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        復(fù)興水庫大壩壩址壩型比選

        2020-01-05 14:45:58周國凱
        山西水利 2020年1期
        關(guān)鍵詞:柳林縣液限淤地壩

        周國凱

        (山西中部引黃水務(wù)開發(fā)有限公司,山西 太原 030000)

        1 工程概況

        復(fù)興水庫是山西大水網(wǎng)中部引黃柳林縣供水工程的調(diào)蓄水庫之一,位于柳林縣留譽(yù)鎮(zhèn)南一支溝內(nèi),流域上歸屬于屈產(chǎn)河支流土門河。樞紐位于留譽(yù)鎮(zhèn)復(fù)興村西約0.8 km,距離溝口約1.5 km。水庫自大水網(wǎng)中部引黃工程的柳林生態(tài)園取水口取水,通過加壓泵站和輸水隧洞將水輸送到復(fù)興水庫,經(jīng)水庫調(diào)蓄后向柳林縣留譽(yù)生態(tài)園、嘉善工業(yè)園區(qū)、金家莊、山西福龍煤化有限公司、晨輝集團(tuán)、浩博煤焦等用戶提供工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水。

        2 水庫選址

        山西大水網(wǎng)中部引黃柳林縣供水工程,為中部引黃工程的配套工程,根據(jù)《山西大水網(wǎng)中部引黃工程柳林縣供水規(guī)劃》,南北兩大供水片區(qū),通過成家莊、郝鄢坡、復(fù)興3 座調(diào)蓄水庫進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中,復(fù)興水庫作為南片供水區(qū)的調(diào)蓄水庫,主要任務(wù)是調(diào)節(jié)中部引黃工程柳林生態(tài)園分水口的來水量,通過水庫調(diào)蓄,滿足中部引黃工程年中不供水時(shí)段內(nèi),柳林生態(tài)園及金家莊鄉(xiāng)居民生活用水需求。生態(tài)園分水口位于中陽縣暖泉鎮(zhèn),根據(jù)取水口位置和工農(nóng)業(yè)用水戶位置,水庫位置選擇遵循以下原則:

        一是水庫位置綜合考慮生態(tài)園分水口和用水戶的位置,盡可能避開復(fù)雜地形、不良地質(zhì)區(qū)、采空區(qū),和環(huán)境敏感區(qū);二是庫容滿足調(diào)蓄要求,庫區(qū)條件較好,建壩條件較好,庫區(qū)淹沒范圍小,工程移民、征地少;三是調(diào)蓄水庫供水時(shí)盡可能具備自流條件;四是調(diào)蓄水庫與供水對象之間的距離盡可能短,方便控制;五是流域面積盡可能小,入庫洪水和泥沙少。

        復(fù)興水庫供水區(qū)域地形總體呈東南高、西北低,聯(lián)盛生態(tài)園區(qū)年用水量為1 000 萬m3,是生態(tài)園分水口的主要供水對象,故調(diào)蓄水庫的位置選擇在該區(qū)域東南方向。該區(qū)域位于柳林縣東南部,緊鄰中陽縣和交口縣,附近可以修建水庫的溝雖眾多,但涉及村莊也多,移民搬遷復(fù)雜,流域面積較大,洪水和泥沙問題較大。

        綜合考慮,調(diào)蓄水庫位置選在柳林縣留譽(yù)鎮(zhèn)復(fù)興村西側(cè)約0.8 km 的屈產(chǎn)河支流土門河上,根據(jù)地形條件初擬上、下兩個(gè)壩址。上壩址位于復(fù)興村上游約0.3 km 的5 號淤地壩處,下壩址位于復(fù)興村下游1.1 km 處的成羅咀和復(fù)興村之間。

