某水庫功能分析與設計

引言：某水庫位于作為城市新區重點建設的集蓄水、灌溉、防洪、旅游等多種功能合為一體的新生態景觀區。結合周邊環境，設計了水庫蓄水供水、減災防災、環境改造等方面的功能，以期為城市現代水利工程發展模式提供一定的借鑒。

一、某水庫設計概況

水庫所在城市水資源嚴重缺乏，調蓄水利工程較少。該地區不均水資源量僅219.1m3，與全國人均占有量2300m3相距甚遠，屬嚴重缺水地區。水庫所在區域作為市新區核心景觀地帶，承接“北方水城”特色，建設成集休閑娛樂、旅游觀光等一體的環保型、生態平衡型水庫，營造城市生態文化鏈和人文景點，打造現代水系網絡布局。

水庫規模為小（1）型水庫，設計水面面積約4986畝，蓄水量997萬m3，灌溉面積約為4萬畝，為Ⅳ等級灌區工程，同時為該水庫周邊居民提供工業、生活用水以及景觀用水。

二、某水庫設計條件分析

水庫總庫容量約為1000萬m3，年均引黃河水量達8000萬m3，初步設計水庫滿足25萬畝農田灌溉需要，向周邊地區供水3000萬m3。其地面海拔高程約在76m-78m間，坡降為1/5000-1/6000之間。庫區屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風型氣候區，降雨量主要集中在夏秋季，近30年年均降雨量為640mm，年平均蒸發量為1240mm。庫區地質地貌勘察結果顯示，地層巖性主要為第四系近代沉積巖，上層為埋深1.5m左右的不良砂，其下為埋深10m-15m的低液限粘土，再下層為低液限粉土。

該市面積約546km2，總人口接近500萬，城市化水平為35.2%。由于多年的地下水超采，導致出現地面塌陷等問題，引起地下水位下降，且由于黃河水資源分配量不足，市內缺少調蓄工程，加劇了水資源缺乏的危機，嚴重影響城市社會經濟的發展。

三、某水庫功能分析與設計

該水庫工程的設計總理念是以生態優先，注重水域岸線防護和水土流失，體現出當地文化特色和公共空間的親水特性，展現北方水城特色。

（一）某水庫蓄水供水功能設計

1、水庫平面形狀設計

根據水庫地勢情況，引入中國傳統龍文化，將水庫平面形狀設計為“龍”形狀。

2、水庫蓄水供水設計

考慮到水庫周邊地勢北高南低的地勢條件，西北端引市內西干渠的黃河水至此水庫前端沉沙池，并在末端設置水節制閘，水庫四周設比正常蓄水位高1.5m的堤防；東南端處于城市某河上游200m，在此設退水閘，以滿足下游26萬畝農田灌溉；東西端設2座水閘，以為城市提供工業用水、生活用水。此外結合水庫所在區域的形勢，在庫區的合適位置設置8座碼頭。

3、水庫庫底形態設計

水庫設計平均水平為3.4m，以滿足旅游業對水體流動的要求，庫底區域要平穩過渡，以維持坡穩，其形態要與地面形狀相協調。考慮到水庫功能要求和周邊景觀設計要求，將水庫水域形態分為深水區、過渡區、淺水區和緩坡區。深水區設計以水庫南北中心軸線為中心，庫底高程為71.00m，淺水區水庫中心向岸邊的一定區域內，高程為75.00m-72.40m；為協調“龍”的龍須、龍角，在其水域設置20m主槽，以滿足水體流動的要求。過渡區設置在深水區、漲到水區之間，高程約為72.40m-71.00m；緩坡區設置7處，水位高程約73.50m-75.00m。當水庫處于正常蓄水位時，水面面積為3564畝，當水位處于最低水位72.40m，水面面積約為2520畝，綜合而言，上述水庫形態的設計可以滿足城市水文環境、生態環境的健康發展，同時也能滿足城市旅游、投資等方面的需求。

4、庫區防滲工程設計

水庫地層巖性地質層勘察結果顯示，第一層主要是輕粉質壤土，且分布不連續，屬于中等透水性；第二層主要是粉細砂，砂質不均，屬中等透水性；第一、二層地層主要是作為滲漏通道；第四層主要是重粉質壤土，土質不均，但分布較為連續，這一層的厚度約為2.58m，勘察分析結果顯示，該層滲透系數值為8.1×10-7cm/s-2.50×10-5cm/s，屬于微透水性，在庫底不透水層。而根據滲流計算結果，水庫每天滲漏量為4335m3/d，因此需要采取一定的防滲措施。

