清水河水库工程坝址、坝线及坝型比选

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

清水河水库工程坝址、坝线及坝型比选

龙祥能

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

文章结合盘县清水河水库工程初步设计情况，通过工程地形地貌、地质条件、施工条件、建筑材料、建筑物布置、水库淹没及占地、工程投资等方面，对水库工程选址、选线及坝型三方面进行分析比选，希望对类似工程起到一定的借鉴作用。

水库工程；坝址；坝线；坝型；比选

1 工程概况

盘县清水河水库工程位于贵州省六盘水市盘县淤泥乡境内，水库坝址位于淤泥乡清水河与杨梅树河汇合口下游约100m的位置，距淤泥乡约10km，距盘县县城红果镇直线距离约50 km。

水库总库容为337万m3，工程规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。设计洪水标准为30a一遇，校核洪水标准：混凝土面板堆石坝为300a一遇，其余为200a一遇。抗震设防烈度为6°。

水库主要任务是供水，并兼有农田灌溉。水库供水及灌溉范围为淤泥乡境内，水库建成后，年供水量274万m3，其中乡镇生活用水136.79万m3，工业用水100.71万m3，灌溉用水36.5万m3。

2 工程选址及选线

2.1 坝址选择

推荐坝址位于清水河中段，清水河与杨梅树河汇口后下游约100m处，清水河寨子下游约200m处河段上，坝址处河段地形较窄，呈“U”型，坝段河流流向总体上为S30-40°E，谷底高程1870.5-1872.3m，枯季水深约0.1-0.3m，右岸山顶高程2028m，地形坡度约40°-60°；左岸山顶高程为2033m，地形坡度为30°-40°。谷口宽106.5m，宽高比约为2.9。

岸坡基岩大多裸露，岩性主要为二迭系峨眉山玄武岩组(P2β)中厚层状的玄武岩，厚度大于100m，岩体较完整。

规划坝址河段长约200m，纵坡相对较为平缓，两岸山体雄厚，基岩大多裸露，岩体较完整，无深切临谷分布，河床底宽3-8m，且库区位于清水河与杨梅树河汇口以下，水量充沛，水文地质条件相对较好。

水库回水长约1.3km，主要利用清水河坝子作为库盆。推荐坝址以上河段，受供水规模的限制，在相同正常蓄水位，越往上游坝址以上集水面积、库容及可供水量等均较推荐坝址小，且地形开阔，上游约100m处为清水河与杨梅树河汇口，因此不宜作坝址；推荐坝址以下河段，河道纵坡较陡，河床比降达18%，为深切的峡谷地貌，若在该河段建坝，坝较高、工程投资大，也不宜作坝址。因上下游无适宜选择坝址河段，所以坝址选择具有唯一性。如图1所示。

2.2 坝线选择

由于坝址上游地形开阔，下游河道纵坡较陡，河床比降达18%，为深切的峡谷地貌，地质条件均为玄武岩地层，坝址河段可建坝范围仅200m左右，在此范围内河道宽度与河床坡降均变化不大。若坝线选择在清水河与杨梅树河汇口，此处地形相对坝址中部和下部要开阔，坝体及上游围堰投资相对较大，若坝线选择在坝址下部，不利于施工布置，所以从有利于施工布置(围堰放在清水河与杨梅树河汇口下游侧)和减少投资的角度出发，坝线选择在坝址河段中部。

受地形地貌、施工布置、工程规模等限制，坝线选择范围局限，再结合坝型设计，在200m左右范围内本工程坝线选择具有唯一性。

3 坝型比选

3.1 坝址地质

1)地层岩性：①基岩：坝区出露地层为二迭系峨眉山玄武岩组(P2β)，岩性主要为中厚层青灰色玄武岩及二层灰色凝灰质玄武岩。②覆盖层：残坡积层(QdL+eL)：主要成分为砂质粘土夹碎石，零星分布于坝区两岸较缓地带。厚度0-10m。冲洪积层(QaL+pL)：主要成分为砂砾石层，砂、砾石一般粒径2-8cm，分布于河床，厚一般0.2-6m。

2)构造及结构面：坝址处构造单一，无大的构造断层通过，主要为单斜构造，岩层走向N60-70°W，倾向SW(倾下游略偏右岸)，倾角15°-20°。玄武岩属岩浆岩，受火山作用原生的柱状节理裂隙较发育，且岩体抗风化能力较低，经过后期的蚀变、风化变质等作用，岩体的次生节理裂隙也发育。

3)建筑材料：①1#料场位于库区左岸的黑白后山，距离坝址约6.0km，有简易的乡村公路相通，交通相对较为便利。基岩岩性为二叠系中统茅口组灰至深灰色中至厚层状含燧石团块及白云质团块灰岩，单层厚度h=0.4-0.7m，根据平均厚度法计算，该料场总储量约28.3万m3。②2#料场位于坝区上游清水河和杨梅树河汇口的山脊上，距离坝址约400m，有乡村公路相通，交通便利。基岩岩性为二叠系上统玄武岩组中厚层至厚层玄武岩，岩体风化不均一，强风化厚5-13m。料场可用范围大，设计可根据需要进行开采。料场区岩体风化不均一，无用层厚，开采过程中应剥离掉，岩体柱状节理发育，开采级配较差。该料场总储量大于40万m3。

