中小型水庫設計前期工作分析

侯 凱，謝加球

(1. 畢節市勘察設計研究院，貴州 畢節551700;2. 貴州中水建設管理股份有限公司，貴陽550002)

中小型水庫不僅在防洪、灌溉、供水、發電等方面發揮了效益，也為促進我國國民經濟發展，提高人民生活水平，保障社會穩定，改善生態環境做出巨大貢獻。

利用現階段科技技術，在詳細的地質資料及必要的工程技術條件下，對中小型水庫進行施工設計，保證工程施工質量和工程效益。

1 工程概況

岔河水庫灌溉工程位于大方縣西南面的高店鄉大山村境內岔河的梁子河河段上，所在水系為烏江流域六沖河水系白甫河支流一級支流岔河，水庫是以灌溉、農村人畜飲水為主，兼顧縣城供水等功能為一體的綜合性水庫工程。

壩址距縣城24 km，壩址控制集雨面積45.3 km2，多年平均徑流量2 169 萬m3。水庫正常蓄水位1 445.0 m，相應庫容970 萬m3，興利庫容715 萬m3，校 核 洪 水 位1447.94 m，總 庫 容1 124 萬m3。壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高67.1 m，工程等別為Ⅲ等，規模屬中型。

岔河水庫的主要任務是承擔大方鎮、高店鄉、小屯鄉3個鄉鎮11個村共1 333.33 萬hm2耕地灌溉，其中水田2 200 hm2，旱地600 hm2，P =80%灌溉用水量為652 萬m3; 解決灌區內12 887 人、2 800 頭 大牲畜、8 500 頭小牲畜的人畜飲水問題，年供水量60 萬m3; 向 縣 城 供 水1.88 萬m3/d，供 水 量686 萬m3/a。同時，水庫下放的生態環境水為207.8 萬m3/a。

2 水庫工程設計措施

2.1 水文設計

2.1.1 降雨量及流量分析

本階段選擇徐花屯水文站、大方氣象站作為岔河水庫水文計算主要參證站。徐花屯水文站不同長度系列的年平均流量為1.30 ～1.39 m3/s，大方氣象站不同長度年平均降水量為1078.2 ～1 120.8 mm。多年平均降水量為1 120.8 mm，流域內降水量年內極不均勻，豐水期降水量占全年降水量的比例均＞70%，降雨年內分配隨空間變化較小。

2.1.2 徑流計算

根據《貴州省地表水資源》查出岔河水庫所在流域的徑流系數ɑ =0.47，則多年平均徑流深Y =479.0 mm，岔河水庫壩址以上集雨面積45.3 km2，則壩址斷面多年平均徑流量為2 169 萬m3，多年平均流量0.69 m3/s。年徑流變差系數Cv =0.25，P =80%及P = 95% 來 水 量 分 別 為1 660.6 萬m3及1 325.2 萬m3，結合《貴州省河流枯水調查與統計分析成果》，確定岔河水庫最枯月平均枯水模數為3.5 L/s·km2，最枯月平均流量158 L/s，最枯日平均枯水模數為2.0 L/s·km2，最枯日平均流量90.6 L/s。

2.1.3 洪水設計

本洪水計算采用雨洪法和流量法，參照臨近流域水文站觀測數據，并結合洪水調查結果，綜合確定岔河水庫設計洪水，本案例介紹雨洪法。

根據《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》［1］規定，“雨洪法”計算公式為修訂1 式:

式中: Qp 為設計頻率P 的洪峰流量，m3/s; r1為匯流系數( r1=0.32) ; f 為流域形狀系數，0.17( L =16.4) ; J 為主河道坡降J =33‰; F 為流域集雨面積，45.3 km2; C 為洪峰徑流系數(0.617 ～0.894) 。

根據修訂1 式及岔河水庫壩址處流域幾何參數計算，得到岔河水庫壩址不同頻率設計洪水，計算成果見表1。

表1 岔河水庫洪水設計成果(雨洪法)

2.2 規模確定

2.2.1 用水量分析

2.2.1.1 灌溉用水需求

根據《貴州省農村人口人均半畝口糧田水利建設規劃》，規劃新建岔河水庫，作為近期實施的水源，主要解決灌區周邊農業灌溉面積0.13 萬hm2。灌區位于大方縣西南面，涉及大方鎮、高店鄉、小屯鄉3個鄉鎮，農作物以玉米、水稻、油菜、小麥、烤煙為主。

《大方縣國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》［2］明確指出，要加強農業基礎設施建設，繼續加強以農田水利為重點的農業基礎設施建設，大力改善農業生產條件。岔河水庫的興建將從根本上解決灌區農田灌溉問題，對促進當地農業生產發展，加快農村脫貧致富的步伐具有重要作用，因而新建本工程是非常迫切和必要的。

2.2.1.2 人畜飲水需求

灌區及供水系統沿途共涉及大方鎮、高店鄉、小屯鄉3個鄉鎮共18個村，人口總數53 746人。通過2006—2008年飲水安全工程的實施，總共解決了12 652人的飲水困難，根據《畢節地區“十一五”農村飲水安全總體規劃》、《畢節地區2010—2013年農村飲水安全規劃》，目前仍有約24 611人急需解決飲水安全問題。

