東辛莊鎮(zhèn)胡墳塘壩工程設(shè)計(jì)分析

魏 巍，王 勇，郭曉東

(葫蘆島平山供水有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島125001)

1 基本概況

近幾年來(lái)，該地區(qū)地下水極度缺乏，打井取水十分困難，加上連續(xù)幾年來(lái)的干旱，大部分農(nóng)田得不到有效的灌溉，尤其是春季播種缺少水源，造成播種困難，以及糧食產(chǎn)量逐漸降低，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。面對(duì)上述情況，興城市東辛莊鎮(zhèn)政府決定在胡墳修建一座塘壩工程，解決農(nóng)田抗旱灌溉及抗旱播種用水問題，同時(shí)也防止水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)起到有效支撐作用［1］。

2 水文水利計(jì)算

2.1 基本資料

2.1.1 流域特性

塘壩集水面積0.282 km2，壩址以上河道長(zhǎng)度0.854 km，河道平均比降經(jīng)J:可根據(jù)1/10000 地形圖，順河選河底地形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)繪出河道縱斷圖，用圖解法來(lái)計(jì)算縱斷圖面積和平均高程:

A面=1/2×93.37=46.685

H平均=46.685/0.854=54.666 m

在縱斷圖中，以橫標(biāo)為L(zhǎng)/2，縱標(biāo)為H平均，交出O 點(diǎn)，過(guò)O 點(diǎn)作一直線交縱斷于E、F，使OE=OF，則河道平均比降為J = (HA－HB)/L =(73.45－35.88)/0.854=43.99‰。

2.1.2 塘壩水位～庫(kù)容(H ～V)曲線

塘壩庫(kù)容依據(jù)實(shí)測(cè)千分之一地形圖量算，其計(jì)算公式:

式中:△V 為相鄰兩等高線間的水層體積;H 為相鄰兩等高線間的高差。計(jì)算結(jié)果詳見表1，并繪制水位～庫(kù)容曲線。

2.2 水文計(jì)算

2.2.1 年徑流計(jì)算

該工程所在地多年平均徑流深Y平均=202 mm，多年 平 均 來(lái) 水 量 W平均= 0.1 × Y平均× F =5.696 萬(wàn)m3，當(dāng)P=75%，CS=2CV，CV=0.74 時(shí)，KP=0.47，設(shè)計(jì)保證率下的年來(lái)水量WP=KP×W平均=2.677 萬(wàn)m3。

2.2.2 暴雨洪水計(jì)算

該塘壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇洪水設(shè)計(jì)，50 a一遇洪水校核，水文分區(qū)屬Ⅵ1分區(qū)。該集水區(qū)無(wú)實(shí)測(cè)資料，故按無(wú)資料地區(qū)方法進(jìn)行計(jì)算［2］。洪水計(jì)算成果見表1。

流域面積F=0.282km2，河道長(zhǎng)L=0.854 km，河道比降J =43.99‰。最大平均暴雨P(guān)三=121 mm，P24=108 mm，P6=70 mm，P1=34 mm，KF=1。經(jīng)計(jì)算匯流歷時(shí)τ=0.13 h。

參與調(diào)洪的洪量:

W調(diào)2%= 0.67 × W24P+ 0.12 × QP× τ=3.816 萬(wàn)m3

W調(diào)10%=1.868 萬(wàn)m3

表1 洪水計(jì)算成果表

2.3 水利計(jì)算

2.3.1 死庫(kù)容計(jì)算

死庫(kù)容的計(jì)算公式為:

式中:G 為多年平均懸移質(zhì)年輸沙量，t，G=g×F;g 為多年平均懸移質(zhì)年輸沙模數(shù)，由《遼寧省水資源》手冊(cè)查得g=329 t/km2;F 為集水面積;T 為設(shè)計(jì)淤積年限，一般采用15 ～30 a，取15 a;E 為岸崩和推移質(zhì)泥沙占懸移質(zhì)泥沙比重，一般采用15%～30%，取20%;r 為淤積泥沙容重，一般為1.2 ～1.4 t/m3，取1.2 t/m3;V墊=0.139 萬(wàn)m3。

