乌拉哈达水库坝址选择分析.docx

乌拉哈达水库坝址选择分析张鹤云（河北省水利水电勘测设计研究院 ，天 津 300250）摘 要 ：结 合 工 程 规 划 、地 形 地 质 条 件 、枢 纽 布 置 、移 民 占 地 补 偿 、环境影响等方面 综 合分析 ，乌拉哈达水库坝址地质 、地 形 条 件 十 分复 杂 ，坝址选择进行了多方 面 的分析和研究 ，做了详细的经济 、技 术 比 较 ，对同类工程设计具有一定的代 表 性 。关 键 词 ：坝 址 选 择; 地 质 条 件;建 筑 物 布 置中图分类号：p642文献标识码：a文章编号：1672-9900（2010）02-0080-03支流上分别建坝不能解决张 家口市的防洪问题 ， 同 时 建 坝 投资 较 高 ，故需在清水河 干 流上修建水库 。张 家 口 市上游干流河段长 10km，地形较适合建坝的位置 有 两 处 ，即孤石坝址和朝天洼坝址 。 坝址选择针对坝址区地形 地 质 条 件 、建 筑 物 布 置 、施 工 条 件 、移 民 占 地 补 偿 、环 境 影 响 和 工 程 投 资6个方面进行比较 。1工程概况乌拉哈达水库位于海河 流域永定河水系上游洋河的支流 清 水 河 上 ，距 离 张 家 口 市 6.5km，总 库 容 1.33亿 m3，电 站 总 装 机容 量 1500kw，为 大 （ ）型 水 库 ，枢纽工程主要建筑物有 拦 河 坝 、溢 洪 道 、泄 洪 洞 、排 沙 洞 、发 电 输 水 洞 、电 站 厂 房 等 。水库主要任务是解决张家 口 市 防 洪 问 题 、兼 顾 城 市 供 水 、 灌 溉 、发电等综合利用 。 水库位 于官厅水库上游 ，对 拦 蓄 泥 沙 、 改 善 生 态 环 境 、保护官厅水库有重要作用 。清水河是一条多泥沙河流 ，由 东 沟 、正 沟 和 西 沟 3条 较 大 支 流 组 成 。 现状清水河市区段 的 行洪能力为300m3/s，不 足5a一遇 洪 水 标 准 ，两岸为城市建成区 ，无法通过扩宽河道满足城市 防 洪 要 求 。 设计采用堤库 结合的方案即通过两岸河堤加高 、加 固与上游修建水库相结合解决城市防洪问题 。 在 东 沟 、西 沟 两2 坝址区地形地质条件比选2.1 孤石坝址孤石坝址位于东沟 、西 沟 两支流交汇的清水河干流上 ，在孤 石 村 北 约300m处 ，距 离 张 家 口 市 约3.5km。 河床及漫滩宽约 600m， 河 底 高 程 811814m， 覆 盖 层 厚 7.211.3m， 岩 性 主 要 为 卵 石 层 ，表 层 覆 盖0.51m砂 壤 土 。 卵石层多呈密实状态 ，局 部 中 密 ，级 配 不 良 。收 稿 日 期 2010-03-15作 者 简 介 张 鹤 云 （1971-），女 （汉 族 ），河 北 乐 亭 人 ，高 级 工 程 师 ，主要从事水利水电工程设计工作 ，（tel!本区抗震设防烈度为7，分布粉、细砂、粉土及砂壤土等少粘粉 土 为11.2511.5，粉 、细 砂 为11.7512。性土，根据gb502872006水力发电工程地 质勘察规范 ，初判河道物理地质现象调查6具地震液化潜势。 复判根据标准贯入击数法，即符合下列公式时判定为液化土：n63.5ncr。 结果表明，贯入击数（n63.5）大于临界值（ncr），判定该层不具液化潜势，不会造成地震液化危害。