瓜峪水库设计综述

姬建闯

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

瓜峪水库位于河津市和乡宁县交界地带的瓜峪河上，下距河津市僧楼镇北午芹村约4 km，控制流域面积145 km2，主河道长25.8 km，纵坡27.6‰。枢纽工程主要由大坝、溢流表孔、泄洪冲沙底孔及供水洞等组成。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（一）型水库，主要建筑物级别4级，临时建筑物级别5级。

瓜峪水库建设任务以防洪为主，兼顾工业供水及农业灌溉。防洪标准为30年一遇设计，200年一遇校核。该水库的特征水位为：死水位678.0m，正常蓄水位693.0m，汛限水位693.0m，设计洪水位698.8m，校核洪水位706.05m；总库容250万m3，其中包括死库容45万m3，兴利库容73万m3，调洪库容132万m3。

瓜峪水库位于吕梁山南端汾河支流瓜峪河下游，碳酸盐岩中低山峡谷区。瓜峪河在水库区呈“S”型展布，两岸山体浑厚，两岸山顶高程多在900～1000m之间，河谷形态为峡谷，横断面呈“V”型，河谷下部70m近于直立，上部稍缓。水库区地层岩性由老到新依次为寒武系中统张夏组、寒武系上统崮山组、寒武系上统长山组、寒武系上统凤山组及第四系中更新统洪积、第四系全新统洪积。水库区地质构造较简单，为单斜岩层，局部为平缓褶皱，裂隙构造较发育，主要表现为长大裂隙。根据地下水赋存条件，水库区内地下水类型可分为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水两种类型。水库区处于华北地震区山西地震亚区怀来—西安地震带上，地震基本烈度为Ⅶ度。

2 主要建筑物设计

2.1 大坝

对瓜峪河沿线实地查勘后，结合库容条件及建坝的地形地质条件等因素，在瓜峪河云头堡处拟定了上坝址和下坝址两个方案。从地形地质条件、交通、运行管理及库容等方面进行比选后，推荐采用上坝址方案。从筑坝材料方面来看，工程区块石料及人工骨料母岩储量丰富，而土料缺乏，不具备建土坝的条件。从工程地质条件来看，坝肩中上部有软弱岩层存在，岩体风化程度较强，节理裂隙较发育卸荷变形明显，岩体相对破碎，不适宜建拱坝。从方便水库调度运用角度考虑，水库周边没有适宜的位置布置溢洪道，必须在坝顶布置溢流堰泄流，不适宜修建混凝土面板堆石坝。综合地形地质条件、筑坝材料、调度运用等方面考虑，比较适合的坝型为重力坝。通过施工工艺、施工质量、施工工期及工程造价等方面比选后确定为堆石混凝土重力坝。

水库大坝总长86.0m，坝顶宽6.0m，坝顶高程707.00m，最大坝高68.5m。坝顶上游设钢筋混凝土防浪墙，墙高0.8m，厚0.5m，上设0.4m高的扶手栏杆。由于大坝较高，为增强其安全性，坝顶下游侧采用与上游侧相同的防护形式。大坝上游670.00m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为1∶0.3，下游699.38m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为1∶0.75。

大坝0+000.00—大坝0+020.00为左岸挡水坝段，长20m；大坝0+020.00—大坝0+039.00为泄洪冲沙底孔坝段，长19m，底孔轴线位置对应桩号为大坝0+033.60；大坝0+039.00—大坝0+055.00为溢流表孔坝段，长16m，表孔轴线位置对应桩号为大坝0+043.00；供水洞设在大坝0+055.00—大坝0+072.00坝段，长17m，轴线位置对应桩号为大坝0+059.46；大坝0+072—大坝0+086.00为右岸挡水坝段，长14m。

在大坝上游左岸岸坡设上坝公路，长1.95 km。大坝右岸坝头布设柴油发电机房和值班用房。在大坝右岸山包顶部开设平台，布置枢纽管理站，管理站地面高程725.00m。大坝与管理站通过长约200m的公路连接。

2.2 泄洪冲沙底孔

泄洪冲沙底孔是该工程的主要泄水建筑物之一，设计中进行了无压坝身泄洪冲沙底孔和有压坝身泄洪冲沙底孔的比较。无压坝身泄洪冲沙底孔的启闭机室位于坝体内部，使坝体应力复杂化，施工干扰较大，因此采用有压坝身泄洪冲沙底孔方案。

