兰州新区刘家井滞洪调蓄水库布置探讨

马世刚

（甘肃惠泽水利水电工程建设有限公司，甘肃 兰州 730030）

兰州新区是甘肃对外开放的重要窗口和门户，经河西走廊直通新疆，也是丝绸之路经济带和欧亚“大陆桥”的重要连接点。根据兰州新区总体规划、防洪专项规划等相关资料，新区规划了西防洪片区，流域面积170.8 km2，主要拦截、导排西防洪片区四眼井沙沟以及新区西侧山洪，保护兰州新区免受新区北部和西部山洪造成的灾害。为提高兰州新区城市防洪安全，逐步完善新区城市防洪体系，在规划的西防洪片区滞洪区新建刘家井滞洪调蓄水库，对新区西防洪片区排洪渠洪水进行蓄滞削峰，兼顾为兰州新区精细化工产业园区供水，同时为新区现代农业在引大入秦工程冬季停水期和检修期提供水源保障。

1 水库工程概况

1.1 工程区概况

兰州新区西排洪渠刘家井滞洪调蓄水库工程规划范围北起引大东二干渠电灌一支渠，西至引大东二干渠电灌支渠，东临刘家井村，南距引大东二干渠约250 m。工程区距兰州新区公路里程36 km，距兰州市公路里程106 km。工程区范围主要道路有省道S201、县道X129、引大东二干渠管理道路等，对外交通条件便利。

1.2 地质条件

工程区位于秦王川盆地西冲洪积平原，调蓄水库西距黄土丘陵区约400～500 m，西距长细沟约200～300 m，东沙沟从工程区场地中穿过。工程区总体地形平坦开阔，局部有砂坑、砂堆分布，地势北高南低，地面高程2184～2160 m，地面纵坡约为13‰～15‰。工程区位于秦王川盆地西北部，出露的地层主要为第四系地层，岩性主要为全新统（Q43alp）冲洪积砂碎石、黄土状土、粉细砂，厚约3～5 m；上更新统（Q3pl）洪积黄土状土、碎石土、砂碎石，厚约15～22 m；中更新统（Q2pl）离石黄土，厚度大于10 m；调蓄水库库盆及坝基持力层主要为上更新统（Q3pl）洪积黄土状土、砂碎石。

2 水库库址选择

根据工程区地形地质条件，按照拟定的水库库址选择原则，初步拟定在引大东二干渠南、北两侧各选择1处库址进行比选。

南库方案布置范围北起引大东二干渠，西至引大东二干十支渠，东临上川镇下古山村，南距新区北环路约4.5 km。项目占地68.2 hm2。

北库方案布置范围北起引大东二干电灌一支渠，西至引大东二干电灌分干渠，东临刘家井村，南距引大东二干渠约250 m。项目占地93 hm2。

2.1 南库方案水库布置

水库以引大东二干渠所引的大通河河水为水源，水库总库容为614万m3，调节库容586万m3，其中蓄滞洪库容303万m3，汛限库容179万m3，死库容28万m3。工程主要由引水、水库、供水、山洪治理4部分组成。

2.1.1 引水工程 引水渠首位于引大东二干渠桩号40+285处，进水口底板高程2167.50 m，闸墩顶高程2171.2 m，孔口尺寸为1.5 m×1.0 m（b×h），设计引水流量3.39 m3/s，引水渠渠线长100 m，进水闸之后采用明流箱涵引水，引水方式为自流引水。

2.1.2 水库工程 水库工程有大坝和泄洪工程组成。水库为半挖半填的围堤土石坝，全库盆采用复合土工膜防渗，围堤坝轴线长3.16 km，坝顶高程2169.50 m，最大坝高12.2 m，坝顶宽度6.0 m，上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2，库底高程2157.3 m，水库最大蓄水深度10 m。泄洪渠布置在围坝南侧原排洪沟道以东约40 m处，由泄洪箱涵、泄洪闸和泄洪渠组成。泄洪箱涵分别布置于泄洪闸前后，为C25砼矩形箱涵。泄洪闸闸室段长为10 m，闸顶高程2169.50 m，闸底高程2162.00 m，孔口尺寸为2.0 m×2.0 m（b×h）。闸后经箱涵、明渠和渐变段，与1∶3陡坡和下游西排洪渠相接。

2.1.3 供水工程 供水工程取水口布置在水库围坝的东南侧，供水口高程为2158.00 m，采用钢管引水，管径为1.5 m，供水管道采用坝下埋管布置方式。供水管线长115 m，管道在水库坝后布置控制阀，控制阀后管道一分为二，其中一条管道向精细化工片区供水，供水流量0.235 m3/s；另一条管道向现代农业片区供水，供水流量1.164 m3/s。

