大石头水库工程坝线方案比选分析

张 龙

(新疆生产建设兵团第六师五家渠市水政监察支队，新疆 五家渠 831300)

1 工程概况

大石头水库位于北塔山牧场境内，隶属于新疆兵团第六师。2019年，北塔山牧场申请国家水利发展专项资金，实施大石头水库工程建设，重点解决牧场草建连和库普镇人畜供水问题以及草建连灌区、牧一连、库普镇防护林灌溉供水问题。大石头水库为引水注入式平原水库，总库容130.9万m3，其中兴利库容104.4m3，坝线总长1.17km，最大坝高21.9m，坝体采用砂砾石筑坝。工程主要建设内容：大坝、库盘防渗、进水渠及渠系建筑物、放水涵洞、防洪堤。

大石头水库工程建成后，可恢复撂荒耕地339.27hm2，新增人工灌溉林场329.93hm2，改善2644人、30759头牲畜供水条件，对改善项目区农牧民生产生活条件起到了重要的促进作用，为北塔山牧场脱贫致富打下了坚实基础。

2 坝线设计方案比选分析

2.1 坝线布置

大石头水库工程坝线布置原则为以南坝线为主要调整区，北坝线为局部调整区，东、西坝线受引供水高程条件限制确定为一致，具体如下。

(1)水库坝线布置力求土方基本平衡，减少外运筑坝料，降低工程投资。

(2)库址区东、西向受引供水高程限制，坝线东、西可选择范围不大。北侧受乡道291、草建连灌区分部及已建的大石头水库位置等影响，可选择范围不大，但具有一定的变动范围。库区南侧无限制性条件，为坝线主要选择区。

(3)基于库区东侧与其他三面坝体连成整体的环库管理道路需求，上游侧坡面洪水的拦挡要求、东侧区库盘防渗系统与原始地面之间衔接保护问题，采用四面围坝方案。

(4)在土方基本平衡的前提下，库盘面积越大，坝体高度越小，对水库工程投资两者起联动关系，因此需通过比选确定不同的坝线对应的库盘方案。

水库坝线布置特性指标参数详见表1。

表1 坝线布置方案特性指标

2.2 坝线方案特点分析

2.2.1大库盘方案

水库坝体采用三面围坝形式，坝线呈U形布置，坝线长度1061.82m，库盘防渗面积15.13万m2，坝顶高程1756.7m，正常蓄水位1754.9m，死水位1744.0m，经过挖填平衡整理过的库盘最陡坡度为1/11。特点分析如下。

(1)水资源利用。水库水面面积最大，水面蒸发损耗最大。

(2)最大坝高16.7m，对库盘防渗膜安全性最优。

(3)库盘防渗膜保护。低水位运行时约有60%库盘在水面以上，致使上游区膜上土受风浪淘刷而引起膜上水土流失，对膜的保护作用减少，且防渗膜易老化，保护效果一般。

(4)工程施工。施工进度按照各工序控制进行。

①大坝施工：坝基清理→坝体填筑→复合土工膜→上游护坡混凝土；均为常规的土方工程及砼工程，各方案之间无明显差异。②库盘防渗：库盘开挖→土工膜铺设→砂砾石回填。

(5)工程占地。库盘最大，工程占地最大，对现有植被进行清理、掩埋最多，不利于生态环境保护。

(6)坝基较稳定。

(7)工程投资。坝体工程投资3202.6万元，投资较大。

2.2.2中库盘方案

水库坝体采用四面围坝形式，坝线呈矩形布置，坝线长度1409.21m，库盘防渗面积9.39万m2，坝顶高程1759.3m，正常蓄水位1757.5m，死水位1744.0m，经过挖填平衡整理过的库盘坡度为1/24。特点分析如下。

(1)水资源利用。水库水面面积较大，水面蒸发损耗较大。

(2)最大坝高19.0m，对库盘防渗膜安全性较优。

(3)库盘防渗膜保护。低水位运行时约有50%库盘在水面以上，致使上游区膜上土受风浪淘刷而引起膜上水土流失，对膜的保护作用减少，且防渗膜易老化，保护效果一般。

(4)工程施工。施工进度按照各工序控制进行。①大坝施工：坝基清理→坝体填筑→复合土工膜→上游护坡混凝土；均为常规的土方工程及砼工程，各方案之间无明显差异。②库盘防渗：库盘开挖→土工膜铺设→砂砾石回填。