泄洪冲沙底孔位于左岸挡水坝段，主要由进水塔、洞身段、出口闸室及出口挑流消能段组成。进水塔紧贴大坝上游坝坡设置，为C25钢筋混凝土结构，塔身顺水流方向长6.85m，垂直水流方向宽8.9m，塔筒高56.5m。塔筒上部设检修平台及启闭机室，下部闸室内设事故检修闸门一道，检修闸门采用平板门，孔口尺寸5.0m×5.0m（宽×高），检修门下游设2道通气孔，通气孔为矩形，单个开孔尺寸为0.8m×0.6m。

洞身段总长38.80m，由进口渐变段、圆形有压洞段及出口渐变段等组成。进口渐变段长10m，横断面形状由5m×5m的方形渐变为直径5m的圆形。圆形有压洞段长18.8m，直径5m。出口渐变段长10m，横断面形状由直径5m的圆形渐变为4.1m×4.1m的方形。泄洪时，洞内水流流速较高，因此，洞身表层内衬0.5m厚的C40抗磨蚀钢筋混凝土。

出口闸室长5.6m，宽7.3m，内设弧形工作闸门，孔口尺寸4.1m×4.1m，闸室上部设启闭机室，启闭机室与坝顶之间的交通由坝体内部交通廊道与设于下游坝坡的台阶来实现。

出口挑流消能段长19.13m，自上游至下游依次布置直线段和反弧段，反弧半径16m，挑角25°，挑流鼻坎顶高程652.0m，水平方向底宽由4.1m扩散为5.1m，扩散角 4°。

2.3 溢流堰

溢洪堰校核洪水位时最大泄量可达241m3/s，设计洪水位时不参与泄洪。

溢流堰位于溢流表孔坝段左侧，采用开敞式溢流堰，堰顶高程为698.80m，设1孔，孔口净宽6m。溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成。堰顶上游堰头采用三圆弧曲线，上游堰面铅直；堰顶下游堰面曲线采用WES幂曲线，后接1∶0.75斜坡直线段，斜坡直线段后接反弧段，反弧半径16m，转角为78°07′48″。消能方式采用挑流消能，挑角 25°，挑流鼻坎顶高程652.00m。校核洪水时，堰面水流流速较高，为避免产生冲磨破外，溢流堰面层采用C40抗磨蚀混凝土，厚0.5m。此外，为满足坝顶交通要求，在溢流堰上部设宽6m的交通桥。

2.4 供水洞

供水洞布置于右岸挡水坝段，主要由进水塔、洞身段及控制阀井组成，全长53.8m。

进水塔紧贴大坝上游坝坡设置，顺水流方向长6.6m，垂直水流方向宽2.9m，下部闸室内设拦污栅及事故检修闸门各一道。进口闸室底板高程676.50m，塔筒高30.5m，塔筒上部设检修平台及启闭机室，检修平台高程707.00m，启闭机室高程711.20m。

洞身段为直径1.0m的压力钢管，全长43.79m，由进口渐变段、水平洞段、竖向弧洞段、斜洞段等组成。压力钢管尾部设2.5m长的渐变管，管径由1.0m渐变为0.5m。管道进口中心高程677.00m，出口中心高程660.10m，出口接入控制阀井。

出口控制阀井布置于大坝下游坝趾处，高程658.50m，井高 4m，长 2.5m，宽 2.5m，内设控制蝶阀、排气阀等，上部设控制阀室。通过坝内交通廊道与设于大坝下游坝坡的台阶实现坝顶与控制阀室平台之间的交通，便于运行管理。

2.5 工程观测

依据《混凝土坝安全观测技术规范》，结合本工程特点，瓜峪水库大坝安全观测设置了变形观测、渗流观测、坝体应力、应变和环境量观测等项目。变形观测包括坝体水平位移、垂直位移、挠度位移和接缝位移观测；渗流观测包括坝基扬压力、坝体渗透压力和绕坝渗流观测；坝体应力、应变观测包括坝基应力、坝体内部应力、钢筋应力和坝体温度观测；环境量观测主要包括大坝上下游水位、降雨量、气温、水温和坝前淤积观测。

3 结语

瓜峪水库兴建后，通过水库发挥缓洪和滞洪作用，将对下游防洪起到重要作用，与下游河道的治理工程结合后，防洪效果愈加显著。此外，近年来僧楼镇工业发展迅速，而当地水资源又十分短缺，形成了大量开采地下水、调用黄河水的局面。因此，开发利用瓜峪河当地水资源，对有效缓解区域工业生产用水紧张局面，改善当地生态环境具有一定的现实意义。