對涉及的飲水不安全人口24 611人，其中11 724人飲水安全已作實施方案設計，即將實施，且水源未涉及岔河水庫。扣除已作設計即將實施部分，還剩12 887人飲水安全問題急需解決。另外，灌區內還有大牲畜2 800頭、小牲畜8 500頭用水急需解決。

2.2.1.3 縣城供水需求

根據畢節市城市總體規劃(2007—2025) 與大方縣縣城總體規劃修編( 2007—2025) ，到2025年，畢節中心城區將與大方縣城等連為一體，形成由12個城市片區組團組成，城區建設用地面積達99.9 km2、總人口100 萬人口的大城市。

根據修編的大方縣城總體規劃，大方縣城近期2015年，人口分布為老城區7 萬人、新鋪片區0.5 萬人。遠期2025年，人口分布為老城區6 萬人、新鋪片區1 萬人。

根據《畢節市新城區供水水源工程規劃》，規劃對畢節城區及大方城區近期及遠期供水水源進行配置，根據規劃的大方城區的水源配置，岔河水庫供水水源主要向大方老城區和新鋪片區供水。大方老城區的城市供水主要由縣城現有供水水源、岔河水庫、龍潭口引水工程組成，新鋪片區由岔河水庫供給［3］。

大方縣城現有人口約8 萬人，按照計算的人均綜 合 用 水 量337 L/人·d 計 算，現 狀 需 水2.7 萬m3/d，缺水1.7 萬m3/d。

2.2.2 死水位選擇

岔河水庫死水位的確定，主要按滿足灌區自流灌溉的水位要求，并且滿足水庫泥沙淤積和取水口的布置要求而定。水庫正常使用年限按50 a一遇設計，泥沙淤積庫容205 萬m3，壩前淤沙高程為1 409.0 m。灌區分布高程在1160.0 ～1420.0 m，1981年修建的向陽引水隧洞位于庫區內，隧洞長1.7 km，斷面1.8 m×2.3 m，比降i =1‰，進口底板高程1419.3 m，出口底板高程1 417.5 m。

為了滿足灌區自流灌溉和利用現有的引水隧洞，將現有的引水隧洞進行改建，新建的取水口底板高程1 419.3 m，取水口前淤沙高程為1413.26 m，底孔尺寸b × h =1.6 m×1.6 m。

根據計算，水工布置對取水口最小淹沒水深1.12 m，按照規范，為確保安全取水，取水口最小淹沒深度的要求為1.5 m。故確定死水位為1 424.50 m，相應死庫容為255 萬m3。［4］

2.2.3 正常蓄水位選擇

岔河水庫屬峽谷型水庫，庫區村寨主要分布在高程1 420.0 ～1 460.0 m，庫區主要為25°以上的坡耕地和林地，庫區無明顯的淹沒控制正常蓄水位選擇的條件。

水庫按照“以需定供”原則，同時結合灌區規模、城市需水規模、地質條件、水庫淹沒、工程投資等經技術經濟比較確定。

由需水量計算可知，灌溉、人畜飲水及縣城總需水2025年為1 398 萬m3。通過興利調節計算，水庫的調節庫容為715 萬m3，加上死庫容255 萬m3，正常蓄水位以下庫容970 萬m3，對應的正常蓄水位1 445.0 m。

本次擬定1 443.0、1 445.0、1 447.0 m 3個正常蓄水位方案，從水庫供水利用程度、水庫淹沒、樞紐工程投資及綜合經濟指標等方面進行綜合比較，比選結果正常蓄水位1445.0 m方案最優，可研階段推薦正常蓄水位為1 445.0 m，可研報告審查意見同意正常蓄水位為1 445.0 m。本階段經復核，正常蓄水位1 445.0 m方案最優。

2.2.4 洪水調節

岔河水庫正常蓄水位1 445.0 m，大壩設計洪水標準為50 a一遇，洪峰流量為225 m3/s; 校核洪水標準為1 000a 一遇，洪峰流量為405 m3/s。大壩推薦方案為混凝土面板堆石壩，岸邊側槽式溢洪道，溢流堰為WES 曲線型適用堰，堰型為正堰，溢流堰寬37 m，溢流堰堰頂高程為1 445.0 m，洪水起調水位1 445.0 m，起調庫容970 萬m3。由于下游無防洪要求，不設防洪限制水位，起調水位為1 445 m。

3 結 語

工程管理中，機構設置遵循精簡原則，通過合理調度充分發揮水庫效益，發展節水技術提高用水效率。水庫設計階段從設計理念、設備選用、施工、管理等方面遵循國家的政策、法律、法規及行業的標準和要求，進行優化設計。

由于各地情況不同，因此水庫設計要在已有的理論基礎上不斷提高和創新，以促進中小型水庫設計建造和安全運行，使其發揮更大的經濟效益。

［1］貴州省水利電力廳. 貴州省暴雨洪水計算實用手冊［S］. 貴陽:貴州省水利電力廳，1983.

［2］大方縣人民政府. 大方縣國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要［S］. 大方: 大方縣人民政府，2012.

［3］馮長樺. 中小型水庫予留防洪庫容簡化計算公式的探討［J］. 水利科技，1978(21) :6 －20.

［4］汪德麟. 貴州省中小型水庫設計徑流年內分配存在的問題［J］. 貴州水力發電，2011，25( 04) :1 －5.