2.3.2 興利庫(kù)容計(jì)算

按完全年調(diào)節(jié)計(jì)算庫(kù)容:

式中:V興為興利庫(kù)容，萬(wàn)m3;β 為完全年調(diào)節(jié)興利庫(kù)容系數(shù)，一般采用0.5 ～0.7，取0.7;WP為設(shè)計(jì)保證率下年來(lái)水量，萬(wàn)m3;W興=1.874 萬(wàn)m3;V正=V墊+V興=2.013 萬(wàn)m3;

查插圖3:水位～面積、庫(kù)容曲線得正常高水位為H正=49.16 m。

式中:W凈為水庫(kù)凈調(diào)節(jié)水量，萬(wàn)m3，即保證供給灌溉用的水量;C 為水庫(kù)蒸發(fā)、滲漏損失占興利庫(kù)容的比重，西北部可取0.2 ～0.4，取0.3;W凈=2.115［3］。

該塘壩主要用于抗旱、養(yǎng)魚。

式中:F 為灌溉面積;D 為灌水定額;η 為渠道有效利用 系 數(shù)，一 般 可 用 0.7 ～0.85，取 0.8;F=0.322 km2。

2.3.3 溢洪道大小和防洪庫(kù)容的確定

1)防洪標(biāo)準(zhǔn):本塘壩采用頻率P=10%設(shè)計(jì)，P=2%校核。

2)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，按校核洪水，用簡(jiǎn)易調(diào)洪方法調(diào)洪，確定溢洪道底寬和最高洪水位。簡(jiǎn)易調(diào)洪公式:

式中:qm為某一頻率的最大泄量，m3/s;QP為某一頻率的洪峰流量，m3/s;V防為溢洪道底以上防洪庫(kù)容，萬(wàn)m3;W調(diào)P為某一頻率參與調(diào)洪的洪量，萬(wàn)m3。

調(diào)洪計(jì)算結(jié)果詳見表2。并繪制溢洪道～底寬、最大泄量關(guān)系曲線。

表2 調(diào)洪計(jì)算表

3)防洪庫(kù)容和設(shè)計(jì)洪水位:根據(jù)校核洪水調(diào)洪計(jì)算結(jié)果，確定溢洪道寬度b =4 m。由qm校=10.274 m3/s，可得V防校=1.443 萬(wàn)m3，然后以設(shè)計(jì)洪水采用簡(jiǎn)易公式qm=QP(1－W防/W調(diào)P)圖解法調(diào)洪，即在防洪庫(kù)容～溢洪道泄流量曲線上取縱標(biāo)等于V調(diào)10%=1.868 萬(wàn)m3，取橫標(biāo)等于Q10%=8.94 m3/s，兩點(diǎn)連成直線交V防～q 曲線于E 點(diǎn)的縱標(biāo)V防設(shè)=0.866 萬(wàn)m3，橫標(biāo)qm設(shè)=4.795m3/s，即為P=10%的設(shè)計(jì) 洪 水 調(diào) 洪 結(jié) 果。根 據(jù) V = V正+ V防設(shè)=2.879 萬(wàn)m3/s，查水庫(kù)庫(kù)容曲線可分別H設(shè)=50.01 m，hm設(shè)=0.85 m。塘壩水文水利計(jì)算成果表見表3。

表3 塘壩水文水利計(jì)算成果表

3 塘壩工程設(shè)計(jì)

3.1 土壩

該塘壩工程修建重力式擋土壩一座，采用均質(zhì)黃土填筑。壩體橫跨河道總長(zhǎng)67 m，壩頂寬度設(shè)計(jì)為4 m;壩前設(shè)計(jì)洪水位50.01 m，校核洪水位50.47 m，取安全超高為0.5 m，所以大壩高程為50.97 m，河底高程44.5 m，塘壩的高度為6.47 m;壩體的迎水面邊坡比采用1∶3，用0.1 m厚的混凝土護(hù)坡，背水面邊坡比為1∶2.5，在壩頂迎水面設(shè)有防浪墻，墻高1.0m，墻寬0.7m，墻下0.6×0.7m 基礎(chǔ)，均為漿砌石結(jié)構(gòu)。為防止壩體滲流，在壩體內(nèi)，平行于壩坡，距離迎水面1.2 m處，鋪設(shè)土工膜一道，壩基礎(chǔ)處挖2.5m 深的溝槽，至堅(jiān)硬巖石，槽內(nèi)右側(cè)設(shè)置土工膜，與壩體防滲形成一個(gè)整體。

