昭通市巧家县水库及其水系连通方案研究

昭通市巧家县水库及其水系连通方案研究

邓国林1  张宏斌2  张万银3   

（昭通市水利水电勘测设计研究院 云南 昭通 657000）

摘要：昭通市巧家县水资源主要存在地域分布不均，水量调蓄供水能力不足，水资源综合利用困难等问题。为达到优化水资源配置，增加炉房水库供水量，从而改善和增加巧家县最为干旱缺水的金沙江右岸炉房乡、蒙姑镇、金塘镇灌溉和人畜饮水困难的实际状况，让巧家可以脱贫致富，促进经济发展，更促进三个乡镇的农业发展，当务之急是解决灌溉问题，通过综合分析研究，适时提出了巧家县小空山水库、小海子水库至炉房水库水系连通工程。使得三个水库水资源重新再分配，二次在配置。全面提升区域有限水资源综合利用率及供水保证率，并对3库相互连通引调水方案进行了比选与设计。可为其他类似地区水库、水系等相互连通工程建设提供参考。

关键词：水资源；水库；水系连通；技术方案；设计

1、项目区水资源分布及水利工程现状

小空山水库、小海子水库至炉房水库水系连通工程受益区主要涉及马树、老店、崇溪、蒙姑、金塘5个镇和包谷垴、炉房2个乡，项目区主要位处干热河谷（海拔500～1500m）和二半山区（海拔1500～2000m）（海拔2000～2500m为高二半山区，海拔超过2500m以上为高寒冷凉山区，下同），各乡镇简介如下。

马树镇：地处马树河上游二半山区，是小海子水库所在地及其设计灌区。地处县城东南边，距县城69km。辖8个村委会，人口0.82万户3.5万人，国土面积291.2km²。耕地面积9.0万亩，林地25.1万亩，主要种植马铃薯、玉米、荞麦等农作物。

老店镇：位于牛栏江干热河谷和二半山区，为小海子水库设计灌区。地处县城东边，距县城75km。辖17个村委会，人口1.5万户5.7万人，国土面积426.82km²，耕地面积10.3万亩，主要种植水稻、马铃薯、玉米、荞麦、烤烟等农作物。

崇溪镇：位于马树河中下游干热河谷和二半山区，为小海子水库设计灌区。地处县城东南方，距县城62km。国土面积245.2km²，辖12个村委会，人口0.95万户3.9万人，适合种植水稻、烤烟、玉米、荞麦等农作物。耕地面积3.26万亩，林地20.23万亩，共有经济林果地2060亩。

蒙姑镇：位于金沙江和以礼河干热河谷和二半山区，为炉房水库设计灌区。位于县城南面，距县城48km。辖7个村委会，人口0.35万户1.8万人，国土面积124.17km²，耕地面积1.9万亩，主要种植水稻、玉米、红薯、马铃薯、烤烟、甘蔗，盛产石榴、香蕉，特产小碗红糖。

金塘镇：位于金沙江和以礼河干热河谷和二半山区，为炉房水库设计灌区。地处金沙江河谷，位于巧家县城南19km，国土面积124.6km²，耕地面积1.59万亩，海拔670-2260m，辖7个村委会，103个村民小组，人口3886户1.57万人。气候炎热干燥，常年干旱缺水，西部阳坡，立体气候显著，属典型的亚热带干热河谷区，适合种植水稻、烤烟、玉米、甘蔗、热带水果等农作物。

包谷垴乡：位于牛栏江干热河谷和二半山区，为小海子水库设计灌区。地处县城东边，距县城145km。辖8个村委会，人口0.57万户2.5万人，国土面积281.7km²，耕地面积2.1万亩，林地5.5万亩，主要种植水稻、马铃薯、玉米、荞麦、烤烟等农作物。

