花园水库枢纽工程坝址选择

2011-08-15付彦

黑龙江水利科技 2011年4期

付彦

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 工程概况

花园水库总库容3.72亿m3，灌溉面积13.13万hm2，根据《防洪标准》(GB50201－94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252－2000)规定，为山丘区大(2)型工程，工程属Ⅱ等，主要建筑物土坝、溢洪道、输水洞等主要建筑物为2级，相应防洪标准为按100 a一遇洪水设计，2000 a一遇洪水校核，其中:溢洪道消能防冲设计标准为50 a一遇;水电站工程规模为小(2)型工程，属Ⅴ等。电站厂房按30 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核。临时建筑物为4级，按10 a一遇洪水设计。

库区构造较发育，但尚未发现活动性断裂，也无破坏性地震发生，地壳处于相对稳定状态。库区岩体由非可溶岩构成，岩体为相对隔水层;据区域构造稳定性分析，该区处于地壳稳定地段，地震活动不频繁且震级小，强度弱。据“1∶400万中国地震动参数区划图”(GB18306－2001)，本区地震动峰值加速度为0.05 g，相当于地震基本烈度Ⅵ度。因此，建筑物不进行抗震计算。

2 工程建设任务与作用

花园水库是雅鲁河主要支流济沁河上的大型控制性工程，是历次流域规划推荐的重点工程。工程建设任务是灌溉、防洪、水力发电、湿地补水和水产养殖等综合利用。工程的建成必将对地方的经济发展起到促进作用。

2.1 灌区

龙江县境内河流纵横，土地肥沃，水土资源相对丰富，农业生产条件得天独厚，是我省西部地区主要的粮食生产基地之一，但本地区水资源时空分布不均，年内年际变化较大，7～9月径流约占全年径流量的70%，而灌溉期内5～6月上旬水田泡田、返青期用水量最大，径流量仅占全年的20%左右。洪涝、干旱等自然灾害频繁，而有效遏制灾害的水利工程建设相对滞后，地表水资源没有得到合理利用。

花园水库地理位置优越，控制济沁河流域74.5%的集水面积，水库设计兴利库容3.44亿m3，多年平均灌溉补水量1.46亿m3，补偿灌溉水田面积2.27万hm2，旱田10.86万hm2，基本可以满足近远期灌溉发展要求。

2.2 防洪

雅鲁河洪水频繁，淹没范围广，历次大洪水都给国家和人民带来很大损失。雅鲁河干支流防洪主要依靠堤防，支流济沁河堤防现状防洪能力平均为5 a一遇左右，雅鲁河干流堤防现状防洪能力平均为10 a一遇左右。堤防标准低、质量差，隐患多，且多为砂基、砂堤，经不起高水位长时间浸泡。尤其是缺少大型控制性工程，无法对洪水进行有效控制，一遇洪水险象环生，给防洪调度和抗洪抢险增加了很大困难，严重威胁着沿岸人民生命财产安全。

花园水库位于雅鲁河主要支流济沁河上，坝址控制面积3 068 km2，具备调蓄部分雅鲁河洪水条件。花园水库与下游济沁河、雅鲁河堤防组成防洪工程体系，水库不单独设置防洪库容，防洪与兴利库容结合，共用库容2 758万m3，可以使龙江镇城堤防洪标准由30 a一遇提高到50 a一遇。

2.3 水力发电

花园水电站结合灌溉发电，装机容量4 320 kW，多年平均发电量1 082万kW·h。可以为工农业提供动力，缓解地区供电压力。

3 工程选址及选线

3.1 河段条件

雅鲁河为嫩江右岸七大支流之一，发源于大兴安岭南麓关帝庙岭，流经内蒙博克图、巴林、扎兰屯市，由成吉思汉边壕(内蒙布特哈旗)进入黑龙江，横贯齐齐哈尔市碾子山区和龙江县全境，于龙江县城东南50 km处汇入嫩江。济沁河是雅鲁河的最大支流，发源于内蒙古自治区布特哈旗的济沁顶子，河流在碾子山镇西南3 km处汇入雅鲁河。济沁河上游属于低山区，中、下游为丘陵及平原区。

