燕荷葉

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

巨河水庫位于臨汾市汾河?xùn)|岸大陽鎮(zhèn)巨河干流上，是一座以灌溉、防洪為主的中型水利樞紐工程，總庫容2 751萬m3，壩址以上控制流域面積311 km2，多年平均徑流量1 826萬m3。水庫興建于1958年，1961年攔洪蓄水，1972年進(jìn)行樞紐改建，主要建筑物有均質(zhì)土壩、灌溉洞、泄洪洞和非常溢洪道。由于水庫淤積嚴(yán)重，防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，被列為病險(xiǎn)水庫，1997年經(jīng)省計(jì)委批準(zhǔn)，巨河水庫除險(xiǎn)加固工程正式列項(xiàng)。

2 除險(xiǎn)加固內(nèi)容

巨河水庫除險(xiǎn)加固工程內(nèi)容包括新建挑流式溢洪道、改建灌溉洞進(jìn)口部分和大壩防浪墻。工程設(shè)計(jì)等級為Ⅲ等3級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)，500年一遇校核。新建溢洪道設(shè)計(jì)泄量379.2 m3/s，校核泄量625.2 m3/s，全長184 m。灌溉洞長105.35 m，加固后可滿足流量4 m3/s的灌溉用水要求。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 方案比選

設(shè)計(jì)比選方案為大壩加高和溢洪道改建，其中溢洪道又分為挑流與底流兩種型式，并與灌溉洞進(jìn)口改建方案組成四個(gè)方案與大壩加高方案進(jìn)行比選。

方案一：大壩加高方案。該方案將大壩加高2.7 m，不改建溢洪道，灌溉洞進(jìn)口增建進(jìn)水塔和工作橋。主要工程量及投資：開挖回填土方58.6萬m3，回填砂礫與石方3.8萬m3，漿砌石方0.4萬m3，混凝土0.4萬m3，投資1 256萬元。

方案二：溢洪道挑流消能與灌溉洞進(jìn)口排架方案。該方案溢洪道位于原非常溢洪道與泄洪洞之間，出口為挑流消能，溢洪道長184 m，凈寬25.6 m，泄槽寬24 m，灌溉洞進(jìn)口新建16.4 m排架式檢修平臺，下部結(jié)構(gòu)不變。主要工程量及投資：開挖回填土方9.76萬m3，回填砂礫與石方0.26萬m3，漿砌石方0.56萬m3，混凝土1.11萬m3，投資740萬元。

方案三：溢洪道挑流消能與灌溉洞進(jìn)水塔方案。該方案溢洪道部分同方案二，灌溉洞進(jìn)口改建，將原進(jìn)口斜拉閘門及沉井式工作閘門廢除，新建進(jìn)水塔和工作橋。該方案改建比較徹底、投資較大。主要工程量及投資：開挖回填土方10.46萬m3，回填砂礫與石方0.93 萬 m3，漿砌石方 0.56 萬 m3，混凝土 1.46 萬 m3，投資877萬元。

方案四：溢洪道底流消能與灌溉洞進(jìn)口排架方案。該方案溢洪道結(jié)合原非常溢洪道進(jìn)行改建，仍為彎道式溢洪道，進(jìn)口寬24 m，槽身寬16 m，全長548 m，灌溉洞進(jìn)口改建同方案一。主要工程量及投資：開挖回填土方21.23萬m3，回填砂礫與石方1.12萬m3，漿砌石方1.08萬m3，混凝土1.43萬m3，投資937萬元。

方案五：溢洪道底流消能與灌溉洞進(jìn)水塔方案。該方案溢洪道改建同方案四，灌溉洞進(jìn)口改建同方案三。主要工程量及投資：開挖回填土方21.97萬m3，回填砂礫與石方1.13萬m3，漿砌石方1.08萬m3，混凝土1.81萬m3，投資1 076萬元。

通過比較，溢洪道與灌溉洞組合方案中，溢洪道挑流消能與灌溉洞進(jìn)口改建方案比溢洪道底流消能與灌溉洞進(jìn)口改建方案優(yōu)越。在溢洪道挑流消能與灌溉洞進(jìn)口改建方案中，方案二的工程量和投資最小，方案三次之，方案一比方案二、方案三分別多投資516萬元、339萬元，但方案二不能徹底解決灌溉洞進(jìn)口存在的問題，因此將方案三作為推薦方案。

3.2 土壩設(shè)計(jì)

為弄清庫水位與各斷面測壓管水位的相互關(guān)系，進(jìn)而由實(shí)測資料推測未來高水位時(shí)壩體滲流情況，利用現(xiàn)有觀測資料，選取有代表性的相對穩(wěn)定庫水位下的測壓管水位，將實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行直線回歸，得出每個(gè)測壓管的庫水位與管水位之間的表達(dá)式，利用該線性表達(dá)式預(yù)測正常高水位時(shí)各斷面的測壓管水位。