炉房乡：位于以礼河干热河谷和二半山区，为炉房水库所在地及其设计灌区。位于县城东南面，距县城68km。辖6个村委会，人口0.43万户2.2万人，国土面积131.36km²，耕地面积2.1万亩，主要种植水稻、马铃薯、玉米、荞麦、烤烟等农作物。

巧家县境内的水资源总量16.694亿m³，流经县境的金沙江、牛栏江虽然水资源丰富，但江低田高，难于作为农业生产用水开发利用。已建成中型水库3座：炉房水库（总库容1860万m³），长海水库总库容1100万m³，小海子水库总库容3156.9万m³。小(1)型水库2座，总库容490万m³；小(2)型水库5座，总库容86万m³。提水站均建在金沙江岸，水源为金沙江河水，提水站20座，总装机1365kW，年供水量57.9万m³，主要用于抗旱，灌溉农田0.3万亩。已建成9座水库总库容3600万m³、正常蓄水位相应库容2600万m³，小塘坝43座，水池562个，引水渠538件3690km，供水管网442km、水窖34368口，初步形成了以中小型水库为支点、沟渠管网为脉络、地窖为补充的水利网络。

2、水系连通工程方案比选

巧家县小空山水库、小海子水库至炉房水库水系连通工程（简称水系连通工程）包括小海子水库至炉房水库调水工程和小空山水库至炉房水库调水工程，工程主要任务是灌溉和农村生活供水。

2.1 小海子水库至炉房水库调水工程方案比较

草皮地隧洞进口布置于小海子水库库区尾段左支流文家沟与干流交汇口附近的左岸山脊处（铜厂沟大桥附近），进口底板高程2522.000m

，洞身段比降1/1000。

小海子水库位于炉房水库以北。小海子水库位于马树河上游，属多年调节水库，设计总库容3156.9万m³，校核洪水位为2539.94m。炉房水库位于炉房沟上游，属多年调节水库，设计总库容1860万m³，校核洪水位为2428.524m（高程系统以小海子水库高程为准）。两水库径流区的分水岒高程约为2650～2840m，不能用明渠连通，只能采用隧洞连通。

根据小海子水库的规模及炉房水库高程，结合当地的地形和地质情况，通过现场勘测，针对小海子水库至炉房水库水系连通工程的建筑物选择了四个方案进行了比选。

1、方案一

水系连通工程采用铜厂沟隧洞连通，轴线布置为直线，隧洞进口布置于小海子水库库区尾段左支流文家沟与干流交汇口附近的左岸山脊处（铜厂沟大桥附近），距小海子水库坝址大约2.8km。引水穿过草皮地村后至斗伍村附近进入炉房水库径流区，隧洞出口布置于炉房水库径流区斗伍村附近炉房沟上游支流地湾子沟。然后自流入炉房水库，隧洞全长5.829km，其中洞身长5.8km。进口高程2522.000m，出口高程2516.200m。分别在里程输1+490.000和输3+204.000位置设置施工支洞，支洞分别长106m和133m。

2、方案二

水系连通工程采用草皮地隧洞连通，轴线布置为折线，隧洞进口布置于小海子水库库区尾段左支流文家沟与干流交汇口附近的左岸山脊处（铜厂沟大桥附近），距小海子水库坝址大约2.8km。转点距离隧洞进口为991.945m，转点位于小箐村庄附近，距离大约为450m。隧洞出口布置于炉房水库径流区斗伍村附近炉房沟上游支流地湾子沟。然后自流入炉房水库，隧洞全长6.309km，其中洞身长6.28km，进口高程2522.000m，出口高程2515.720m。分别在里程输1+851.651和输4+032.330位置设置施工支洞，支洞分别长138m和252m。