本区段地势总体较为平坦 ，冲 沟 不 发 育 ，局部地段河岸外 围 分 布 鱼 塘 。 临近村庄地段 及 市区段 ，岸坡多分布建筑垃圾及 生 活 垃 圾 ，影响岸坡稳定并造 成 环 境 污 染 ，整 治 时 应 清 除 。 穿 村及穿市段部分建筑物 侵 占河岸 ，影 响 行 洪 ，整 治 时 应 拆 除 。3施工导 （截）流及排水滏阳河有水流通过 ，施工期间应进行导 （截 ）流 或 排 水 。 工结语7程区地下水埋深一般为48m，建 筑物基础深度范围内存在基 坑 排 水 问 题 ，应采取排水或 截 流措 施 。 工程区分布粉土及粉 、细 砂 层 ，富 水 性 较 好 ，排 水 时 可 能 引 起 涌 砂 ，影 响 坑 壁 稳 定 ，建 议采取处理措施 。（1）工程区地质条件较好 ，地 层 分 布 稳 定 ，性 状 较 好 ，强 度普 遍 较 高 ，但 存 在 砂 壤 土 、粉 土 及 粉 、细砂等少粘性土 ，工 程 区 存在河道岸坡稳定 、渗 透 稳 定 、基 坑 涌 砂 、边坡稳定等工程地 质 问 题 ；工程区分布灰黑色湖 沼 积 （l+hq4）粘 土 、壤 土 、砂 壤 土 及 粉 土 层 ，该层力学性质较差 ，强 度 较 低 ，如 果作为基础持力 层 ，建 议 进 行 处 理 。（2）建议施工前补充适量 的水文地质工作 ，查 明 本 区 水 文 地 质 条 件 ，为 渗 漏 分 析 、基 坑 排 水 等 提 供 依 据 。参 考 文 献:1常士骠，张苏民.工程地质手册k.北京：中国建筑工业出版社，2007.2gb504872008，水利水电工程地质勘察规范 s.3gb500112001，建筑抗震设计规范 s.4李 广 诚 ，司 富 安.堤 防工程地质勘察与评价究 m.北 京 ：中 国 水 利 水 电 出 版 社 ，2004.5河北省水利水电 勘测设计研究院 .滏阳河综合整治衡水市区段可 行 性 研 究 报 告 r.2009.4淤积层开挖及处理河床存在淤积层 ，厚 度 较 大 ，一 般 为 35m，广 泛 分 布 在 现代 河 床 ，性 状 差 ，强 度 低 ，不 能 作 为基础 持力层及填筑料使用 ，如 果 开 挖 ，应 予 以 清 除 。 淤 积 层 富 含 有 机 质 ，河道蓄水后易造 成 水 质 恶 化 ，造 成 污 染 ，影 响 观 感 ，由于置换回填难度较大 ，建 议在其表层铺设隔离层 。边坡稳定5对于临时边坡开挖 ，特 别 是 砂 壤 土 、粉 土 、粉 砂 等 少 粘 性土 分 布 地 段 ，开挖时易引起坍塌 、涌 砂 等 稳 定 问 题 ，必 要 时 应 进行防护。 建议开挖坡比：粘土为11，壤土、砂壤土为1111.25，水 科学与工程技术 张 鹤 云 ：乌拉哈达水库坝址选择分析 81 2010 年 第 2 期坝基全风化岩仅揭露粗面岩 ， 厚 度 为 1.110.2m， 下 限 埋深9.818m，厚 度 不 均 。 强 风 化 粗 面 岩 、流 纹 岩 厚 度1.77.1m,下限 埋 深13.720.6m，岩 体 较 破 碎 ，完 整 性 较 差 ，节 理 普 遍 发 育 ，属类 岩 体 。 弱 风 化 粗 面 岩 、流 纹 岩 厚 度 大 于21.7m，岩 体 较 完整 ，节理裂隙不发育 ，岩 体 强 度 较 高 ，属类 岩 体 。