郭利東

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

太平窯二庫工程設(shè)計(jì)方案比選

郭利東

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

在水利工程建設(shè)中，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，可充分利用當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢資源，節(jié)約投資，使工程更好地發(fā)揮建設(shè)效用。介紹了太平窯二庫工程概況，結(jié)合工程處氣象及壩址處地質(zhì)條件，對壩型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比選，綜合考慮工程量和投資等因素，推薦該工程采用旁引庫方案。

壩型；旁引庫方案；攔河壩方案；太平窯二庫

1 工程概況

太平窯二庫工程位于朔州市朔城區(qū)以東、神頭鎮(zhèn)以南的恢河干流上，壩址距太平窯水庫約2.0 km，距朔城區(qū)約10 km。水庫建設(shè)的主要目的是為恢河灌區(qū)提供灌溉水源，改善恢河灌區(qū)灌溉條件，并提供部分工業(yè)用水。

2 工程區(qū)氣象地質(zhì)條件

2.1 氣象條件

太平窯二庫工程區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季氣候分明，冬長夏短。冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱而雨量集中，秋季天高氣爽，多風(fēng)少雨。多年平均氣溫7.2℃，最高氣溫36.0℃，最低氣溫-32.0℃；多年平均降水量391.0mm，多年平均蒸發(fā)量1 918.8mm，無霜期140～180 d，最大凍土深度1.12m；多年平均風(fēng)速2.2m/s，最大風(fēng)速23m/s；無霜期平均128 d；全年平均日照時(shí)數(shù)2 836.5 h；平均流冰期158 d，一般11月上旬開始封凍，次年3月上旬開始解凍。壩址以上流域長度67.5 km，平均縱坡7‰，多年平均清水流量0.35m3/s。

2.2 壩址地質(zhì)條件

根據(jù)地形條件，擬選上下兩個(gè)壩址進(jìn)行比選，其中上壩址位于朔州市神頭鎮(zhèn)東邵莊東南約2 km處恢河上，距太平窯水庫約2.0 km。下壩址布置在上壩址下游約2.2 km處。

上壩址處恢河流向S80°～90°，地面高程1 055～1 060m，河谷寬700～900m，兩岸為土質(zhì)岸坡，高出河床4～5m，地面高程1 058～1 061m。地層有新生界第四系全新統(tǒng)低液限粉土、級配不良砂，分布于河床；上更新統(tǒng)低液限黏土夾級配不良砂，分布于河床兩岸及谷底；第四系人工堆積物主要為神頭電廠堆積的粉煤灰，分布于恢河右岸。壩址區(qū)地下水類型為松散巖類孔隙水，含水層為全新統(tǒng)洪沖積級配不良礫和卵石混合土，富水性好。地下水由恢河上游向下游徑流排泄。主要存在壩基滲漏及滲透穩(wěn)定、壩基土地震液化、基坑涌水等工程地質(zhì)問題。

下壩址處恢河流向N75°E，河谷寬約400m，河谷地面高程1 051～1 052m，左岸為神頭電廠堆積的粉煤灰，高出河床約13m，地面高程1 067m。右岸地面高程1 054～1 056m，地形較平緩，兩岸地形不對稱。地層有新生界第四系全新統(tǒng)低液限粉土、級配不良砂，分布于河床；上更新統(tǒng)低液限黏土夾級配不良砂，分布于河床兩岸及谷底；第四系人工堆積物主要為神頭電廠堆積的粉煤灰，分布于恢河左側(cè)。壩址區(qū)地下水情況與上壩址地下水情況相同，主要存在壩基滲漏及滲透穩(wěn)定、壩基土地震液化、基坑涌水、左壩肩穩(wěn)定及不均勻變形等工程地質(zhì)問題。另外，下壩址庫區(qū)左岸為人工堆積粉煤灰，且坡度陡，地勢較高，蓄水后存在岸坡坍岸問題。庫區(qū)右岸地勢較低，需修較長副壩，存在滲漏及部分浸沒問題。

3 壩型選擇

壩址區(qū)地層為新生界第四系松散堆積物。表層為0.1～1.5m厚的低液限粉土層，其下土層為級配不良砂，上部礫含量較大，下部為純砂，局部夾低液限粉土和級配不良礫，厚度10～13m，砂層以下為低液限黏土，厚度大于15m。

從地形、地質(zhì)條件來看，壩址處河谷平坦開闊，河床覆蓋層深厚，不適合修建對地基條件要求高的重力壩和拱壩，只適合修建當(dāng)?shù)夭牧蠅危覊沃穮^(qū)施工場地寬敞，有利于填筑土石壩的大型機(jī)械施工。

從筑壩材料來看，壩址位于大同盆地中部的平原地帶，壩址附近土料貯量豐富、石料較缺乏，且土料滲透系數(shù)較低，根據(jù)就地取材原則，適宜修建均質(zhì)土壩。因此，本工程推薦采用碾壓均質(zhì)土壩。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 方案擬定

