3处可供选择，分别为细凹村上游约200 m河段、细凹村下游约600 m河段和恶狗子湾村下游约300 m的河段.恶狗子湾村下游约300 m的河段出口下游地形渐变开阔，是本工程主要灌区及村寨集中分布区.若在恶狗子湾村下游300 m河段选择坝址，恶狗子湾村、皂角树湾村两个村子均需搬迁，库区搬迁人口520人，淹没征地面积达0.791 km2，库区淹没耕地与移民搬迁费用将大大增加；同时水库在相同正常蓄水位下兴利库容将减少，影响水库的效益.因此，本阶段在恶狗子湾村以上至上游陡岸村以下之间约1 000 m的河段选择坝址.

根据选取河段地形地质条件，本阶段在恶狗子湾村至上游陡岸村之间约1 000 m的河段内选择了上、下两个坝址作方案比选，两坝址相距约800 m.坝址区为山区丘陵地貌，坝址为两岸不对称的“U”形河谷，河谷切割深度234～420 m，谷底地形平缓，发育河流一级阶地，左岸山顶高程106 m，右岸山顶高程约135 m.上坝址拟定在细凹村上游约200.0 m处，下坝址拟定上坝址下游约800.0 m处，两坝址位置图(见图1).

图1 坝址示意图

3 工程地质条件

3.1 水库区地质

3.1.1 地形地貌

水库区为缓坡低山河谷地形地貌，两岸山体坡度多以20°～35°为主，局部40°～50°，两岸山体地表分水岭150～300 m不等，山体切割较弱，右岸分水岭最高点黄金砦，海拔345 m，左岸分水岭最高点西边长山，海拔434.5 m；库区河道蜿蜒曲折，流向呈多个不规则“S”型，总体流向为SW199°，河谷开阔，一般50～200 m之间，但河水较小，水面宽2～5 m之间，水面呈溪流状，水深0.2～0.5 m.库区河流平均比降25.7‰，水流平缓.河谷两岸分布有小规模冲洪积漫滩和阶地，现多为稻田，高出河面1～3 m不等，库区河谷为不对称的宽口“V”型河谷.

3.1.2 地层岩性及地质构造

库区出露的地层岩性较为单一，仅出露元古界红安群天台山组下段(Ptt1)及第四系覆盖层.残、坡积层(Qel+dl)库岸缓坡台地及山脊平缓地带零星分布，为棕褐黄色含碎石粉质粘土、砂质粉质粘土等，厚度一般1～5 m.

3.1.3 水文地质条件

库区内出露岩性为元古界红安群天台山组下段(Ptt1)片麻岩，该岩性全～强风化层为裂隙水含水层，节理、裂隙发育，裂隙半张开状，裂隙中普遍赋存裂隙水.地下迳流模数1.05～4.89 L/(s·km2),富水性弱～中等，透水性弱～中等.工程区内地层岩性为元古界红安群天台山组下段(Ptt1)片麻岩，弱风化～新鲜岩层裂隙不发育或闭合，渗透指标在弱透水～微透水范围内，可视为相对隔水层.

3.2 坝址区工程地质条件

3.2.1 地形地貌

上坝址位于陡岸村六组上游约300 m位置，该段河流呈“S”状，整体流向SE131°，河谷基本形态左凸右凹，呈宽谷形态，河谷宽度130～180 m，河谷种植有水稻；该河床高程70～73 m，河面宽5～10 m，水深0.3～0.6 m.两岸山体植被茂盛，主要为林地，左岸山体平缓，山坡坡度10°～20°之间；右岸山体下陡上缓，山坡坡度25°～40°之间.

下坝址位于恶狗子湾上游约350 m位置，该段河谷顺直，河道呈“S”型，河流方向近南北方向，河谷基本形态呈宽口的“U”字型河谷，河谷宽度180～230 m，河谷种植有稻田；该河床高程65～67 m，河面宽15～20 m，水深0.3～0.5 m.两岸山体植被茂盛，主要为林地，山坡坡度35°～60°之间.

3.2.2 地层岩性及地质构造

两坝址的地质岩性基本相同，坝址区出露的地层岩性较为单一，河谷多为冲洪积层覆盖，两岸山坡多基岩出露，局部有残坡积覆盖层，岩性为元古界红安群天台山组下段(Ptt1)岩层.

上坝址区位于游仙山背斜近核部西南侧，岩性为红安群天台山组下段片麻岩，区内片麻岩主结构面产状182°∠47°，倾向下游右岸与河道斜交，无区域性深大断裂通过，裂隙较发育，据坝址区工程地质测绘，坝址区除主结构面外，主要发育裂隙三组陡倾角裂隙.

下坝址区位于游仙山背斜近核部西南侧，岩性为天台山组下段片麻岩，片麻岩的主结构面产状178°∠48°，倾向下游右岸，与河道斜交.坝址区河谷有区域性断层F1穿过，该断层整体走向为北东向，沿深沟河谷穿过下坝址河床，在下坝址上游向左岸山体延伸，并逐渐尖灭.根据区域地质资料结合现场地质调查，推测该断层为平移断层，断层产状为130°∠80°～85°，受断层影响，断层两侧形成断层挤压破碎带，岩体裂隙发育，下坝址XZK2、XZK10钻孔均有揭露，根据现场钻孔情况钻孔取芯多为碎块状或砂状.受断层影响局部发育有小褶曲，但规模均较小.据坝址区工程地质测绘，坝址区主要发育裂隙四陡倾角裂隙，闭合状陡倾角发育.

