开栅水库工程设计简述

王引田

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

开栅水库工程区位于文水县城北4.5 km处开栅村南200 m文峪河河道上，为旁引水库，距文峪河水库3.5 km，引水水源为文峪河水库弃水。工程主要任务是农业灌溉用水，通过蓄水水面建设，改善周边生态环境。供水对象为东干一支的251.33 hm2土地，年供水量49.6万m3，供水保证率50%。

2 流域水文状况

2.1 河流水系

文峪河为汾河一级支流，发源于交城县关帝山，流经交城、文水、汾阳，于孝义市梧桐乡南姚村东汇入汾河，河道全长155 km，流域面积4 090 km2，河道平均纵坡4.3‰。文峪河流域东与汾河、磁窑河为邻，西与三川河流域交界。文峪河水库位于文水县北峪口村北的文峪河出山口处，于1961年建成，控制流域面积1 876 km2，河长88.4 km，平均纵坡10.0‰。柏叶口水库坝址位于文峪河岔口水文站下游3 km处，控制流域面积875 km2，河长57.7 km，平均纵坡12.1‰。

2.2 径流状况

本工程供水水源为文峪河水库弃水。根据《山西省柏叶口水库初步设计报告》中成果，柏叶口水库、文峪河水库天然径流计算成果见表1。

3 工程布置

3.1 工程等别与标准

开栅水库设计总库容186.9万m3，为小（一）型，工程等别为Ⅳ等。主要建筑物库岸、引水枢纽、取水泵站级别为4级，临时建筑物为5级。

3.2 工程总体布置

选定水库库址位于开栅村南，文峪河与东干渠东，太汾高速公路西。利用灌溉枢纽将水库弃水引入东干渠，在东干渠桩号3+150处新建引水枢纽（节制分水闸）、引水陡渠和末端消能池，弃水经节制分水闸进入引水陡渠，经消能后进入水库。库底高程736.0 m，死水位736.5 m，正常水位762.0 m。在762.7 m处设置宽度5.0 m的平台，在坝顶高程763.9～768.0 m处设置管理道路。最大坝高32 m，坝长1 585 m（坝顶管理路中心线长度）。库岸线布置尽量与沙坑现状结合，并考虑挖填平衡。在节制分水闸南35 m处建设流量为0.136 m3/s的泵站1座，扬程8～33.5 m。水库南岸背坡陡立，进行回填防护。

表1 文峪河各站天然年径流特征值表 单位：亿m3

由于水库利用挖沙沙坑蓄水，地基透水性较强，需做好水库库底及库岸的防渗工作。工程主要建筑物有水库库岸建设、引水设施、供水泵站及放空设施等。

4 主要建筑物设计

4.1 库岸设计

水库东岸岸坡为太汾高速公路路基，南岸为乡村公路，西岸紧邻乡村公路和东干渠，北岸紧邻开新铁厂，坡度40°～80°，局部呈阶梯状或陡立状。库岸地层岩性主要由人工堆积的碎石混合土、砾质土及人工取砂时经筛选所弃漂卵砾石等组成，局部由全新统早期洪冲积卵石混合土、含细粒土砂和粉土质砂组成。现岸坡稳定性较好，但局部岸坡较陡，水库蓄水后将饱和岸坡土体，且在波浪的淘蚀和冲刷作用下，易产生坍岸。

本次拟将水库库岸边坡回填或削坡后调整为1∶2.5，每隔10 m设一条马道，马道宽度3.0 m。为方便运行管理，在高程762.7 m（高出设计蓄水位0.7 m）设平台，在坝顶设管理道路，管理道路宽度6.0 m，采用C25混凝土结构，厚度200 mm。平台宽度5.0 m，采用C25混凝土结构，厚度200 mm，为保证安全，在临水侧设置栏杆。

