古县麦沟河水库工程设计要点

李 萍

（古县水务局）

1 工程概况

古县麦沟河水库位于洪安涧河北涧的支流麦沟河下游，坝址控制流域面积61 km2，主河道长度18.4 km，平均比降为19.4‰。水库设计总库容238.87万m3，大坝采用混凝土面板堆石坝，最大坝高31.0 m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），水库规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物级别大坝为4级，临时建筑物为5级。枢纽大坝洪水标准为30年一遇设计（3.33%），300年一遇校核（0.33%）；临时建筑物洪水标准为5年一遇设计（20%）。

根据 1∶400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），水库所在区域50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.2 g，相应的地震基本烈度为Ⅷ度，反映谱特征周期为0.35 s。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），建筑物抗震设计烈度为8度。

2 工程建设的必要性

2.1 经济社会发展的需要

古县水资源严重短缺，人均水资源量远低于全国人均水平，是山西省水资源严重缺乏的地区之一，水资源短缺现已成为制约经济社会可持续发展的突出问题。

2.2 农田灌溉的需要

麦沟河下游张庄、偏涧和五马等村以种植大秋作物为主，现有有效灌溉面积较小，且灌溉保证率很低。由于河道上游无蓄水工程调节，受山区河水暴涨暴落的影响，下雨成洪灾，不下雨则成旱灾，严重制约了当地农业经济增长、农民增收和农村社会稳定。在麦沟河上游河段兴建蓄水工程，能够保障农田灌溉用水，使河道两岸农田免受洪水威胁。该水库修建后，每年可提供40余万m3的水量用于农业灌溉，有效提高200 hm2农田的抗旱能力，有利于调整农业种植结构，保障稳产高产，提高农民收入。

2.3 涧河工业园区供水的需要

随着涧河工业园区的开发建设，规划到2020年，工业园区日需水量将达到4.4万m3，年需水量为1 605万m3，现有的供水水源难以满足其生产、生活用水需求。麦沟河水库建设后，每年可向工业园区提供50余万m3水量，可部分解决涧河工业园区的缺水问题。

综上所述，兴建麦沟河水库，可以为涧河工业园区提供部分工业用水，并解决水库下游农田的灌溉用水问题，同时有利于推进古县社会经济的发展。因此，兴建该水库是十分必要的。

3 工程设计方案比选

3.1 坝址比选

上坝址位于圣王坡河段相对狭窄处，下坝址位于左村上游约1.2 km、圣王坡下游约540 m处。从地形地质条件上看，上坝址河谷较宽，覆盖层分布范围及厚度较大，近坝库岸塌岸问题较突出；下坝址河谷较窄，覆盖层分布范围及厚度相对较小，近坝库岸塌岸问题较轻。从工程布置上看，上、下坝址布置条件相当，但上坝址泄洪建筑物布置条件较差。从工程投资上看，下坝址比上坝址工程量小，投资较省。综合比较，下坝址优于上坝址，可行性研究阶段选择下坝址作为推荐坝址。

3.2 坝线比选

在下坝址选择两条坝线进行比较，两条坝线右岸位置基本相同，左岸坝肩相距约30 m。上、下坝线河床均为二叠系上统上石盒子组砂岩出露，左、右覆盖层的物质组成、层次结构及物理力学特性基本一致。上坝线在正常蓄水位时河谷宽度较小，但左岸覆盖层相对较厚；下坝线在正常蓄水位时河谷宽度相对较大，但覆盖层厚度相对较薄。从工程布置上看，两条坝线大坝布置条件相当，上坝线泄洪建筑物布置条件较好。从工程投资上看，上坝线投资较省。综合比较，上坝线优于下坝线，可行性研究阶段选择上坝线作为推荐坝线。