左坝肩岩体主要为粗面岩 ，夹 少 量 流 纹 岩 ，岩 体 较 破 碎 ， 强 度 较 低 ，节 理 较 发 育 ，岩体完整 性及稳定性较差 ，属类 。 左 坝 肩 下 游 100m处 出 露 fg1平 移 断 层 ， 走 向 nw325， 断 层 破 碎 带 宽 1.52m，可 见 延 伸 长 度 40m， 对坝肩稳定会有影响 ， 应 进 行 处 理 。 左 坝 肩级阶地覆盖卵石层 。 卵石层分布稳定 ，范 围 遍及坝线上下游 ，厚 度 一 般13m，底 板 高 程839876m，低 于 正 常 蓄 水 位 。 卵石层上覆黄土 状 壤 土 ， 厚 度 228m， 底 板 高 程841881m，广泛分布在左岸级 阶 地 。右坝肩岩性为粗面岩 ，岩 体 较 完 整 ，强 度 较 高 ，结 构 分 类属 次 块 状 结 构 。 岩 体 高 耸 陡 立 ，最 大 高 程1082m。 右 坝 肩 岩 体 坡脚分布较大面积的山麓堆积体 。 岩性为含壤土碎石 ，分 布 高 程822889m，其 厚 度1020m，覆 盖 在粗面岩体之上 ，该 层 性 质 不 良 ，稳 定 性 差 。考虑到坝基覆盖层较厚 、弱风化岩埋深大 ，适 宜 修 建 当 地 材 料 坝 。2、12.25、12.5、12.75。溢洪道布置在拦 河 坝 左 岸 ， 为 开 敞 式 ， 净 宽 56m， 分 7 孔 ，每 孔 净 宽 8m，堰 顶 高 程 为 861m，溢 流 堰 体 型 为 b型 驼 峰 堰 ，堰 顶设弧形钢闸门挡水 ，下泄水流采用挑流消能 。泄洪洞位于拦河坝右岸，水平投影总长度为485m（至隧洞出 口），由进水口、引水隧洞和出口消力池组成。进水口距大坝右坝头200m，为塔式进水口，进口底高程为840m，设有工作闸门1道及事 故检修钢闸门1道。进水口至龙抬头段末长82.2m，其后至隧洞出口 长为402.8m，为城门洞形无压隧洞，隧洞出口底高程为811m，纵坡 为0.015。 隧洞洞身断面为6m8m，衬砌厚0.6m。 隧洞出口接消力 池，池长51m，宽16m，深9m。排沙洞布置在拦河坝左岸，进口靠近输水洞布置，排沙洞进 口采用有压短管，后接无压洞身，洞身为圆拱直墙型式断面，进口底高程820m，进水闸设一道弧形工作门和一道平板检修门。 出口 底高程810m，洞宽4.2m，高5.5m，总长496m，纵坡为0.02。发 电 输 水洞位于拦河坝左岸 ， 水平投影总长度为 391m，由进水口和引水隧 洞 组 成 。进 水 口 距 大 坝 左 坝 头 120m，为 塔式 进 水 口 ，进 口 底 高 程 为852m，设 有 拦 污 栅 1道 、取 水 闸 门 1道及 事 故 钢 闸 门1道 。 洞身为圆形有压隧洞 ，由 上 平 洞 、斜 洞 和 下 平 洞 组 成 ，隧洞出口底高程为811m。 隧洞开挖直径为2.8m，衬 后 直 径 为2m（其中出口段钢板内衬段直径为1.5m）。 隧 洞 出 口接 压 力 钢 管 ，经岔管进入主厂房 。厂址位于清水河的左岸 ，为引水式地面厂房 。 厂 内 布 置3 台卧式水轮发电机组 ，每 台 装 机500kw。 水库管理处布置在拦 河 坝 下 游 ，河 道 右 侧 。3.2 朝天洼坝址根据坝型比较结果 ，朝天洼坝址粘土心墙坝坝型最优 。 