毕节市归化水库工程坝址分析比选_苏军.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，苏军，熊璐，陈恒吉毕节市归化水库工程坝址分析比选水利科学与寒区工程，（）：毕节市归化水库工程坝址分析比选苏军，熊璐，陈恒吉（毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 ）摘要：大坝坝址分析比选是水库工程设计中比较重要的环节，需要结合工程区地形地貌、成库条件、坝型选择、天然建筑材料，以及技术经济等各方面因素综合分析确定。文章以毕节市归化水库工程为例，探讨了地下溶洞较发育的典型喀斯特山区中型水库建坝坝址的选择，可为类似工程提供参考。关键词：坝址分析；水库规模；枢纽布置；方案比选中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：苏军（），男，彝族，贵州毕节人，工程师，主要从事水利水电工程工作。：。工程概况归化水库位于毕节市中心城区双山镇和岔河镇的交界地带，坝址位于长江流域乌江水系六冲河的一级支流白甫河右岸的归化河（岔河）上，河床高程 。水库校核洪水位 ，总库容 万，正常蓄水位 ，相应库容为 万，汛限水位 ，死水位 ，相 应 库 容 为 万，兴 利 库 容 万。工程等别为等，工程规模为中型。工程任务为城市工业供水，主要供水对象为小坝工业园区及毕节市黔西北产业园区区，年供水总量 万（保证率），并下放环境水量 万。本工程由水源枢纽工程和供水工程部分组成，推荐坝型为 混凝土重力坝，最大坝高 ，提水泵站座，输水线路总长 。坝址分析比选 坝址拟定经实地查勘，根据地形、地质条件，水库淹没及供水区分布情况，在贵毕公路桥至甘河与归化河（岔河）交汇口河段有二处建库坝址可供选择，两坝址相距约 。营盘坝址位于甘河汇入口下游约 的营盘处，即为拟定的中坝址。杨家冲坝址位于贵毕公路桥上游约 ，即为拟定的下坝址。同时为避开黑堡罗者巴洞暗河系统的影响，在甘河汇入口至岔河上游约 的钱家坝处可建坝，为上坝址。杨家冲、营盘和钱家坝三坝址作为本次的比选坝址。坝址坝型分析 上坝址（钱家坝坝址）上坝址位于归化河与甘河汇入口上游的钱家坝处，河段呈近东西向，河谷断面为较不对称的“”形河谷，左岸坝肩较开阔。由于坝址附近无低垭口，面板堆石坝方案利用上游约 的磨乡车垭口修建溢洪道，其工程量及投资较大，且坝址右岸地形陡峻，不利于趾板的布置。坝址区岩体裂隙发育，连通性好，大部泥质充填，拱坝需要较大嵌深，开挖深度及工程量较大，且左 岸 坝 肩 地 形 较 为 开 阔，不 利 于 拱 坝 的布置。坝区岩体总体质量较好，地表未发现缓倾结构面发育，不存在制约重力坝抗滑稳定的地质因素。因此，上坝址以重力坝为代表进行枢纽布置。中坝址（营盘坝址）坝址位于归化河与省道贵毕公路桥交汇上游约 处，坝址段河流平面上呈一向南凸出的拱弧状，河谷两岸山体较单薄，向下游呈喇叭形，河谷断面呈一较对称“箱”形河谷。坝址区岩石坚硬，属中硬岩，坝址河段为近横向河谷，岩层倾向下游微偏右岸，边坡岩体无不利结构面组合，自然边坡稳定，具备修建当地材料坝和刚性坝的条件。（）当地材料坝现场踏勘发现，坝址区及周边黏土料源较少，坝址附近碳酸盐岩广布，储量丰富，宜修建堆石坝。本阶段以面板堆石坝参与坝型比选，其枢纽工程（堆 石 坝、岸 坡 溢 洪 道、取 水 隧 洞）投 资 万元（不含副坝）。