某水利枢纽工程坝址方案比选研究

王天伟

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

拟建的某水利枢纽工程具有以灌溉为主，结合防洪，兼顾发电等综合利用任务，水库坝址断面多年平均流量为20.65 m3/s，多年平均径流量为6.52 108m3，水库总库容为1.24 亿m3，最大坝高82 m，电站总装机容量为24 MW。工程为Ⅱ等大（2）型工程。正常蓄水位2 105 m，死水位2 065 m。主要建筑物级别为2 级，次要建筑物级别为3 级，设计洪水标准为100 年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。

2 坝址比选原则

①坝址上游应该具有一个开阔的河谷地，以便于获取更大的库容；一般选择河谷最窄的地方，使坝轴线尽可能减短，从而减少坝体的填筑量，节省投资。②河道及两岸地质结构需稳定，以减少坝基及边坡处理工程量。③尽最大可能的减少对当地农田和村镇的淹没情况。④河流的流向应尽可能与坝轴线正交，以便于布置泄洪建筑物且能够保证下泄洪水流畅。⑤坝址周围应具有大量的复合大坝填筑要求的建筑材料。⑥坝址周围应具有合适的地形来布置施工现场，且具有便利的交通。⑦坝址区淤积后调节库容相等的比选原则。

3 坝址概况

工程区内采用1/10 000的地形图，在库山河中游河段沙曼水文站以上10 km范围内无村庄，人类活动少，无工矿企业，沙曼水文站以下河段地形较开阔，地势平坦，有村庄，故在库山河中游河段沙曼水文站以上10 km 选择了上、中、下三处坝址。从三处坝址的地形地质条件来说，坝线较长，河谷较宽，河床覆盖层较深（上坝址最大深度50 m，中坝址最大深度65 m，下坝址最大深度101 m），均不具备布置混凝土重力坝或拱坝的条件，因此参与比选的坝型为土石坝方案。经勘察防渗粘土总量约425 万m3，但粘土具有分散性，不具备修建粘土心墙坝的条件，灰岩骨料总储量大于10万m3，周围储有大量的砂砾石和灰岩料，且运输距离较近，修建混凝土面板坝和沥青混凝土心墙坝的先天条件较好，所以现阶段坝型选用沥青混凝土心墙坝作为代表进行坝址比选。

3.1 上坝址

上坝址库区位于库山河干流中游河段高山区，水库迴水长度约7.40 km，两岸山体相对高差大于500 m，总地势南高北低，河谷走向近SN，河流坡降19.10‰，河谷底宽约80～210 m。地形狭窄，河谷呈V形。上坝址区岩性为石炭系灰岩。

库区两岸枝杈状冲沟发育，走向与河谷近正交，长度大于1.00 km的共有10条。

无压导流洞布置在左岸，导流洞进口段为临时建筑物，在施工期承担导流任务，后期封堵，导流洞后段和泄洪冲沙洞结合。为保证电站停机检修时，生态流量能够继续下泄，故在主厂房左侧增设1根生态放水支管，支管管径1.40 m。根据上坝址各建筑物的特性及布置方案，将过鱼建筑物集鱼设施布置在厂房尾水右岸，过鱼建筑物采用“集诱鱼系统＋运输车＋投放系统”的方式进行过鱼。根据挡水建筑物型式、枢纽布置及坝体填筑强度及高程，沥青混凝土心墙坝方案施工导流采用河床一次断流，通过上游围堰和下游围堰来挡水，左岸导流洞整年导流的方式。共新建道路18条，总长26.79 km，其中永久道路5 条，长度7.70 km；施工桥梁7 座，其中永久交通桥5 座，总长度140 m，临时钢桥3 座，长度114 m；临时交通洞2 条，长度1 173 m；永久交通洞1条，长度1.16 km；施工支洞6条，总长度3.37 km。

3.2 中坝址

中坝址位于河流转弯的峡谷处，其河谷流向为NW，河流纵坡约为13.50‰。谷底高程2 020～2 040 m，两岸山顶高程2 420～2 500 m，相对高差约500 m，现代河床宽100～150 m，正常蓄水位高程为2 105 m，河谷宽约660 m。坝址发育一顺河向古河槽，宽230～390 m，右岸基岩裸露，岸坡坡度38h～45h；与亚普羌吉勒嘎沟交汇部位为古河槽堆积物组成的土质山梁，岸坡坡度40h～70h，局部近直立。水库蓄水后，该堆积物饱和后，其边坡稳性将急剧性下降，加之库水对坡脚掏蚀作用，该段库岸会发生塌岸，危及水工建筑物进口安全，需进行削坡处理，并采取护坡措施。

河床坝基基岩为砂质泥岩和砾岩，泥岩为软岩，砾岩为较软岩，基岩强风化层厚3～5 m，弱风化层层厚约为7.50 m，基岩透水率q≤3 Lu 的界线埋深在基岩面以下3～5 m。为保证电站停机检修时，生态流量能够继续下泄，故在安装间下部增设1根生态放水支管，支管管径1.40 m。