（二）某水庫的防災減災功能設計

1、城市排澇設計建設

洪澇災害主要來源于黃河和市區內河道排洪能力差所造成。市內河屬于雨源型河流，在雨季，易發生暴漲暴落，且由于斷面窄淺和淤積嚴重，排洪防澇能力非常差。城市防洪主要依靠黃河大堤、高速公路路基、市區護城堤以及城墻。城市依托市區內排澇河，以排水管網和排水泵為載體予以排洪防澇，以目前的設施可以滿足20年一遇的洪水。而根據規定，城市防洪標準為50年一遇，因此必須修建新的防洪調蓄工程。

2、水庫防洪排澇設計建設

水庫的建設可以在洪水季有效的提高城市防洪排澇能力。水庫水面面積達5000畝，蓄水量達千萬噸，蓄水池采用泥結石，設計池堤頂寬為10m，蓄水水位為77.62m，死水位為74.62m，蓄水池內平均水深為3m，堤頂為78.62m。臨水面邊坡主要以混凝土為主，周邊設堤防，整體呈西北高東南低的地勢，以水庫周邊綠地作為滯洪區。

3、水庫退水閘閘室結構設計

水庫退水閘設計成四個部分，分別為上游引渠段、閘室控制段、消力池段和尾水渠段。閘室采用單孔矩形槽結構，基本荷載組合時閘室結構強度安全系數取1.40，特殊荷載時取1.35，抗裂安全系數為1.05。計算參數：混凝土與基礎綜合摩擦系數f=0.35，地基允許承載力110KPa，回填重粉質壤土干容量1.65t/m3，濕容重1.93t/m3，綜合內摩擦Ф=12○。

以下為閘室結構相關計算及荷載組合表。

表1水閘閘室結構內力計算結果表

（三）某水庫生態環境建設

1、水庫生態庫岸建設

城市濱水區域的設計主要結合其與水庫所在處的特殊位置，設計出體現人水和諧的理念。因此岸線不宜過多采用傳統的混凝土，以免造成整體景觀的不一致，同時也不利于保護水質。

（1）護岸頂部設計

考慮到水庫堤防及其周圍回填高程，結合波浪爬高，將護岸頂部高程設計為與水庫堤防高程一致。

（2）護岸型式設計

護岸設計功能主要是維持岸坡穩定和為人們提供休閑旅游的平臺。可見護岸設計的重點在于生態護坡、營造綠色空間等。結合實際情況，水庫護岸主要有以下型式：

①親水平臺式：岸邊項部高程為76.50m，在75.50m處設一寬3.0m的親水平臺，拉近人與水的距離。平臺主要以用木板鋪裝，適當位置布設仿石或仿木條椅，滿足游客小憩之需，部分淺水區域種植植物，使漫步于平臺上的游客感受到水庫親近、溫馨。

②棧橋式：在75.50m高程處設2.5m寬的木質棧道，使游走于棧道上的行人能夠感受到親水環境。

③自然置石草地斜坡：護岸岸坡以草皮為主，融水體、綠地、天空為一體，同時在草地上放置一些塊石，既能起到固定岸坡的作用，也能營造出多樣性的空間。

④沙灘置石緩坡：緩坡區可以挑出一塊區域布設成沙灘形式，營造出海岸景觀，同時為人們提供一定的休閑、娛樂空間；

⑤卵石緩坡護岸：在緩坡區庫底，以河卵石為主構建自然的河岸景觀，同時又通達到凈化水質的效果。

在緩坡區的庫底及岸坡，鋪上一層河卵石，一方面可以凈化水質，另一方面又可創造一種自然的河岸景觀。

⑥濕地緩坡：緩坡區適當的布置一濕地，并輔以水生植物和小動物以增加美觀性。

（3）護岸結構設計

護岸結構以混凝土和塊石材料相結合構造，以發揮出塊石材料帶來的在尺寸、形狀、質感和色彩方面的微妙的散亂特性，給人們帶來良好的外觀印象。緩坡區除外的其他區域的75.00m高程以下均使用直立重力式擋墻結構。考慮到護岸與周圍景觀的明度差，設計以自然綠色為基調，夏、冬季明度分別設計為4.0、4.5。從造價因素來看，漿砌石擋墻與混凝土墻造價相當，且漿砌石擋墻的環境適應能力更強，且施工相對簡單。因此護岸結構主要采用直立重力式擋墻，同時在75.00m高程以上的坡面采取以草皮護坡為主的生態護砌。

四、總結

現代城市水利工程建設的理念應是以人水和諧為目標，充分發揮出水利工程的功能作用，集蓄水供水、減災防災、環境改造、旅游發展和城市景觀等功能于一體的新型水利工程，更多的體現出社會價值、經濟價值，以給城市發展提供契機。

參考文獻

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（作者單位：新疆兵團十三師水務管理有限公司）

作者簡介：周佺（1972.06），男，四川逢溪人，漢，大學本科，工程師，研究方向：水利工程。