枢 纽工程主要建筑物由拦河坝 、溢 洪 道 、泄 洪 洞 、发 电 输 水 隧 洞 及 电 站 组 成 。拦 河 坝 坝 型 采用粘土心墙坝 ，坝 顶 高 程894.8m，坝 基 最 低 高 程 为 835m，最 大 坝 高 为 59.8m， 防 浪 墙 顶 高 程 896m， 坝 顶 长 度 为 1017m，宽 10m，上 游 坡 比 12.25、12.5、12.75、13，下 游 坝坡 为12、12.25、12.5、12.75。溢洪道布置在拦 河 坝 左 岸 ， 为 开 敞 式 ， 净 宽 56m， 分 7 孔 ，每 孔 净 宽 8m，堰 顶 高 程 为 886m，溢 流 堰 体 型 为 b型 驼 峰 堰 ，堰 顶设弧形钢闸门挡水 ，下泄水流采用挑流消能 。泄洪洞位于拦 河 坝 右 岸 ，水平投影总长度为429.5m（至 隧 洞 出 口 ），由 进 水 口 、引水隧洞和出口 消 力池组成 。 进 水 口 距 大坝 右 坝 头170m，为 塔 式 进 水 口 ，进 口 底 高 程 为864m，设 有 工 作 闸 门1道及事故检修钢闸门1道 。 进 水 口 （渐 变 段 末 ）至 隧 洞 出 口 长 为 400m（水 平 投 影 长 度 ）， 为城门洞形无压隧洞 ， 隧 洞 出 口 底 高 程 为855m，纵 坡 为0.0225。 隧洞洞身断面为6m8m，衬 砌 厚0.6m。 隧洞出口接消力池 ，池 长51m，宽16m，深9m。 消 力 池 后 接 尾 水 渠 。排 沙 洞 位于拦河坝左岸 ， 水平投影总长度为 580m （ 至 隧 洞 出 口 ）， 由进水口和引水隧洞组成 。 进 水口距大坝左坝头 230m，为 塔 式 进 水 口 ，进 口 底 高 程 为 843m，设 有 工 作 闸 门 1道 及 事 故 钢 闸 门1道 。 进 水 口 （渐 变 段 末 ）至隧洞出口长为 550m（水 平 投 影 长 度 ）， 为 城 门 洞 形 无 压 隧 洞 ， 隧洞出口底高 程 为835m。 隧洞洞身断面为 4.2m5.5m，衬 砌 厚 0.6m，隧 洞 出 口 接消 力 池 ，池 长42m，深7.3m。发电输水洞位于拦河坝左岸 ， 水平投影总长度为 479m（至 隧 洞 出 口 ），由进水口和引水隧洞 组 成 。 进水口距大坝左坝 头210m，为 塔 式 进 水 口 ，进 口 底 高 程 为876m，设 有 拦 污 栅1道 、取 水 闸 门1道及事故钢闸门1道 。 进 水 口 （渐 变 段 末 ）至 隧 洞 出朝天洼坝址朝天洼坝址在朝天洼村西 300m处 ，距 离 张 家 口 市 6.5km。 河 谷 宽 度 870m，河 底 高 程 834858m。 覆 盖 层 厚 度 6.323.8m， 其 中 砂 壤 土 厚 度113m，宽 度520m,卵 石 层 厚 度518m，分 布 宽 度 约750m。坝基全风化岩岩性 为火山角砾岩及流纹岩 ， 厚 度 1.42.9m，已 发 生 强 蚀 变 ，强 度 低 ，力 学 性 质 差 。 强 风 化 岩 厚 度0.531m，下 限 埋 深13.352m，岩 体 较 破 碎 ，完 整 性 较 差 ，节 理 普 遍发 育 ，属类 ，强风化岩体中存 在不利于坝 基及坝肩稳定的软 弱 结 构 面 ，抗 滑 、抗变形性能较差 ，如 果 作 为混凝土重力坝地 基 ，表 层 宜 挖 除 ，深层应进行加 固 补 强 处 理 。 