3.3 下坝址

下坝址位于中坝址下游2.50 km 处，河流向NE，河流纵坡约15.30‰。谷底高程1 990 m 左右，两岸山顶高程2 420～2 550 m，相对高差约500 m，河谷谷底宽450～500 m，正常蓄水位2 085 m 高程处，谷宽约700 m。左岸坡脚为厚度50～80 m的崩坡积物，崩坡积含土块碎石层具架空结构，结构松散，崩坡积物约250 万m3，须清除处理。在左坝肩高程约2 052 m 以下基岩为石膏岩，该处为崩坡积物覆盖，覆盖层厚约55 m，石膏岩为较软岩、中溶岩，在水理作用下溶蚀会形成地下水及库水的渗漏通道，同时石膏岩溶蚀于水后，对水库的水质影响较大。为保证电站停机检修时，生态流量能够继续下泄，故在安装间下部增设1根生态放水支管，支管管径1.40 m。过鱼建筑物为3 级建筑物，根据上坝址各建筑物的特性及布置方案，将过鱼建筑物集鱼设施布置在厂房尾水左岸，过鱼建筑物采用“集诱鱼系统＋运输车＋投放系统”的方式进行过鱼，集诱鱼系统主要由阀井、消能井、集鱼池、诱鱼道、鱼道和回转吊等建筑物组成。

4 坝址方案比较

在发电量方面，无论是上坝址、中坝址、还是下坝址，其坝址水库调节库容基本相同，而上、中、下坝址多年平均发电量分别为1.169亿kW·h、0.859亿kW·h、0.903亿kW·h，三者之间上坝址发电量较大。

工程量及投资方面中坝址库盘条件较上、下坝址好，同等调节库容的情况下，中坝址最大坝高比上坝址低44 m，比下坝址低27 m，上坝址、下坝址坝体填筑量大幅增加，上、中、下坝址各方案工程静态总投资分别为18.75亿元、16.69亿元、20.04亿元，在工程量和投资方面比选中，中坝址较优。

在地形地质方面，上坝址地质岩性以灰岩、砂岩为主，是属于中硬岩、坚硬岩，地质的岩性条件较好，有高边坡问题，边坡处理较困难，建筑物布置较困难；中坝址岩性主要为砂岩、泥质、砾岩，为软岩，地形较宽阔，两岸边坡无大的高边坡问题；下坝址岩性主要为砂岩、泥质、砾岩以及石膏岩，为软岩，地形较宽阔，两岸边坡无大的高边坡问题；通过综合分析，在地质地形条件中，中坝址要优于其他两个坝址。

在征地移民方面上，坝址方案无搬迁安置任务，建设征收农用地较少，对区域生产生活影响较小，但影响的Y049线恢复改建投资较大，难度较高，对工程建设有一定的制约因素；中坝址与下坝址各方案以相同深度进行实物调查，两方案征地范围内未涉及影响重大不可搬迁实物，在移民安置方面无制约性因素。

在工程施工方面上，中、下坝址地形宽阔，两岸地形呈U形，岸坡相对来说较缓，两坝址的料场设计、大坝主体工程施工、导截流方式及标准、工期等与上坝址相差不大。但上坝址左岸边坡较为陡峻，其坝肩开挖施工难度相对来说较大，施工道路的布置也相对复杂。而对于中、下坝址来说，左、右各岸岸坡相比于上坝址较缓，施工道路布置相比于上坝址较为简单，上坝址的施工条件要差于中、下坝址的施工条件。

在运行管理方面，上坝址的泄洪冲沙洞为有压洞，其工作门布置在隧洞出口，运行管理相对不便，而中、下坝址不存在此问题。

5 结论

根据水库淤积后调节库容相等的比选原则，中坝址库盘条件较上、下坝址好，工程量及投资中坝址较优；上坝址岩性以灰岩、砂岩为主，地质的岩性条件较好，但存在高边坡问题，边坡处理较困难，布置建筑物较困难，施工期施工难度极大，边坡处理工程量较大，中坝址岩性主要为砂岩、泥质、砾岩，地形较宽阔，两岸边坡无大的高边坡问题，但坝址左岸有大量崩坡积物，需清除；下坝址岩性主要为砂岩、泥质、砾岩以及石膏岩，地形较宽阔，两岸边坡无大的高边坡问题，但坝址左、右岸有大量崩坡积物，清除量最大，综合比较，地质地形条件中坝址较好；因此，通过对上坝址、中坝址、下坝址从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、工程量、投资估算、综合效益等方面的综合比较，中坝址的优点在于工程投资低且建成后的综合效益高，因此将中坝址作推荐坝型。

通过对三处坝址进行的同等深度的多方案技术经济比较，论证了深厚覆盖层、复杂软岩地质等地质难题，对该坝址比选设计进行了科学评价，目前，该枢纽正在实施，各项工作进展顺利。