半沟水库方案大坝设计浅析

山西水利
2020年8月
半沟水库方案大坝设计浅析
郭春玲
（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西
太原030024）
［摘要］拟建半沟水库是中部引黄供水工程隰县县域供水工程的调蓄水库之一，位于朱家峪河支沟半沟川内，自中部引黄工程西干线末端1号分水口引水，通过加压泵站和输水管道，将水输送到半沟水库内，主要负责给农业、工业和居民生活供水。

文章根据半沟水库的地形、地质等条件，初步选定了坝址和坝轴线，通过地形条件、地质条件、材料等方面的综合比较，选定了半沟水库的坝型和泄洪洞。

［关键词］半沟水库；坝址选址；坝型选择；泄洪洞［中图分类号］TV62+1
［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2020）08-0027-02
1
概况
半沟水库是中部引黄供水工程隰县县域供水工程的调蓄水库之一，位于朱家峪河支沟半沟川内，坝址距半沟村北约1km 。

中部引黄供水工程在隰县设置两个分水口，1号分水口布置于中部引黄工程西干线末端，2号分水口布置于蒲大支线2号隧洞进口，总供水量3610万m 3，流量1.41m 3/s ，其中，1号分水口0.552m 3/s ，2号分水口0.855m 3/s 。

半沟水库自中部引黄工程西干线末端1号分水口引水，通过加压泵站和输水管道，将水输送到半沟水库内，主要负责给城川河以西的唐户垣灌区、任家垣灌区、后墕垣灌区、阳头升垣灌区、刁家峪西垣灌区等5个灌区及下李工业园区、县城工业园区和隰县县城居民生活供水，总供水量1322万m 3，其中生活用水110万m 3，工业用水138万m 3，农业灌溉用水1074万m 3，灌溉面积约0.64万hm 2。

半沟水库总库容592万m 3，其中兴利库容436万m 3。

正常蓄水位1014.02m ，死水位999.00m ，汛限水位1014.02m ，设计洪水位1014.50m ，校核洪水位1015.35m 。

枢纽由大坝和导流泄洪洞组成。

大坝坝轴线长213m ，坝顶高程1022.10m ，最大坝高39.82m 。

导流泄洪洞位于大坝右岸的山体内，进口设进水塔，塔内右侧设泄洪洞进水口，左侧设供水管线进水口。

供水管埋设在塔身混凝土内，经90°竖直转角向下进入进水塔底板，在底板内转至泄洪洞轴线处，然后沿泄洪洞轴线水平埋设在进水塔底板中。

供水管平出进水塔底板后，进入泄洪洞洞身底板中心线下，沿隧洞埋设压力钢管，将库水引出至坝下游，在水洞
出口引渠段右侧设控制阀。

大坝左岸修建上坝公路，沥青路面，宽6m ，长约335m ，右坝端布设管理房。

2工程规模
中部引黄供水工程在隰县境内设置两个分水口，1号分水口位于中部引黄工程西干线末端，2号分水口位于蒲大支线2号隧洞进口，总供水量3610万m 3，其中城镇生活供水110万m 3，工业供水990万m 3，农业供水2281万m 3，蒸发渗漏219万m 3。

供水流量1.41m 3/s ，其中，1号分水口0.552m 3/s ，2号分水口0.855m 3/s 。

根据《山西大水网中部引黄工程隰县小水网规划》，共设3座调蓄水库，南峪调蓄库总供水量为352万m 3，全部为农业供水；北沟河调蓄库总供水量为1842万m 3，农业供水855万m 3，工业供水852万m 3，蒸发渗漏135万m 3；南峪和北沟河水库从2号分水口引水。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）中的有关规定，半沟水库总库容557万m 3，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别4级，次要建筑物和临时建筑物级别为5级，工程规模为小（一）型。

调蓄水库工程建筑物防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核。

工程区地震动峰值加速度为0.10g ，地震动反应谱特征周期为0.45s ，地震基本烈度为Ⅶ度，工程设防烈度定为Ⅶ度。

3大坝设计3.1
坝址初选
地形条件是坝址选择的首要条件，根据水库的灌
设计与施工·2020年第8期
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溉范围，适宜修建调蓄水库的坝址有三个，分别为羊道沟骨干坝址、半沟1号骨干坝址和柴家沟骨干坝址，羊道沟骨干坝址和半沟1号骨干坝址位于半沟沟内，羊道沟骨干坝位于下游，半沟1号骨干坝位于上游，两坝址之间相距约2.4km ，经土地调查，三个坝址库区分别占有基本农田1.5hm 2、14.3hm 2和3.3hm 2。

