太平窑二库工程设计方案比选

2016-02-05郭利东

山西水利 2016年9期

关键词：拦河坝泄洪闸坝址

郭利东

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

太平窑二库工程设计方案比选

郭利东

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

在水利工程建设中，对设计方案进行比选，可充分利用当地的优势资源，节约投资，使工程更好地发挥建设效用。介绍了太平窑二库工程概况，结合工程处气象及坝址处地质条件，对坝型设计方案进行了比选，综合考虑工程量和投资等因素，推荐该工程采用旁引库方案。

坝型；旁引库方案；拦河坝方案；太平窑二库

1 工程概况

太平窑二库工程位于朔州市朔城区以东、神头镇以南的恢河干流上，坝址距太平窑水库约2.0 km，距朔城区约10 km。水库建设的主要目的是为恢河灌区提供灌溉水源，改善恢河灌区灌溉条件，并提供部分工业用水。

2 工程区气象地质条件

2.1 气象条件

太平窑二库工程区属温带大陆性季风气候区，四季气候分明，冬长夏短。冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热而雨量集中，秋季天高气爽，多风少雨。多年平均气温7.2℃，最高气温36.0℃，最低气温-32.0℃；多年平均降水量391.0mm，多年平均蒸发量1 918.8mm，无霜期140～180 d，最大冻土深度1.12m；多年平均风速2.2m/s，最大风速23m/s；无霜期平均128 d；全年平均日照时数2 836.5 h；平均流冰期158 d，一般11月上旬开始封冻，次年3月上旬开始解冻。坝址以上流域长度67.5 km，平均纵坡7‰，多年平均清水流量0.35m3/s。

2.2 坝址地质条件

根据地形条件，拟选上下两个坝址进行比选，其中上坝址位于朔州市神头镇东邵庄东南约2 km处恢河上，距太平窑水库约2.0 km。下坝址布置在上坝址下游约2.2 km处。

上坝址处恢河流向S80°～90°，地面高程1 055～1 060m，河谷宽700～900m，两岸为土质岸坡，高出河床4～5m，地面高程1 058～1 061m。地层有新生界第四系全新统低液限粉土、级配不良砂，分布于河床；上更新统低液限黏土夹级配不良砂，分布于河床两岸及谷底；第四系人工堆积物主要为神头电厂堆积的粉煤灰，分布于恢河右岸。坝址区地下水类型为松散岩类孔隙水，含水层为全新统洪冲积级配不良砾和卵石混合土，富水性好。地下水由恢河上游向下游径流排泄。主要存在坝基渗漏及渗透稳定、坝基土地震液化、基坑涌水等工程地质问题。

下坝址处恢河流向N75°E，河谷宽约400m，河谷地面高程1 051～1 052m，左岸为神头电厂堆积的粉煤灰，高出河床约13m，地面高程1 067m。右岸地面高程1 054～1 056m，地形较平缓，两岸地形不对称。地层有新生界第四系全新统低液限粉土、级配不良砂，分布于河床；上更新统低液限黏土夹级配不良砂，分布于河床两岸及谷底；第四系人工堆积物主要为神头电厂堆积的粉煤灰，分布于恢河左侧。坝址区地下水情况与上坝址地下水情况相同，主要存在坝基渗漏及渗透稳定、坝基土地震液化、基坑涌水、左坝肩稳定及不均匀变形等工程地质问题。另外，下坝址库区左岸为人工堆积粉煤灰，且坡度陡，地势较高，蓄水后存在岸坡坍岸问题。库区右岸地势较低，需修较长副坝，存在渗漏及部分浸没问题。

3 坝型选择

坝址区地层为新生界第四系松散堆积物。表层为0.1～1.5m厚的低液限粉土层，其下土层为级配不良砂，上部砾含量较大，下部为纯砂，局部夹低液限粉土和级配不良砾，厚度10～13m，砂层以下为低液限黏土，厚度大于15m。

从地形、地质条件来看，坝址处河谷平坦开阔，河床覆盖层深厚，不适合修建对地基条件要求高的重力坝和拱坝，只适合修建当地材料坝，且坝址区施工场地宽敞，有利于填筑土石坝的大型机械施工。

从筑坝材料来看，坝址位于大同盆地中部的平原地带，坝址附近土料贮量丰富、石料较缺乏，且土料渗透系数较低，根据就地取材原则，适宜修建均质土坝。因此，本工程推荐采用碾压均质土坝。

