乌拉哈达水利枢纽工程东库坝址选择

牛利凯

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 工程概况

乌拉哈达水利枢纽工程位于张家口市清水河上，由东、西两座水库组成，其主要任务为通过两库联合调度解决张家口市的防洪安全问题。

清水河发源于张家口市张北县与崇礼区交界的桦皮沟一带，全长约122km，控制流域面积2380km2。清水河上游有东沟、正沟和西沟3条较大支流，其中正沟在距张家口市区约28km的中山沟村附近汇入东沟，东沟和西沟在距张家口市区约6km的乌拉哈达村附近汇合后汇入清水河，清水河自北向南纵贯张家口市，在宣化县清水河村附近汇入洋河。

张家口市区段清水河两岸为中心城区，无法再通过河道治理满足城市防洪要求，因此仅能通过在清水河上游兴建控制性水利工程，使张家口市满足100年一遇的防洪标准。由于涉及重要设施的占迁问题，在清水河干流上建库难以实现，乌拉哈达水利枢纽工程采用“一库两坝”方案，即在清水河支流东沟、西沟上各修建一座水库共同承担张家口市的防洪任务。东库位于张家口市清水河支流东沟上，坝址位于东沟南地村上游约400m，距下游张家口市约16km。水库控制流域面积1231km2，总库容6258万m3，向张家口市区多年平均供水量2450万m3，下游灌溉面积约2780hm2，是一座以城市防洪为主，结合供水、兼顾灌溉等综合利用的中型水利工程。

2 坝址初步分析拟定

通过洪水分析，在满足防洪任务的前提下，东库坝址应在东沟与正沟汇合口～东沟与西沟汇合口的河段上选择。东沟与正沟汇合口～新营子村河段河谷开阔，两岸主要为黄土状壤土，坝址越靠上游控制流域面积越小，影响水库防洪和供水效益；南地村下游河段河谷亦较为开阔，河道两岸分布众多村镇和乡镇企业，并且涉及部分重要设施的占迁，建设征地及移民安置极为困难。综合考虑地形地质条件、村镇和企业占迁、对重要设施的影响等因素后，拟定东库坝址在上新营子村至南地村之间河段进行选取（河段长度约5km）。考虑地形地质条件、建筑物的布置、对张承高速的影响、河道两岸支沟的汇入情况及占地征迁等的因素后，选取上新营子村上游约1km的新营子坝址和南地村上游约400m的南地坝址作为东库的比选坝址，两坝址位置及清水河流域示意如图1。

图1 比选坝址位置及清水河流域

3 坝址比选

坝址比选采用等效益原则，即所选坝址均应满足相同的防洪、供水、灌溉等任务。在初选坝址基础上，东库坝址重点从地形地质条件、枢纽建筑物布置和投资、库区淹没和移民安置、筑坝材料、施工条件及工期、工程效益、运行管理和对环境的影响等方面进行了综合比选。

3.1 地形、地质条件

3.1.1 新营子坝址

新营子坝址河谷宽度约200m，现代河床宽度11～15m，两侧漫滩较为宽阔平坦；坝址左岸为中低山地貌景观，相对高差约380m，山体较陡峭，出露基岩；右岸山体较为低缓，山脚分布有省道张沽公路，山顶覆盖黄土状壤土，呈黄土峁地貌景观，地势较为平坦，相对高差约100m。新营子坝址右坝头外侧约400m为已建张承高速，基础多为具中等湿陷性的黄土状壤土层，并在新营子坝址上游约500m处横跨东沟。

坝址河床部位覆盖层以卵石层为主，最大厚度约24m，具强透水性；下部基岩以条带状混合岩为主，呈强、弱两种风化状态，强风化厚度0.8～3.4m，具中等透水性；弱风化岩节理裂隙不甚发育，岩体强度较高，具弱透水性。左岸山体陡峭、基岩出露，岩体主要为条带状混合岩，属次块状结构，岩体较完整、强度较高，节理较发育，完整性及稳定性较好。右岸山体较为低缓，为土、岩双层结构，坝址处岩面出露高程约1040m（低于正常蓄水位1046m），基岩以上依次分布卵石层和黄土状壤土层，卵石层厚度1～6m，具强透水性，上部黄土状壤土层具中等透水性和中等湿陷性。

3.1.2 南地坝址

南地坝址河谷宽度约400m，现代河床宽度约30m，左漫滩较为宽阔，右漫滩狭窄；坝址左岸为中山地貌景观，相对高差80～130m；右岸山体较为宽厚，山脚分布有省道张沽公路，山顶覆盖黄土状壤土及含壤土碎石，呈黄土峁地貌景观，相对高差110～240m。