在半沟1号骨干坝和柴家沟骨干坝附近，有适合本工程的坝址，但在这两个坝址区域内，大部分为基本农田。

基本农田是确保国家粮食安全的基础，我国实行基本农田保护制度。

《基本农田保护条例》第二条规定，所谓基本农田是指按照一定时期人口和社会经济发展对农产品的需求，依据土地利用总体规划确定的不得占用的耕地。

根据这一规定，基本农田是由土地利用总体规划确定下来的。

基本农田一经划定，任何单位和个人不得擅自占用，或者擅自改变用途。

根据《国务院关于深化改革严格土地管理的决定》的规定，土地利用总体规划修编涉及基本农田调整的，必须报国务院批准。

按照《国土资源听证规定》的要求，对土地利用总体规划调整、非农业建设占用及农业结构调整等涉及基本农田的，要实行听证。

根据《土地管理法》第四十五条的规定，征收基本农田的，要经国务院批准。

《国务院关于深化改革严格土地管理的决定》在征收基本农田补偿方面作出了明确的要求，经批准占用基本农田的，征地补偿标准按法定最高标准执行。

所以半沟1号骨干坝和柴家沟骨干坝附近这两个坝址是不可行的。

经综合考虑，工程坝址选在羊道沟骨干坝上游约300～1000m 范围，坝体和库区占地范围均不占用基本农田，所以该坝址的选择是唯一的，即为羊道沟骨干坝址上游300～1000m 范围。

3.2坝轴线确定
水库管理范围为赔偿线以下：大坝管理范围为上游至坝轴线上游65m ，下游至坝脚以下基本农田范围外，大坝两端向外50m ，占地6.72hm 2。

水库保护范围：坝址以上为库区两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊线之间，下游及两岸为工程管理范围边界线外延100m 。

本次工程根据实际地形及不能占用基本农田的限制条件，坝轴线应选择在羊道沟骨干坝上游基本农田范围之外，但越向上游库区地形越狭窄，库容条件较差，坝高较高，加大工程投资；所以将坝轴线选在库容条件较好，直线距离较短，两岸坝肩山体有足够的高度和厚度的下游区，即距离羊道沟骨干坝轴线上游约300m 处。

3.3
坝型选择
坝型应与坝址区的自然条件、工程地质、水文条件相适应，且技术合理、经济节约，充分利用当地材料；施工简便，便于采用大型机械设备施工。

库区地貌上属黄土丘陵沟壑区，库区受长期流水侵蚀切割，地形较复杂，沟谷发育，黄土梁与沟谷交错排列。

冲沟大小不一，较为发育，多垂直于主沟发育，具典型黄土沟谷地貌特征。

主要发育半沟川及其支沟，半沟川总体走向为S45°E ，沟谷宽10～150m ，沟底高程988～1020m ，两岸多为土质岸坡，库尾部分岸坡出露基岩。

岸坡较陡，两岸边坡自然坡角35°～65°。

左岸地面高程990～1187m ，右岸地面高程991～1178m ，受岸坡卸荷及雨水冲刷淘蚀影响，地表沟壑纵横，土体裂隙较发育，河谷断面呈“V ”型。

沟底出露地层为全新统洪冲积（Q4pal ），岩性上部为低液限粘（粉）土，具弱～微透水性。

下部为低液限粘（粉）土含少量卵石混合土，局部含砂量较大。

仅在距库尾180m 范围内出露地层为三叠系中统二马营组下段（T2er1）厚层中细粒长石砂岩夹泥岩、页岩，该层地表出露厚度25m 。

结合本工程地形、地质及地材，该工程地质条件不适宜修建重力坝，适宜修建当地材料坝，但当地缺乏石料，有丰富的土料，且土质和储量均可满足工程需要，所以本工程坝型选择碾压均质土坝。

3.4泄洪设施选择
水库泄洪设施一般为溢洪道或泄洪洞，或二者共同泄洪。

本工程泄量受下游骨干坝泄量限制，最大泄量为骨干坝溢洪道最大泄量51.8m 3/s 。

半沟水库为调蓄水库，如果单独采用溢洪道泄洪，溢洪道宜采用开敞式，堰顶不设闸门。

水库正常蓄水位1020.90m ，下游河道高程990.0m ，上下游水位高差30.9m ，根据工程区的地形条件泄槽坡度较陡，部分槽段需要回填，且地基为土基，安全稳定性差。

