某水库枢纽坝线、坝型比选分析

赵越

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550001）

1 水库枢纽工程概况

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定，枢纽工程规模属中型，工程等别为Ⅲ等。枢纽主要建筑物大坝、溢洪道及取水系统按3级建筑物设计；设计洪水50年一遇，校核洪水1 000年一遇。围堰、导流洞等临时建筑物按5级建筑物设计。

此供水工程等别为Ⅲ等，工程规模属中型。输水建筑物级别为3 级，建筑物洪水标准：设计洪水20 年一遇，校核洪水50年一遇。

此灌溉工程等别为Ⅴ等，工程规模属小（2）型；此工程装机功率为400 kW，1.00～0.10×104kW，泵站等别为Ⅳ等，泵站规模属小（1）型。根据灌区提水泵站装机功率（设计提水流量为0.239 m3/s），总装机容量为400 kW（2台工作无备用，单机容量200 kW），灌溉年供水量为116万m3/a（P=95%），农村人畜年供水量为18万m3/a（P=95%），灌溉人饮共用一管道。主要建筑物级别为4级。输水建筑物级别为5级，临时建筑物为5级。

此水库工程为年调节运行，兴利水位290 m，兴利库容1 354 万m3，死水位273 m，死库容266 万m3。设计洪水位290.19 m（P=2%），下泄流量546 m3/s，下游水位263.52 m。校核洪水位292.54 m（P=0.10%），总库容1 624万m3，下泄流量859 m3/s，下游水位265.58 m。有效库容（调节库容）1 088 万m3，库容系数16.40%，水量利用系数26%。水库总面积99.60 万m2（相应正常蓄水位时），回水长度约10.67 km。

2 坝线比选

经设计综合踏勘，原规划坝址卜口河中游河段水资源条件不能完全满足需水要求，将建坝河段移至卜口河下游河段。考虑桃家寨低邻谷渗漏带影响，正常蓄水位宜在约290 m，则翁坑汇口至夹岩河段水资源不满足需水要求，木连溪以下河段河谷宽缓、村寨密集、有铜大高速经过。因此，设计选择夹岩～木连溪2.80 km范围的峡谷河段为建坝河段。

考虑枢纽布置、地形地质等综合因素，设置了上、下两条坝线进行比较。上坝线位于卜口河罗家处；下坝线位于卜口河木连溪铜大高速（铜仁至大龙）木连溪大桥上游约310 m处，两条坝线相距260 m。两条坝线综合比较如下。

2.1 地形地质条件

见表1可知，上、下坝线相距约260 m，在谷向关系、地质结构及结构面、岩溶水文地质条件等方面两坝线相当；下坝线地形特征优于上坝线，上坝线坝基持力层岩性相对较复杂，岩体质量下坝线略好。上坝线在“覆盖层”“强风化厚度”及“边坡问题”略优于下坝线。两坝线综合地形地质条件基本相当。

表1 上、下坝线工程地质条件比较表

2.2 工程布置

上、下坝线在建筑物布置方面，均具备较好的条件，条件相当，没有不可克服的困难和较困难的布置条件。下坝线面板堆石坝利用地质条件较好的右岸山体布置溢洪道和取水兼放空洞，上坝线重力坝方案采用坝身泄洪和坝身取水，减少开挖量。上坝线覆盖层比下坝线浅1～5 m，强风化线比下坝线浅4～18 m，上坝线重力坝基础开挖较深，断层对重力坝影响较大。综合工程布置及工程开挖量综合判断，下坝线优。

2.3 水资源指标

上、下坝线相距260 m，之间河道左岸有冲沟汇入，兴利库容相差37 万m3，因此，同等水位下，上坝线供水量比下坝线少49万m3，因此，水资源方面下坝线优。

2.4 水库淹没、环境影响和水土保持

两条坝线相距260 m，水位相同，上坝线淹没范围小于下坝线，工地占地堆石坝大，重力坝基础要求高，开挖量大，弃渣量也相对较大，环境水保要求相对较高，因此从工程占地和环境影响方面分析，两条坝线相当。

2.5 施工条件

从施工布置条件、施工导流及工期综合比较，上坝线运距相对较大，占用部分库区渣场，工期长，下坝线优。

2.6 工程静态投资比较

经概算可知，上坝线重力坝方案工程静态投资57 629 万元，下坝线面板堆石坝工程静态投资56 922万元，下坝线面板堆石坝方案比上坝线重力坝方案少707 万元，从工程投资、工程总效益及单方库容投资等方比较，下坝线优。

