坪底水库枢纽布置及工程设计

朱 珺

(山西省水土保持监测中心)

1 工程概况

坪底水库地处石楼县境内的屈产河中游坪底河段，坝址距裴沟乡政府4.5 km，距石楼县城22 km，距屈产河入黄口25 km。该水库是在石楼县人民政府和山西省国际电力集团有限公司合作建设石楼煤电一体化项目的前提下，为了尽快实施屈产河水资源合理开发利用项目，尽早向石楼县城镇生活和石楼县煤矿坑口燃煤空冷发电厂一期工程供水而提出的工程方案。根据本地区国民经济发展需求，水库的主要任务是向石楼县提供城镇生活供水和工业供水，年均供水量500万m3。该工程为调蓄水库，设计总库容400万m3，防洪库容321.2万m3，调节库容101万m3。

坪底水库坝址位于裴沟乡坪底村下游约500 m处的屈产河上，河流流向N40°-50°W，河谷底宽30-40 m，主河床靠近右岸，左岸为河漫滩，谷底高程811-813 m，两岸坡顶高程860-880 m，相对高差50-70 m。左岸为岩质岸坡，岸坡上部坡度45°-55°，下部坡度30°-40°;右岸为陡崖，下部为基岩岸坡，上部为土质岸坡，坡度50°-60°。河谷断面呈“U”型。出露地层为三叠系中统二马营组灰绿色、紫色砂岩夹暗紫色泥岩，河谷覆盖层为卵石混合土，局部夹低液限粉土，厚3-5 m。坝址处断裂构造不发育，为单斜岩层，两岸地下水补给河水。坝址工程地质条件较好，宜修建混凝土重力坝。

2 枢纽布置

在本工程可研阶段，初步选定了坪底村下游约500 m处的上坝址和坪底村下游约1.2 km处的下坝址两个坝址进行比选。从上坝、下坝址的地形地质条件、建筑物布置、施工条件、工程量及投资等多方面进行了综合比较，推荐采用上坝址方案。

2.1 坝型

坪底水库为屈产河干流上的骨干工程，由于河流洪水量大峰陡，坝址处河谷狭窄，两岸地形陡峻，无合适地形修建溢洪道，故不具备建土石坝的条件。根据工程区料场调查资料，坝址区就近无合适的石料场，最近的料场位于屈产河上游罗村镇东北九寨沟处，距离坝址约50 km，运距较远。同时，考虑到砌石施工速度较慢，浆砌石坝在该工程中不具备明显的优势，因此水库坝型不适宜采用当地材料坝。根据推荐坝址的地形、地质条件，并考虑泄洪、交通、施工等因素，结合枢纽总体布置，宜采用混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝2种坝型。按照坝型的特点进行了2种枢纽总布置方案的技术经济比较(见表1)。经计算，碾压混凝土重力坝方案总投资26 169.37万元，工期2年;混凝土重力坝方案总投资23 454.21万元，工期2年。混凝土重力坝方案投资比碾压混凝土重力坝方案省，加之施工度汛方便，施工工艺简单，故确定混凝土重力坝方案为推荐方案。

表1 坪底水库各坝型主要工程造价比较

2.2 溢洪道

坪底水库河流泥沙含量很高，年输沙量大。据裴沟水文站1970-2002年实测资料统计，多年平均悬移质输沙量737.6万t，多年平均输沙量为811.8万t，平均含沙量为248 kg/m3。为了保证水库的正常运行提高供水效益，采用坝顶溢流方案，不设溢洪道。

2.3 导流洞

结合施工工期和坝址地形条件，坪底水库工程采用全河一次断流，上下游围堰挡水，导流洞泄流，非汛期施工的导流方式。导流洞布置于大坝左岸，总长度372 m，其中，进口段75 m，圆形压力隧洞段275 m(洞径2.5 m)，出口段22 m。

2.4 取水泵站

坪底水库取水方式采用库区直接取水，在库区右岸距大坝约65 m处的凹岸新建一座深井式圆形泵房，布置3台400SG550-17×6长轴深井泵，2台工作，1台备用。单泵设计流量0.15 m3/s，设计扬程105.0 m，通过管道输水至调蓄水池。

2.5 调蓄水池

由于坪底水库采用非汛期蓄水运行方式，为保证汛期正常供水，在供水点相应位置修建调蓄水池1座。调蓄水池建于西卫村上游屈产河河道左岸河漫滩上，总库容为120万 m3，其中供水调节库容108.3万m3，死库容11.7万 m3。调蓄水池的布置形式为平原型水库，采用四周填筑围护坝形式。

2.6 枢纽布置

经过对枢纽布置与施工条件、施工工期、工程投资、运行条件等方面的综合比较，最终选定坪底水库由混凝土重力坝+溢流表孔+泄洪排沙洞+取水泵站等建筑物组成。

3 枢纽建筑物设计

3.1 混凝土重力坝

根据坝址处地形条件，枢纽大坝轴线布置为一直线，坝轴线起点(右坝头)坐标:

X＝994 56.416 m

Y＝100 473.131 m

终点(左坝头)坐标:

作为西方生态学领域的“马克思主义者”，莱斯在其著作中也表达了一定的制度批判思维。例如《满足的限度》就写到，“现代社会将稳定与权威建立在经济生产与需求得到满足的成就之上……出现于现代社会发祥之初的资本主义是这一倾向的始作俑者”㉒。但以真正的马克思主义政治经济学批判尺度来衡量，莱斯的制度批判却是抽象的。

X＝99 381.738 m

Y＝100 385.145 m(独立坐标系)

大坝坝顶总长115.4 m，坝顶高程837.0 m，最大坝高段建基面高程806.0 m，最大坝高31.0 m。

大坝由左、右岸挡水坝段和溢流坝段三部分组成。左岸挡水坝段长23.4 m，右岸挡水坝段长19.5 m，溢流坝段(布置在左岸挡水坝段和泄流底孔坝段中间)长72.5 m。挡水坝段坝顶高程837.0 m，坝顶宽4.5 m，上游坝坡为竖直面，下游坝坡坡比1∶0.75;溢流坝段共设6孔溢流表孔，孔口净宽10 m，堰顶高程825.0 m，溢流表孔坝段设宽4.5 m的检修工作桥与两岸坝顶相通。根据泄洪排沙的要求，在右岸桩号0+011.1 m-0+017.9 m坝段设有压泄流底孔，底孔断面尺寸为4 m×4 m，进口底高程816.0 m。

3.2 导流洞

导流洞进口引水渠为梯形断面，设计底宽3.5 m，石质设计边坡1∶0.4，土质设计边坡 1∶1.0，进口底高程812.50 m，设计纵坡i＝0。

导流洞洞身段围岩为三叠系中统二马营组第三岩组，岩性为灰绿色中厚层长石石英砂岩夹暗紫色泥岩，岩性坚硬，岩体较完整。岩体坚固系数f＝3-4。围岩类别为Ⅲ类。洞径设计为2.5 m，开挖洞径2.7 m。纵坡为i＝1/100，洞长275 m。0+000-0+225段洞身采用喷锚支护，喷10 cm厚混凝土，锚杆采用φ25、L＝2 m砂浆锚杆;0+225-0+275段洞身采用喷锚支护及20 cm厚C20混凝土衬砌。

主体工程施工完成后对导流洞进行封堵，封堵位置位于大坝轴线处，采用混凝土堵头，堵头设计长10.0 m。

3.3 取水泵站

泵房整体设计高度29.62 m，根据最低取水位825.5 m，确定泵房底板高程为820.50 m，由水泵及设备布置确定泵房内径为7.14 m，外径为8.74 m。泵房分上、下两部分，下部塔筒采用钢筋混凝土结构，高度为20.3 m，筒壁壁厚依次为1.0 m、0.8 m，底板厚度为1.2 m。水泵工作平台(塔筒顶部)高程为839.5 m，采用钢筋混凝土现浇板梁结构。厂房工作平台外设一圈走道板，宽1.8 m。上部厂房采用圆形砖混结构，直径8 m。根据起吊设备要求，确定屋面梁底高程为 848.82 m，轨顶高程为846.00 m。屋顶采用50 mm厚彩色压型复合板及钢网架结构。泵房内设LD环形电动单梁起重机，起吊重量为10 t。泵站副厂房利用走道板空间，房高4.95 m，走道板外缘封闭。

泵房前布置进水闸室，长3.5 m，孔口宽度为1.5 m，进水口底高程为824.0 m，闸室内设置拦污栅和检修闸门各一扇(前后布置)，其孔口宽1.5 m，高5.0 m。闸门和拦污栅启吊设备均选用电动葫芦启吊，悬挂电动葫芦位置高程844.5 m。检修平台高程与工作平台相同，检修平台上设排架，用以安装起吊设备。

3.4 调蓄水池

调蓄水池围护坝采用均质碾压土坝，坝顶轴线总长度1 543.39 m，坝顶高程905.0 m，最大坝高10.0 m。坝顶宽度5.0 m，在坝顶迎水面设防浪墙，墙高1.0 m。围护坝迎水面边坡为1∶3.5，背水面边坡为1∶3，背水面边坡坡脚设堆石棱体排水。

进水管(水库供水管道)位于调蓄水池西北角桩号1+414.36 m处，管径DN600，为坝内埋管，管道出口接入沿迎水面坝坡设置的泄槽及消力池。放水管位于调蓄水池北侧桩号0+55 m处，管径DN800，进口设钢筋砼结构的进水塔，放水管穿越坝体后接电厂取水管道沿河道左岸输水至电厂。

放水管进水塔塔高10.0 m，上设排架柱及启闭机房，进水塔与坝顶用交通桥连接，塔内设检修闸门和工作闸门各一扇，其孔口宽1.0 m，高1.0 m。

4 结束语

坪底水库工程采用闸坝结合的形式，同时采用空库度汛的利用方式，有效地解决了当地洪水泥沙含量大、水库淤积严重的问题，可大大地提高水库的使用寿命。因采用空库度汛，为了保证供水，修建了总库容120万m3的调蓄水库。能否利用该库区的近20 m厚的淤积层修建截潜流工程，补充一部分汛期供水，从而减少调蓄水库的库容，是下一步应进行研究的主要目标。