花园水库工程位于济沁河下游龙江县济沁河乡境内，根据流域规划初步拟定坝段在济沁河下游花园至济沁河乡之间的河段内选择。该河段主槽河宽一般在30 m，最宽不超过80 m，滩地宽度一般在800～1 200 m左右，最宽可达1 500 m左右。河道比降约为1/500。两岸为低岗山丘，在下游河道进入平原区。

本河段坝址选择地形上相对河谷狭窄段，坝基和两岸山体地质条件无大的不利地质构造问题，坝基应尽量置于透水性小的坚实地层或厚度不大的透水地基上;坝址附近有足够数量符合设计要求的当地天然建筑材料，便于开采运输利于施工;工程布局上便于布置泄水建筑物和引水建筑物。根据自然条件本次初步拟定上、下两个坝址，上坝址选择在济沁河乡龙头二队村至花园村之间河谷相对狭窄处。下坝址选择在上坝址下游近约10 km处北济一队至西山五队之间河谷相对较窄处，下坝址坝轴线较上坝址略长。上坝址以上河道逐渐开阔，不具备坝址选择条件，下坝址以下河段也逐渐加宽，两坝址之间河道相对较宽不具备选择坝址条件。因此，在本河段选择上、下两处坝址进行比选。

3.2 地形条件

上坝址位于济沁河乡龙头二队村附近，坝址处河谷由河床和两侧漫滩组成，河谷呈“U”字型，河谷宽约370 m，地面高程278.50～280.00 m，漫滩后缘与低山前缘相接，主河道偏右侧，坝轴线与主河道正交，坝轴线长度为829 m。

下坝址为位于济沁河乡北济一队花园村附近，坝址处河谷由河床和两侧漫滩组成，河谷呈“U”字型，河谷宽约1 150 m，地面高程257.00～260.00 m左右，漫滩后缘与低山前缘相接，坝轴线长度为1 250 m。坝轴线与主河道斜交，斜交角度约20°。坝轴线与主河道正交，坝轴线长度为1 250m。

3.3 地质条件

3.3.1 上坝址区工程地质条件

3.3.1.1 抗滑稳定

坝基表层:②层低液限黏土承载力较低，宜清除，①③层均为级配良好中砾，中间无软弱夹层，抗滑稳定性较好。

坝基下部为凝灰岩和砂岩、泥岩(仅在右坝肩出露)，强度较高，无断裂构造，抗滑稳定性较好。松散层的地基容许承载力(建议值):

①级配良好中砾:［R］=300KPa;②低液限黏土:［R］=100KPa;③级配良好中砾:［R］=300KPa;④粉土质砾:［R］=350KPa。

3.3.1.2 渗透稳定

③级配良好中砾渗透变形类型为过度型，建议设计中允许水力比降取J允=0.15～0.25为宜。左岸坝肩岩性为凝灰岩，山体坡度20°～65°，全风化带厚度约4.00 m，岩体完整性差，呈散体状;强风化带厚度约2.50 m，岩体完整性差，呈散体状(夹心石);下部为弱风带至微风化，岩体较完整，呈块状～大块状，左坝肩部位全～强风化带岩体强度较低，稳定性较差，弱风化带岩体稳定性较好。

右岸坝肩岩性为砂岩和泥岩，山体坡度15°～55°，全～强风化带厚度0.80～3.00 m，岩体完整性差，呈散体状(夹心石);下部为弱风化带，岩体较完整，呈块状～大块状，右坝肩部位全～强风化带岩体强度较低，稳定性较差，弱风化带岩体稳定性较好。另外，根据右坝肩节理裂隙统计分析，岩体主要的节理裂隙的走向基本平行于河流，而倾角倾向河床。节理裂隙对坝肩稳定定性具有不利影响。

