大卜冲水库坝址坝型方案比选

2022-06-24曾雄

广西水利水电 2022年3期

曾雄

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况[1]

大卜冲水库位于金秀县境内，所在河流为罗秀河支流盘王河。盘王河发源于金秀老山西北侧阴冲山，经三角乡的甲江、江燕，金秀镇的和平村，桐木镇的大蚕村，在桐木镇龙庆村附近与桐木河汇合后称水晶河，河流向西流入象州县水晶乡，在水晶乡新甫村附近汇入罗秀河，罗秀河继续西流，于运江镇堂上村汇入柳江。盘王河全长31.80 km，流域面积94.38 km2，总落差约1498 m。

大卜冲水库是一座以桐木镇镇区和农村供水为主，兼顾改善下游农业灌溉的综合利用的水利工程。水库正常蓄水位为317 m，设计洪水位为321.310 m，校核洪水位322.500 m，总库容604 万m3，大卜冲水库城镇供水规模为0.379 m3/s，总灌溉面积约9233 亩。本工程为小（1）型水库，IV 等工程。拦河坝（包括溢流坝段及非溢流坝段）、引水建筑物进水口及导流隧洞封堵堵头等为主要建筑物，按4级建筑物设计；其余为次要建筑物，按5级建筑物设计。混凝土重力坝设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为200 a 一遇；消能防冲建筑物设计洪水标准为20 a 一遇。引水建筑进水口及导流隧洞封堵堵头等主要建筑物设计洪水标准为30 a 一遇，校核洪水标准为200 a一遇。

大卜冲水库主要向桐木镇镇区以及镇区周边仁里村、大蚕村、鹿鸣村、古院村、高仁村、那马村供水，规划至2035年供水人口达到70 612人。大卜冲水库供水工程主要建筑级别为4 级，次要建筑物级别为5级。建筑物的设计洪水标准按10 a一遇洪水设计，按30 a一遇洪水校核。

2 工程选址

在选择坝址时应根据枢纽附近的地形地质条件、水流河势条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等综合研究决定。大卜冲水库工程的主要任务是向桐木镇供水，从盘王沿岸的地形、地质条件、成库条件及淹没影响范围来看，金桂及和平电站以下，河流周围多村庄房屋，且库区影响电站；大卜冲与盘王河汇合口以上，河道蜿蜒曲折，河床纵坡较大，河谷狭窄，建坝所获取的库容小，且回水影响大瑶山风景名胜区河口片核心景区和上游村庄。因此，水库的坝址只能考虑在大卜冲与盘王河汇合口至金桂电站之间的1.7 km河段内选择，水库的主要库容集中在该河段上游。根据该河段的地形特点，可选择的坝址有两处：上坝址位于大卜冲与盘王河汇合口下游河流直段；下坝址位于金桂电站上游，距上坝址约1000 m处。上、下坝址位置示意图见图1。

3 上坝址坝型选择

图1 上、下坝址位置示意图

根据坝址的地形、地质及当地材料情况，本次设计提出混凝土重力坝方案及黏土心墙堆石坝两个方案进行比较。

（1）混凝土重力坝方案。大坝、放水系统等建筑物工程布置紧凑，工程用地少，施工方便，管理方便，但对坝基要求较高，而上坝址河床含泥漂卵砾石层较厚，且有一定厚度的强风化岩体，岩体破碎，节理发育。重力坝溢流坝段需清除覆盖层及强风化岩体，将坝基置于弱～微风化岩体中。重力坝主体建筑工程投资21 152万元。

（2）黏土心墙堆石坝方案。可利用当地材料填筑，但需要将溢洪道、导流洞（放水系统）布置左右岸山体，由于坝址处无天然垭口利用，溢洪道布置困难，根据河道走向，溢洪道布设在右岸，右岸山坡坡度40°～65°，开挖边坡高度超过70 m，开挖工程量非常大；堆石坝方案各建筑物分散布置，管理、运行不便。石料需要到14 km外桐木镇蝴蝶山石料场购买，购买总量约67 万m3。导流隧洞长447 m，施工周期较长。堆石坝主体建筑工程投资25 157 万元，比重力坝方案多4005万元。

4 下坝址坝型选择

根据坝址的地形、地质及当地材料情况，本次设计提出混凝土重力坝方案及黏土心墙堆石坝两个方案进行比较。

（1）混凝土重力坝方案。大坝、放水系统等建筑物工程布置紧凑，工程用地少，施工方便，管理方便，但对坝基要求较高。且该坝址地形狭窄，两岸山坡陡峭，地形适合修建重力坝。但河床段需除较厚的河床覆盖层及强风化岩体，将坝基置于弱～微风化岩体中。重力坝主体建筑工程投资28 375万元。

（2）黏土心墙堆石坝方案。可利用当地材料填筑，但需要将溢洪道、导流洞（放水系统）布置左右岸山体，由于坝址处无天然垭口利用，溢洪道布置困难，根据河道走向，溢洪道布设在左岸，右岸山坡坡度约40°，开挖边坡高度超过70 m，开挖工程量非常大；堆石坝方案各建筑物分散布置，管理、运行不便。石料需要到13 km 外桐木镇蝴蝶山石料场购买，购买总量约67万m3。导流隧洞长355.5 m，施工周期较长。堆石坝主体建筑工程投资32 957万元，比重力坝方案多4582万元。