坝址河床部位覆盖层以卵石层为主，最大厚度约20m，具强透水性；下部基岩以片麻岩为主，呈强、弱两种风化状态，强风化厚度2.2～4.9m，具中～强透水性；弱风化岩节理裂隙不甚发育，表层局部有蚀变现象，具中～弱透水性。左岸地层岩性为土、卵、岩多层结构，岩面高程996.0～997.6m （正常蓄水位996.5m），基岩以上依次分布卵石层和黄土状壤土层，卵石层一般厚度3.2～4.1m，具强透水性，上部黄土状壤土层具中等透水性和中等湿陷性；覆盖层沿库区左岸上游连续分布，至左岸上游石板沟内（左坝头上游约850m），基岩出露高程位于校核洪水位以上。右岸地层岩性为土、卵、岩多层结构，岩面高程980m（正常蓄水位996.5m），基岩以上依次分布强透水性卵石层和湿陷性黄土层，卵石层和黄土层分别向右坝肩外侧延伸至高程约988.5m和1042.0m后尖灭。

3.1.3 比选情况

两坝址均不存在影响建坝的制约因素。从地质条件来看，新营子坝址在河床覆盖层厚度、坝基防渗处理方面略优；南地坝址在坝肩防渗处理、库区防渗处理及对张承高速的影响方面较优，两坝址各有优缺点，基本相当。从地形上看，新营子坝址较南地坝址河谷宽度少约200m，地形条件较优。

3.2 枢纽建筑物布置和投资

根据两坝址区地形、地质条件，结合当地天然建筑材料分布情况，两坝址均选取土质心墙分区坝为代表坝型进行坝址比选。

3.2.1 新营子坝址枢纽布置

枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞组成。

拦河坝坝顶高程1053.2m，最大坝高为58.2m。坝顶长332m、宽7.0m，坝顶设高1.2m防浪墙；坝体上游坝坡为1∶2.25，1∶2.5，1∶2.75， 下游坝坡为1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5；坝体采用轻粉质壤土心墙防渗，坝壳料采用砂砾料和工程开挖料填筑，坝基采用混凝土防渗墙和帷幕灌浆进行防渗。拦河坝右岸正常蓄水位以下湿陷性黄土层、强透水卵石层，分布采用翻压方案和混凝土防渗墙方案进行处理。

溢洪道布置于拦河坝右坝头，中心线平面投影总长699.7m。控制段为堰顶设闸门的WES实用堰结构，堰顶高程1043.0m（低于正常蓄水位3.0m），共2孔、单孔净宽7.5m；控制段上游为扩散喇叭口式引水渠，下游为泄槽和底流消能；消能段后接尾水渠将下泄水流平顺汇入河道主槽。

泄洪排沙洞布置于拦河坝左岸山体内，为有压短管进口后接无压洞身型式，中心线平面投影总长1040m。隧洞进口设进水塔，进水口为单孔3.0 m×3.0m（宽×高，下同）的方形断面，塔内设平面事故检修闸门和弧形工作闸门；洞身采用5.0m×6.0m的城门洞形断面，出口采用底流消能，消能段后接尾水渠将下泄水流平顺汇入河道主槽。

放水洞亦布置于拦河坝左岸山体内、位于泄洪排沙洞右侧，采用有压短管进口后接无压洞身型式，中心线平面投影总长203m。隧洞进口设进水塔，进水口为单孔1.5m×1.0m的矩形断面，塔内设平面事故检修闸门和弧形工作闸门；洞身采用1.5m×1.8m的城门洞形断面，出口采用底流消能。

3.2.2 南地坝址枢纽布置

枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道、泄洪排沙洞和放水洞组成。

拦河坝坝顶高程1004.5m，最大坝高为56.5m。坝顶长590m、宽7.0m，坝顶设高1.2m防浪墙；坝体上游坝坡为1∶2.25，1∶2.5，1∶2.75， 下游坝坡为1∶2.0，1∶2.25，1∶2.5；坝体采用轻粉质壤土心墙防渗，坝壳料采用砂砾料和工程开挖料填筑，坝基采用混凝土防渗墙和帷幕灌浆进行防渗。拦河坝左岸库区强透水卵石层、黄土状壤土层及下部中等透水基岩采用混凝土护坡+帷幕灌浆进行处理；拦河坝右岸强透水卵石层和湿陷性黄土层采用翻压回填进行处理。

溢洪道布置于拦河坝右坝头，中心线平面投影总长676.1m。控制段为堰顶设闸门的WES实用堰结构，堰顶高程993.5m（低于正常蓄水位3.0m），共2孔、单孔净宽7.5m；控制段上游为扩散喇叭口式引水渠，下游为泄槽和底流消能；消能段后接尾水渠将下泄水流平顺汇入河道主槽。