        3 壩址比選

        3.1 地形條件

        上壩址位于5 號淤地壩處,壩址處河谷斷面呈“V”型。淤地壩壩頂高程1047.5~1049 m,壩長80 m。淤地壩下游溝底地面高程1027.4~1028.5 m,寬20 m,溝槽偏向左側(cè)。淤地壩上游地面高程為1045.6~1046.0 m,為平整好的耕地。壩址左、右岸均為土質(zhì)岸坡,左岸坡度一般為22°~52°,下部稍緩,上部陡立,坡頂最高點(diǎn)高程1 190 m;右岸坡度一般在33°~58°,下部陡立,上部較緩,坡頂高程1 213 m,右岸設(shè)計(jì)壩軸線上游90 m、下游75 m 處各發(fā)育一條沖溝,兩沖溝延伸長度約400 m,走向近平行于壩軸線,方向?yàn)镾20°W,較為順直,溝底較平緩,兩岸陡直。

        下壩址位于留譽(yù)鎮(zhèn)復(fù)興村西約0.8 km,距離溝口約1.5 km。河谷斷面呈“V”型。該處溝谷總體走向?yàn)镹46°E,谷底寬16 m。谷底地形呈臺階狀,溝槽偏向左側(cè),溝底地面高程為996.5~1 001.3 m。壩址左、右岸均為土質(zhì)岸坡,左岸坡度一般為29°~56°,下部稍緩,上部陡立,坡頂最高點(diǎn)高程1 128 m;右岸坡度一般為14°~29°,坡頂高程在1 096 m 以上,右岸設(shè)計(jì)壩軸線上游25 m、下游150 m 處各發(fā)育一條沖溝,兩沖溝延伸長度約250 m,走向近平行于壩軸線,方向?yàn)镾20°W,較為順直,溝底較平緩,兩岸陡直。

        從地形條件看,兩個(gè)壩址比較相近,均不具備修建溢洪道的條件,均需在壩肩修建泄洪洞泄洪,且長度相差不大。但是由于上壩址位于淤地壩處,淤地壩壩體及淤積層不滿足修筑土壩的要求,在此施工需要全部挖除該淤地壩,較下壩址開挖量大;由于挖除淤地壩保留淤積層造成大壩建基面和庫底高程的不一致,導(dǎo)致滿足調(diào)蓄庫容所要求的壩高較大、壩長較長,大壩填筑的工程量較下壩址大。

        3.2 地質(zhì)條件

        上壩址溝底地表為低液限粉土、粘土等,構(gòu)造松散,厚度為2.5~20.0 m。下部為卵石混合土,厚度0~3.0 m,具中等透水性;其下部為厚10.0~12.6 m 的低液限粘(粉)土,相對隔水。兩岸巖性為厚度12.6~39.0 m的具弱~微透水性的上第三系上新統(tǒng)(N2)低液限粘(粉)土夾鈣質(zhì)結(jié)核層。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)二馬營組(T2er)砂巖與砂質(zhì)泥巖互層。壩基滲漏主要為庫水從溝底向壩下滲漏,壩基存在滲漏問題。左右壩肩上第三系上新統(tǒng)(N2)低液限粘(粉)土夾鈣質(zhì)結(jié)核層上覆中更新統(tǒng)含細(xì)粒土礫具中等~強(qiáng)透水性,左右壩肩存在繞壩滲漏問題。

        下壩址處谷底由厚0~3.0 m 的第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、級配不良砂組成。兩岸及河谷底部局部露出基巖,巖性為三疊系中統(tǒng)二馬營組黃綠色中細(xì)粒長石砂巖夾紫紅色泥巖及少量頁巖、砂巖巖性比較硬,泥巖及頁巖巖性較軟。兩岸出露第四系中更新統(tǒng)低液限粘土、第四系上更新統(tǒng)坡洪積低液限粉土以及低液限粘土,厚度80~150 m?;鶐r產(chǎn)狀較平緩,為單斜巖層,斷裂構(gòu)造不發(fā)育。庫底和庫周為上第三系上新統(tǒng)(N2)低液限粘土具弱~微透水性,為相對隔水層。水庫蓄水后,庫底不存在滲漏問題。左右壩肩及庫區(qū)岸坡上部的中上部第四系中更新統(tǒng)洪積低液限粘土層底部有一層厚度為2.0~3.0 m 的含細(xì)粒土礫石層,屬強(qiáng)透水層,尤其在沖溝內(nèi)裸露,構(gòu)成滲漏層位,左右壩肩及庫區(qū)存在滲漏問題。