3、方案三

水系连通工程采用兰家冲隧洞连通，轴线布置为折线，隧洞进口布置于小海子水库库区尾段右岸山脊处，距小海子水库坝址大约2.1km。转点距离隧洞进口为850m，引水穿过兰家冲、旦家村后至化桃箐附近进入炉房水库径流区，隧洞出口布置于炉房水库径流区炉房沟上游化桃箐沟附近。然后自流入炉房水库，隧洞全长6.929km，其中洞身长6.9km。进口高程2522.000m，出口高程2515.100m。分别在里程输1+875.524和输3+796.830位置设置施工支洞，支洞分别长44m和77m。

4、方案四

水系连通工程采用何家村隧洞连通，轴线布置为直线，隧洞进口布置于小海子水库坝址输水隧洞出口下游，距输水隧洞出口约160m，进口需设置引水渠道。引水穿过何家村、卯家沟后至化桃箐附近进入炉房水库径流区，隧洞出口布置于炉房水库径流区炉房沟上游化桃箐沟附近。然后自流入炉房水库，隧洞全长8.329km，其中洞身长8.3km。进口高程2478.000m，出口高程2469.700m。分别在里程输1+712.864和输5+236.360位置设置施工支洞，支洞分别长275m和222m。

2.2 方案选择

根据小海子水库的规模及炉房水库正常蓄水位高程，结合当地的地形和地质情况，通过现场勘测，针对小海子水库至炉房水库水系连通工程的建筑物选择了四个方案进行了比选。

方案一(铜厂沟隧洞)：隧洞轴线布置为直线，隧洞进口布置于小海子水库库尾左岸铜厂沟大桥下游，隧洞出口布置于炉房水库径流区斗伍村附近的冲沟旁，交通方便。该隧洞轴线是四个方案中洞身段最短的，但该隧洞轴线在剖面平距0m～1209m基本沿小海子水库左岸布置，该段地下水活动强烈，隧洞围岩为强风化，岩体柱状节理裂隙发育，受地下水影响较大，隧洞掘进过程中存在突水的不良地质现象；其中桩号输1+152.000～输1+744.000段地表穿过巧家县马树镇希望小学、潘家沟下游及草皮地村，人员密集，房屋较多，隧洞埋深20～88m，轴线经过希望小学的位置埋深为40m，隧洞开挖对地表居民住房影响极大，掘进过程中严重影响草皮地村及潘家沟村居民的生命财产及生产生活。并且桩号输1+465.000段经过潘家沟浅埋段，最浅处地表距洞顶仅为20m，沟内跨度较长，水流为四季常流水，经过此沟容易冒顶和隧洞涌水，隧洞施工也存在严重的施工安全问题。综上所述，建议避让村庄居民点及过沟浅埋段。

方案二（草皮地隧洞）：该隧洞轴线布置为折线，该方案轴线布置沿途避开希望小学及方案一中提到的村庄居民点及过沟浅埋段。草皮地隧洞进口布置于小海子水库库尾左岸铜厂沟大桥下游，隧洞出口布置于炉房水库径流区斗伍村附近的冲沟旁，交通方便。转点位于小箐村庄附近，距离大约为450m，隧洞经过潘家沟处埋深为40m左右，在剖面距离1577m处，隧洞轴线经过居民房屋，该处隧洞埋深99.5m，隧洞开挖短进尺、小药量爆破掘进，对居民房屋影响较小；剖面距离

2035m处，隧洞轴线左上方坐落潘家沟村，最近居民点距离隧洞轴线平距为87.5m、高差为45.5m、斜距为98.6m，隧洞开挖短进尺、小药量爆破掘进，对居民房屋影响较小。

方案三（兰家冲隧洞）：该隧洞轴线布置为折线，隧洞进口位于小海子水库库区右岸，隧洞出口位于炉房水库径流区炉房沟上游化桃箐附近，但是隧洞进口交通极为困难，需从铜厂沟村绕行并需新建约0.8km的施工进场道路，征地范围大，大部分为林区。其中桩号输2+774.000、输3+954.000、输5+474.000段地表穿过兰家冲、旦家村、卯家沟三处村庄，地势低洼，房屋密集，隧洞埋深20～70m。居民房屋密集，隧洞开挖对地表居民住房影响极大。桩号输3+282.000～输3+292.000段经过埋深最浅，最浅处地表距洞顶仅为25m，围岩第四系冲洪积层较厚，地表为冲沟，水流为四季常流水，流量较大，施工时冒顶或遇涌水可能性较大。