泄洪排沙洞布置于拦河坝左岸山体内，为有压短管进口后接无压洞身型式，中心线平面投影总长1030m。隧洞进口设进水塔，进水口为单孔3.0m×3.5m（宽×高，下同）的方形断面，塔内设平面事故检修闸门和弧形工作闸门；洞身采用5.0m×6.0m的城门洞形断面，出口采用底流消能，消能段后接尾水渠将下泄水流平顺汇入河道主槽。

放水洞亦布置于拦河坝左岸山体内、位于泄洪排沙洞右侧，采用有压短管进口后接无压洞身型式，中心线平面投影总长207m。隧洞进口设进水塔，进水口为单孔1.5 m×1.0m的矩形断面，塔内设平面事故检修闸门和弧形工作闸门；洞身采用1.5m×1.8m的城门洞形断面，出口采用底流消能。

3.2.3 比选情况

两坝址总体布置、建筑物组成及规模基本相同，无明显差异，仅由于新营子坝址河谷宽度较小，拦河坝坝顶长度较南地坝址减少258m，相应坝体填筑和基础防渗处理工程量均有所减少。根据投资估算，新营子坝址主体工程投资较南地坝址节省约1.28亿元。两坝址主要工程量及投资估算对比如表1。

表1 两坝址主要工程量及投资估算对比

3.3 库区淹没和移民安置

新营子坝址库区淹没涉及总人口为1489人，淹没占地322.8hm2，淹没房屋4.71万m2及其附属设施；淹没重要专项设施包括省道张沽公路9.91km、输变电线路56.3km、通讯线路56km、4个工矿企业、场地小学和巴图湾高速收费站。南地坝址库区淹没涉及总人口为1188人，淹没占地273.87hm2，淹没房屋2.83万m2及其附属设施；淹没重要专项设施包括省道张沽公路9.13km、输变电线路40.9km、通讯线路57.6km、4个工矿企业。

新营子坝址库区淹没人口、占地、房屋和重要专项设施中公路、电力线路均高于南地坝址，且需淹没场地小学和巴图湾高速收费站。新营子坝址占迁估算投资16.28万元，南地坝址占迁估算投资12.84万元，新营子坝址投资增加约3.44亿元。

3.4 筑坝材料

两坝址坝型均采用土质心墙分区坝，筑坝主要材料包括心墙土料、坝壳砂砾料及块石料等，其中土料场位于西沟乌拉哈达村西北约0.6km，坝壳砂砾料场位于南地坝址淹没区内，块石料场位于东沟上新营子村南约1.2km，主要筑坝材料与两坝址的运距各有远近，总体基本相当，但砂砾料场大部分位于南地坝址库区内，南地坝址可有效减少坝壳砂砾料场占地，南地坝址相对较优。

3.5 施工条件及工期

两坝址地形地质条件、工程规模、枢纽布置及主要建筑物型式基本相同，因此施工布置、导流方案基本一致。南地坝址河谷宽度较新营子坝址宽约200m，坝体填筑量较大，施工工期较新营子坝址长约1年、临时工程投资增加约580万元，新营子坝址在施工方面较优。

3.6 工程效益

新营子坝址控制流域面积1184km2，调洪库容2036万m3，兴利库容2143万m3，多年平均供水量2300万m3；南地坝址控制流域面积1231km2，调洪库容2061万m3，兴利库容2552万m3，多年平均供水量2450万m3。南地坝址位于新营子坝址下游，工程效益各项指标略优。

3.7 运行管理比选

两坝址枢纽布置、主要建筑物组成及结构型式基本相同，从工程本身角度来看，其运行期管理运用方案和难易程度基本一致。但南地坝址距离张家口市区较新营子坝址近约5km，后期城市供水线路长度减少，节省投资，且更便于工程管理。

3.8 对环境影响

新营子、南地两坝址建库方案均不涉及生态敏感区，没有珍稀动植物等保护目标。两坝址枢纽布置、主要建筑物组成相同，对环境影响基本一致，但南地坝址坝长增加258m，其料场开采量、弃渣量均较新营子坝址有所增加，新营子坝址对环境影响相对较小。

4 结语

（1）东库选择的新营子和南地两处坝址地质条件相似，不存在影响建坝的制约因素，南地坝址河谷宽度较大，相应主体建筑工程投资增加约1.28亿元，但淹没占迁投资节省约3.44亿元，主体建筑工程和移民占迁投资合计后，南地坝址投资节省约2.16亿元。

（2）南地坝址防洪效益、供水效益均较优，且距张家口市区较近，后期管理和供水工程布置均优于新营子坝址，因此东库坝址推荐采用南地坝址。