周至縣黑河水庫重力壩設計

張叢巖 胡桂蘭 杜宏偉 宋恒毅

摘 要：通過研究流域水文概況及其工程地質，確定水庫樞紐布置，抗滑穩定分析等問題，設計一座千年一遇洪水組合校核的水庫，提高該地的防洪能力，灌溉能力，蓄水發電等。該工程的建成具有較大的社會效益和生態效益，將會對西安等地區的環境保護起著極其重要的作用，不僅滿足了城市供水需求，兼顧灌溉、發電防洪等綜合的利用，還促進了西安的經濟發展，保持了社會的穩定，對未來發展有著極其深遠的影響。本文主要進行下列工作：通過調洪演算確定水庫特征水位；設計重力壩非溢流壩段基本尺寸，并對其進行荷載計算及抗滑穩定分析；對溢流壩段進行底孔設計，消能防沖計算；對重力壩基本構造進行設計。

關鍵詞：重力壩；抗滑分析；溢流壩；非溢流壩；調洪演算

1 工程概況

古時就有黑河，因其出自秦嶺芒谷，被稱之為芒水。黑河水顏色較黑，故今人都稱之為黑河，其起源在海拔為3650m太白山的東南坡二爺海，經過一路的沿途的流淌，最終在尚村鄉石馬村的位置匯入了渭河，是黃河支流渭河的右岸支流。黑河水利樞紐工程是西安市舉足輕重的水源工程，由于人口及用水量的增加，人們對水的資源利用的需求量也更大，周至縣黑河水庫的建成將會更好的解決西安城市供水、灌溉問題，同時也兼顧防洪與發電，為西安地區人民營造了更大的福利。黑河流域范圍在北緯37°～42°，東經98°～102°之間，發源于祁連山中段，干流全長為928千米。黑河上游河道全長為313千米，河道面積為1.0萬平方千米；中游河道全長有204千米，河道面積有2.56萬平方千米；下游河道全長為414千米，河道面積為8.04萬平方千米。

2 洪水分析計算

洪峰流量。暴雨主要是黑河流域洪水的形成形式，最早出現于一年中的四到五月，但是一般的洪峰都較小。年最大洪水出現在七到八月。查詢黑嶼口水文站41年的觀測相關資料可知，最大洪峰流量Q=3040m3/s，出現在1980年7月2日，根據調查的黑河流域歷史洪水資料，得到的相關參數、頻率[1]詳見表1。

洪水總量。設計階段采用二十四小時及七十二小時，查詢1940～1953年一日和三日相關資料得出1940～1953年的洪量。詳細頻率及參數見2。

3 興利調節和調洪計算

死庫容確定與起調水位的選擇。因為設計過程中需要考慮到城市暗渠引水高程和水庫淤積的要求，故將死庫容取510.0m，死水位取520.0m，選擇正常蓄水位594m處開始起調。

調洪計算。調洪演算的基本原理：已知入庫洪水過程線Q～t，由起調水位開始求解方程組，求出水庫出流過程q～t。

根據水庫的水量平衡原理和水庫的蓄池關系組成方程組：

根據調洪計算，得出黑河水庫相關工程特性，詳見表3。

4 總結

本文以黑河水庫為依據，通過分析其工程地質條件、水文地質條件并結合地形圖，針對其具體情況，進行了重力壩設計作為黑河水利樞紐工程的攔河壩。設計過程中對非溢流壩進行了抗滑穩定分析和應力分析，并對溢流壩進行了堰頂高程，水頭，泄流方式，細部構造等進行了設計和選定。

興利調節和調洪計算，千年一遇設計洪水位602.8m、五千年一遇校核洪水位605.39m，正常蓄水位594m，確定死庫容510.0m，死水位520.0m；樞紐布置，選擇混凝土重力壩，壩軸線總長，上游面坡率1∶0.2，下游面坡率1∶0.8；非溢流壩設計，壩頂高程607.33m，壩基高程467.00m，壩頂寬度10m，并對壩體進行荷載計算、應力分析，均滿足設計要求。

參考文獻：

[1]張志兵.水電站建筑物設計參考資料.北京：中國農業出版社，1985.

[2]黃儒欽.水力學[M].成都：西南交通大學出版社，2013.

[3]馮紹元.環境水利學[M].北京：中國農業出版社，2008.

作者簡介：第一作者張叢巖（1996-），男，吉林公主嶺人，研究方向：水利水電工程。

通訊作者：溫寧（1987-），河南駐馬店人，碩士，助教，研究方向：水工結構工程及基礎工程，單位：吉林農業科技學院機械與土木工程學院。