4 设计方案

4.1 方案拟定

根据地形条件和工程特性，在满足工程任务的前提下考虑以下两种布置方案。

4.1.1 旁引库方案

主坝位于神头电厂灰渣库上游约100m，把太平窑水库以下至神头电厂渣场以上恢河河道一分为二，顺河筑坝，左侧河道结合料场取土开挖形成旁引水库，右侧河道行洪。该方案利用太平窑水库大坝北端的泄洪闸作为二库的进水闸，把恢河和七里河的清水引入太平窑二库，遭遇洪水时，关闭进水闸，开启太平窑水库泄洪闸把洪水泄入河道。太平窑二库总库容527万m3，与太平窑一库联合调度运行，一库以调洪、调沙为主，二库蓄积清水为工农业供水。

4.1.2 拦河坝方案

同等供水规模下，将坝址选在东邵庄村东、神头电厂灰渣库东端、太平窑水库下游约4.5 km的恢河河道上，大坝左岸为神头电厂灰渣库，右岸为平缓台地，坝体上主河道位置布置3孔6m宽的泄洪闸。太平窑二库总库容1 381万m3，一库弃水和泄洪进入二库，两库独立运行。

4.2 方案比选

4.2.1 地形地质条件

太平窑水库至东榆林水库之间恢河河谷以宽谷为主，为典型的平原型水库地形地貌特征，两方案坝址工程地质条件相似，建库条件相当。拦河坝方案左坝肩为神头电厂灰碴储灰库，河床左侧为人工堆积粉煤灰，其结构松散，蓄水后岸坡坍塌问题严重。

4.2.2 工程型式及布置

旁引库方案是由纵横向坝体结合河道左岸坡开挖形成的旁引水库，恢河径流由太平窑水库大坝北端原泄洪闸进入旁引水库，在旁引库纵横向坝体连接处布置灌溉放空洞；旁引库方案可利用原太平窑水库北泄洪闸作为二库的进水闸，主副坝总长4.52 km，最大坝高10.5m，灌溉放空洞为3孔带有压进口段的无压涵洞，每孔净宽2m，坝体下游坝脚设置抗冲防护。

拦河坝方案大坝总长8.22 km，包括主坝和左右岸副坝，最大坝高12m，主坝上布置泄洪闸和供水闸，泄洪闸3孔，净宽18m。旁引库方案建筑物较多，但规模小，结构相对简单，拦河坝方案建筑物少，布置紧凑，但规模相对较大。

4.2.3 施工条件

拦河坝方案坝址处河床宽不足400m，左岸为神头电厂灰渣库，旁引库方案坝址处河床较宽，地形开阔，较拦河坝方案更易于施工导流的布置。

4.2.4 水库淹没及工程占地

旁引库方案水库淹没范围小，库盆开挖结合料场取土进行，大坝长度相对较短，占地较少。拦河坝方案主坝距太平窑水库大坝约4.5 km，主副坝总长较长，水库淹没和工程占地量较大。

4.2.5 运行条件

旁引水库只引清水，不参与调洪，泥沙淤积量少；拦河坝方案中，太平窑水库泄洪进入太平窑二库，不能彻底解决泥沙淤积问题。旁引库方案水库正常蓄水位1 064.5m，抬高了太平窑水库大坝下游水位，淹没部分库区公路，给大坝和公路安全运行带来不利影响；拦河坝方案水库正常蓄水位1 062.0m，最高水位1 062.3m，比太平窑水库坝脚排水体顶部高出1.5m，对太平窑水库大坝影响较小，也不会淹没库区公路。

4.2.6 工程量及投资

旁引库方案在可能最大供水量下水库库容仅527万m3，拦河坝方案在相同供水规模下，水库总库容达1 381万m3。拦河坝方案的主要工程量远大于旁引库方案的主要工程量，其中旁引库方案总投资28 304.9万元，拦河坝方案投资33 247.2万元。

综合比较可以看出，旁引库方案水库只引清水，泥沙淤积量少，水库使用寿命长；相同供水规模下所需库容较小，坝体填筑和坝基处理工程量小，水库淹没和工程占地相对较少，工程投资比拦河坝方案少5 000余万元，库区水位对太平窑水库大坝和库区公路的影响可采用适当的工程措施解决。与拦河坝方案相比，大坝长度较短，坝脚防护工程施工简单。故本工程推荐采用旁引库方案。