合陽縣太棗水庫放水塔兩級(jí)進(jìn)水口論證

張 坤，陳 浩，楊 艷

（1.西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710018；2.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610；3.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

合陽縣太棗水庫放水塔兩級(jí)進(jìn)水口論證

張 坤1，陳 浩2，楊 艷3

（1.西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710018；2.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610；3.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

太棗水庫庫區(qū)存在淤積及塌岸兩部分影響水庫庫容的因素，嚴(yán)重的影響到太棗水庫的興利狀況，通過分析來確定如何正確有效的使用該部分庫容，根據(jù)淤積庫容的不同組成部分，即正常泥沙淤積和庫區(qū)塌岸，在滿足設(shè)計(jì)灌溉保證率的基礎(chǔ)上確定出通過分級(jí)取水的方式來解決該部分庫容的利用，根據(jù)水文地質(zhì)資料，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，通過該方案的實(shí)施，可增加35.22萬m3的庫容，更大限度的發(fā)揮水庫功能。

太棗水庫；興利庫容；放水高程

0 引言

太棗水庫位于渭南市合陽縣百良鎮(zhèn)太棗溝下游，壩址以上流域面積18.24 km2，河長(zhǎng)16.92 km。太棗水庫以百良鎮(zhèn)的0.6萬畝高效農(nóng)業(yè)灌溉供水為主，同時(shí)兼有防洪、攔沙等綜合利用效益。太棗水庫樞紐由碾壓式均質(zhì)土壩、溢洪道、導(dǎo)流輸水洞、抽水泵站、太棗灌區(qū)等建筑物組成，水庫總庫容127.42萬m3，其中死庫容57.97萬m3，興利庫容30.36萬m3，滯洪庫容39.09萬m3。設(shè)計(jì)壩頂高程438.00 m，最大壩高31.6 m，工程屬于Ⅳ等?。?）工程，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核，相應(yīng)的洪峰流量分別為57 m3/s和112 m3/s。水庫死水位為430.63 m，正常蓄水位為433.76 m，設(shè)計(jì)洪水位435.73 m，校核洪水位436.91 m。

太棗水庫在可行性研究階段中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)太棗溝的流域水文計(jì)算情況及規(guī)劃中提及的水庫建設(shè)任務(wù)灌溉6000畝耕地，按照常規(guī)的放水高程設(shè)計(jì)不能夠滿足水庫的常規(guī)任務(wù)，合陽縣百良鎮(zhèn)屬于缺水地區(qū)，水庫的供水任務(wù)在原則上需要做到最大化，以便解決該地區(qū)的缺水情況，如何在壩址選擇受限的條件下解決該問題成為了該水庫設(shè)計(jì)階段的一個(gè)難點(diǎn)。

2 死水位分析

根據(jù)太棗水庫庫區(qū)實(shí)際情況，影響死水位確定的主要因素是庫區(qū)淤積，根據(jù)太棗水庫的設(shè)計(jì)及運(yùn)行要求，水庫淤積包括以下兩部分：與西龍水庫區(qū)間流域來沙、庫區(qū)塌岸兩部分。

2.1 泥沙淤積

合陽縣境內(nèi)建有白家河、紅旗等多座水庫。白家河水庫位于金水河上游，1964年8月建成，壩址以上控制流域面積50 km2，至 2010年淤積 80萬 m3，泥沙干容重取 1.3 t/m3，則白家河水庫壩址流域年輸沙模數(shù)為424 t/km2；紅旗水庫位于徐水溝，1974年4月竣工，壩址以上流域面積71.6 km2，至2004年淤積70萬m3，則白家河水庫壩址流域年輸沙模數(shù)為 435 t/km2。

根據(jù)《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》，太棗溝流域懸移質(zhì)年沙模數(shù)為500 t/km2～1000 t/km2，《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》編制于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過30余年的水土保持治理，年輸沙模數(shù)應(yīng)較之前有所下降。

綜上分析，本次太棗溝水庫壩址以上流域年均輸沙量取用450 t/km2，據(jù)此計(jì)算得太棗水庫50年總淤積量為22.75萬m3。對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)高程424.86 m。