岸坡防渗材料采用复合土工膜，根据设计岸坡与水位的关系将岸坡分为水上区、水位变动区两部分。水上区为坝顶路至平台之间，采用草皮防护。水位变动区（736.0～762.7 m）护坡结构自下而上分别为复合土工膜、300 mm砂卵石、300 mm格网石笼。为增加边坡稳定，格网石笼护坡每隔5 m设一条齿墙，齿墙深度1.0 m，宽度0.5 m。

库岸回填土料利用现状土料混合的卵石混合土进行分层碾压，碾压后相对密实度不小于0.80。

4.2 库底防渗设计

在全库底铺设复合土工膜，铺膜前对基础进行清理碾压，清理厚度不小于0.3 m。土工膜上部砂卵石保护，厚度0.5 m。

4.3 引水工程设计

引水工程主要由渠首（节制分水闸）、引渠、消力池组成。

节制闸设在东干渠桩号3+150处，闸底高程765.78 m，闸孔尺寸3.0 m×1.5 m（宽×高），门槽宽150 mm，采用铸铁闸门，启闭机设备采用手电两用螺杆启闭机，启闭机梁顶面高程796.78 m，为方便检修，在高程769.43 m处设检修平台，宽度1.5 m，厚度0.15 m。节制闸边墙、底板均采用C25钢筋混凝土结构，厚400 m。

分水闸设在节制闸上游东侧，与原东干渠垂直，闸门底高程765.78 m，闸孔尺寸3.0 m×1.5 m（宽×高），门槽宽150 mm。门体采用铸铁闸门。

引渠段位于分水闸与库底消力池之间，长度127.6 m，采用矩形敞口渠道，C25钢筋混凝土结构。引渠坡比1∶2.94，渠道净高度1.0 m，宽度3.0 m。

消力池位于引渠末端，水库底部，池长10 m，池深1.5 m，宽度3.0 m。消力池周围设格网石笼防冲，长度10 m，厚度0.5 m。格网石笼防冲外围设抛石防冲槽，长度6.0 m。

4.4 供水泵站设计

为满足用水户用水需求，在水库西侧设抽水泵站1座，根据用水户日需水量设计流量确定为0.136 m3/s。泵站最高引水位762.0 m，最低引水水位736.5 m。

供水泵站采用浮筏式泵站，布置在水库西岸，并尽量靠近库岸，以缩短水泵至库岸的引水管。泵站由固定工作桥、浮筏泵房及摇臂输水管道组成。浮筏式泵房采用设在浮筏上的水泵取水，泵船主要由泵站浮体、起吊设施、进水管、出水管、水泵、真空系统、阀门、配电系统、自动控制系统等部分组成。浮船长12.2 m，宽7.7 m，高1.5 m，内置水泵及电气设备。本工程水泵为2台，并排布置，间距4.5 m。船体泵房采用彩钢结构，长度9.0 m，宽度3.6 m，高度4.6 m，屋顶设吊车用于水泵安装检修。

浮船通过摇臂与固定工作桥连接，通过摇臂使船体在取水水位范围内自然升降。摇臂长度60.3 m，采用钢结构，上布置出水管道。在摇臂设置栈道，作为检修、值班出入通道。

固定工作桥长15.7 m，宽4.0 m，采用钢筋混凝土排架结构。排架间距4.9 m，排架柱断面尺寸0.7 m×0.7 m，排架柱每隔2.0 m设一连系梁，连系梁断面尺寸0.7 m×0.7 m。排架采用扩散基础，宽度2.0 m，高度1.2 m，为防止回填土固结沉降对结构的影响，排架基础全部座落在现状固结土上。工作桥顶面高程763.7 m，采用0.2 m厚C25钢筋混凝土现浇板，两侧设置栏杆。

5 结论

工程建成后，可形成库容184万m3、水面面积13万m2的水库，能保证251.33 hm2耕地的灌溉用水，使该区的灌溉水源由地下水变为地表水，保护和节约了地下水。该工程利用现有沙坑引蓄水库弃水，合理利用地表水的同时改善了地区生态环境，为当地治理与合理利用沙坑提供了新思路。