（）刚性坝选择修建拱坝：需将溶蚀裂隙带挖除或做其他工程处理，左岸近坝岸坡为一倾向下游的缓坡台地，向下游岸坡高程逐渐变低，坝区岩层缓倾下游略偏右岸，与左岸坡组合形成倾角和坡角相当的顺向坡，且岩石风化深度较深，拱坝坝肩抗滑稳定存在较大风险，由于两岸弱风化岩层很厚，右岸拱座溶蚀裂隙带需要清理，且河谷狭窄消能时冲刷严重，影响坝脚和岸坡的稳定，需修建二道坝壅高水位消能，工程量大。经方案布置及工程量计算，拱坝枢纽工程投资 万元（不含副坝）。修建重力坝：采用左岸岸坡坝段挡水河床坝段坝顶开敞式溢洪道左岸非溢流段取水口左岸非溢流段放空兼冲沙底孔。经方案布置及工程量计算，枢纽工程投资 万元（不含副坝）。综上分析，面板堆石坝造价要高于重力坝及拱坝，拱坝投资最小，但与重力坝投资差异不明显（），结合坝址地形地质条件，中坝址以重力坝为代表进行枢纽布置。下坝址（杨家冲坝址）坝址位于归化河与省道贵毕公路桥交汇上游 处，坝址段河流平面上呈一正“”状，使右岸形成单薄的河湾山体，山脊低矮，山头局部地段低于正常蓄水位，河谷断面呈一较对称宽“”形河谷。坝址区岩体属软质岩，河床及两岸强风化岩体很深，两岸山体水平强风化深高达 。修建刚性坝，坝基开挖处理工程量巨大。由于坝址附近黏土料源较少，而碳酸盐岩广布，储量丰富，所以下坝址采用混凝土面板堆石坝为代表进行枢纽布置。坝址分析比较通过对坝址适宜坝型分析，上坝址和中坝址推荐重力坝为代表坝型进行枢纽布置，下坝址推荐混凝土面板堆石坝为代表坝型进行枢纽布置。对三坝址分别从地质条件、水库规模及供水量、水库淹没和技术经济等方面进行综合比选。坝址区工程地质条件上坝 址：坝 址 河 段 呈 近 东 西 向 展 布，左 岸 高程以下为约 的悬坡，以上地形坡度 ；右岸 高程以下为约 的峻坡，以上地形坡度 。河床冲积砂卵砾石层厚 ，两岸坡基岩裸露，岩性为三叠系永宁镇组第三段（）灰、黄灰色中至厚层泥质白云岩。岩层为单斜构造，产状 ，倾上游偏左岸，表层岩体裂隙发育，连通性 好，大 部 泥 质 充 填；未 见 较 大 断 裂 构 造发育。中坝 址：坝 址 段 河 流 流 向 近 ，上 游 后流向转为 ，下游 后流向转为 。平面上呈一向南凸出的拱弧状。两岸基岩裸露，为永宁镇组第三段（）灰、深灰色中至厚层灰岩，岩体工程地质分类为类。坝址区无较大断裂构造分布，主要结构面是岩层面及裂隙。左岸主要发育四组裂隙，右岸主要发育二组裂隙，右岸平洞内发现有一裂隙密集发育带，为溶蚀裂隙。坝址河段两岸岩质边坡均为斜向坡，自然边坡稳定。下坝址：坝址河段两岸基岩出露，坝基地层为永宁镇组第四段第一层（）灰色中至厚层泥质白云岩，岩体工程地质分类为 类。坝址区断裂构造不发育，主要结构面为层面及裂隙，岩体呈块状结构。主要裂隙性状与上坝址相同。坝址河段两岸岩质边坡均为斜向坡，边坡岩体中无不利结构面的组合，但由于岩体风化严重，局部有崩塌可能。综合地貌特征、地层岩性、构造、岩石质量指标，以及坝基岩体的工程地质分类等情况，从河谷形态分析以中坝址较优；从地层岩性比较，上坝址和中坝址优于下坝址，从建坝地基岩性条件上坝址和中坝址较优；从地质构造分析，三坝址条件相近；从岩体质量和抗剪指标比较，中坝址的岩体物理力学指标均优于下坝址。综上所述，水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷中坝址（含上坝址）优于下坝址。