2.2 庫區(qū)塌岸

參考太棗水庫地質(zhì)勘察報(bào)告，所選壩址回水區(qū)內(nèi)，第一類岸坡塌岸的庫岸總長(zhǎng)度約172.2 m，塌岸寬度在12.8 m左右，估算塌岸方量約0.26萬m3；第二類岸坡塌岸的庫岸總長(zhǎng)度約819.5 m，塌岸寬度4.4～50.1 m，估算塌岸方量約14.47萬m3；第三類岸坡塌岸的庫岸總長(zhǎng)度約317.5 m，塌岸寬度約34.0 m，估算塌岸方量約12.06萬m3。三類庫岸總塌岸方量約35.22萬m3。

2.3 淤積庫容確定

經(jīng)過對(duì)區(qū)域泥沙及庫區(qū)塌岸的分析得出結(jié)論：區(qū)間流域來沙22.75萬 m3，塌岸量 35.22萬 m3，合計(jì)死庫容為57.97萬m3，本次取設(shè)計(jì)死庫容為57.97萬m3，相應(yīng)水位為430.63 m。

3 放水口高程

3.1 一級(jí)放水口

根據(jù)規(guī)劃要求，太棗水庫的主要任務(wù)為解決百良鎮(zhèn)6000畝耕地的灌溉問題，設(shè)計(jì)灌溉保證率為50%，按照“以供定需”的原則合理擬定水庫供水范圍，根據(jù)壩址處庫容曲線和太棗溝流域的來水過程，并考慮水庫滲漏蒸發(fā)損失，采用時(shí)歷列表法進(jìn)行長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算，并以上述原則進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。在滿足河道生態(tài)水量的情況下，可向灌區(qū)供水66萬m3，根據(jù)太棗水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算，確定起調(diào)水位430.63 m（庫容57.97萬m3），為滿足設(shè)計(jì)灌溉工程任務(wù)，假定正常蓄水位為433.76 m，對(duì)應(yīng)興利庫容30.36萬m3，經(jīng)調(diào)節(jié)，其灌溉保證率為47.20%，不能夠達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求50%的要求。

根據(jù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果可知，將放水塔的放水口設(shè)置在設(shè)計(jì)淤積高程430.63 m時(shí)候，水庫不能滿足其灌溉任務(wù)，因此，需要設(shè)置二級(jí)放水口來滿足灌溉保證率。

3.2 二級(jí)放水口

3.2.1 數(shù)據(jù)分析

參考淤積庫容分析，太棗水庫的淤積主要由兩部分組成：①正常使用年限內(nèi)的流域面積內(nèi)的天然泥沙淤積；②水庫蓄水位抬高之后引起的庫區(qū)塌岸量。其中正常使用年限50年內(nèi)的泥沙淤積量為22.75萬m3，占整個(gè)淤積庫容量的39.24%，由于蓄水導(dǎo)致的水庫庫區(qū)塌岸為35.22萬m3，占整個(gè)淤積庫容量的60.76%，從以上數(shù)據(jù)上可以看出來，庫區(qū)塌岸對(duì)淤積庫容的影響占主導(dǎo)地位。

按照常規(guī)的設(shè)計(jì)，太棗水庫可以只布置一級(jí)進(jìn)水口來滿足任務(wù)要求，但從以上數(shù)據(jù)可已看出，如果僅僅只布置一級(jí)進(jìn)水口，那樣會(huì)導(dǎo)致35.22萬m3的水暫時(shí)處于閑置狀態(tài)，且興利調(diào)節(jié)不能夠滿足設(shè)計(jì)灌溉保證率，因此為了確保水庫的建設(shè)效益，保證太棗水庫的順利實(shí)施，需要布置二級(jí)進(jìn)水口。

3.2.2 塌岸分析

庫區(qū)塌岸形成的原因是水庫建設(shè)后使得水位升高，沿河流的水庫回水長(zhǎng)度約1.9 km，庫岸周邊均為土質(zhì)岸坡，坡積黃土狀土及坡洪積壤土分布范圍較小，厚度較薄，且多處于沖溝溝口及兩岸緩坡地帶，待水位抬高以后，該區(qū)域勢(shì)必會(huì)長(zhǎng)期處于淹沒或者浸沒的范圍內(nèi)，會(huì)造成邊坡不穩(wěn)定，產(chǎn)生塌岸。

