蘭州新區劉家井滯洪調蓄水庫布置探討

馬世剛

（甘肅惠澤水利水電工程建設有限公司，甘肅 蘭州 730030）

蘭州新區是甘肅對外開放的重要窗口和門戶，經河西走廊直通新疆，也是絲綢之路經濟帶和歐亞“大陸橋”的重要連接點。根據蘭州新區總體規劃、防洪專項規劃等相關資料，新區規劃了西防洪片區，流域面積170.8 km2，主要攔截、導排西防洪片區四眼井沙溝以及新區西側山洪，保護蘭州新區免受新區北部和西部山洪造成的災害。為提高蘭州新區城市防洪安全，逐步完善新區城市防洪體系，在規劃的西防洪片區滯洪區新建劉家井滯洪調蓄水庫，對新區西防洪片區排洪渠洪水進行蓄滯削峰，兼顧為蘭州新區精細化工產業園區供水，同時為新區現代農業在引大入秦工程冬季停水期和檢修期提供水源保障。

1 水庫工程概況

1.1 工程區概況

蘭州新區西排洪渠劉家井滯洪調蓄水庫工程規劃范圍北起引大東二干渠電灌一支渠，西至引大東二干渠電灌支渠，東臨劉家井村，南距引大東二干渠約250 m。工程區距蘭州新區公路里程36 km，距蘭州市公路里程106 km。工程區范圍主要道路有省道S201、縣道X129、引大東二干渠管理道路等，對外交通條件便利。

1.2 地質條件

工程區位于秦王川盆地西沖洪積平原，調蓄水庫西距黃土丘陵區約400～500 m，西距長細溝約200～300 m，東沙溝從工程區場地中穿過。工程區總體地形平坦開闊，局部有砂坑、砂堆分布，地勢北高南低，地面高程2184～2160 m，地面縱坡約為13‰～15‰。工程區位于秦王川盆地西北部，出露的地層主要為第四系地層，巖性主要為全新統（Q43alp）沖洪積砂碎石、黃土狀土、粉細砂，厚約3～5 m；上更新統（Q3pl）洪積黃土狀土、碎石土、砂碎石，厚約15～22 m；中更新統（Q2pl）離石黃土，厚度大于10 m；調蓄水庫庫盆及壩基持力層主要為上更新統（Q3pl）洪積黃土狀土、砂碎石。

2 水庫庫址選擇

根據工程區地形地質條件，按照擬定的水庫庫址選擇原則，初步擬定在引大東二干渠南、北兩側各選擇1處庫址進行比選。

南庫方案布置范圍北起引大東二干渠，西至引大東二干十支渠，東臨上川鎮下古山村，南距新區北環路約4.5 km。項目占地68.2 hm2。

北庫方案布置范圍北起引大東二干電灌一支渠，西至引大東二干電灌分干渠，東臨劉家井村，南距引大東二干渠約250 m。項目占地93 hm2。

2.1 南庫方案水庫布置

水庫以引大東二干渠所引的大通河河水為水源，水庫總庫容為614萬m3，調節庫容586萬m3，其中蓄滯洪庫容303萬m3，汛限庫容179萬m3，死庫容28萬m3。工程主要由引水、水庫、供水、山洪治理4部分組成。

2.1.1 引水工程 引水渠首位于引大東二干渠樁號40+285處，進水口底板高程2167.50 m，閘墩頂高程2171.2 m，孔口尺寸為1.5 m×1.0 m（b×h），設計引水流量3.39 m3/s，引水渠渠線長100 m，進水閘之后采用明流箱涵引水，引水方式為自流引水。

2.1.2 水庫工程 水庫工程有大壩和泄洪工程組成。水庫為半挖半填的圍堤土石壩，全庫盆采用復合土工膜防滲，圍堤壩軸線長3.16 km，壩頂高程2169.50 m，最大壩高12.2 m，壩頂寬度6.0 m，上游壩坡1∶3，下游壩坡1∶2，庫底高程2157.3 m，水庫最大蓄水深度10 m。泄洪渠布置在圍壩南側原排洪溝道以東約40 m處，由泄洪箱涵、泄洪閘和泄洪渠組成。泄洪箱涵分別布置于泄洪閘前后，為C25砼矩形箱涵。泄洪閘閘室段長為10 m，閘頂高程2169.50 m，閘底高程2162.00 m，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m（b×h）。閘后經箱涵、明渠和漸變段，與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庫圍壩的東南側，供水口高程為2158.00 m，采用鋼管引水，管徑為1.5 m，供水管道采用壩下埋管布置方式。供水管線長115 m，管道在水庫壩后布置控制閥，控制閥后管道一分為二，其中一條管道向精細化工片區供水，供水流量0.235 m3/s；另一條管道向現代農業片區供水，供水流量1.164 m3/s。