3.2.3 水文地质条件

两坝址水文地质条件基本相同.地下水主要为大气降水补给，通过两岸岩土体的孔隙、裂隙等通道径流，向河谷排泄.坝址区存在两种地下水类型：第四系(Q)松散层孔隙水和基岩裂隙水.

第四系(Q)地层结构稍密—松散，为孔隙含水透水层.其中河床表层主要组成物质为砂砾石层，结构松散—稍密，为强—中等透水层，厚度为2～7 m不等.坝址两岸岸坡分布的残坡积组成物质为含砾粉质粘土等，组成稍密—松散状，属中等透水层，厚度0.5～2.0 m.基岩裂隙水发育于天台山组下段(Ptt1)白云钠长片麻岩中，含(透)水层为全、强风化岩体及弱风化上部岩体，节理裂隙较发育.

相对隔水层主要地层为弱—微风化的岩体.本工程根据设计防渗标准(q<5 Lu)作为相对隔水层，左岸相对隔水层平均埋深25～30 m，右岸15～25 m，河床部位15～30 m.

4 坝址比选

经对两坝址地形地质条件和地层岩性的初步分析，坝址区为山区丘陵地貌，坝址为两岸不对称的“U”形河谷，谷底地形平缓，发育河流一级阶地，上、下坝址地貌、地层岩性、地质构造、水文地质等方面大体相似.本阶段挡水建筑物采用混凝土面板堆石坝作为代表坝型.坝址及坝轴线应因地制宜，宜采用直线[4].工程总体布置时，要密切结合当地实际情况，充分利用地形、地质、水文等自然条件，要统一考虑，全面安排，经方案比较后，从中选出既合理又经济的枢纽布置和坝址[5].上、下坝址枢纽建筑物布置均由大坝、溢洪道、输水隧洞(兼导流)、灌溉干支管道、城市应急供水管道和人畜饮水管组成.

4.1 上坝址布置方案

水库正常蓄水位91.0 m，死水位78.80 m，设计洪水位93.36 m，校核洪水位94.39 m.水库总库容644.7万m3，其中死库容43.9万m3，兴利库容404.5万m3.混凝土面板堆石坝坝顶高程94.50 m，防浪墙顶高程95.70 m，坝轴线长285.0 m，顶宽6.0 m，最大坝高28.4 m，最大坝底宽度96.8 m.混凝土面板堆石坝上下游坝坡均采用1 ∶1.4.上游面设C25钢筋混凝土防渗面板，厚0.4 m.左岸趾板与钢筋混凝土趾墙连接，右岸趾板与岸坡连接，做好止水连接.河床及两岸趾板均坐落在弱风化基岩上，趾板以外坝体与两岸的连接按规范要求削坡[6].

上坝址溢洪道位于大坝左岸垭口，轴线呈直线布置.由进水渠段、控制段、泄槽段、消力池、海漫及防冲槽组成[7]，全长286.88 m.进水渠段长40.88 m，控制段长20 m，堰型为宽顶堰，堰顶高程91.00 m，堰宽14 m,泄槽段长150 m，消力池(长×宽)30 m×8 m，池深3.0 m.海漫长36.00 m，起始端宽度8 m，末端宽度12 m，海漫后接防冲槽，防冲槽长10.0 m，抛石平均粒径60 cm，后接深沟河现状河道.上坝址取水建筑物位于大坝左坝肩，由进水渠、取水口、输水兼导流隧洞、输水兼导流明渠段、抛石段等组成，全长377.00 m.取水口位于大坝左岸山体，输水兼导流隧洞大体沿南北走向布置.

灌溉取水管进口中心高程71.05 m，灌溉用水、城市应急供水及人畜取水管接输水隧洞出口套管.灌溉主管与隧洞套管用DN900控制阀连接.输水主管道沿深沟河河道右岸布置，将水引到灌区及自来水厂.灌溉主管道沿河道右岸顺河而下，沿着细凹、恶狗子湾、百罗村，在百罗村出向东转至龚家畈、狮子村、油榨河.城市应急供水和农村人畜饮水管共用一条管线，在百罗村从输水主管处分支引向自来水厂.上坝址枢纽布置(见图2).

