南水北调配套工程西湖水库设计要点

常 宏 兴

西湖水库位于衡水市桃城区与冀州市交界处,滏阳新河和滏东排河以南,现衡水湖东库以西,冀州老城区西北,占地面积约12.2 km2,是衡水市用于调节南水北调中线来水和引黄来水的平原调蓄工程。

水库总库容5 500万m3,工程等别为三等。工程所在区域属暖温带大陆性季风气候区,四季分明,多年平均最大冻土厚度52 cm,多年平均降水量509.7 mm,多年平均水面蒸发量1 209.5 mm。场区地势平坦开阔,地层为第四系松散地层,为粘土和砂土多层结构,地面以下2～11 m深度内分布大量砂壤土,砂壤土具中等透水性,壤土、粘土分布不连续。

西湖水库工程在南水北调通水前,水源为引黄水。南水北调正式通水后,水库工程将成为衡水市南水北调配套工程的重要组成部分,调蓄引江中线分配给衡水市的水量,提高为衡水市区及周边县(市)城镇生活、工业生产用水的保证率,保证社会、经济的可持续发展。

1 工程总体布置

1.1 工程选址

西湖水库作为衡水市地表水水源地,库址选择应本着安全、经济,减少工程对环境的不利影响为原则,通过调研和现场勘查,初步将水库库址选择在西洼内。根据地形条件和区域内的村庄分布以及水库退水条件,拟定库区具体位置在南良、北尉迟以东,段村和冯家庄以西,滏东排河以南,孙郑李村以北区域内。

西湖位于冀州城北、京开路以西、滏东排河以南,分东、西两洼,总面积75 km2,其中东洼42.5 km2,西洼面积32.5 km2。地形总趋势是西南高,东北低,东洼内地面最低点高程16.0 m,西洼内地面最低点高程18.0 m,周边地面高程在22.5～23.0 m之间。

1.2 工程总体布置

本工程总占地面积802.2 hm2(12 033亩),水库蓄水水面面积7.27 km2,正常蓄水位25.0 m,库底高程17.0 m,由围堤、2座进水泵站、2座供水泵站、退水闸和截渗沟节制闸等建筑物组成。

围堤轴线长10.5 km,为均质土堤,堤顶设防浪墙,上游堤坡设置宽3 m的马道,下游堤坡设置宽10 m的压坡平台。围堤下游压坡平台外侧设截渗沟(北围堤利用滏东排河作为截渗沟),渗水经节制闸退入滏东排河。引江泵站位于水库西北角良心庄南侧,设计从贵河渠向水库输水,主要建筑物包括进水闸、前池、泵房、压力水箱、控制闸、穿堤涵洞及出水闸等几部分。引黄泵站位于水库东北角崔家庄附近,设计从南水北调中线干渠向水库输水。市区引水泵站位于水库北侧,由水库向市区供水,主要建筑物包括进水闸、穿堤涵洞、压力水箱、主泵房和副厂房等几部分。冀州引水泵站位于水库南侧,由水库向冀州市区供水。为满足水库事故紧急退水和正常安全检修的要求,退水闸闸底板高程与库底齐平,考虑到退水条件和工程管理的便利,水库北侧、滏东排河右岸,库水退入滏东排河。在水库东北角截渗沟与滏东排河的接合部位设置节制闸,防止滏东排河河水进入截渗沟。

2 建筑物设计

2.1 围堤

2.1.1 堤型选择

根据勘探资料,工程区岩性为冲洪积壤土,壤土之下多为砂壤土,储量丰富,壤土粘粒含量10.7%～28.1%,塑性指数8.1～15.9,击实后渗透系数2.2×10-6～1.0×10-7cm/s；砂壤土粘粒含量1.3%～10%,塑性指数6.3～9.4,击实后渗透系数9.5×10-6～1.2×10-6cm/s,除砂壤土粘粒含量不满足要求外,其他指标均满足规程要求。按照因地制宜、就地取材原则,堤型选用当地材料均质土堤,采用壤土筑堤,砂壤土用于堤后压坡。

2.1.2 堤顶高程确定

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001),堤顶高程等于水库静水位加堤顶超高确定。由于平原水库水面大、风速大、吹程长,波浪对围堤高度和护坡影响较大,为减小库区风区长度,降低堤顶高程,结合库区景观设计,在库区修建湖心岛,减小吹程长度。

2.1.3 地基处理

围堤基础分布大量砂壤土,砂壤土具中等透水性,经计算,在不采取防渗措施的情况下,水库渗漏稳定后,年渗漏量约200万m3,这对于宝贵的引江水来说是一个巨大的损失,而且将对周围地区产生浸没影响,因此采用地基防渗处理。由于围堤轴线长,防渗处理工程量较大,经过方案比较,采用施工效率高、整体性好、造价低的振动沉膜防渗板墙作为基础防渗措施。采用工程措施后渗漏量为30万m3/a。

2.2 泵站

供水对象为衡水市区水厂和冀州市水厂。由于每个水厂的扬程不同,供水方式考虑2个方案,方案1仅在分水闸涵洞出口布置泵站,采用3套泵组设备1次升压,管线分别引向3个不同的供水目标；方案2分级提升,即根据不同的供水对象的流量和压力要求分级建泵站升压。根据工程经验,分级建泵站总投资要比建1个站投资高,且管理不便,因此综合考虑施工、投资、管理等因素,并结合本工程特点,采用1个泵站1次升压的方案。

2.3 退水闸

根据水库安全要求,设置退水闸,退水闸水库泄空时间不大于15年设计,退水流量为70 m3/s。

2.4 截渗沟、节制闸

2.4.1 截渗沟

为保护围堤的安全,防止引起库外农田盐渍,及时排除围堤渗水及堤坡雨水,在围堤下游压坡平台以外布置截渗沟。浸没的临界地下水位埋深为2.0 m,沟内水深设计取为0.5 m,由此确定截渗沟深为2.5 m。截渗沟底宽2.0 m,比降1/20 000,边坡1∶2.0,采用30 cm厚干砌石护坡,下设厚20 cm粗砂垫层和土工布反滤。

2.4.2 节制闸

为便于工程管理,节制闸布置在东北角的管理处附近,由进口段、闸涵段和涵洞段组成,全长110 m。进口段长5.0 m,采用圆弧翼墙与截渗沟两岸边坡连接。闸涵段长5.0 m,1孔布置,孔口尺寸2.0 m×1.5 m(宽×高),闸室设1扇铸铁钢闸门,启闭设备为螺杆式启闭机。闸室底板厚0.8 m,顶高程17.0 m,边墩宽0.8 m,墩顶高程为21.2 m。

3 结 语

西湖水库是河北省南水北调配套工程先期实施的中型平原调蓄水库,针对工程具体的水源、供水目标和地形、地质条件,对工程总体布置、地基防渗等方面做了深入的研究工作,提出了安全可靠、经济可行的工程建设方案。