河床弱风化岩厚 度 大 于 63.7m，岩 体 多 较 完 整 ，局 部 破 碎 ，节 理裂隙不甚发育 ， 属类 岩 体 。左坝肩岩体主要为粗面岩 及 火 山 角 砾 岩 ，岩 体 较 破 碎 ，强 度 较 低 ，节 理 较 发 育 ，完 整 性 及 稳 定 性 较 差 。 火山角砾岩与粗 面岩呈不整合接触关系 ， 接 触 带岩体较为软弱 ， 力 学 性 质 较2.2左 坝 肩 级 阶 地 上 覆 卵石层厚度一般 13m，差 。分 布 高 程872888m，低于正常蓄水位 ，具 强 透 水 性 。 卵 石层上覆黄土状 壤 土 ， 厚 度 228.3m， 底 板 高 程 875900m， 主要分布在河道左 岸 山 体 顶 面 ，分 布 广 泛 。右坝肩岩体为粗面岩 、流 纹 岩 ，完 整 性 较 好 ，强 度 较 高 ，结 构分类属次块状结构 ，力 学 性 质 较 好 ；有 两 组 节 理 较 发 育 ，多 呈 闭 合 状 态 ，贯 通 性 较 差 ；压水试验成果表明 ，岩 体 多 具 有 弱 透 水 性 ，透 水 性 较 差 。考虑到坝基覆盖层厚度大 ，弱风化岩埋深大且局部破碎 ，适宜修建当地材料坝 。3建筑物布置比选3.1孤石坝址根据坝型比较结果 ，孤石坝址粘土心墙坝坝型最优 。 枢 纽 工程主要建筑物由拦河坝 、溢 洪 道 、泄 洪 洞 、发电输水洞及电 站 厂 房 组 成 。拦河坝坝型采用粘土心 墙 坝 ，坝 顶 高 程 872m，坝 基 最 低 高 程813m， 最 大 坝 高59m， 防 浪 墙 顶 高 程873.2m， 坝 顶 长 度810m，宽10m，上 游 坡 比12.25、12.5、12.75、13，下 游 坝 坡 为 1:水 科学与工程技术 82 张 鹤 云 ：乌拉哈达水库坝址选择分析 2010 年 第 2 期口 长 为469m（水 平 投 影 长 度 ），为圆形有压隧洞 ，由 上 平 洞 、斜洞和下平洞组成 ，隧洞出口底高 程 为837.8m。 隧洞开挖直径为 2.8m， 衬 后 直 径 为 2m （ 其中出口段钢 板内衬段直径为 1.5m）。隧洞出口接压力钢管 ，经岔管进入主厂房 。厂址位于清水河的左岸 ，为引水式地面厂房 。 厂 内 布 置3 台卧式水轮发电机组 ，每 台 装 机500kw。 水库管理处布置在拦 河 坝 下 游 ，河 道 右 侧 。表1 朝 天 洼 坝 址 、孤石坝址粘土心墙坝坝型综合比较表 项目孤石坝址上坝 线朝天洼坝址 正 常 蓄 水 位/m设 计 洪 水 位 （p=1%）/m校 核 洪 水 位 （p=0.1%）/m总 库 容/亿m3865865.65869.391.36890890.23893.671.33河 谷 宽 度/m坝 型最 大 坝 高/m坝 顶 长 度/m600粘 土 心 墙 坝59818870粘 土 心 墙 坝59.81017大坝土 石 方 开 挖/万m393606102.537.812.5417601.450011269113733.614.9375382.07004施工条件比选两坝址地形条件相近 ，河 谷 形 状 相 似 。 