3.2 溢洪道

在大壩的右端設(shè)有溢洪道，溢洪道采用開放式寬頂堰形式，計(jì)算公式為:

式中:m 為流量系數(shù);b 為溢洪道堰寬，m;h 為溢洪道水深，m。

溢洪道為矩形斷面，總長(zhǎng)27 m，寬4 m，高1.5 m，用漿砌石砌筑，堰頂處溢洪道底高程為49.16 m。大壩下游修建消力池，消力池長(zhǎng)7 m，下游凈寬6 m，采用漿砌石砌筑。消力池下面設(shè)有海漫，長(zhǎng)10 m，寬7.2 m，采用干砌石砌筑。

4 塘壩穩(wěn)定分析

胡墳塘壩設(shè)計(jì)壩高6.47 m，穩(wěn)定計(jì)算只對(duì)正常運(yùn)用情況計(jì)算，考慮胡墳塘壩規(guī)模較小，校核洪水位時(shí)，蓄水量只有3.456 萬(wàn)m3，按照規(guī)定壩高＜15 m的小型水庫(kù)可不進(jìn)行穩(wěn)定校核。

4.1 壩頂寬與壩坡確定

胡墳塘壩設(shè)計(jì)壩頂寬4 m，迎水坡為1∶3，背水坡為1∶2.5，雖能造成土方填筑工程量的增加和浪費(fèi)，但是對(duì)增加庫(kù)容，提高工程利用價(jià)值及增加迎水壩坡穩(wěn)定系數(shù)，都是必要的。

4.2 防滲措施

為了確保塘壩不滲透，在土壩填筑中，在上游坡的距壩坡垂直1 m處鋪設(shè)土工膜，保證塘壩不滲水，尤其不致因滲透造成滑坡。如有滑坡，只能在上游坡沿土工膜與土接觸面產(chǎn)生滑動(dòng)，但上游坡坡比1∶2.5已被證實(shí)為穩(wěn)定坡度，且被廣泛推廣使用，本設(shè)計(jì)坡面加大20%即:1∶3，是以保證其穩(wěn)定性。

4.3 塘壩土料填筑

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，主要為砂質(zhì)黃土和強(qiáng)風(fēng)化巖之砂土，土工膜鋪于垂直壩坡1 m處，加上砂墊層及護(hù)坡，厚度超過(guò)1.2 m，在凍層以下，保證土工膜不凍脹、不變形。

5 工程投資

工程總投106.9 萬(wàn)元，其中大壩工程28.25 萬(wàn)元，溢洪道工程3.58 萬(wàn)元，消力池工程2.16 萬(wàn)元，庫(kù)區(qū)清淤4.47 萬(wàn)元，設(shè)備安裝工程5.85，田間灌溉設(shè)施46.53 萬(wàn)元，臨時(shí)工程4.01 萬(wàn)元，獨(dú)立費(fèi)6.0 萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)6.05 萬(wàn)元。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，盡管塘壩設(shè)計(jì)中因穩(wěn)定計(jì)算比較復(fù)雜，涉及理論較深，但參考已有經(jīng)驗(yàn)及采取工程措施，足可以保證該塘壩是穩(wěn)定的。

［1］張志旗.小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)報(bào)告［M］.石家莊:臨澤出版社，2010:59－64.

［2］范天勝.淺談農(nóng)田水利工程灌溉規(guī)劃設(shè)計(jì)［M］.烏魯木齊:新疆出版社，2011:197－204.

［3］黃秋生.實(shí)用農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)［M］.北京:水利水電出版社，2010:105－112.