郭莊泉域小流域骨干壩工程設(shè)計(jì)研究

□熊宇峰　□司君婷（河南省水利水電學(xué)校）

郭莊泉域小流域骨干壩工程設(shè)計(jì)研究

□熊宇峰□司君婷（河南省水利水電學(xué)校）

文章以郭莊泉域某小流域骨干壩設(shè)計(jì)為研究對象，對小流域骨干淤地壩的設(shè)計(jì)與應(yīng)用展開研究。結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件和山西骨干壩工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)流域的地質(zhì)地貌、土壤植被覆蓋、氣象水文等區(qū)域特征，通過骨干壩的水文計(jì)算、調(diào)洪演算、壩體設(shè)計(jì)、溢洪道設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算等內(nèi)容，采取典型設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了骨干壩工程的設(shè)計(jì)，并對骨干壩建設(shè)后對郭莊泉域的影響和綜合效益進(jìn)行了分析。研究將對山西同類型小流域骨干壩工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)有一定的理論和實(shí)踐意義。

郭莊泉；小流域；骨干壩；工程設(shè)計(jì)

1　選題的背景和意義

郭莊泉位于山西省西部，泉域面積約5600 km2，泉域巖溶地下水主要補(bǔ)給區(qū)是呂梁山區(qū)灰?guī)r裸露區(qū)，為全排型巖溶大泉。泉源位于霍州市南9 km的東灣村至郭莊村的汾河河谷中，以散泉形式出露。郭莊泉?dú)v史上就是當(dāng)?shù)刂匾墓喔燃吧钏?，隨著當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，郭莊泉域內(nèi)的需水量逐年增加，泉域內(nèi)巖溶地下水的開采量逐年增大，目前大部分泉水已干涸，流量已不及以前的1/3。由于泉域內(nèi)汾河河谷采煤、煉焦、化肥等工業(yè)的無序發(fā)展、任意排污導(dǎo)致植被破壞，河谷兩側(cè)山區(qū)水土流失嚴(yán)重。

郭莊泉域某小流域骨干壩工程位于郭莊泉域上游臨汾市汾西縣團(tuán)柏河上。汾西縣水土流失特別嚴(yán)重，2006年被水利部列為國家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。汾西縣現(xiàn)有1 km以上溝道667條，大部分溝道溝寬、溝淺，溝道比降小，具有打壩淤地得天獨(dú)厚的條件。根據(jù)汾西縣淤地壩工程建設(shè)規(guī)劃，在團(tuán)柏河上修建三座串聯(lián)的骨干淤地壩工程。工程不僅可以治理水土流失，還可以通過抬高河流水位，加大對河床的滲透壓力，增加河水在滲漏段的滯留時(shí)間，增大入滲率和補(bǔ)給量，使更多的地表徑流轉(zhuǎn)化為巖溶水資源，以補(bǔ)充日益枯竭的郭莊泉源。

2　論文的研究內(nèi)容與方法

論文以郭莊泉域某小流域骨干壩為例，對骨干壩的工程設(shè)計(jì)開展以下幾方面的研究：一是實(shí)地調(diào)查郭莊泉域和小流域基本情況，收集相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；二是分析整理資料，對小流域骨干壩進(jìn)行水文計(jì)算、工程設(shè)計(jì)、投資規(guī)模，以及建成后對郭莊泉域補(bǔ)源效果分析；三是參照《山西省淤地壩技術(shù)規(guī)程》和《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》要求，采取典型設(shè)計(jì)的方法，對骨干壩進(jìn)行可行性研究。

3　工程基本情況

3.1郭莊泉域小流域骨干壩工程是三座串聯(lián)水庫，項(xiàng)目區(qū)位于郭莊泉上游的灰?guī)r裸露溝谷中，屬灰?guī)r滲漏型水庫。小流域位于汾西縣西部約25 km的佃坪河上，流域?qū)冱S土殘塬溝壑區(qū)第二副區(qū)，土質(zhì)疏松多孔，滲透性強(qiáng)。

3.2流域自然植被稀少，全年降雨主要集中在7-9月份，且多以暴雨形式出現(xiàn)，造成水土流失嚴(yán)重。產(chǎn)沙量主要集中在汛期6-9月份，平均侵蝕模數(shù)為8000 t/km2·a。

3.3根據(jù)骨干壩控制面積要求，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場查勘及郭莊泉域管理處和當(dāng)?shù)厮块T意見，選定了三座骨干壩的壩址位置，各骨干壩控制流域面積見表1。

表1　骨干壩控制流域面積表

4　骨干壩工程設(shè)計(jì)

根據(jù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算和水利規(guī)劃，三座骨干壩的庫容均在100萬m3以上，屬于四等工程，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，永久性建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 a一遇。根據(jù)水文計(jì)算、洪水調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，根據(jù)三座骨干壩壩址區(qū)工程地形和地質(zhì)條件，根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》，初步擬定骨干壩的特征參數(shù)見表2。