3.2.3 管理分析

隨著近幾年我國(guó)各省市地區(qū)對(duì)水土保持工作的重視，太棗水庫所在太棗溝小流域內(nèi)的植被覆蓋率得到了大大的提高，這些水保措施起到了固土保水的作用。水庫建設(shè)后可通過加強(qiáng)水庫建設(shè)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理措施，使得庫區(qū)的塌岸發(fā)生概率大大降低，太棗水庫在其使用年限內(nèi)發(fā)生少量的塌岸量或者不會(huì)發(fā)生庫區(qū)塌岸，如果僅僅在設(shè)計(jì)淤積高程布置一級(jí)放水口，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)淤積高程與泥沙淤積高程之間的庫容即塌岸庫容35.22萬m3將得不到充分的利用，這對(duì)于缺水地區(qū)來水無疑是水資源的大量浪費(fèi)，使得水庫的綜合效益下降，更甚至影響到太棗水庫建設(shè)的必要性。

3.2.3 二級(jí)放水口

為了充分利用庫區(qū)來水，保證灌區(qū)的灌溉保證率，本次設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮庫區(qū)塌岸不發(fā)生的情況，即只考慮正常水庫泥沙淤積的情況下進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)淤積年限50年時(shí)，泥沙淤積庫容22.75萬m3，對(duì)應(yīng)的高程為424.86 m，因此本次設(shè)計(jì)將放水塔運(yùn)行模式調(diào)整為：布置兩個(gè)放水口，在高程424.86 m（泥沙庫容22.75萬m3）處安裝一級(jí)閘門，在高程430.63 m（設(shè)計(jì)淤積庫容57.97萬m3）處安裝二級(jí)閘門，即在塌岸方量暫不考慮情況下，淤積面至死水位之間的水量可作為灌溉用水參與徑流調(diào)節(jié)。

當(dāng)正常蓄水位為433.76 m時(shí)，隨著水庫淤積量的增大，灌溉保證率相應(yīng)減小，當(dāng)水庫淤積面達(dá)到424.86 m時(shí)，6000畝農(nóng)田的灌溉保證率為54.7%，滿足50%的灌溉保證率。當(dāng)水庫淤積面繼續(xù)升高時(shí)，如繼續(xù)想最大限度發(fā)揮太棗水庫的效益，可采取增設(shè)防浪墻或加壩的措施提升正常蓄水位，增大興利庫容以滿足灌溉的要求。

通過以上數(shù)據(jù)及運(yùn)行關(guān)系分析，最終確定太棗水庫放水塔采用兩級(jí)閘門放水的方式，設(shè)計(jì)正常蓄水位為433.76 m，對(duì)應(yīng)興利庫容30.36萬m3，灌溉設(shè)施面積6000畝，滿足建設(shè)任務(wù)要求。

4 放水塔運(yùn)行方式

放水塔兩個(gè)進(jìn)水口共用一個(gè)閘門，水庫建成以后進(jìn)入運(yùn)行期，首先對(duì)設(shè)計(jì)一級(jí)放水口進(jìn)行封堵，塔身內(nèi)預(yù)留閘門啟閉空間，后期運(yùn)行過程中，隨著淤積情況的加劇或者庫區(qū)塌岸發(fā)生，將二級(jí)放水口淤積后，對(duì)二級(jí)進(jìn)水口進(jìn)行封堵，再開啟一級(jí)放水口。

5 結(jié)語

通過對(duì)太棗水庫淤積庫容的分析及興利調(diào)節(jié)結(jié)果分析，確定出太棗水庫放水設(shè)施布置兩級(jí)放水口的設(shè)計(jì)方案，可通過對(duì)放水設(shè)施高程控制及加強(qiáng)對(duì)庫區(qū)塌岸的管理來增大水庫的效益，有效緩解當(dāng)?shù)赜盟枨?，使得太棗溝水資源得到有效利用。

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1673-9000（2017）05-0148-02

2017-08-15

張坤（1984-），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。