        從地質(zhì)條件看,兩個(gè)壩址地層相似,筑壩條件相同,上下壩址均存在滲漏問題和庫岸坍岸的問題,但上壩址建庫需要拆除現(xiàn)有淤地壩,工程費(fèi)用較大。

        3.3 庫容條件

        建庫后,兩個(gè)壩址的庫容均可以滿足調(diào)蓄要求,但下壩址處流域面積較大。而且下壩址的庫尾以復(fù)興村上游5 號淤地壩為界,除復(fù)興村主溝外,還有3 條較大的支溝,流域面積較大,地形高差明顯,植被條件較差,洪水的泥沙含量較多,建庫后淤積庫容較大。

        3.4 占地問題

        上壩址以上5 號淤地壩和4 號淤地壩形成了大片耕地,在上壩址建庫后占用耕地較多。下壩址形成的庫區(qū)同樣存在淤地壩造出的耕地,但均在左岸支溝內(nèi),面積相對較小,約占上壩址庫區(qū)耕地面積的25%。

        3.5 移民問題

        下壩址建庫后,復(fù)興村位于庫區(qū)淹沒范圍內(nèi),存在整村移民和搬遷。上壩址位于復(fù)興村上游,但村莊部分處于泄洪區(qū),也存在一定數(shù)量的移民和搬遷。

        綜上所述,上、下壩址地形條件類似,均不具備修建溢洪道的條件,而且存在左右壩肩繞壩滲漏的問題。下壩址控制流域面積大,泥沙量相對較大,復(fù)興村需整村移民;上壩址雖然移民量相對較少,但淹沒耕地較多,庫容滿足調(diào)蓄要求時(shí)壩高較大,同時(shí)在上壩址建庫需要拆除5#淤地壩,開挖工程量大。故本階段推薦采用下壩址方案。

        4 壩型確定

        壩基河床地層巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積(Q4pal)級配不良礫、卵石混合土,第四系中更新統(tǒng)洪積(Q2pl)低液限粘土及第三系上新統(tǒng)(N2)低液限粘(粉)土夾鈣質(zhì)結(jié)核層,該層厚0~3.0 m。下部為巖性為灰色中~厚層含長石硬砂質(zhì)砂巖與灰紫色砂質(zhì)泥巖、頁巖互層,最大揭露厚度35.2 m。強(qiáng)風(fēng)化層厚度2~3 m,具弱透水性,為相對隔水層。左右兩壩肩廣泛出露紅黃、淺紅黃色低液限粘土,夾紅黃色古土壤和鈣質(zhì)結(jié)核層,厚度4.9~89.2 m;垂直節(jié)理發(fā)育,底部為一層厚約2~4 m 的含細(xì)粒土礫石層,膠結(jié)、半膠結(jié),膠結(jié)物為泥質(zhì)或鈣質(zhì),局部夾粘土層。

        河床及河漫灘有厚度0~3.0 m 的第四系全新統(tǒng)洪沖積和中更新統(tǒng)洪沖積級配不良礫、卵石混合土堆積;左、右兩岸均為覆蓋層深厚的土質(zhì)岸坡,都不具備建重力壩和面板壩的條件。從壩址所處地區(qū)的建筑材料來看,土料更加豐富,適合修建土壩,考慮現(xiàn)階段國內(nèi)土壩的施工工藝,本階段推薦碾壓均質(zhì)土壩。

        5 結(jié)論

        從地形條件、地質(zhì)地貌、移民占地、施工難度及工程投資等方面綜合來看,推薦下壩址方案,壩型采用碾壓均質(zhì)土壩。

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