3.3.2 下坝址工程地质条件

3.3.2.1 抗滑稳定

坝基表层:①②级配不良中砾及③粉土质砾承载力较高，强度大，中间无软弱夹层，抗滑稳定性较好。坝基下部为凝灰岩，强度较高，无断裂构造，抗滑稳定性较好。松散层的地基容许承载力(建议值):

①级配不良中砾:［R］=300KPa;②级配不良中砾:［R］=300KPa;③粉土质砾:［R］=350KPa。

3.3.2.2 渗透稳定

由渗透稳定性分析可知，②级配不良中砾渗透变形类型为管涌型，建议设计中允许水力比降取J允=0.10为宜。

左岸坝肩岩性为凝灰岩，山体坡度15°～45°，强风化带厚度约5.50 m，岩体完整性差，呈散体状(夹心石);下部为弱风带至微风化，岩体较完整，呈块状～大块状，左坝肩部位强风化带岩体强度较低，稳定性较差，弱风化带岩体稳定性较好。从节理裂隙发育情况来看，倾向和倾角对边坡稳定性没有不利影响。

右岸坝肩岩性为凝灰岩，山体坡度25°～80°，强风化带厚度约1.10 m，岩体完整性差，呈散体状(夹心石);下部为弱风化带，岩体较完整，呈块状～大块状，右坝肩部位强风化带岩体强度较低，稳定性较差，弱风化带岩体稳定性较好。从节理裂隙发育情况来看，倾向和倾角对边坡稳定性没有不利影响。

3.4 工程布置条件

根据上、下坝址地形和地质实际条件，坝址区均无天然垭口和鞍部布置溢洪道，因此选择左、右岸溢洪道进行比较。上坝址采用左岸溢洪道和左岸布置引水建筑物，上坝址坝轴线线长829 m，最大坝高28.05 m。坝顶高程303.34 m，防浪墙顶高程304.54 m。溢洪道堰顶高程286.60 m，单孔净宽8 m，3孔。

下坝址采用右岸溢洪道和右岸布置引水建筑物。下坝址坝轴线线长1 250 m，最大坝高29.46 m。坝顶高程286.75 m，防浪墙顶高程287.95 m。溢洪道堰顶高程270.00 m，单孔净宽8.0 m，3孔。上、下坝址初步确定采用当地材料坝，坝型为黏土心墙堆石坝，岸边溢洪道、引水建筑物、岸边式发电站的总体枢纽布置型式。

3.5 施工条件比较

3.5.1 上坝址施工条件

枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物及电站厂房组成。挡水建筑物为黏土心墙堆石坝，泄水建筑物与引水建筑物布置在左岸，水库下游漫滩地开阔，满足施工场地布置要求。适于布置临时生活区及施工场地。根据本工程特点施工期对排水、排冰无特殊要求。工程所需要的主要建筑材料除筑坝所需要的当地的黏土料、砂砾料、堆石料外，其它主要建筑材料均为外购。来源为齐齐哈尔市碾子山区。

上坝址导流标准:①大坝上、下游围堰挡水标准采用10 a一遇洪水。②当坝体填筑到不需要围堰保护时，坝体的渡汛标准:根据规范规定，拦洪库容＞1.0亿m3时，洪水重现期＞100 a。根据施工进度安排，第二年大汛须由坝体拦洪，坝体拦洪库容＞0.5亿m3，因此坝体渡汛的标准选择100 a一遇洪水，最大洪峰流量为1 354 m3/s。

3.5.2 下坝址施工条件

左岸为堆积山前台地，呈斜坡状，坡度3°～8°，高程258～275 m;高漫滩主要分布于左岸低山前缘，与低漫滩界限不明显，地势平坦，高程259～262 m，左岸宽度100～500 m，地层主要由冲洪积低液限黏土、级配不良砂、砾组成。