2.1.4 山洪防治工程 山洪防治工程由攔砂壩、導洪堤、引洪渠3部分組成。攔砂壩位于引大東二干渠樁號40+469.04—40+509.04段排洪渡槽以北，西排洪渠K7+900.615樁號處，最大壩高3.8 m，壩頂高程2172.30 m，壩頂長度70 m，為混凝土透水壩段。攔砂壩之后經20 m漸變段與引洪渠相接，引洪渠長145 m，為格賓塊石籠襯砌的梯形渠，渠道縱坡1/500，之后接引洪箱涵，箱涵出口與一級消力池相接，然后經C25砼矩形引洪渠，與二級消力池相接并入庫。

2.2 北庫方案水庫布置

水庫以引大東二干渠所引的大通河河水為水源，水庫總庫容為614萬m3，調節庫容586萬m3，其中蓄滯洪庫容303萬m3，汛限庫容179萬m3，死庫容28萬m3。工程主要由引水、水庫、供水及山洪治理等組成。

2.2.1 引水工程 引水工程主要建筑物由引水渠首、泵站、引水管道等組成。引水渠首位于引大東二干渠樁號39+685處，分別在渠道南、北兩側各設置1座分水口，其中北側分水口為泵站分水口，南側分水口為直供分水口。泵站分水閘之后接泵站前池，經泵站提水，將735萬m3冬季和檢修期所需水量提至水庫，引水方式為泵站加壓提水。直供分水閘之后接調節池，在東二干供水期為精細化工和現代設施農業供水，引水方式為自流。泵站最大引用流量2.36 m3/s，最小引用流量0.45 m3/s，引水泵站最大總揚程18.98 m。水泵型式選定為臥式雙吸離心泵，單機提水流量0.585 m3/s，設計工況運行時4臺工作，1臺備用，水泵機組選用變頻調節泵。泵站前池最高運行水位2169.96 m，正常運行水位2169.85 m，最低運行水位2169.26 m。前池頂高程2171.00 m，池底高程2166.46 m，前池管中心高程2167.46 m，前池尺寸為13.0 m×6.0 m×4.5 m（長×寬×高）。泵房建基高程2165.66 m，主廠房布置5臺水泵，成“一”字形布置，水泵機組間距5.1 m，主廠房尺寸27.2 m×8.6 m×13.24 m（長×寬×高），采用矩形干室型泵房，主廠房上、下游墻設有交通和巡檢平臺。安裝間布置于主廠房右側，安裝間尺寸7.8 m×8.6 m×7.9 m（長×寬×高）。副廠房布設于安裝間右側，副廠房尺寸7.1 m×8.6 m×5.5 m（長×寬×高）。引水管道出廠房后，1#、2#支管以及4#、5#支管分別經岔管合二為一，在廠后12.2 m處經三岔管合為單管，支管管徑DN 600，總管管徑DN 1200，管道長度166.3 m。管道在133 m處沿下游壩坡上升至2186.50 m，經出水池、陡坡、消力池入庫。

2.2.2 水庫工程 水庫工程主要由大壩和放空泄洪等建筑物組成。水庫大壩為半挖半填圍堤土石壩，全庫盆采用復合土工膜防滲，圍堤壩軸線長3.34 km，壩頂高程2189.00 m，最大壩高15.5 m，壩頂寬度6.0 m，上游壩坡為1∶3，下游壩坡1∶1.5。最大蓄水深度10.3 m，在引水、引洪渠入庫部位周圍布置消能防沖措施。在庫尾原排洪溝道西側10 m處布置放空泄洪渠，放空泄洪渠泄放流量為36 m3/s，建筑物軸線長174.50 m，由箱涵，放空泄洪閘以及明渠段組成。閘前箱涵斷面為3.0 m×3.0 m（b×h），長20.65 m。放空泄洪閘孔口尺寸為2.2 m×2.2 m（b×h），閘頂高程2189.00 m，閘底高程2174.50 m，設工作和檢修2道門槽，閘室段長為13 m。放空泄洪閘閘后采用下挖式消力池消能，閘底板與消力池之間通過1∶4斜坡連接，消力池總長29.30 m，池寬5.0 m，池深1.5 m，為封閉式消力池，消力池后接縱坡為1/500矩形箱涵，箱涵斷面為5.0 m×4.0 m（b×h），長13.4 m。閘后箱涵之后經10 m漸變段與泄洪明渠相接，泄洪明渠長76.9 m，在距離下游壩坡20 m范圍，泄洪明渠縱坡為1/500，渠道為底寬2.5 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用C25砼襯砌。之后56.9 m渠道縱坡為1/400，渠道為底寬6.5 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m的梯形明渠，采用格賓塊石籠襯砌，最后經1∶7.28陡坡與西排洪渠K8+830.643樁號相接。