根據(jù)地形條件和工程特性，在滿足工程任務(wù)的前提下考慮以下兩種布置方案。

4.1.1 旁引庫方案

主壩位于神頭電廠灰渣庫上游約100m，把太平窯水庫以下至神頭電廠渣場以上恢河河道一分為二，順河筑壩，左側(cè)河道結(jié)合料場取土開挖形成旁引水庫，右側(cè)河道行洪。該方案利用太平窯水庫大壩北端的泄洪閘作為二庫的進(jìn)水閘，把恢河和七里河的清水引入太平窯二庫，遭遇洪水時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘，開啟太平窯水庫泄洪閘把洪水泄入河道。太平窯二庫總庫容527萬m3，與太平窯一庫聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，一庫以調(diào)洪、調(diào)沙為主，二庫蓄積清水為工農(nóng)業(yè)供水。

4.1.2 攔河壩方案

同等供水規(guī)模下，將壩址選在東邵莊村東、神頭電廠灰渣庫東端、太平窯水庫下游約4.5 km的恢河河道上，大壩左岸為神頭電廠灰渣庫，右岸為平緩臺(tái)地，壩體上主河道位置布置3孔6m寬的泄洪閘。太平窯二庫總庫容1 381萬m3，一庫棄水和泄洪進(jìn)入二庫，兩庫獨(dú)立運(yùn)行。

4.2 方案比選

4.2.1 地形地質(zhì)條件

太平窯水庫至東榆林水庫之間恢河河谷以寬谷為主，為典型的平原型水庫地形地貌特征，兩方案壩址工程地質(zhì)條件相似，建庫條件相當(dāng)。攔河壩方案左壩肩為神頭電廠灰碴儲(chǔ)灰?guī)?，河床左?cè)為人工堆積粉煤灰，其結(jié)構(gòu)松散，蓄水后岸坡坍塌問題嚴(yán)重。

4.2.2 工程型式及布置

旁引庫方案是由縱橫向壩體結(jié)合河道左岸坡開挖形成的旁引水庫，恢河徑流由太平窯水庫大壩北端原泄洪閘進(jìn)入旁引水庫，在旁引庫縱橫向壩體連接處布置灌溉放空洞；旁引庫方案可利用原太平窯水庫北泄洪閘作為二庫的進(jìn)水閘，主副壩總長4.52 km，最大壩高10.5m，灌溉放空洞為3孔帶有壓進(jìn)口段的無壓涵洞，每孔凈寬2m，壩體下游壩腳設(shè)置抗沖防護(hù)。

攔河壩方案大壩總長8.22 km，包括主壩和左右岸副壩，最大壩高12m，主壩上布置泄洪閘和供水閘，泄洪閘3孔，凈寬18m。旁引庫方案建筑物較多，但規(guī)模小，結(jié)構(gòu)相對簡單，攔河壩方案建筑物少，布置緊湊，但規(guī)模相對較大。

4.2.3 施工條件

攔河壩方案壩址處河床寬不足400m，左岸為神頭電廠灰渣庫，旁引庫方案壩址處河床較寬，地形開闊，較攔河壩方案更易于施工導(dǎo)流的布置。

4.2.4 水庫淹沒及工程占地

旁引庫方案水庫淹沒范圍小，庫盆開挖結(jié)合料場取土進(jìn)行，大壩長度相對較短，占地較少。攔河壩方案主壩距太平窯水庫大壩約4.5 km，主副壩總長較長，水庫淹沒和工程占地量較大。

4.2.5 運(yùn)行條件

旁引水庫只引清水，不參與調(diào)洪，泥沙淤積量少；攔河壩方案中，太平窯水庫泄洪進(jìn)入太平窯二庫，不能徹底解決泥沙淤積問題。旁引庫方案水庫正常蓄水位1 064.5m，抬高了太平窯水庫大壩下游水位，淹沒部分庫區(qū)公路，給大壩和公路安全運(yùn)行帶來不利影響；攔河壩方案水庫正常蓄水位1 062.0m，最高水位1 062.3m，比太平窯水庫壩腳排水體頂部高出1.5m，對太平窯水庫大壩影響較小，也不會(huì)淹沒庫區(qū)公路。

4.2.6 工程量及投資

旁引庫方案在可能最大供水量下水庫庫容僅527萬m3，攔河壩方案在相同供水規(guī)模下，水庫總庫容達(dá)1 381萬m3。攔河壩方案的主要工程量遠(yuǎn)大于旁引庫方案的主要工程量，其中旁引庫方案總投資28 304.9萬元，攔河壩方案投資33 247.2萬元。

綜合比較可以看出，旁引庫方案水庫只引清水，泥沙淤積量少，水庫使用壽命長；相同供水規(guī)模下所需庫容較小，壩體填筑和壩基處理工程量小，水庫淹沒和工程占地相對較少，工程投資比攔河壩方案少5 000余萬元，庫區(qū)水位對太平窯水庫大壩和庫區(qū)公路的影響可采用適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┙鉀Q。與攔河壩方案相比，大壩長度較短，壩腳防護(hù)工程施工簡單。故本工程推薦采用旁引庫方案。

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郭利東（1987-），男，2010年畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，助理工程師。

2016-07-13；

2016-08-19