西塬湖水库工程选址与规模设计

李浩亮

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

西塬湖水库工程选址与规模设计

李浩亮

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

西塬湖水库位于运城市西南20km处的盐湖区解州镇，工程由大坝、分洪工程、排水工程组成。通过对工程布置、选址与规模选择的分析，表明工程建成后将提高经过西塬湖水库东部的南同蒲铁路安全等级，同时可改善该区的生态环境和生态效益。

西塬湖水库；分洪工程；排水工程；生态坏境；生态效益

1 工程概况

西塬湖水库位于运城市西南20km处的盐湖区解州镇西北部，属涑水河流域，库区硝池滩是运城市盐池西部防汛的重要设施之一，其东侧紧邻北门滩，南侧为南同蒲铁路。北门滩紧靠解州城北，南同蒲铁路穿过该滩（路基高程335.685m），解州火车站建于北门滩中部。

2 工程总布置

工程由大坝、常硝渠调节闸退水闸、北门滩连通闸、北门滩分洪闸及分洪渠、排水泵站及排水渠组成。为应急加固改造工程，现有工程布置基本合理。

2.1 大坝

大坝布置在硝池滩东南侧，南邻南同蒲铁路，东邻北门滩，大坝为土石坝，全长2.68km，最大坝高7m。

2.2 分洪工程

常硝渠调节闸布置在大坝2+306处，调节闸为三孔。常硝渠退水闸布置在调节闸上游15m处，退水闸为一孔。

北门滩连通闸布置在西滩与中滩之间S239省道路基下，连通闸为一孔。东面为铁路涵洞。

北门滩分洪闸布置于北门滩东滩东北部，分洪闸为一孔。分洪渠从分洪闸后开始，沿原线路穿过高速公路涵洞，至S336省道涵洞。

2.3 排水工程

排水工程位于西塬湖水库西侧，布置如下：

西塬湖水库、引水渠（0.95km）、一级泵站、一级排水渠（3.61km）、二级泵站、二级排水渠（9.23km）、三级泵站、三级排水渠（0.14km）、姚暹渠。

一级泵站位于西塬湖水库西部，距离水库约1km，二级泵站位于永济市圪塔营村北，三级泵站位于永济市土桥村南。

3 工程选址与规模选择

3.1 大坝

西塬湖水库现状坝顶高程338.23～340.23m，滩底高程约331.8m，南北长约4.2km，东西长约5.0km。东侧桩号0+000～2+680段长度2.68km为大坝枢纽挡水段。

西塬湖水库已存在多年，库岸基本稳定，本次应急加固改造设计仅对2.68km长的现状大坝进行护坡改造及坝顶抢险道路拓宽改造，不涉及坝址比选等问题，因此本次设计仅对大坝加固方案进行比选。

3.2 泵站选址

目前三级排水泵站设计流量分别为2.33m3/s、3.75m3/s和3.9m3/s，排水渠道的设计过流能力为8m3/s，排水泵站排水能力远小于排水渠过流能力，也无法满足水库的正常排洪要求。此外，现有泵站厂房为砖砌体结构，选用立式轴流泵机组，厂房基础为浆砌石结构，且已破损严重，水位以上浆砌石结构几乎全部损毁，土质边墙坍塌。进水闸启闭机梁混凝土剥蚀露筋，无闸门及启闭机。各站进水前池检修闸门均为木质闸门，目前破烂不堪，已不能使用；闸门无启闭设备，靠人工起吊，启闭困难。各站进水前池拦污栅锈蚀严重，整体刚度差，结构强度降低。

如果保留原厂房，在站内另建新厂房，则厂区内布置困难，需新征耕地；新的前池基坑开挖，将严重威胁到现有厂房的安全，因此需留足够的施工安全距离；新旧厂房同时存在，影响美观。

综合以上诸多因素，本次确定将原泵站厂房、前池、进水闸全部拆除，并于原址重建。

3.3 排水泵站规模确定

西塬湖水库为蓄滞洪水库，受天然地形条件所限制，水库洪水无自排工程设施，西岸的3座梯级排水泵站为水库唯一泄水建筑物，负责将西塬湖水库的洪水、污水提排至姚暹渠。现状排水泵站设计排水流量为2.33m3/s，与排水渠改建后的设计流量8.0m3/s不匹配，且无法满足水库正常运行要求。

城市一般的排涝工程洪水标准为10～20年一遇洪水，抽排时间根据被浸没的建筑物或地产类别，确定为1～3d。西塬湖水库是一座中型水库，具备调洪能力。根据不同频率的洪水分析，洪水排空至汛限水位的时间是选择泵站规模的依据，不同设计流量下泵站排空时间见表1。

表1 泵站排空时间比较表

随着泵站设计流量的加大，排空时间缩短，泵站设计流量自8m3/s增大到12m3/s，各频率最高洪水位降低趋势较小，均在0.1m之内。兼顾排空时间及现状条件下装机容量的主要条件是排洪渠的泄洪规模，从渠道改扩建技术经济方面的比较，推荐泵站设计排水流量为10m3/s。考虑到紧急情况下渠道可以短时间非常运行，泵站加大流量为12m3/s。