综上所述，本阶段大卜冲水库下坝址推荐混凝土重力坝方案。

5 上下坝址混凝土重力坝方案比选

根据坝址工程地质、地形条件特点、水流条件进行工程总体布置，考虑当地建筑材料供应条件，上下坝址均适合修建混凝土重力坝，对上下坝址混凝土重力坝方案进行比选。在上坝址重力坝方案中，上坝址正常蓄水位初定317 m，根据库容相同、水库效益相近的原则确定下坝址的正常水位为299 m，两个坝址方案均能满足供水需求。两个坝址的混凝土重力坝方案综合比较见表1。

表1 上下坝址混凝土重力坝方案比较表

（1）上、下坝址地形地貌相近，均满足修筑混凝土坝的地质条件。上坝址河床处有断层通过，经过基础处理后能满足重力坝要求。但下坝址地形河床及河漫滩较宽，覆盖层及强风化层埋深较大，下坝址坝顶长度比上坝址长40.3 m，帷幕工程量稍大一些，开挖工程量较大。从地形、地质条件看，上坝址略优于下坝址。

（2）从河道的水流条件看，上、下坝址河道均较为平直，水流顺直，流态不复杂。因此，上、下坝址的水流条件相当，均适于建坝。

（3）从工程布置看，上下坝址重力坝方案工程建筑布置都紧凑、简单，上下坝址相当。

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（4）从施工导流看，上下坝址都采用隧洞导流，但下坝址的导流隧洞较长，工程量稍大，施工期较长。

（5）从运行管理看，下坝址上坝道路长0.9 km，上坝址上坝道路长1.2 km，两个坝址上坝路起点都在金桂电站附近，下坝址的运行管理较为方便。

（6）从两方案的工程投资看，上坝址混凝土重力坝方案的工程投资比下坝址混凝土重力坝方案少7223万元。从工程造价方面看，上坝址方案优于下坝址方案。

综上所述，上坝址方案在地形条件、施工导流、主要工程量、工程投资等多方面均优于下坝址方案，所以本阶段大卜冲水库工程推荐上坝址混凝土重力坝方案。

6 溢洪方案选择

6.1 泄流型式及选择

重力坝溢流坝段的溢洪可采取有闸控或无闸控的开敞式溢洪方案。考虑到本工程所在盘王河河流域属亚热带湿润季风气候，雨量丰沛。每年4～8 月间，受多种天气系统交错影响或共同影响，流域内暴雨频繁，山洪极易暴发。大卜冲水库地处桂东大瑶山，河床坡降大，汇流时间短，洪水暴涨暴落，具有典型的山溪河流特性。采取闸控式溢洪方案时，运行、管理繁琐；而不设闸门的溢洪方案结构简单、管理方便。从投资上看，采取闸控式溢洪方案节省投资有限，经济效益不明显，管理又比较困难。因此溢流坝段的溢洪采用不设闸门的开敞式溢洪方案。根据该坝址地形、地质条件，提出3 m×14 m、3 m×12 m、3 m×10 m 3 个方案进行比选（见表2）。

表2 溢流孔口尺寸方案投资比较表

3个孔口方案的坝前设计水位及相应库容基本接近，投资相差不大，从工程安全、经济技术、地形地质条件等综合分析比较，溢洪选择3 m×12 m孔口无闸控溢流方案。

6.2 消能防冲方案选择

推荐坝址处河槽宽30～40 m，水深约0.5 m，河槽左侧为冲洪积河漫滩，宽10～15 m，河槽右侧地形稍缓，局部见基岩出露。河床含泥漂卵砾石层较厚，且有一定厚度的强风化岩体，岩体破碎，节理发育，两岸山坡较为陡峭，且右岸边坡岩体为顺向坡，挑流消能方案产生冲坑对两岸边坡稳定不利。因此，设计推荐采用底流消能方案。

7 工程总体布置

大卜冲水库主要建筑物由拦河坝、引水系统及上坝道路等组成。

拦河坝采用混凝土重力坝型，主要包括溢流坝段，左、右岸非溢流坝段，总长172.0 m，坝顶高程324.5 m，最大坝高79.5 m。左岸非溢流坝段长57.75 m，分为4个坝块，坝顶宽7 m，坝顶高程324.5 m，最大坝高71.5 m；右岸非溢流坝段长70.25 m，分为5个坝块，其结构形式与左岸非溢流坝坝相同；溢流坝布置在河床中部，总长44.0 m，分为3 个坝块，堰顶高程317.0 m，最大堰高72.0 m。溢流堰为开敞式实用堰，溢流面自上而下逐渐收缩，堰顶溢流面净宽为36.0 m，共3孔，每孔净宽12 m。

大坝采用底流消能方式，消力池采用下挖式消力池，池底顶高程为261.0 m，尾坎顶高程与下游河道原地面线齐平，为266.50 m，消力池长50.0 m（含尾坎），宽35.0 m，池深5.5 m，底板厚2.5 m。

引水建筑物放水塔布置在右岸挡水坝，后接坝内埋设的DN1.2 m 的引水总管；引水总管到坝后分水阀房，再分为一根DN0.6 m 的供水管和一根DN1.0 m的灌溉及生态放水管。