坝址区水文地质条件上坝址：水库位于梨树坪背斜南东翼，营盘山向斜 北 西 翼，岩 层 倾 向 上 游 略 偏 右 岸，倾 角 ，分布地层为三迭系下统飞仙关组第二段（）至关岭组第 二段（）地 层，岩 溶 洼 地（、等）、溶洞、落水洞（、等）、溶蚀、溶孔极为发育，左岸有朱昌乌鸦洞 暗河系统发育，在甘河沟北部白石岩附近与黑堡箩者巴洞 暗河系统相交。近坝区河谷近于横向谷，岩层倾向上游略偏右岸，倾角 ，地表溶槽溶沟发育，两岸落水洞发育。经左岸水文地质钻孔岩心、压水试验及地下水位观测，两岸地下水位低于正常蓄水位 ，因此，蓄水后会向下游河道及远、近程绕坝渗漏，需作防渗处理。中坝址：在上游右岸小冲沟附近可见 溶洞发育，其分布高程为 。中坝址左岸库首存在 岩溶水流动系统及下游低河谷，库首右岸存在磨相车低凹溶蚀洼地及下游低矮冲沟，根据钻孔岩心、压水试验及地下水位观测，岩溶很发育，高程以上岩体透水性强，两岸地下水位低于正常蓄水位 ，因此，蓄水后会向下游河道、左岸者巴洞暗河系统及右岸磨相车、杨柳冲等洼地、冲沟产生远、近程绕坝渗漏问题。下坝址：库首左岸存在下游低矮冲沟，库首右岸存在单薄山体及下游低矮冲沟。根据钻孔、压水试 验 及 地 下 水 位 观 测，岩 溶 较 发 育，高 于 高程大部分吕荣值 。两岸地下水位低平，由于河床到两岸高程在 低于正常蓄水位 ，因此蓄水后向下游产生绕坝渗漏及局部管道型渗漏的可能性大。坝址上游左岸存在黑堡箩者巴洞 岩溶水流动系统，左岸远端梨树坪一带存在梨树坪冲对河 岩溶水流动系统，两暗河出口高程均为 ；坝址左岸水文地质钻孔 孔口高程 及 地 下 水 位 分 别 为 和 ，孔 口 高 程 及 地 下 水 位 分 别 为 和 。因此，水库蓄水有倒流渗漏 到 梨 树 坪冲 对 河 岩 溶 水 流 动 系 统 的可能。各坝址防渗帷幕及地下暗河封堵工程投资见表。由表 可知，三坝址均处于强岩溶地区，中、下坝址虽然存在地下暗河封堵，但上坝址的防渗帷幕线最长，防渗工程量大；上坝址工程防渗投资较中、下坝址多；中坝址防渗帷幕线长度与下坝址相当，但下坝址帷幕灌浆数量较少，工程防渗投资较中坝址少 万元。因此，就水文地质条件而言，下坝址相对较优。表防渗帷幕及地下暗河封堵工程投资比较情况坝址防渗帷幕线长帷幕面积帷幕灌浆防渗工程总投资万元单方水量防渗工程投资元上坝址 中坝址 下坝址 水库规模与供水量每年提供工业用水 万（保证率）。各坝址的水库规模和供水规模见表。表水库规模、供水量坝址坝址以上地表集水面积 多年平均流量正常蓄水位汛限水位正常蓄水位以下库容万兴利库容万水库可供水量万上坝址 中坝址 下坝址 从表可知，中坝址和下坝址处集水面积相差仅 ，正 常 蓄 水 位 时 水 库 年 供 水 量 均 为 万。上坝址集水面积较中、下坝址分别少 和 ，坝址处多年平均年径流量少约 万，水库年供水量较中、下坝址少 万，不能满足效益区需水要求。就水资源利用而言，中坝址和下坝址远优于上坝址。水库淹没水库 库 区 长 约 ，水 库 距 库 首 约 以后水田、村庄密集。在满足水库供水任务 的 条 件 下，中 坝 址 和 上 坝 址 正 常 蓄 水 位 下，水库库尾岔河镇的岔河村、田埂第期苏军，等毕节市归化水库工程坝址分析比选寨、斑竹林、杨柏林的淹没部分投资相对较大，牵涉到大部分水田及部分居民搬迁；下坝址水库正常蓄水位 ，水库库尾岔河镇部分淹没投资相对较少，但水库库首距坝址 的杭瑞高速路跨岔河段磨乡大桥桥拱端将被淹没。各坝址水库淹没指标比较见表。