新疆托帕水库枢纽布置方案比选分析

魏欣桃

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

托帕水库是新疆乌恰县恰克玛克河上的控制性枢纽工程，是一座具有灌溉、防洪任务的综合利用水利工程，工程规模为中型。水库枢纽由沥青混凝土心墙坝、溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞等建筑物组成。坝线位于巴音库鲁提乡上游5 km 河道最窄处，可充分利用左岸向西凸出的基岩山梁地形布置泄洪建筑物。

1 枢纽地质条件

坝址工程地形地貌特征较明显，河流走向近南北向，河谷呈“U”型，河谷底宽220～350 m不等。河床高程2336～2340 m，正常蓄水位2394.5 m 高程时，河谷宽410 m。左岸为一向西凸出的基岩山梁，山梁宽350～450 m。库区两岸山体雄厚，山体高度远大于正常蓄水位高程，库区附近无低于库水位的邻谷分布，产生永久渗漏的可能性不大。库区位于低中山区，无居民区、工矿及农田分布，库区回水线范围内基岩裸露，水库无浸没问题。库区两岸基岩岩性主要以粉砂岩、灰岩为主。库区两岸岩体整体稳定性较好，不会有大规模的塌岸现象。但局部地段由于边坡高陡，加之受风化作用的影响，表层岩体可能形成小的崩塌和掉块。水库坝区范围内没有现代活动断裂通过，区内地质构造相对简单，在水库规模、区域构造环境、水文地质条件方面不具备产生水库诱发地震的地质条件。

2 枢纽布置原则

托帕水库枢纽由沥青混凝土心墙坝、溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞等建筑物组成。枢纽布置比选方案遵循以下原则。

(1)工程坝高61.5 m，从建筑物安全运行、后期检修等方面综合考虑，泄洪建筑物布置初拟表、深两层建筑物泄洪的型式，同时结合水库运行、施工导流、度汛、初期蓄水要求合理进行泄量分配。表层主要对溢洪道和溢洪洞进行比选，比选时充分考虑超泄能力，深孔主要对无压洞和有压洞进行比选。

(2)水库运行方式为：每年的7月初～8月底水库维持在死水位，进行排沙、冲沙运行；每年的8月水库在汛期限制水位运行，以保证汛期安全度汛；其他月份水库按灌溉要求蓄、放水。如遇特殊年份，托帕水库工程的运行方式要根据实际情况作适当调整，并制定临时的水库调度运行方案。

(3)泄水建筑物选型和枢纽布置应考虑导流洞的结合利用，引泄水建筑物进出口布置应尽量降低开挖边坡的高度，尽量避开不利的地质构造。

3 枢纽布置方案及比选分析

左右岸地形条件为左岸是一个天然的凸岸，右岸较为顺直。一般来说溢洪道或溢洪洞为明流流态，宜顺直布置，右岸没有布置的条件，布置在左岸较为合适，所以左岸存在溢洪道和溢洪洞两种形态；泄洪冲沙洞可以选择明流隧洞也可以选择有压隧洞，因右岸顺直，没有布置明流泄洪冲沙洞的条件，左岸虽然有布置的条件，但明显洞线长，不经济，所以泄洪冲沙洞考虑在左右岸布置有压洞的方案。综合枢纽布置原则、坝址处地形、地质条件分析，拟定两个枢纽布置方案。

3.1 布置方案

方案一：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞组成，泄水建筑物为溢洪洞和泄洪冲沙洞。建筑物均布置在河道的左岸，从左向右依次为灌溉放水洞、溢洪洞和泄洪冲沙洞。灌溉放水洞和泄洪冲沙洞为联合进水口，灌溉放水洞出口投入泄洪冲沙洞的消力池内。

方案二：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞组成，泄水建筑物为溢洪道和泄洪冲沙洞。溢洪道布置在河道的左岸，紧贴左坝肩布置，泄洪冲沙洞和灌溉放水洞布置在河道的右岸，其中泄洪冲沙洞布置在左侧，两洞为联合进水口，灌溉放水洞出口投入泄洪冲沙洞的消力池内。