方案四（何家村隧洞）：该隧洞轴线布置为直线，隧洞进口位于小海子水库导流隧洞出口下游，隧洞出口位于炉房水库径流区炉房沟上游化桃箐附近，该方案需从小海子水库隧洞出口接明渠连接调水隧洞进口，取水容易控制，但是隧洞进口交通较困难，需从大坝坝脚绕过。该隧洞轴线最长，经过冲沟和村庄较多，其中桩号输5+568.000、输6+800.000段地表穿过何家村、卯家沟，两处村庄地势低洼，人员密集，房屋较多，隧洞埋深80～90m。隧洞开挖对地表居民住房影响大。桩号输4+888.000～输4+898.000段经过大冲沟，埋深约30m～50m，最浅处地表距洞顶仅为40m，且冲沟跨度长，水流为四季常流水，流量较大，围岩第四系冲洪积层较厚，施工时冒顶或遇涌水可能性较大。

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各方案比较见下表1：

表1方案比较表

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综上所述，方案一，隧洞距离最短，施工难度相对较小，工期较短，节约投资。但穿过地表段，相对其他方案隧洞埋深最浅。隧洞开挖对学校和村庄影响极大。方案三，取水比较方便，但是隧洞进口交通极为困难，需从铜厂沟村绕过，施工不便，且征地范围大，大部分为林区。方案四，取水、施工比较方便，但是隧洞进口交通较为困难，需从小海子水库坝后绕过，且该隧洞轴线距离最长，施工工期长,难度大。

经比较，方案一、三、四沿途均穿过村庄等人员密集地，隧洞施工爆破对地表构筑物影响较大，且隧洞经过沿线低洼冲沟，埋深较浅，隧洞施工容易冒顶和涌水，因此建议避让。方案二，隧洞距离适中，沿途避开村庄等人员密集地，隧洞所经过潘家沟处埋深为40m左右，隧洞爆破开挖，对房屋影响较小，且支洞成洞条件较好，减轻施工难度，缩短工期。

2.3小空山水库至炉房水库调水工程方案比较

根据当地的地形和地质条件，调水工程进行了明渠绕线调水方案、管道调水方案和调水隧洞方案的比较：

1、明渠调水方案

取水明渠紧接小空山水库输水隧洞出口布置，按1/1000坡降沿等高线布置，即沿小空山沟左岸山坡绕线布置,设计流量1.1m3/s，渠道设计断面1.1m×1.3（宽×高），采用C25混凝土衬砌,衬砌厚度0.2m，渠道总长度3.9km。

2、管道调水方案

为保证管道取水水头需要，在输水隧洞出口新建进水池，管道在进水池取水，然后顺小空山后左岸山坡布置，设计流量1.1m3/s，根据计算管道内径大需1.0m，管道流速v=1.5m/s，管道总长度4.1km。

目前可采用的管材主要有：离心球墨铸铁管、预应力混凝土管、卫生级聚氯乙烯管（UPVC）、聚乙烯管（PE管）、螺旋钢管等。本工程主要对比了预应力混凝土管、球墨铸铁管及PE管三种管材进行了比选。

表2                  管材比较表

根据工程的具体情况，对技术、安全、施工、投资、工期等方面分析比选，

预应力混凝土管自身自重较大，本工程边坡非常陡峭，无法直接运输到施工工地，二次转运运输困难，开挖平台施工困难，开挖边坡非常大；球墨铸铁管同样存在自重较大，转运困难，开挖平台施工困难，开挖边坡非常大；由于本工程管道流量较大（1.1m3/s），初估管道管径为1m，大管径同等型号的管材，球墨铸铁管较PE便宜。经过综合分析管材方案并不具备优势。