右岸呈窄条状，地势平缓，高程256～258 m。台地表层岩性为黏性土，厚度＞1.5 m，其下为碎石混合土，厚度0.4～2.0 m，下伏二迭系下统高家窝棚组凝灰岩;低漫滩分布于河两岸及河右岸沿河床窄条状分布，地势平坦，高程257～259 m，宽度100～300 m。因此，坝址区下游左岸地形比较平坦开阔，具有良好的施工布置场地，施工条件较为方便。

下坝址建筑材料来源及水、通讯条件与上坝址基本相同，施工供电在工程开工前先期架设好由龙江县济沁河乡西山五队至水库约7 m的10 kV施工输电线路，供施工时使用，水库建成后作为永久输电线路。施工期通讯靠无线通讯工具进行联系。

根据《水利水电施工组织设计规范》(SL303－2004)和《水利水电枢纽工程项目建设工期定额》中的有关规定及建设单位意见，并分析参考国内外有关工程资料，结合本工程的实际情况，确定本工程工程总工期为4 a，其中准备期6个月。

下坝址导流标准:导流标准与上坝址相同。导流方式根据坝址处的地质、地形及水工建筑物的布置等特点，本工程施工导流方式采用分期导流，坝体缺口过流，坝体拦洪，部分洪水利用输水洞过流。上、下坝址在施工条件上基本相同无制约性因素。

3.6 淹没补偿条件

花园水库上坝址库区淹没土地4 227 hm2，(其中内蒙古2 808.26 hm2，黑龙江省1 418.74 hm2)，其中水田121.7 hm2，旱田2 313.32 hm2，水浇地0.52 hm2，园地7.12 hm2，有林地60.82 hm2，灌木林14.31 hm2，其他林地138.88 hm2，天然牧草241.96 hm2，人工牧草地351.58 hm2，其他草地438.74 hm2，河流水面138.94 hm2，内陆滩涂202.4 hm2，水工建筑用地1.38 hm2，裸地5.78 hm2，农村居民点189.56 hm2。淹没影响12个自然屯，756户，2 908人。其中内蒙古377户，1 363人;黑龙江省379户，1 545人。

上坝址淹没占地补偿总投资为138 072万元，其中农村移民补偿费为97 226万元，专项设施迁建费为3 214万元，库底清理费为348万元，其它费用为10 966万元，预备费为16 763万元，各项税费为9 555万元。花园水库上坝址淹没占地分别在内蒙境内和黑龙江境内，受益为龙江县，征地、移民等协调问题制约工程能否实施的关键性问题。

下坝址水库淹没区主要包括龙江县的济沁河乡和龙兴镇所辖行政范围，其涉及济沁河乡的北济村、南济村、龙头村，龙兴镇的西山村等4个村的14个屯。总户数1 150户，总人口4 296人。农业种植品种主要为大豆、玉米、小麦、水稻等，该区农民人均收入较低，属典型农业户居住区，淹没区现人均占有耕地约为0.6 hm2。花园水库居民迁移和土地征用范围:林地、草地采用282.00 m高程;耕地、园地采用282.5.00 m与5 a一遇设计洪水回水水面线外包线区域;农村居民点采用283.00 m与20 a一遇设计洪水回水水面线外包线。下坝址淹没占地补偿总投资为99 846.03万元。

上坝址方案淹没面积绝大部分在内蒙古境内，淹没面积4 227.0 hm2中淹没内蒙古扎兰屯市面积2808.26 hm2，占淹没总面积的66.4%。上坝址淹没面积比下坝址多1 173 hm2，其中淹没耕地比下坝址多673 hm2，草地多892 hm2，其他土地(工矿用地，水域及其他)上坝址比下坝址少308 hm2;影响人口下坝址比上坝址多1 388人，从淹没指标来看，下坝址明显偏优。