2.2.3 供水工程 供水工程由1#和2#兩條供水管道組成，其中1#供水管道為直供供水管，2#供水管道為水庫調蓄供水管道。供水管道向精細化工片區供水流量為0.235 m3/s；向現代農業片區供水流量為1.164 m3/s，總供水流量為1.399 m3/s。1#供水管道布置在引大東二干渠南側，管線長7.0 m。從調節池取水，管道進口高程為2167.50 m，采用鋼管引水，管徑為1.5 m，供水管道采用溝埋布置方式，在0+007.00 m樁號處與2#供水管道相接，并設置控制、分水閥門井。2#供水管道布置在泵站東側，管線長300 m。從水庫取水，管道進口高程為2171.5 m，采用鋼管引水，管徑為1.0 m，供水管道首段采用壩下埋管布置方式，穿越水庫大壩后采用溝埋布置方式，橫穿引大東二干渠后，在東二干南側與1#供水管道相接。

2.2.4 山洪防治工程 山洪防治工程由導洪堤、集石坑、引洪渠、消力池3部分組成。導洪堤與西排洪渠k7+660.015樁號相接，由東、西2條導洪堤組成，東、西導洪堤長分別為253.4 m和276.4 m。導洪堤自電灌一支渠起，至集石坑結束，由棄渣料填筑，堤頂高程2188.00 m，堤頂寬3 m，邊坡1∶1.5，迎水側坡面采用格賓塊石籠防護。集石坑位于引大東二干渠電灌一支渠排洪渡槽以南約221.60 m處，集石坑最大寬度64.5 m，長35.0 m，坑底高程2181.20 m，最大深度3.0 m，集石坑上游邊坡1∶3，下游、左、右側邊坡均為1∶1.5，邊坡及坑底均采用格賓塊石籠襯砌。集石坑后接93.3 m引洪渠，其中引洪渠45.3 m采用格賓襯砌的梯形渠，縱坡1/400，底寬60 m，邊坡1∶1.5，渠深3.20 m。引洪渠48.0 m采用C25砼襯砌的梯形渠，縱坡1/500，底寬50 m，邊坡1∶1.5，渠深2.55 m，之后經箱涵、臺階式陡坡與庫底消力池相接。臺階式陡坡段長42.7 m，綜合坡比1∶3，陡坡采用C30砼襯砌。消力池池寬50 m，池長30 m，池深3.0 m，消力池池底高程2170.50 m，池頂高程2173.50 m。消力池底板及邊墻均采用C30砼襯砌。

3 庫址比選

從地形條件分析，南庫庫址地面高程較低，可滿足引大東二干渠向水庫自流引水。北庫庫址由于地面高程較高，若向水庫自流引水，水庫工程開挖量大，工程投資較高；若采用泵站提水方案向水庫引水，則工程運行成本較高。

從地質條件分析，兩庫址水庫持力層主要為上更新統（Q3pl）洪積砂碎石，結構密實，具有較高的承載能力，均能滿足調蓄水庫工程建設要求。

從工程布置和施工條件分析，南庫方案工程及建筑物的布置相對簡單，工程施工干擾相對較小。

從占地移民分析，兩庫址占地面積均較大，但南庫庫址區全部為基本農田，土地征用難度大。北庫庫址范圍為西排洪渠滯洪區，且土地屬性由當地政府國土部門進行了置換，為非基本農田。

從工程管理條件分析，南庫方案工程引水、供水均滿足自流條件，建筑物布置相對集中，工程運行管理簡單。北庫方案建筑物布置較為分散，工程建設和運行成本較高。

從工程投資分析，南庫方案工程投資較北庫方案節省2672.86萬元。南、北庫方案工程量及投資比較如表1所示。

表1 南、北方案庫址工程量及投資比較

經以上技術經濟條件綜合分析比較，根據國家的土地管理政策，基本農田征用難度大，同時考慮北庫較南庫方案工程投資增加相對較少，因此本次設計水庫庫址初步選定為北庫方案。

4 結論

根據工程區地質條件，按照水庫庫址選擇原則，統籌考慮引水工程、水庫工程、供水工程、山洪防治工程，在引大東二干渠南、北兩側分別擬定了不同的2套水庫布置方案。從地質條件、工程布置和施工條件、占地移民、工程管理條件、工程投資等多方面、多角度分析并比選2項方案，北庫方案優于南庫方案。因此，推薦蘭州新區劉家井滯洪調蓄水庫工程選定北庫布置方案。