3、隧洞调水方案

根据枢纽地形地质条件，调水隧洞位于大坝左岸下游100m左右处山体内。轴线在平面上呈直线布置，隧洞洞身长2471m，隧洞净空断面型式为1.7m×1.9m（宽×高）的180°圆拱直墙式城门洞型，导流输水（放空）隧洞至调水隧洞间新建70m明渠连接，断面型式为0.9m×1.1m矩形断面，采用C25钢筋混凝土衬砌。

4.方案比较：（1）渠道设计断面0.9m×1.1（宽×高），采用C25混凝土衬砌，衬砌厚度0.2m，渠道总长度3.9km。明渠方案沿线经过地段都为陡崖，开挖量十分大，开挖边坡过高，施工、运行维护难度极大，工程区植被覆盖差，高边坡开挖对水土保持影响非常不利，并且由于边坡过于陡峭，沿线为峻～悬坡地形，自然坡度55°～69°。沿线基岩出露，岩性为二迭系上统峨眉山组第四段致密状玄武岩、杏仁状玄武岩，渠道平台施工也极其困难，材料运输成本高，施工安全根本没有任何保证，明渠方案不可行；

（2）管道方案轴线比明渠方案高程低2m左右即可，轴线长度为4.1km，管道内径1m，沿线边坡陡峭，沿线为峻～悬坡地形，自然坡度55°～69°。沿线基岩出露，岩性为二迭系上统峨眉山组第四段致密状玄武岩、杏仁状玄武岩，管道平台与明渠方案一样施工困难，并且管道埋设所需槽挖宽度为1.6m（根据规范要求，管道单侧操作宽度不得低于30cm），深度为1.65m（15cm厚砂石垫层，管顶覆土不小于0.5m），槽挖工程量比明渠方案大近一倍；球墨铸铁管自重较大，运输不能直接到达安装现场，材料基本上需二次转运，出渣运输成本高，运输、施工安全根本不能得到有效保障，开挖后形成的高边坡不利于稳定，需加强支护措施，工程成本大，环境影响大，管道方案比明渠方案更具备优势。

（3）隧洞方案沿线经过的地层为二叠系上统峨眉山组第四段灰黄褐色杏仁状凝灰质玄武岩，地质情况良好，洞身基本处于Ⅲ类围岩内结构稳定，施工难度、施工安全，环境影响等较明渠方案和管道方案优。综上所述，推荐采用调水隧洞方案作为实施方案。

3、技术方案总体设计

3.1小海子水库至炉房水库技术方案

三库及其水系相互连通工程中小海子水库至炉房水库技术方案采用无压输水隧洞，小海子水库至炉房水库隧洞全长6.309km，进口布置于小海子水库库区尾段左支流文家沟与干流交汇口附近的左岸山脊处（铜厂沟大桥附近），出口布置于炉房水库径流区斗伍村附近的冲沟旁，轴线整体呈转弯布置。

隧洞进口处设钢筋混凝土取水竖井，顶端设置拦污栅。闸门前有压洞身段为直径2.2m的钢筋混凝土圆型断面,闸门后无压洞身段断面为2.2m×2.3m的钢筋混凝土城门洞型。隧洞由取水竖井段、有压洞身段、闸室段、无压洞身段、出口明渠段、泄槽和消力池段组成。

隧洞进口高程为2522.000m，洞口为竖井取水，桩号输

0+991.945～输1+001.021为隧洞转弯段，转弯半径10m。输1+851.651处设置1#支洞，长138m，输4+032.330处设置2#支洞，长252m。出口底板高程为2515.720m，全洞段坡比1/1000，断面按2.2m×2.3m城门洞型设计。