结 合 拦 河 坝 、泄 洪砂 石 料 填 筑/万m3心 墙 粘 土 填 筑/万m3反 滤 料 填 筑/万m3干 砌 石 填 筑/万m3拦 河 坝洞 、排沙洞的布置情况 ，均 采 用 分 期 导 流 ，即 一期工程利用束 窄 的 河 床 导 流 ，进行右岸坝段及 隧 洞 施 工 ；二期工程利用 排 沙 洞 导 流 ，进行左岸坝段施工 。两 坝 址 处 沿 河右岸均有张家口市至崇礼的县级公路通 过 ，对外交通十分方便 。工程主要外购建筑材料从 张 家 口 市 采 购 ，砂 石 料 、土 料 由 料 场 开 采 获 得 ，工 程 用 水 在 河 滩 打 井 取 水 ，施工用电从高家营 镇 通 过35kv线 路引至施工现场变电所 ，施工通讯与张家 口 市 电 信 网 络 联 网 。 两坝址施工条件相当 。3灌 浆/m钢 筋 混 凝 土/万m3钢 筋 制 安/t土 石 方 开 挖/万m3砂 石 料 回 填/万m3灌 浆/m3钢 筋 混 凝 土/万m3钢 筋 制 安/t3024.065316.532312104.381956.43111主 要 工 程 量溢 洪 道土 石 方 开 挖/m3钢 筋 混 凝 土/m3钢 筋 制 安/t307005242932164191856258402164泄 洪 洞土 石 方 开 挖/m3钢 筋 混 凝 土/m3钢 筋 制 安/t7766814460182692003197541826排 沙 洞5专项设施移民占地补偿比选土 石 方 开 挖/m3钢 筋 混 凝 土/m3钢 筋 制 安/t158098089318146967544318发 电 洞根据水库淹没各专项工 程 现 状 ， 专项恢复工程主要涉及 电 力 工 程 、通 信 工 程 、有 线 电 视 工 程 、乌拉哈达净水厂工程 、公 路工程和军事工程 。 朝天洼坝址有利于移民安置 ，移 民 安 置 在 坝址下游至市区段 ，有利于群众生产生活 。 孤石坝址水库淹没 处理补偿总投资9.3亿 元 ，朝 天 洼 坝 址 为8.11亿 元 （按2009年 第1季度价格水平计算 ）。建 筑 工 程 投 资/万 元移 民 投 资/亿 元总 投 资 （静 态 ）/亿 元592819.315.23587908.1113.99粗 面 岩 体 之 上 ，该 层 性 质 不 良 ，稳 定 性 差 ，水库蓄水后易塌滑 ，占 据 水 库 库 容 。结 合 工 程 规 划 、地 形 地 质 条 件 、枢 纽 布 置 、施 工 条 件 、对 专 项 设 施 的 影 响 、移 民 占 地 补 偿 、环 境 影 响 、工 程量和投资等方 面综合技术经济分析比较 ，推荐朝天洼坝址 。6环境影响比选结语（1）张家口市上游清水河 上无控制性工程 ，清 水 河 是 张 家 口市的重要水源地 ， 在 水 资 源 十 分紧张的张家口修建乌拉哈 达水库是最好的选择 。（2）乌拉哈达水库建在清 水 河 干 流 上 ，既可解决城市防洪 问题又能满足城市供水需要 。（3）乌拉哈达水库坝址选 定 朝 天 洼 坝 址 ，距离张家口市约 6.5km，地质条件较为复杂 ，在 筑 坝 技 术 发 达 的 今 天 ，选 择 适 宜 的 坝 型 ，是 安 全 可 行 的 。参 考 文 献:1sl2742001，碾压式土石坝设计规范 s.2gb504872008，水利水电工程地质勘察规范 s.3林 昭.碾压式土石坝设计 m. 郑 州 ：黄河水利出版社 ， 2003.4 水