图2 上坝址枢纽布置图

4.2 下坝址布置方案

图3为下坝址枢纽布置图.水库正常蓄水位84.0 m，死水位74.0 m，设计洪水位86.20 m，校核洪水位87.11 m.水库总库容651.7万m3，其中死库容76.5万m3，兴利库容375.4万m3.挡水建筑物采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程87.90 m，防浪墙顶高程89.10 m，坝轴线长304 m，顶宽6.0 m，最大坝高28.90 m，最大坝底宽度85.9 m.混凝土面板堆石坝上游坝坡采用1 ∶1.4，下游坡度为1 ∶1.4.上游面设钢筋混凝土防渗面板，厚0.4 m，面板垂直缝间距：受拉区为6 m，受压区为12 m.下游坝坡采用0.3 m厚的干砌石护坡.坝体填筑分区从上游至下游依次为上游盖重区、上游铺盖区、混凝土面板、垫层、过渡层，砂砾料、排水区、次堆石区、下游堆石料区.河床坝段采用水平趾板型式岸坡段采用贴坡趾板型式，趾板宽度为4 m，厚度为0.5 m，趾板均坐落在强风化基岩中下部.周边缝设置底、顶两道止水，张性板间缝设置底、顶两道止水，压性板间缝设置一道底止水，面板和防浪墙间的水平缝设置底、顶两道止水.周边缝采用沥青杉木板作为填缝材料.

图3 下坝址枢纽布置图

下坝址溢洪道布置于大坝右岸垭口，由进水渠段、控制段、泄槽段、消力池、尾水渠段组成[7]，全长895.5 m.进水渠段长60.78 m，控制段长20 m，堰型为宽顶堰，堰顶高程84.00 m，堰宽14 m.溢洪道泄槽段长93 m.消力池长17 m，宽为8 m，底板高程80.90 m，池深1.0 m.尾水渠长704.70 m，尾水流入深沟河河道.下坝址取水建筑物位于大坝右坝肩高程131 m的山体内，由进水渠、取水口、输水兼导流隧洞、消力池段、海漫段等组成，全长383.00 m.取水口位于大坝左岸山体，输水兼导流隧洞走向东北至西南向.灌溉用水、城市应急供水及人畜取水管接输水隧洞出口套管.灌溉主管与隧洞套管用DN900控制阀连接.灌溉主管道沿深沟河河道右岸布置，将水引到灌区及应急备用自来水厂.

上、下坝址相距近800 m，下坝址引水管线长度比上坝址短约1 000 m，二者引水管线布置在下坝址以下均相同.城市应急供水和农村人畜饮水管共用一条管线，在百罗村从输水主管处分支引向自来水厂.

4.3 坝址比选

根据本阶段的勘察资料，从地形地貌、工程水文地质条件、建筑材料、施工条件、总体布置、淹没移民、工程量投资等方面对两个拟选坝址进行分析、对比、研究[8](见表1).

表1 上、下坝址综合比较表

5 结 论

在水库工程的前期可研设计阶段，经常涉及到坝址比选问题，因此对前期工作的投入要足够的重视，对各种坝址从地形地貌、地质条件、工程布置、施工、库容、移民淹没、效益等，并结合水库的开发目标进行全面的技术经济比较，从而选出安全、经济合理、技术可行的坝址，较好地发挥出工程效益，达到“兴水利”的最终目标,真正做到方案的优化设计.

通过上、下坝址综合比较可知，两坝址在坝型相同的情况下，坝高相差不大.下坝址坝轴线较长，坝体附属建筑物溢洪道和输水洞(兼导流)长度均大于上坝址，而且供水规模也小于上坝址.两坝址枢纽投资相差2 229.29万元.通过对深沟水库上下坝址的建坝条件、枢纽布置、淹没移民、投资等方面的综合比较和分析，最终确认上坝址为推荐坝址.

[1] 冯庆刚.庄里水库坝址及坝轴线方案比选[J].水利科技与经济,2012,18(6):40-42.

[2] 郭诚谦，陈慧远.土石坝[M].北京：水利电力出版社,1992.

[3] 田 聪.龙洞水库上下坝址比选分析[J].低碳技术,2016(9)：138-139.

[4] 中华人民共和国水利部.SL274—2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

[5] 辽宁省水利水电勘测设计院.中小型水库设计参考资料(中)[R].沈阳：辽宁省水利水电勘测设计院,1975.

[6] 中华人民共和国水利部.SL228—2013混凝土面板堆石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[7] 中华人民共和国水利部.SL253—2000溢洪道设计规范[S].北京：中国水利水电出版社,2000.

[8] 刘 媛.李家梁水库坝址选择分析[J].四川水力发电,2015,34(6):27-29.

Comparison and Analysis on Upper and Lower Dam Site of Shengou Reservoir

YANG Jian-bo

(Survey and Design Institute of Gezhouba Group Co., Ltd., China, Wuhan 430223, China)

The rationality of dam site selection has a great influence on the investment of the project and the relocation of immigration, as an important indicator of engineering economy and social benefit. Through the multi-angle selection of damsite, the economic and feasible dam site is determined. In this paper, the method of selecting and comparing on dam site is introduced, based on the engineering examples of Shengou Reservoir from the aspects of topographic and geological conditions, engineering layout, environmental factors, storage capacity, constructing materials and other relevant conditions. Finally, upper dam site is proposed.

reservoir; topographic and geological condition; engineering layout; dam site selection

2016-10-19

杨建波(1979-)，男，陕西咸阳人，工程师，从事水利水电工程设计工作.

TV641

A

1008-536X(2017)04-0036-06