2.1.4 山洪防治工程 山洪防治工程由拦砂坝、导洪堤、引洪渠3部分组成。拦砂坝位于引大东二干渠桩号40+469.04—40+509.04段排洪渡槽以北，西排洪渠K7+900.615桩号处，最大坝高3.8 m，坝顶高程2172.30 m，坝顶长度70 m，为混凝土透水坝段。拦砂坝之后经20 m渐变段与引洪渠相接，引洪渠长145 m，为格宾块石笼衬砌的梯形渠，渠道纵坡1/500，之后接引洪箱涵，箱涵出口与一级消力池相接，然后经C25砼矩形引洪渠，与二级消力池相接并入库。

2.2 北库方案水库布置

水库以引大东二干渠所引的大通河河水为水源，水库总库容为614万m3，调节库容586万m3，其中蓄滞洪库容303万m3，汛限库容179万m3，死库容28万m3。工程主要由引水、水库、供水及山洪治理等组成。

2.2.1 引水工程 引水工程主要建筑物由引水渠首、泵站、引水管道等组成。引水渠首位于引大东二干渠桩号39+685处，分别在渠道南、北两侧各设置1座分水口，其中北侧分水口为泵站分水口，南侧分水口为直供分水口。泵站分水闸之后接泵站前池，经泵站提水，将735万m3冬季和检修期所需水量提至水库，引水方式为泵站加压提水。直供分水闸之后接调节池，在东二干供水期为精细化工和现代设施农业供水，引水方式为自流。泵站最大引用流量2.36 m3/s，最小引用流量0.45 m3/s，引水泵站最大总扬程18.98 m。水泵型式选定为卧式双吸离心泵，单机提水流量0.585 m3/s，设计工况运行时4台工作，1台备用，水泵机组选用变频调节泵。泵站前池最高运行水位2169.96 m，正常运行水位2169.85 m，最低运行水位2169.26 m。前池顶高程2171.00 m，池底高程2166.46 m，前池管中心高程2167.46 m，前池尺寸为13.0 m×6.0 m×4.5 m（长×宽×高）。泵房建基高程2165.66 m，主厂房布置5台水泵，成“一”字形布置，水泵机组间距5.1 m，主厂房尺寸27.2 m×8.6 m×13.24 m（长×宽×高），采用矩形干室型泵房，主厂房上、下游墙设有交通和巡检平台。安装间布置于主厂房右侧，安装间尺寸7.8 m×8.6 m×7.9 m（长×宽×高）。副厂房布设于安装间右侧，副厂房尺寸7.1 m×8.6 m×5.5 m（长×宽×高）。引水管道出厂房后，1#、2#支管以及4#、5#支管分别经岔管合二为一，在厂后12.2 m处经三岔管合为单管，支管管径DN 600，总管管径DN 1200，管道长度166.3 m。管道在133 m处沿下游坝坡上升至2186.50 m，经出水池、陡坡、消力池入库。

2.2.2 水库工程 水库工程主要由大坝和放空泄洪等建筑物组成。水库大坝为半挖半填围堤土石坝，全库盆采用复合土工膜防渗，围堤坝轴线长3.34 km，坝顶高程2189.00 m，最大坝高15.5 m，坝顶宽度6.0 m，上游坝坡为1∶3，下游坝坡1∶1.5。最大蓄水深度10.3 m，在引水、引洪渠入库部位周围布置消能防冲措施。在库尾原排洪沟道西侧10 m处布置放空泄洪渠，放空泄洪渠泄放流量为36 m3/s，建筑物轴线长174.50 m，由箱涵，放空泄洪闸以及明渠段组成。闸前箱涵断面为3.0 m×3.0 m（b×h），长20.65 m。放空泄洪闸孔口尺寸为2.2 m×2.2 m（b×h），闸顶高程2189.00 m，闸底高程2174.50 m，设工作和检修2道门槽，闸室段长为13 m。放空泄洪闸闸后采用下挖式消力池消能，闸底板与消力池之间通过1∶4斜坡连接，消力池总长29.30 m，池宽5.0 m，池深1.5 m，为封闭式消力池，消力池后接纵坡为1/500矩形箱涵，箱涵断面为5.0 m×4.0 m（b×h），长13.4 m。闸后箱涵之后经10 m渐变段与泄洪明渠相接，泄洪明渠长76.9 m，在距离下游坝坡20 m范围，泄洪明渠纵坡为1/500，渠道为底宽2.5 m，边坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用C25砼衬砌。之后56.9 m渠道纵坡为1/400，渠道为底宽6.5 m，边坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用格宾块石笼衬砌，最后经1∶7.28陡坡与西排洪渠K8+830.643桩号相接。