故本次设计选择泵站装机流量为10m3/s，备用装机流量为2m3/s。

根据水库排水规模需要，本着不占用基本农田的设计准则，本次设计采取渠顶加高措施之后，排洪渠设计过流能力将达10m3/s，加大流量为12m3/s。

3.4 北门滩分洪工程选址与规模选择

3.4.1 概况

北门滩分为西滩、中滩、东滩，2010年实测总库容382.9万m3，其中西滩45.4万m3，中滩32.5万m3，东滩305万m3。北门滩原来的作用是保护盐池，保护下游居民、企业，截流上游洪水和西塬湖水库泄洪。自运城市盐湖区城区80%～90%的雨污水引入北门滩后，北门滩成了城市雨污水提排到西塬湖水库的中转站。汛期西塬湖水库防汛压力大时，封堵常硝渠进口，从邱家坡村北引常硝渠水进北门滩。

常硝渠东起人民公园南大门，西至西塬湖水库，总长17.94km，是运城市主城区的泄洪骨干工程之一，承担着主城区铁三角区和铁南区雨水及中水的排泄任务。依据《运城市西塬湖水库更新建设工程可行性研究报告》，常硝渠设计流量为38.33m3/s，水深2.45m，入库进水口位于大坝桩号2+306处。

3.4.2 分洪工程选址与规模确定

北门滩分洪工程由常硝渠调节闸、退水闸、北门滩连通闸、北门滩分洪闸及分洪渠组成。

依据《运城市西塬湖水库更新建设工程可行性研究报告》，常硝渠调节闸位于常硝渠末端，设计流量为38.33m3/s。

北门滩中滩与北门滩东滩之间有南同蒲铁路穿过，因此，南同蒲铁路成为向北门滩及盐湖分洪的第一道瓶颈。经现场查看，铁路下有1孔涵洞，矩形断面，但现状淤积严重，需对其进行清淤疏通。因无法对现有铁路路基进行施工改造，故本次按照现有1孔涵洞清淤之后的过流能力，确定分洪闸的分洪规模。涵洞尺寸2.0m×1.6m（高×宽），长43.7m，底坡1/44，进口底高程332.91m。在不影响铁路安全运行的前提下，涵洞最大过流能力为7.7m3/s。因此，确定北门滩分洪流量按7.5m3/s设计。

北门滩连通闸、北门滩分洪闸及分洪渠设计流量均为7.5m3/s。

3.5 大坝加固方案选择

现有大坝为均质土坝，坝顶长2680m，最大坝高7m，坝顶宽3～5m，坝顶高程338.5m左右，上游坝坡为浆砌石护坡，坡比1∶1.5，下游坝坡坡比1∶2。

本次大坝加固改造主要是对水库东岸现有大坝进行加固改造，不存在坝型选择问题，只需考虑大坝加固方案选择是否合理。大坝加固段总长2.68km，其中铁路平行段长度为0.68km，临北门滩段长度为2.0km。因大坝年久失修，下游坝坡坡脚有多处渗水现象，选取三个坝坡加固改造方案，择优选用。

方案一：格宾石笼护坡方案，坝坡1∶2.0。采取在现有浆砌石坝坡前堆放格宾石笼，增加坝坡糙率，放缓坝坡，防波浪爬高。此方案优点是外形美观，生态环境优雅，斜坡的糙率大，防波浪爬高效果好，坝顶超高较小，适应地基变形能力强；缺点是投资较大。断面主要工程量为抛填块石9.3m3、格宾石笼13m3、复合土工膜（两布一膜）7m2、砂砾料保护层4.0m3，工程投资约4604元/m。

方案二：坝前抛填块石方案，坝坡1∶2.0。采取在现有浆砌石护坡前抛填块石，增加坝坡糙率，放缓坝坡，防波浪爬高。此方案优点是工程投资略小，施工方便，斜坡的糙率大、渗透系数小，防波浪爬高效果好，坝顶超高较小，适应地基变形能力强；缺点是外形凌乱，生态环境不美观。单位段主要工程量为格宾石笼5.5m3、复合土工膜（两布一膜）18.5m2、砂砾料保护层5.1m3、抛填块石15.6m3，工程投资约3828元/m。

方案三：混凝土面板防护方案，坝坡1∶2.0。采取在现有浆砌石护坡上锚固钢筋混凝土面板，放缓坝坡，加大坝高，满足防洪要求。此方案优点是外形美观；缺点是水库排空困难，施工难度大。斜坡的糙率小、防波浪爬高效果不好，坝顶超高较大。适应地基变形能力较差；投资大。单位段主要工程量为格宾石笼3m3、C20混凝土面板3.95m3，钢筋制安0.4t，浆砌石1.33m3，坝体夯填土5m3，工程投资约4886元/m。

经综合比较，推荐方案一为本次加固改造方案。高程335.0m以下采用碾压抛石，高程335.0m以上堆放格宾石笼护坡，复合土工膜（两布一膜）防渗，格宾石笼与复合土工膜之间设置砂砾料保护层，现有浆砌石护坡采用水泥砂浆抹面，防止损坏土工膜。坝顶临水侧设置0.8～1.2m高浆砌石防浪墙。坝顶为混凝土路面，坝顶宽度铁路平行段维持现状4.0m宽，其余坝段加宽培厚至6.0m宽。

4 结语

工程建成后，硝池滩水质污染严重问题将会得到有效改善，对周边村庄和农田的水生态环境具有明显的改善作用；加大了经过西塬湖水库东部的南同蒲铁路安全运行等级，有效地保障了交通运输和人员安全。

西塬湖水库的实施不仅有效地保护了盐湖、关帝庙、南同蒲铁路和周边的村庄，同时对改善该区的生态环境、提升城市品位具有良好的社会效益和生态效益。

TV62

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1004-7042（2017）07-0035-03

李浩亮（1982-），男，2009年毕业于太原理工大学水利工程管理专业，工程师。

2017-05-18；

2017-06-25