3.3 坝型比选

大坝枢纽工程区附近可作为混凝土骨料和堆石料的建筑材料比较丰富，且有亚黏土分布，但地表均为滩地和村庄，移民及环境影响问题比较突出。因此，均质土坝或心墙坝存在料源不足问题。可研阶段选择堆石混凝土重力坝与混凝土面板堆石坝两种坝型进行比较。从地质条件看，混凝土重力坝可能存在抗滑稳定及变形稳定问题，且开挖量大，基础处理难度较大；而混凝土面板堆石坝对坝基具有良好的适应性，不存在重大的地质缺陷，采取适当基础处理措施后，可满足筑坝要求。从工程投资上看，混凝土面板堆石坝方案投资较省。因此，可行性研究阶段选择混凝土面板堆石坝作为推荐坝型。

3.4 泄洪方案比选

结合地形、地质条件，可研阶段选择坝顶溢流+泄洪洞和岸边溢洪道+泄洪洞两个泄洪方案进行比较。从设计特点上看，坝顶溢流方案需考虑溢洪道基础持力层的堆石坝材料，控制其级配、填筑干密度和孔隙率等物理性指标，堆石体的变形与上部溢洪道对基础的适应性等，而岸边溢洪道方案则不必考虑这些影响因素。从施工总工期上看，坝顶溢流方案施工总工期为27个月，岸边溢洪道方案施工总工期为24个月。从工程投资上看，坝顶溢流方案溢洪道可减少基础开挖和处理，工程投资较省，但优势不太明显。综合比较，岸边溢洪道方案具有考虑因素较少、施工工期较短、施工干扰较小的优势，但工程投资较多，因此，可行性研究阶段选择岸边溢洪道方案作为推荐泄洪方案。

3.5 推荐方案枢纽布置及建筑物

麦沟河水库工程推荐方案采用“混凝土面板堆石坝、侧槽溢洪道、左岸泄洪洞”的枢纽布置格局。

混凝土面板堆石坝坝顶高程793.0 m，防浪墙顶高程794.0 m，坝轴线长206.0 m，坝顶宽8.0 m，最大坝高31.0 m，上下游边坡为1∶1.5。大坝剖面从上游到下游，依次为混凝土面板、垫层料、过渡层、堆石区、下游护坡。趾板宽度为4.0 m，采用平趾板布置。

侧槽溢洪道布置于大坝右岸，为开敞式侧槽溢洪道，由溢流堰、过渡段、泄槽段及挑流段组成，进口底高程784.0 m，总长176.4 m。溢流堰采用开敞式“L”型布置，底坡为0.05，总长为40.0 m，堰顶高程789.0 m，堰高5.0 m。

泄洪洞布置于大坝左岸，由进口段、有压段、闸门段、明渠段、挑流消能段五部分组成，洞轴线长度为252.3 m。

4 工程设计要点

4.1 泄洪建筑物设计

麦沟河水库设计洪水流量为463 m3/s，校核洪水流量为824 m3/s。与同类工程比较，泄洪规模较大。为满足泄洪要求，岸边溢洪道采用“L”型侧槽溢洪道，溢流前缘总长为40.0 m，在提高泄流能力的同时，可减少进口段土石方开挖量。

4.2 排沙建筑物设计

麦沟河水库坝址处年均悬移质输沙量为9.56万t；推移质根据山区河流一般规律，按照悬移质的10%考虑，年均推移质输沙量为0.96万t；年均输沙量总计为10.52万t。为解决水库排沙问题，将泄洪洞进口高程设在764 m高程处，与河床高程762 m相差不大，泄洪洞兼具泄洪和排沙功能。

4.3 大坝基础处理设计

左岸坝基770 m高程坝顶段为洪积层亚黏土、碎石土和砂卵砾石层，虽形成年代较老，但洪积层的亚黏土可能存在湿陷性问题，需对亚黏土进行清除处理，下部的碎石土和砂卵砾石层需经过相应的碾压处理。右岸坝基778 m高程坝顶段为砂质页岩段，全强风化，裂隙发育，岩体破碎，局部为洪积的亚黏土。清除覆盖层及表层全风化岩体，将坝基置于强风化的砂质页岩上。