北赵引黄灌区二期工程孤山调蓄池设计综述

郭彩红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

运城市北赵引黄工程位于山西省运城市西北部的万荣县、临猗县和河津市境内，主要是在万荣、临猗两县峨嵋台地上新发展3.403万hm2，其中改善面积0.279万hm2，设计流量15.06m3/s。工程从山西省禹门口一级站改扩建工程取水，通过清水复流北赵联接段工程渠道及汾河河道将水送至汾河庙前进水闸，引至庙前一级站前池。运城市北赵引黄灌区二期工程位于临猗、万荣、盐湖、闻喜4县（区）境内，主要解决以上4县（区）的峨嵋台地旱地问题。该区域水资源缺乏，耕地无法灌溉，通过兴建北赵引黄二期工程，可充分利用北赵引黄工程现有水利设施，有效解决灌区干旱缺水问题，促进当地农业经济发展。

2 调蓄池设计

2.1 工程规模及主要任务

此次设计的调蓄池从万泉二支取水，拟作为0.2万hm2松林的灌溉补充水源。调蓄池充水时间为北赵灌区灌溉间隙期。北赵灌溉期最大间隙为19 d，万泉二支过流能力设计流量为0.302m3/s，19 d共计水量约45.4万m3。根据实地调查，当地松树夏季一次灌水约300m3/hm2，本次补水按一半考虑，即0.2万hm2松林一次补水需30万m3。剩余水量15.4万m3可蓄存至调蓄池，故确定调蓄池规模为15万m3。

孤山调蓄池是北赵二期万泉二支线上的一座调节水池，位于桥上村和桥头村之间三光线公路以南约200m的孤山坡脚，为半挖半填的平原围封水池，主要任务是利用灌溉间隙将水从万泉二支引至调蓄池。调蓄池总库容15.98万m3，其中调节库容12.5万m3，死库容3.48万m3。库区主要占用耕地和果园，并基本保持土方挖填平衡。枢纽工程主要包括大坝、进水口和出水口等。

2.2 调蓄池地基处理

孤山调蓄池在地貌形态上属黄土台塬区的山前倾斜平原区。本次勘察所揭露的地基土层为第四系上更新统风积、坡积物，岩性为低液限黏土，浅黄色，浅红色，稍湿，稍密，孔隙发育，含少量钙质结核，具湿陷性。含水量14.4%，质量密度1.44 g/cm3，干密度1.30 g/cm3，孔隙比1.088，液限28.4%，塑限17.6%，塑性指数10.8，压缩系数0.42 MPa-1，压缩模量5.77 MPa，快剪内摩擦角 22.3°，黏聚力 16.6 kPa，渗透系数 2.52×10-4cm/s。地基承载力建议采用值95 kPa。

根据地质勘测评价，调蓄池池底及坝基均为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅲ级（严重）。因此对调蓄池范围内地基土的湿陷性以及不均匀变形采用强夯法进行处理，单位夯击能为8000 kN·m，最大处理深度可达8～15m。强夯完成后对整个坝底进行整平、碾压，然后筑坝；库区采用开挖后再进行强夯，强夯完成后整平铺设复合土工膜。

库区防渗采用全库盆铺设复合土工膜（两布一膜，膜厚0.4 mm）进行防渗，底部土工膜上覆0.9m的素土进行保护。

2.3 大坝设计

孤山调蓄池平面呈椭圆形状，长约200m，宽约150m，库区总占地面积4.3万m2。水库大坝环型布置，坝轴线总长648.5m，坝型为碾压均质土坝，采用复合土工膜全库盆防渗。根据《碾压式土石坝设计规范》，坝顶高程为水库静水位与坝顶超高之和。其数值按最高蓄水位加正常运用条件的坝顶超高计算。坝顶超高由下式确定：