(5)工程占地。库盘较大，工程占地较大，对现有植被进行清理、掩埋较多，不利于生态环境保护。

(6)坝基较稳定。

(7)工程投资。坝体工程投资2883.81万元，投资较少。

2.2.3小库盘方案

水库坝体采用四面围坝形式，坝线呈矩形布置，坝线长度1165.64m，库盘防渗面积4.64万m2，坝顶高程1761.9m，正常蓄水位1760.0m，死水位1745.7m，经过挖填平衡整理过的库盘坡度为1/2000。特点分析如下。

(1)水资源利用。水库水面面积最小，水面蒸发损耗最小。

(2)最大坝高21.9m，对库盘防渗膜安全性一般。

(3)库盘防渗膜保护。低水位运行时库盘全在水面以下，不会产生上游区膜上土受风浪淘刷而引起膜上水土流失现象，对膜的保护作用最优。

(4)工程施工。施工进度按照各工序控制进行。①大坝施工：坝基清理→坝体填筑→复合土工膜→上游护坡混凝土；均为常规的土方工程及砼工程，各方案之间无明显差异。②库盘防渗：库盘开挖→土工膜铺设→砂砾石回填。

(5)工程占地。库盘最小，工程占地最少，对现有植被进行清理、掩埋较少，有利于生态环境保护。

(6)坝基较稳定。

(7)工程投资。坝体工程投资2883.33万元，投资较少。

2.2.4小库盘+10m连接平台方案

水库坝体采用采用四面围坝形式，坝线呈矩形布置，坝体外坡增加10m连接平台，坝线长度1226.79m，库盘防渗面积8.79万m2，坝顶高程1760.0m，正常蓄水位1758.1m，死水位1745.7m，经过挖填平衡整理过的库盘坡度为1/45.56。特点分析如下。

(1)水资源利用。水库水面面积较大，水面蒸发损耗较大。

(2)最大坝高20.0m，对库盘防渗膜安全性一般。

(3)库盘防渗膜保护。低水位运行时约有40%库盘在水面以上，致使上游区膜上土受风浪淘刷而引起膜上水土流失，对膜的保护作用减少，且防渗膜易老化，保护效果一般。

(4)工程施工。施工进度按照各工序控制进行。①大坝施工：坝基清理→坝体填筑→复合土工膜→上游护坡混凝土；均为常规的土方工程及砼工程，各方案之间无明显差异。②库盘防渗：库盘开挖→土工膜铺设→砂砾石回填。

(5)工程占地。库盘较大，工程占地较大，对现有植被进行清理、掩埋较多，不利于生态环境保护。

(6)坝基最稳定。

(7)工程投资。坝体工程投资3102.24万元，投资较大。

2.3 结论

通过对大库盘方案、中库盘方案、小库盘方案和小库盘+10m连接平台方案进行对比，从水资源利用、最大坝高、库盘防渗膜保护、工程施工、工程占地、坝基稳定性、工程投资方面分析、比较，分析成果详见表2。

表2 坝线方案分析成果

综合上述分析成果，小库盘方案最优，中库盘方案和小库盘+10m连接平台方案各有优缺点，但均不存在制约性条件限制，大库盘方案最差，最终确定大石头水库工程坝线设计采用小库盘方案。

3 结语

北塔山牧场水利基础条件薄弱，在大石头水库工程项目实施中，通过优化水库坝线设计方案，提升了工程质量，降低了投资，便于实施管理，进而改善了牧场人畜供水和护林灌溉条件，对改善牧场职工群众生活水平具有重要意义。项目建设中对大库盘、中库盘、小库盘、小库盘+10m连接平台坝线方案进行比选、分析，是基于水库为小(Ⅰ)型平原注入式水库，库容较小，坝高较低，且现有库盘位置比较优越的情况下进行的，非上述情况的水库坝线方案选择还需结合实际重新论证、分析，最终才能确定最佳坝线设计方案形式。