表水库淹没指标比较坝址正常蓄水位年总供水量万 耕地 林地等其他用地 房屋人口人交通道路 交通桥座高速公路桥座小型水利设施座 输变电线路 淹没总投资万元单方供水淹没投资元上坝址归化河坝址 落水洞引水坝 中坝址 下坝址 从表知，水库淹没总投资和单方供水淹没投资均为上坝址最大，中坝址最少。各坝址枢纽建筑物经对各坝址枢纽建筑物分析比选布置，枢纽建筑物工程量及投资比较如表。表大坝枢纽部分主要工程量及投资项目坝型最大坝高供水规模万 防渗帷幕灌浆投资万元单方水量投资元上坝址重力坝 中坝址重力坝 下坝址面板堆石坝 项目枢纽布置主坝尺寸溢洪道副坝尺寸其他枢纽投资万元首部枢纽投资万元上坝址坝高 ，长 净宽 坝高 ，坝长 滚水坝坝长 ；引水隧洞长 中坝址坝长 净宽 坝高 ，坝长 取水管管径 下坝址坝长 净宽 坝高 ，坝长 引水取水隧洞直径 注：主坝为混凝土面板堆石坝；为溢洪道前缘净宽；副坝为混凝土重力坝供水量方面，中、下坝址规模相当，上坝址供水量小于中、下坝址；工程布置方面，上、中坝址推荐重力坝方案，枢纽布置紧凑，下坝址推荐混凝土面板堆石坝，泄水建筑物布置于右岸垭口上，上、中坝址布置更利于水库运行管理；枢纽部分投资方面，中坝址及下坝址首部枢纽投资差异不明显，上坝址投资最大；单方水量投资方面，下坝址单方水量投资 万元最优，中上坝址单方水量投资差异不大。综上，就枢纽布置、投资综合比较，中坝址最优。坝址选择与评价（）从河谷地形地貌条件比较。三坝址均具备兴建水库大坝和泄水、引水建筑物的地形条件，但下坝址地形河谷相对较宽阔，两岸边坡相对较缓，且右岸山体相对单薄低矮，局部地段需作副坝的坝高和坝长比其他两坝址都大。上坝址为较不对水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷称的“”形河谷、左岸坝肩较开阔，中坝址优于上坝址。因此，中坝址最优，上坝址优于下坝址。（）从地质条件分析。上、中坝址地层岩性基本相同，工程地质分类为类；下坝址工程地质分类为类，从地基岩性分析上、中坝址好于下坝址。地质构造三坝址基本相同，但岩体风化分带差异很大，强风化岩体下坝址比中坝址和上坝址河床深 ；岩体物理力学指标下坝址远低于上、中坝址。就地质条件，上、中坝址远优于下坝址。（）从坝址水文地质条件及防渗处理比较。三坝址均处于岩溶地区，水文地质条件非常复杂，坝基均分布有强可溶岩组或中等可溶岩组，岩溶发育，岩石透水率大，地下水位低，库首存在山体单薄，低矮溶蚀洼地、冲沟及地下暗河或局部岩溶管道，均会产生溶洞、溶隙性渗漏。水库各坝址均存在向下游产生绕坝渗漏的不利条件，均需作防渗工程处理。从防渗及封堵工程投资估算，上、中、下 三 坝 址 分 别 为 万 元、万元和 万元，下坝址防渗部分投资最省，上坝址投资最大。（）从水资源利用及供水规模分析。中、下坝址集水面积分别为 和 ，水库年供水量 万。上坝址处集水面积仅为归化河 干 流，集 水 面 积 减 少 ，虽 考 虑 在 地下暗河入口引水入库，但受库尾岔河特色新城镇的限制，水库最高蓄水位为 ，并需设 置 汛 限 水 位 ，水 库 年 供 水 量 ，较中、下坝址少 万。就水资源利用而言，中、下坝址较上坝址要优。（）水库移民安置补偿。中、下坝址在水库规模、兴利库容、年供水量等工程效益指标相当的条件 下，中 坝 址 比 下 坝 址 多 淹 没 耕（林）地 ，多淹房屋面积 ，多迁移人口 人；考虑下坝址建库水位对已建杭瑞高速磨乡大桥的影响，大桥必须改建，而中坝址位于大桥上游，对大桥无影响。