式中：y——坝顶超高，m；

R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；

e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，5级建筑物，取0.5m。

计算风浪爬高时按多年平均最大风速24m/s计，计算得防浪墙顶高程为779.315m。

根据计算成果，坝顶高程取778.30m，坝顶宽5.0m，坝顶上游侧设置高素混凝土防浪墙，防浪墙顶高程779.30m。下游侧设置横截面尺寸为300 mm×300 mm的浆砌石排水沟。坝顶路面为C20混凝土路面，厚度200 mm。上游坝坡1∶2.5，采用180 mm厚的预制混凝土块防护，下设反滤土工布和厚300 mm的中细砂垫层，采用复合土工膜（两布一膜，膜厚0.4 mm）进行防渗；下游坝坡1∶2.0，坡面布设横向排水沟，间距100m。坝脚周围设置纵向排水沟，排水沟为矩形断面，宽0.9m，深0.9m，采用M7.5浆砌石砌筑。

2.4 进出水口设计

2.4.1 进水口

进水口是万泉二支线与调蓄池的连接建筑物，位于大坝南部，设计流量0.302m3/s，位于大坝桩号0+347.8处。建筑物主要由进水阀室段、消力井段、箱涵段、消能段和出口护坦组成。

调蓄池从万泉二支线上取水，引水管采用直径400 mm的球墨铸铁管，长700m，引水流量0.302m3/s。引水管末端设钢筋混凝土控制阀井，阀井后接消力井，消能后通过箱涵进入调蓄池，水流入池消能型式为消力池底流消能。

控制阀井尺寸为2.8m×2.8m，壁厚0.4m，C25钢筋混凝土结构。消力井尺寸为4.0m×2.8m，壁厚0.4m，C25钢筋混凝土结构。入库箱涵长度12.5m，箱涵断面尺寸为1.0m×0.7m，设计水深0.5m。消力池陡坡段水平长度31.0m，坡顶高程776.75m，坡底高程769.00m，高差7.75m，坡宽2.1m，边墙高1.5~1.0m。消力池长5.6m，宽2.1m，池深1.0m，池底高程769.00m。水流出消力池后即为库区，消力池两边5m范围铺设500 mm厚的干砌石护坦。

2.4.2 出水口

出水口是为下游供水和调蓄池退水而设，位于水库北部、库区地形较低位置，即大坝桩号0+023.6处，采用坝下埋管型式与下游用水管线相接，出水管为直径600 mm的球墨铸铁管。出水线路上坝前设检修阀、坝后设工作阀。出水管出工作阀后分为2支，1支为下游供水管线，1支为调蓄池退水管线进入附近沟道。主要建筑物由进口段、坝下埋管段、检修阀室段、工作阀室段组成。

出水口进口段为喇叭型，采用C25钢筋混凝土结构，长8.8m，进口底高程768.40m。进口段包括喇叭口段、渐变段和钢管衔接段。喇叭口长2.5m，喇叭口高0.9m，底宽1.2m，顶宽0.6m，喇叭口末段断面为正方形，尺寸0.6m×0.6m。喇叭口后为1.0m长的渐变段，断面由0.6m×0.6m的正方形渐变为直径600 mm的圆形，渐变段后设1.0m长的管道衔接段。喇叭口采用仅顶板收缩，底边和两侧边墙均不收缩的形式，参考《水利水电工程进水口设计规范》，采用0.9m的椭圆的1/4作为喇叭口顶板的收缩段。

坝下埋管段长42.0m，管中心高程768.70m。两库出水管道均采用直径600 mm的球墨铸铁管，管底铺设500 mm厚的3∶7灰土垫层，以减少不均匀沉陷。

出水管道进坝体前设检修阀井，阀井内布设检修阀，为C25钢筋混凝土结构。阀井间净尺寸为2.0m×2.0m×10.3m（长×宽×高），壁厚0.4m，底板厚度0.5m。

管道出坝体后设工作阀室，阀室内布设2台工作阀，分别为供水工作阀和退水阀。阀室分上下两层布置，下层为C25钢筋混凝土阀室，上层为砖砌结构。阀室间尺寸为6.0m×8.0m×3.4m（长×宽×高），壁厚0.6m。上层为工作间，砖混结构，建筑面积48m2。

3 结语

孤山调蓄池建成后，可有效利用灌溉间隙将水从万泉二支引至调蓄池，作为0.2万hm2松林的灌溉补充水源，也可为下游供水提供有力保障。