由于大壩邊界條件的復(fù)雜性和壩體、壩基滲流的非均勻性，滲流基本方程計(jì)算成果與大壩實(shí)際運(yùn)行情況很難一致，因此須根據(jù)實(shí)測資料對滲流計(jì)算參數(shù)進(jìn)行反演分析，再進(jìn)行正常高水位下滲流有限元計(jì)算，從而推測出正常高水位下的滲流場及浸潤線位置，供壩坡穩(wěn)定分析用。計(jì)算時(shí)，首先選取與庫水位相關(guān)較好的測點(diǎn)；其次根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的滲透系數(shù)對不同斷面在穩(wěn)定滲流情況下進(jìn)行滲流計(jì)算，并與觀測資料進(jìn)行對比；最后在地質(zhì)提供的滲透系數(shù)的基礎(chǔ)上調(diào)整計(jì)算參數(shù)，直至各測點(diǎn)誤差均較小，即認(rèn)為該滲透系數(shù)比較合理，能夠反映壩體滲流特性。

土壩采用大壩滲流回歸分析、滲流反分析、大壩有限元穩(wěn)定分析等多項(xiàng)先進(jìn)計(jì)算方法，特別是穩(wěn)定計(jì)算采用目前國內(nèi)最先進(jìn)的《土石壩邊坡穩(wěn)定分析》軟件，不僅提高了計(jì)算成果的準(zhǔn)確性，而且提高了設(shè)計(jì)工作效率。

3.3 軟基上溢洪道設(shè)計(jì)

新建溢洪道位于大壩右岸壩頭原非常溢洪道與泄洪洞之間。溢洪道設(shè)計(jì)泄量379.2 m3/s，校核泄量625.2 m3/s，全長184 m。溢洪道進(jìn)口設(shè)露頂式弧形鋼閘門，共2孔，每孔凈寬12 m，堰頂高程518.0 m；閘室后接泄槽，槽身凈寬24 m，矩形斷面；出口采用挑流式消能。由于挑流段位于粉質(zhì)亞黏土地基上，基礎(chǔ)處理采用井柱樁，直徑0.8 m，設(shè)8排，每排6根，共48根，排距3.9 m，樁距4.6 m。第1排樁長14 m，以后各排分別增加3 m，第8排樁長35 m。

設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)水庫多年實(shí)際運(yùn)行情況及來水、灌溉供水等資料，科學(xué)合理地確定了水庫的汛限水位，既滿足了水庫防洪和灌溉供水要求，又減少了水庫淤積。在保證水庫防洪安全的條件下，通過對庫水位與溢洪道堰頂高程關(guān)系進(jìn)行反調(diào)節(jié)分析，利用汛期降雨集中的特點(diǎn)及灌溉需水要求，對采用開敞式溢洪道和窄深式溢洪道兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定選用窄深式溢洪道方案。利用閘門擋水，加大了水庫的泄洪能力，在水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)相同的條件下，既增大了興利庫容，又節(jié)省了投資。

土基上興建溢洪道，尤其是土基上采用挑流消能，在全省尚屬首例。挑坎基礎(chǔ)采用井柱樁結(jié)合鉛絲石籠防護(hù)防沖，工程安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。另外，相對于底流消能方案，縮短了溢洪道長度，去掉大彎道陡槽，改善了水流條件，既提高了消能效果，又減少了工程量，可節(jié)約概算投資199萬元。

3.4 灌溉洞進(jìn)水塔設(shè)計(jì)

左岸灌溉洞進(jìn)口增建進(jìn)水塔和工作橋，將原廊道內(nèi)工作閘門、封閉閘室及廊道拆除，進(jìn)水塔布置在原封閉閘室位置上，總高度34.61 m，分3層布置，啟閉機(jī)層高程531.5 m，檢修層高程527.3 m，塔內(nèi)閘室底高程502.89 m，內(nèi)設(shè)1.5 m×1.5 m的工作閘門和檢修平板鋼閘門；進(jìn)水塔施工圍堰采用鋼筋混凝土沉井，內(nèi)徑16 m，沉井底高程499.2 m，頂高程516.5 m。

灌溉洞進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)計(jì)算采用有限元計(jì)算，進(jìn)水塔施工設(shè)計(jì)采用沉井圍堰施工技術(shù)，縮短了工期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4 效益分析

水庫樞紐工程改建后，防洪標(biāo)準(zhǔn)由改建前的最高防洪標(biāo)準(zhǔn)250年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，提高到50年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、500年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)了下游大運(yùn)高速公路、南同蒲鐵路及臨汾市的安全。同時(shí)年可多蓄水500萬m3，新增灌溉面積0.147萬hm2，改善灌溉面積0.213萬hm2，增加了地表水供應(yīng)量，在一定程度上緩解了當(dāng)?shù)赜盟o缺局面，改善了整個(gè)地下水環(huán)境，延長了水庫的使用壽命，對促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展起到很大作用。