不同枢纽布置方案比较见表1。

表1 不同枢纽布置方案比较

3.2 方案比选

对以上两种布置方案，从地形、地质条件、工程布置条件、施工条件、工程量、投资几个方面进行比较。

(1)地形地质条件

方案一泄水建筑物均布置在左岸。方案二溢洪道布置在左岸，泄洪冲沙洞布置在右岸。左岸基岩出露，而右岸坝线上游约200 m发育Ⅴ级残留阶地，阶面高程在2380～738 m之间，阶面宽8～10 m，长约120 m，阶地砂卵砾石层厚10～15 m，泥钙质弱胶结，右岸坝线下游2359.5 m高程以下为崩坡积物，厚5～13 m。左岸方案一溢洪洞和方案二的溢洪道的地形地质条件相当，方案二的泄洪冲沙洞进口需要避开右岸坝线上游的Ⅴ级残留阶地，出口有大面积的松散崩坡积物，需清除。 所以从地形地质情况看方案一优于方案二。

(2)建筑物布置

方案二的溢洪道在运行可靠度上要优于方案一的溢洪洞，主要体现在超泄能力大。受地形的影响，方案二溢洪道开挖量较大，根据本工程目前的施工进度计划安排，溢洪道的施工先于大坝的填筑，如利用溢洪道开挖料作为大坝填筑材料，存在二次倒运的问题。虽然存在将两者的施工期调整一致的可能，并在坝内设置爆破料分区，但由于本工程溢洪道规模较小，开挖场地相对狭小，其石方料开采强度也难以满足大坝的填筑强度，这样还需另外开辟石料场，所以本工程难以将溢洪道开挖料作为大坝填筑料。

受右岸坝线上游V级残留阶地的影响，方案二的泄洪冲沙洞进口只能选择在坝线上游340 m处的基岩出露处，所以有压洞洞长要长于方案一。

(3)施工条件

两方案泄洪冲沙洞和灌溉放水洞的施工条件相当，方案二溢洪道的石方明挖较方案一的溢洪洞石方洞挖简单，但溢洪道进口的开挖边坡较高，增加了明挖的施工难度，所以整体看两个方案施工条件相当。

(4)永久交通及后期运行安全

方案一建筑物均布置在左岸，方案二一个在左岸两个在右岸，所以永久交通方面方案一优于方案二。从后期运行安全来看，方案二的溢洪道要优于方案一的溢洪洞。

(5)工程量及投资

由于影响本工程枢纽布置方案的主要是溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞，大坝布置方案相同，所以主要工程量只比较溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞。不同枢纽布置方案建筑工程量及投资比较见表2。

表2 不同枢纽布置方案建筑工程量及投资比较

工程量方面，除石方洞挖量、回填灌浆量和固结灌浆量以外，方案一工程量均小于方案二工程量；投资方面，方案一建筑工程投资小于方案二。

3.3 综合分析

从地形地质条件看，方案一要优于方案二。从工程布置来看，各方案均能满足水库运行调度方案要求，不存在不利的影响因素，方案一泄洪冲沙洞洞线较短，方案二的溢洪道超泄能力稍强，可以提高特殊情况下的运用可靠性，所以从工程布置来看两个方案各有利弊。从后期运行管理条件来看，布置在一岸的方案一要较方案二相对集中、管理方便。从永久交通来看，方案一要优于方案二。从工程部分投资来看，方案一投资较方案二少5593.05万元。因此经综合比较，枢纽布置推荐方案一，即溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞均布置在左岸的方案。

4 结 语

托帕水库是恰克玛克河上的控制性枢纽工程，坝型为沥青混凝土心墙坝，枢纽建筑物由溢洪洞、泄洪冲沙洞和灌溉放水洞等建筑物组成。综合枢纽布置原则，坝址处地形、地质条件分析，拟定两个枢纽布置方案，从地形地质条件、建筑物布置、施工条件、永久交通及后期运行安全、工程量及投资等方面进行比选，最终确定合理的枢纽布置方案。