综合分析水库淹没损失，两坝址相差约 万元，下坝址的水库淹没损失略大于中坝址。上、中坝址为不影响库尾岔河镇特色城镇，上坝址水库淹没的耕地、人口、房屋和淹没投资等指标较中坝址均要少，但考虑落水洞引水 坝 淹 没 的 影 响，淹 没 总 投 资 较 中 坝 址 多 万元。因此，水库移民安置补偿方面中坝址最优。（）枢纽布置、主要建筑物工程量及投资比较。结合各坝址地形地质条件，从枢纽布置的灵活性和主要建筑物选型的多样性分析，上、中坝址优于下坝址。上坝址枢纽建筑物布置分散、占地大，不利于施工和运行管理，中坝址重力坝枢纽建筑物布置合理紧凑、占地少，有利施工，运行管理方便。就枢纽建筑物的布置而言中坝址最优。土石方明挖中坝址比下坝址少 万，中坝址以少量的混凝土取代下坝址大量的土石方开挖和堆石填筑，有利于生态环境的保护，中坝址优于下坝址。上坝址总的建筑工程量与中坝址差异不大，因此，就枢纽建筑物工程量而言中坝址最优。（）施工组织条件。三坝址之间距离较近，因此水电供应等施工条件基本相同。上坝址甘河支流引水系统的 落水洞滚水坝和引水隧洞进、出口没有公路直达，需另建临时施工道路。就施工交通条件而言，中坝址较为有利。施工导流方式各坝址均适合采用一次拦断河床，隧洞导流方式，但工程度汛期上坝址和中坝址可以在重力坝坝体上留底流，下坝址不具备这一条件。就施工导流及临时工程投资而言，中坝址具有明显的优势。上坝址建设工期为 个月；中坝址建设工期为 个月，下坝址建设工期为 个月，就工期而言中坝址较上、下坝址短。综合比较，从施工组织设计角度分析，中坝址优。（）投资比较。各坝址主要投资比较见表。表坝址主要投资比较情况项目名称枢纽工程万元地基处理（防渗）万元施工临时工程万元枢纽工程建设区投资万元库区淹没投资万元工程投资万元单方水量投资元上坝址 中坝址 下坝址 第期苏军，等毕节市归化水库工程坝址分析比选根据表投资比较，中坝址工程投资最省，为 万元，单方水量投资最小。（）综合比选。通过对归化水库上、中、下坝址综合分析比较，中坝址具有地形、地质条件、地基防渗处理、水工枢纽布置、主要建筑物选型、土建工程量、工程施工、建设工期，以及运行管理和安全可靠等方面的优势，特别是工程地质条件、地基防渗处理和枢纽布置中主要建筑物的拦河大坝建设条件，中坝址具有非常明显的优势；中坝址建成后每年可向小坝工业园区及毕节市黔西北产业园区 区供工业用水 万，为促进毕节市社会经济快速发展发挥重要作用。推荐中坝址为选择坝址。结语水库工程坝址选择应综合项目建设总体要求及周边社会自然环境情况考虑，结合工程地质、水文地质、水库规模与供水量、水库淹没情况、生态环境、施工便利、运行管理、国土空间规划，以及技术经济等方面进行综合比较，最终得出归化水库最优的建坝坝址，对类似的喀斯特山区水库工程有参考作用。参考文献：中华人民共和国水利部水利工程水利计算规范：北京：中国水利水电出版社，陈雷水工设计手册（第版）北京：中国水利水电出版社，中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家市场监督管理总局水利水电工程地质勘察规范：北京：中国计划出版社，麦家煊水工建筑物 北京：清华大学出版社，中华人民共和国水利部混凝土重力坝设计规范：北京：中国水利水电出版社，水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