2.7 坝线综合比选

综上可知，两条坝线均具备较好的建坝条件，下坝线地形条件较好；上坝线左岸风化比下坝线浅，地形地质条件方面两坝线相当；枢纽布置方面，下坝线面板坝对基础要求相对低，开挖量较上坝线少；供水工程下坝线比上坝线少450 m 管道；施工方面，下坝线不影响库内渣场，工期短；工程风险上，上坝线在施工期和运行期风险小，综合投资上下坝线最省。

下坝线地形相对狭窄，开挖量小，工期短，综合工程投资下坝线较上坝线少707万元；下坝线兴利库容比上坝线多37万m3，单方库容投资和单方供水投资方面下坝线优。经上、下坝线综合技术经济比较，下坝线比上坝线优。

3 坝型比选

根据坝线比选确定的下坝线坝址地形地质等条件，拟定混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型比选；根据勘探成果，结合筑坝材料、工程施工及运行期安全风险分析等，进一步做坝型选择分析研究。

3.1 地形地质条件

坝址河谷呈较对称敞口“V”型纵向谷，宽高比3.13，出露地层为寒武系下统耙郎组第二段（∈1p2）至清虚洞组第二段（∈1q2）。所选定的坝址以河床F1 断层为界：左岸为∈1p2灰色、深灰色含钙和粉砂泥质板岩，右岸为∈1q1灰色薄层泥质灰岩；两岸坡基岩风化厚度较大且差异较大，左岸坡强风化岩体厚度大；坝基岩性及物理力学参数有一定差异，须考虑这一差异的影响；岩层面对坝基抗滑稳定有不利影响；坝基受F1断层影响，裂隙较发育，将导致不均匀变形问题，须采取相应的工程措施进行强化。工程地质条件上要更侧重于柔性坝型。

3.2 水库枢纽布置

混凝土面板堆石坝方案对基础要求相对较低，两岸趾板置于强风化中下部。溢洪道布置于右岸不存在高边坡问题；取水兼放空系统由导流洞改造而成，布置也较为紧凑。碾压混凝土重力坝对基础要求较高，基础开挖到弱风化上部基岩；枢纽布置集泄洪和取水于一身，较为紧凑，不用另外开挖溢洪道。

3.3 施工条件

下坝线坝址处河谷开阔，面板堆石坝可便于大型机械化施工，就地取材。面板堆石坝总工期31个月，重力坝36个月；工程施工布置及砂石料场条件两个方案基本相同。因此，混凝土面板堆石坝方案较重力坝方案在施工及工期上有优势。

3.4 水库、环境影响和水土保持

从工程水库淹没、工程占地和环境影响分析：因水库起调水位相同，泄流量也非常接近，两方案库区淹没面积基本相同，淹没投资基本相同，工地占地堆石坝稍大，同时由于堆石坝料场开采量大，土石方填筑量大，对环境的不利影响最大。因此从工程占地和环境影响方面分析刚性坝占优。

3.5 工程风险

此水库下游为铜仁市区，对水库安全风险要求更高，从施工度汛方面，面板坝不能采用坝身过水，而重力坝坝身可过水，面对超设计洪水情况下面板坝风险较大，重力坝更安全。从后期运行方面，面板坝渗漏风险较大，重力坝风险相对较小，重力坝更安全。坝基受F1断层影响，将导致不均匀变形问题。工程地质条件更侧重于柔性坝型，因而重力坝方案工程风险较堆石坝大。综合工程风险上，面板坝和重力坝各有优缺点。

3.6 两坝型投资比较

综合投资分析可知，面板堆石坝静态总投资56 922万元，重力坝58 386万元，重力坝比面板堆石坝投资多1 464万元。

3.7 坝型综合比选

重力坝和面板堆石坝在技术上均可行，河床断层对重力坝影响大，从地质、工期方面，面板堆石坝方案均优于重力坝方案，投资上重力坝比面板坝多1 464 万元，占总投资的2.57%，综合比选面板坝优于重力坝。

4 结语

综上所述，经上、下坝线综合技术经济比较，下坝线混凝土面板堆石坝方案比上坝线混凝土重力坝方案优；同时，根据下坝线坝址地形地质等条件，拟定碾压混凝土重力坝和面板堆石坝两种坝型比选。综合技术经济比较，面板坝方案优于重力坝方案。因此，此水库枢纽坝线、坝型比选分析研究成果为下坝线混凝土面板堆石坝方案。