3.2小空山水库至炉房水库技术方案

方案由明渠及隧洞组成，总长2541m。

（1）明渠段：输水隧洞出口处分水，桩号调0-070～调0+000段长70m，明渠采用30cm厚C25混凝土衬砌，断面尺寸1.1×1.3m（宽×高），坡比i=1.5/1000。

（2）隧洞段：桩号调0+000～调2+469段长2469m为隧洞段，底坡i=1.5/1000，底板高程由2529.10m降到2525.4m，断面型式为1.7×1.9m（宽×高）的180°圆拱直墙城门洞型。洞身采用C25钢筋砼全断面衬砌。衬砌采用分段浇筑，分段长度为9.0m，缝内设置BW-Ⅱ止水条。

（3）出口段：出口段全长2m,桩号调2+469～调2+471段长2m，为出口明渠段，底坡i=1/10，断面尺寸为1.7m×1.1m（宽×高）渐变为2.0m×1.3m（宽×高）；采用C25钢筋混凝土衬砌。

4、结语

昭通市巧家县人均、亩均水资源量均处于全省偏多地区，但水资源时空分布严重不均，径流丰枯变化大，加上生态环境破坏，河道溪沟枯期径流少、甚至断流，山涧溪沟几乎是天干无水，大雨成山洪灾害，水资源没有得到合理开发利用，也严重制约着农业和农村经济的发展。炉房水库是一座以农业灌溉为主，兼顾农村人畜饮水等综合利用的中型水利工程。工程于1998年开工建设，至2010年炉房水库灌区基本建成，水利建设不仅让农民安心，村庄和谐，还让农民增收。灌区居民反映，在炉房水库修建前，生产生活用水从炉房河引水到鸡噜村灌溉区需要的时间较长，而修建了炉房水库之后，沟渠变成了三面光水泥渠，一个小时就可以到。以前因为灌溉用水无法保证，一亩地只能收四百斤黄姜，水库修好后，1亩地能增收200余斤。水库设计灌区炉房、蒙姑、金塘三乡镇已成为巧家县烤烟、蚕桑、甘蔗、生姜及反季蔬菜的重要生产基地，工程设计效益已全面发挥。

由于炉房水库灌区用水逐年增大，加之近年来巧家县干旱频发，炉房水库正常运行后从未蓄满（水库为多年调节水库），随着灌区用水量的增加，炉房水库灌区供需水矛盾日益突出，巧家县经多方寻找水源研究向炉房水库补水的可行性。最近几年巧家县又建设了文家大沟、施家大沟引水工程和小空山水库调水工程，汛期可向炉房水库补充径流量130.2万m³（其中小空山水库设计调水量90.4万m³，文家大沟、施家大沟设计调水量39.8万m³），但仍然满足不了灌区需水要求。

小空山水库、小海子水库至炉房水库水系连通工程的建设，可以新增炉房水库灌区灌溉面积1.15万亩，改善原有灌溉面积3.71万亩，基本解决巧家县最为干旱缺水的金沙江和以礼河干热河谷和二半山区灌溉和人畜饮水。水利基础设施建设是农村社会发展的基础，也是农村实现现代化和农民提高生活水平的基本条件，水利为社会经济持续稳定发展提供了重要保障，在全县经济社会发展中占举足轻重的作用。增强农业农村发展的抗灾能力，从根本上提高抵御各种自然灾害的能力。水系连通工程对灌区内广大人民群众抵御自然灾害、脱贫致富、发展经济增加收入等，具有很重要的意义。

巧家县三库连通工程方案的研究可为其他水库及其水系连通的工程建设提供较好的参照作用。

参考文献：

[1] 巧家县小空山水库、小海子水库至炉房水库水系连通工程初步设计报告[R]. 昭通市水利水电勘测设计研究院.2021.

[2] 张 斌.天水市张家川县水库及其水系连通方案研究 [J].甘肃水利水电技术 2018.

作者简介：邓国林，1987年，男，本科，工程师，主要从事水利工程设计规划等相关工作。

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