3.2 坝型选择

1)刚性坝：刚性坝常见的代表坝型主要有重力坝、拱坝，本阶段根据新工艺、新施工方法引入堆石混凝土坝进行比较。可研阶段对碾压混凝土重力坝和混凝土拱坝两种坝型枢纽方案的技术经济进行比较，两种方案在枢纽布置、施工条件等均较接近，技术上均可行，但由于左岸覆盖层较厚，拱坝方案在左岸设置工程量较大的重力墩，至使该枢纽部分投资相对重力坝增加538.27万元(13.8%)。本阶段经现场踏勘及地质勘探的进一步深入，左岸设置重力墩与可研阶段一样，拱坝方案布置与可研阶段一致。所以本阶段拱坝方案不予考虑。

2)柔性坝：柔性坝常见的代表坝型主要有土石坝，钢筋混凝土面板堆石坝。根据当地筑坝材料的分析，土料无大规模分布，由于筑坝填筑量大，不能满足需求，不考虑土质防渗坝，但可利用坝址附近的玄武岩石料建混凝土面板堆石坝。

因此，本阶段将重力坝、堆石混凝土坝、混凝土面板堆石坝进行同精度比较，按照安全可靠、技术可行，经济合理的原则确定本阶段推荐坝型。

3.3 坝型比较

主要从各坝型对应的枢纽布置、工程地质条件、施工条件、淹没占地、直接经济投资等方面进行综合比较。

3.3.1 工程地质条件

由于坝线唯一，所以工程地质条件基本一致。

3.3.2 枢纽布置比较

堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝的溢洪道均布置于坝顶，取水及放空设施布置于坝身，工程布置紧凑，相对占地面积较小。而混凝土面板堆石坝由于无天然垭口可利用，岸边式溢洪道布置在左岸，覆盖层深，开挖量大，且易形成高边坡，导流、取水兼放空隧洞布置于右岸，工程布置较为分散，相对占地面积较大。

所以枢纽布置：碾压混凝土重力坝和堆石混凝土坝较优。

3.3.3 施工条件

1)对外交通及施工布置条件相似，但由于堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝建筑物交叉较多，施工相互干扰较大，混凝土面板堆石坝布置分散，相对施工干扰较小。

2)经计算，各方案施工工期：堆石混凝土坝20个月，碾压混凝土重力坝24个月，混凝土面板堆石坝24个月，堆石混凝土坝优于面板坝和重力坝。

3)施工导流均采用上下游围堰一次拦断隧洞导流的施工导流方式，堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝的导流隧洞相对于面板堆石坝的导流洞短35m，由于面板堆石坝洪水标准高于堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝，所以堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝的围堰工程量相对较小；施工度汛方面堆石混凝土坝、重力坝允许坝面临时过水，不需要坝面保护措施，而面板堆石坝不允许临时过水，因此碾压混凝土重力坝和堆石混凝土坝较优。

3.4 水库淹没及占地投资

3个方案水库淹没均采用开敞式自由溢流，堆石混凝土坝和碾压混凝土重力坝溢流净宽相同，淹没标准一样，水库淹没及占地投资一样，而面板堆石坝洪水标准高于其他两个方案，水库淹没相对较大，枢纽布置相对分散，且多2#料场占地，及堆放2#料场弃渣的渣场占地，所以占地相对较大，因此碾压混凝土重力坝和堆石混凝土坝较优。

3.5 工程直接投资比较

通过三种坝型方案工程投资比较，碾压混凝土重力坝枢纽工程投资5505.63万元，堆石混凝土坝枢纽工程投资5814.20万元，混凝土面板堆石坝枢纽工程投资5852.41万元，从节约工程投资的角度，碾压混凝土重力坝较优。

3.6 综合比较及选择

经过以上综合分析，各方案均有优缺点：①各方案工程地质条件、施工条件相当；②水库淹没及占地，混凝土面板堆石坝较大，而且导流投资略高；③碾压混凝土重力坝和堆石混凝土坝布置紧凑，施工干扰相对较大，坝体开挖量及填筑较小，其中碾压混凝土重力坝比堆石混凝土坝还要小；④从工程直接投资上看，碾压混凝土重力坝比堆石混凝土坝和混凝土面板堆石坝要节约。经综合分析论证并结合工程投资，本工程选择碾压混凝土重力坝方案为推荐坝型。

表1 坝型综合比较表

4 结 语

坝址、坝线及坝型的比选论证在水利水电工程设计占据重要位置，它们的选择直接关系到工程规模，施工布置，淹没及移民、经济投资等方面，所以必须经过充分论证后慎重选择。清水河水库建成后，不仅可解决下游城乡居民的饮水困难和下游农田灌溉问题，同时可将剩余水量用于工矿企业的发展，在保证城乡饮水需求的同时，也可以缓解工矿企业用水紧张的局面，为淤泥乡经济发展和建设社会主义新农村提供有力保障。

[1]贵州省水利水电勘测设计研究院.盘县清水河水库工程初设设计报告[R].贵阳 ：贵州省水利水电勘测设计研究院，2016.

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1007-7596(2017)09-0146-03

2017-09-18

龙祥能(1987-)，男，贵州惠水人，工程师 ，从事水利水电工程设计工作。