2.2.3 供水工程 供水工程由1#和2#两条供水管道组成，其中1#供水管道为直供供水管，2#供水管道为水库调蓄供水管道。供水管道向精细化工片区供水流量为0.235 m3/s；向现代农业片区供水流量为1.164 m3/s，总供水流量为1.399 m3/s。1#供水管道布置在引大东二干渠南侧，管线长7.0 m。从调节池取水，管道进口高程为2167.50 m，采用钢管引水，管径为1.5 m，供水管道采用沟埋布置方式，在0+007.00 m桩号处与2#供水管道相接，并设置控制、分水阀门井。2#供水管道布置在泵站东侧，管线长300 m。从水库取水，管道进口高程为2171.5 m，采用钢管引水，管径为1.0 m，供水管道首段采用坝下埋管布置方式，穿越水库大坝后采用沟埋布置方式，横穿引大东二干渠后，在东二干南侧与1#供水管道相接。

2.2.4 山洪防治工程 山洪防治工程由导洪堤、集石坑、引洪渠、消力池3部分组成。导洪堤与西排洪渠k7+660.015桩号相接，由东、西2条导洪堤组成，东、西导洪堤长分别为253.4 m和276.4 m。导洪堤自电灌一支渠起，至集石坑结束，由弃渣料填筑，堤顶高程2188.00 m，堤顶宽3 m，边坡1∶1.5，迎水侧坡面采用格宾块石笼防护。集石坑位于引大东二干渠电灌一支渠排洪渡槽以南约221.60 m处，集石坑最大宽度64.5 m，长35.0 m，坑底高程2181.20 m，最大深度3.0 m，集石坑上游边坡1∶3，下游、左、右侧边坡均为1∶1.5，边坡及坑底均采用格宾块石笼衬砌。集石坑后接93.3 m引洪渠，其中引洪渠45.3 m采用格宾衬砌的梯形渠，纵坡1/400，底宽60 m，边坡1∶1.5，渠深3.20 m。引洪渠48.0 m采用C25砼衬砌的梯形渠，纵坡1/500，底宽50 m，边坡1∶1.5，渠深2.55 m，之后经箱涵、台阶式陡坡与库底消力池相接。台阶式陡坡段长42.7 m，综合坡比1∶3，陡坡采用C30砼衬砌。消力池池宽50 m，池长30 m，池深3.0 m，消力池池底高程2170.50 m，池顶高程2173.50 m。消力池底板及边墙均采用C30砼衬砌。

3 库址比选

从地形条件分析，南库库址地面高程较低，可满足引大东二干渠向水库自流引水。北库库址由于地面高程较高，若向水库自流引水，水库工程开挖量大，工程投资较高；若采用泵站提水方案向水库引水，则工程运行成本较高。

从地质条件分析，两库址水库持力层主要为上更新统（Q3pl）洪积砂碎石，结构密实，具有较高的承载能力，均能满足调蓄水库工程建设要求。

从工程布置和施工条件分析，南库方案工程及建筑物的布置相对简单，工程施工干扰相对较小。

从占地移民分析，两库址占地面积均较大，但南库库址区全部为基本农田，土地征用难度大。北库库址范围为西排洪渠滞洪区，且土地属性由当地政府国土部门进行了置换，为非基本农田。

从工程管理条件分析，南库方案工程引水、供水均满足自流条件，建筑物布置相对集中，工程运行管理简单。北库方案建筑物布置较为分散，工程建设和运行成本较高。

从工程投资分析，南库方案工程投资较北库方案节省2672.86万元。南、北库方案工程量及投资比较如表1所示。

表1 南、北方案库址工程量及投资比较

经以上技术经济条件综合分析比较，根据国家的土地管理政策，基本农田征用难度大，同时考虑北库较南库方案工程投资增加相对较少，因此本次设计水库库址初步选定为北库方案。

4 结论

根据工程区地质条件，按照水库库址选择原则，统筹考虑引水工程、水库工程、供水工程、山洪防治工程，在引大东二干渠南、北两侧分别拟定了不同的2套水库布置方案。从地质条件、工程布置和施工条件、占地移民、工程管理条件、工程投资等多方面、多角度分析并比选2项方案，北库方案优于南库方案。因此，推荐兰州新区刘家井滞洪调蓄水库工程选定北库布置方案。