该段河谷较狭窄，两岸地形陡峻，施工导流宜采用全断面河床围堰导流方式，溢洪道堰顶高程1020.90m ，高于上游河床约30m ，也不能同时兼作施工导流设施，必须另建导流隧洞。

所以不考虑溢洪道单独泄洪。

本次设计拟定，泄洪洞单独泄洪、溢洪道与泄洪洞共同泄洪两个方案。

方案一泄洪洞单独泄洪，右岸布置泄洪洞单独泄洪，隧洞宽3.0m ，洞高3.5m 最大泄量51.8m 3/s ，经调洪计算，校核洪水位1021.41m 。

方案二溢洪道与泄洪洞共同泄洪，右
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的相关责任[6，7]。

建设、施工、设计、监理等单位之间，要加强协调
沟通，积极配合协作，避免重复多头检查，齐抓共管，共同推进。

4结语
哈拉布拉水库建成后，可解决裕民县初夏干旱缺水等水资源时空分布不平衡的问题，为县城提供工业生产和居民生活用水，彻底改变城镇供水紧张的现状；还可增加草场灌溉用水，大大改善灌区牧业生产现状，促进畜牧业发展，综合效益明显。

［参考
文献］
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水利建设与管理，2010，30（1）：57-58+21.
［作者简介］阿拉坦吐力古尔（1984-），男，2007年毕业于新疆农业大学水利水电专业，工程师。

［收稿日期］2020-06-17；［修回日期］2020-07-25
岸布置泄洪洞，
左岸布置溢洪道，泄洪洞与溢洪道共同泄洪，最大泄量51.8m 3/s ，溢洪道宽5.0m ，堰顶高程1020.90m ，与正常蓄水位齐平。

隧
洞宽度考虑施工因素确定为2.5m 。

经计算，在相同校核洪水位1021.41m 时溢洪道泄量14.2m 3/s ，泄洪洞泄量37.6m 3/s ，泄洪洞高3.502m 。

由此可见，泄洪洞与溢洪道共同泄洪时，溢洪道泄量较小，且占用基本农田需要繁琐的审批程序，适当加大泄洪洞断面即可满足泄洪要求，可以将导流洞、泄洪洞合一布置为导
流泄洪洞，工程布置简单，不占用基本农田，工程投资
小，运行管理方便。

因此，泄洪设施采用导流泄洪洞。

4结论半沟水库坝址初选位于朱家峪河支沟半沟川内，坝址距半沟村北约950m 。

从地形和地质条件上看，该
工程坝址只能选在羊道沟骨干坝上游约300～1000m 范围内，方案坝轴线选择在距离羊道沟骨干坝轴线上游约300m 处。

结合本工程地形、地质及地材情况，该工程坝型选择碾压均质土坝。

考虑到不占基本农田，泄洪设施采用导流泄洪洞。

［作者简介］郭春玲（1978-），女，2006年毕业于太原理工
大学水利水电工程建筑专业，工程师。

［收稿日期］2020-06-02；［修回日期］2020-07-20坝石料场位于大坝上游，石料运输的上坝道路要跨越趾板，需对趾板进行保护，上坝道路占压部分水平防
渗，需待上坝道路拆除以后施工；其他方案坝料均通过布置于下游坝坡上的临时道路运输上坝。

面板堆石坝坝体预沉降和防渗面板浇筑工期较长，总工期29个月；粘土斜墙坝总工期为26个月；均质土坝方案总工期为25个月；胶凝砂砾石坝坝体工程量较小，雨季时的施工要求较低，总工期21个月。

各方案中面板堆石坝方案在施工布置和施工工期方面条件稍差。

综合考虑各方案施工总工期均受库区水平防渗处理控制，施工总工期均在33个月左右。

3.5投资
混凝土面板堆石坝方案、粘土斜墙砂砾石坝方
案、均质土坝方案、胶凝砂砾石坝方案的建筑工程投
资分别为1.85亿元、1.67亿元、1.35亿元及3.36亿元，从工程投资来看，均质土坝方案建筑工程投资最省。

4结语
对4种坝型从地形地质条件、工程布置、施工条件、工程投资等方面进行综合分析比较，均质土坝方案具有材料单一，结构简单，施工较便利并可充分利用当地天然建材，且工程量及投资最省，有较好的适应性和经济性，因而将均质土坝作为推荐坝型。

［作者简介］冯城伟（1979-），男，2010年毕业于河北工程大学水利水电工程专业，工程师。

［收稿日期］2020-06-05；［修回日期］2020-07-19
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