表2　三座骨干壩特征參數(shù)表

三座骨干壩工程均由漿砌石重力壩組成。三座壩位于同一條河道上，其庫區(qū)地形地貌特征一致，地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造相似，且壩址上游控制流域面積相當(dāng)，庫容特性基本一致，因此從中選取1#骨干壩進(jìn)行典型工程設(shè)計(jì)，其它兩座壩的建設(shè)、投資等按相應(yīng)指標(biāo)控制。

結(jié)合工程壩址區(qū)兩岸的地形、地質(zhì)情況，確定1#壩由大壩和放水臥管組成，放水臥管布設(shè)在大壩左岸，工程布置見圖1。

圖1　工程平面布置圖

壩軸線總長度140.10 m，分為非溢流壩段和溢流壩段。溢流壩段設(shè)在壩體中間，非溢流壩段平均分布在壩體兩側(cè)，溢流壩段上部設(shè)置工作橋。溢流堰采用開敞式，堰頂不設(shè)閘門，僅設(shè)工作便橋。溢流壩面由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成，采用WES溢流壩面。具體剖面圖見圖2。

圖2　溢流壩段剖面圖

放水工程布設(shè)在壩體左岸，采用涵臥管式建筑，其涵洞軸線與壩軸線垂直，臥管軸線與壩軸線的夾角17°。放水工程采用涵臥管形式，由臥管、臥管消力池、涵洞和明渠組成。進(jìn)水斜臥管采用方形斷面分級(jí)漿砌石臥管，涵洞采用漿砌石無壓輸水方涵。

5　1　#壩投資估算

根據(jù)三座骨干壩工程實(shí)際，選取1#壩作為典型工程進(jìn)行投資估算，其他2座骨干壩均按1#壩投資指標(biāo)控制。

1#壩工程設(shè)計(jì)總庫容189.60萬m3，其中攔泥庫容158.20 萬m3。1#壩工程估算總投資618.28萬元，單位庫容投資3.26元/m3，單位攔泥投資3.91元/m3。

6　綜合效益分析

由于骨干壩的攔蓄作用，地表徑流入滲增加，一方面補(bǔ)充了地下水，另一方面降低了徑流對地表物質(zhì)的沖刷能力，減輕了水土流失和泥沙危害。建壩后，溝道侵蝕基點(diǎn)被抬高，溝道比降減小，洪水的挾沙能力減弱；根據(jù)泥沙計(jì)算，三座水庫泥沙庫容為358.78萬m3，折合每年17.94萬m3。三座骨干壩建成后，總庫容達(dá)到446.20萬m3。按照本區(qū)的降水時(shí)間分布和產(chǎn)匯流特點(diǎn)，三庫串聯(lián)的運(yùn)行方式為：每年主汛期（7-9月），水庫蓄滿，滲漏補(bǔ)給巖溶地下水。根據(jù)流域水文地質(zhì)條件和氣象條件，滿庫水經(jīng)滲漏蒸發(fā)消耗約4-5個(gè)月。冬春季，通常有幾場中小型降雨，三庫可蓄半庫水。因此，根據(jù)降水時(shí)間分布和產(chǎn)匯流特點(diǎn)、佃坪河串聯(lián)三庫的運(yùn)行方式、庫區(qū)水文地質(zhì)條件和滲漏形式，估算得：三庫每年可蓄水總庫容的1.50倍，即669.30萬m3；滲漏歷時(shí)300d，蒸發(fā)消耗120萬m3，滲漏補(bǔ)給巖溶地下水549.30萬m3。按3庫靜態(tài)總投資1454.80萬元計(jì)，折合2.65元/m3，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，工程建成后，每年可攔蓄地表徑流約100萬m3，可增加降雨利用，減輕干旱對農(nóng)業(yè)的威脅?？上鳒p河道洪峰，確保下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。通過攔蓄上游泥沙，淤成高質(zhì)量的壩地，增加基本農(nóng)田，促進(jìn)退耕還林。工程建成后，美麗的環(huán)境也可為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┮粋€(gè)休閑、觀光的好去處。

7　展望

文章只通過某小流域一座骨干壩的單壩設(shè)計(jì)，利用庫區(qū)巖溶裸露區(qū)滲透系數(shù)大的特點(diǎn)，使地表水入滲轉(zhuǎn)化為地下水，以補(bǔ)充郭莊泉的水資源。郭莊泉域生態(tài)補(bǔ)源工程是非常復(fù)雜的問題，因此還需要長期的、多方面的、多渠道的綜合治理和配合。

［1］楊彤宇.郭莊泉水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及保護(hù)措施［J］.山西水利，2013（5）：16-17.

［2］高波.郭莊泉流量衰減原因及對策分析［J］.水資源保護(hù)，2002（1）：64-65.

（責(zé)任編輯：劉青）

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1673-8853（2016）07-0107-02

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