蔡俄堡水源地?fù)跛ㄖ镌O(shè)計(jì)探討

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110043)

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蔡俄堡水源地?fù)跛ㄖ镌O(shè)計(jì)探討

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110043)

蔡俄堡水源地?fù)跛ㄖ锝ǔ珊?，改變了天然河道的水文情?shì)，變成了人工控制的河道徑流，對(duì)上、下游水文特性必然產(chǎn)生影響。上游河流水位在壩前壅高后，產(chǎn)生一定范圍的回水，形成水源地水文特性。水源地的調(diào)蓄作用可削減洪峰，減輕下游防洪負(fù)擔(dān)，同時(shí)，水源地主要任務(wù)是擔(dān)負(fù)下游用水，故改變了徑流的年內(nèi)分配特性，可增加枯水流量、枯水期水位，對(duì)枯水期河道水質(zhì)具有改善作用。

水源地;壩址及壩線;擋水建筑物；必要性

1 自然條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況

蔡俄堡水源地工程位于桓仁滿族自治縣鏵來(lái)鎮(zhèn)，工程區(qū)位于渾江流域大二河支溝油瓶溝內(nèi)。鏵來(lái)鎮(zhèn)地處桓仁縣西部，距縣城40 km，距本溪市區(qū)140 km，瀕臨本桓公路。該地區(qū)東鄰二戶(hù)來(lái)鎮(zhèn)，南隔佛頂山與八里甸子鎮(zhèn)相接，西以丫頭嶺為界與撫順新賓滿族自治縣大四平鎮(zhèn)接壤，北與鏵尖子鎮(zhèn)相鄰。工程區(qū)有村級(jí)路相通，交通十分便利。地勢(shì)西南高，東北低，平均海拔高程530m。境內(nèi)山體縱橫。該地區(qū)屬溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季濕熱多雨，年降水量860mm，年均氣溫5.8℃，無(wú)霜期120d。風(fēng)向冬季西北風(fēng)，夏季東南風(fēng)。

渾江流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候。冬季寒冷干燥，夏季濕熱多雨。流域內(nèi)多年平均氣溫6.3℃左右。一月最冷，實(shí)測(cè)最低氣溫達(dá)-37℃；7-8月氣溫最高，最高氣溫達(dá)42℃。流域內(nèi)多年平均降雨800-1000mm，降雨年內(nèi)分配極不均勻，7-8月份降雨量占全年50%以上。流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量800-1100mm。實(shí)測(cè)最大風(fēng)速16m/s，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)镹W，最大凍土深度達(dá)1.40cm。

鏵來(lái)鎮(zhèn)下轄5個(gè)村委會(huì)：木盂子、暖河子、蔡俄堡、高儉地、仙人洞，人口1.30萬(wàn)人，多為農(nóng)業(yè)人口。轄區(qū)面積146km2，其中耕地面積933hm2。當(dāng)?shù)剞r(nóng)村人均占有耕地0.08hm2，種植水稻是該地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，年人均收入2300元左右。

2 水源地建設(shè)的必要性

蔡俄堡村農(nóng)村飲水困難，工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，為了解決當(dāng)?shù)厝嗣裆罴吧a(chǎn)用水問(wèn)題，提高當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳钏?，促進(jìn)工農(nóng)業(yè)發(fā)展，增加群眾的收入，桓仁縣滿族自治縣移民局?jǐn)M在蔡俄堡村境內(nèi)建設(shè)供水水源工程。蔡俄堡水源地工程主要任務(wù)是解決當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟?，同時(shí)兼顧農(nóng)業(yè)灌溉用水。該工程建成后，使當(dāng)?shù)?300人生活用水得到了保障，其中受益移民人口822人，增加水田灌溉面積20hm2，徹底解決了當(dāng)?shù)厣罴吧a(chǎn)用水問(wèn)題，為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，有利于該地區(qū)全面小康社會(huì)的建設(shè)。

3 壩線、壩型的選擇及工程總體布置

3.1 壩址及壩線的選擇

由于水庫(kù)所在壩址以上集雨面積僅為5.79km2,河長(zhǎng)也僅約3.86km，除去下游開(kāi)闊地帶，又要保證足夠的集水面積，外壩線可比選的范圍不大。本次設(shè)計(jì)通過(guò)查看萬(wàn)分之一地形圖及現(xiàn)場(chǎng)查勘實(shí)測(cè)圖，本次設(shè)計(jì)本著合理設(shè)計(jì)、節(jié)約投資的原則，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ牧锨闆r，選定壩址位于蔡俄堡村上游3km處、油瓶溝溝口，壩軸線坐標(biāo)右岸B1點(diǎn)為：X=78695.90，Y=15674.04；壩軸線坐標(biāo)左岸B2點(diǎn)為：X=78777.40，Y=15554.11。

根據(jù)地勘報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)料場(chǎng)調(diào)查，壩址附近及庫(kù)區(qū)內(nèi)有大量的沖洪積砂礫石料及碎石土料，在庫(kù)區(qū)上下游總長(zhǎng)約500m，寬約60-140m的條型地帶，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，深度3-4m，砂礫石料儲(chǔ)量為10萬(wàn)m3,水上部分碎石土儲(chǔ)量約為12萬(wàn)m3，質(zhì)量滿足筑壩要求；壩址附近無(wú)可做均質(zhì)壩的壤土或砂壤土，缺少做黏土心墻的黏土土料。

根據(jù)料場(chǎng)情況，并結(jié)合選定的壩線地形和地質(zhì)情況，該方案壩頂全長(zhǎng)145m,其中擋水壩段頂長(zhǎng)131.40m，擋水壩頂高程498.10m，壩頂寬度5m，最大壩高18.22m；筑壩料采用砂礫石料，壩體上游坡坡比1∶2.5，下游坡比1∶2.5；壩體防滲采用鋼筋混凝土面板，面板厚度300mm；基礎(chǔ)防處理采用固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿深度5m；基礎(chǔ)防滲采用帷幕灌漿,帷幕灌漿深度至相對(duì)不透水層為單位吸水率小于5Lu。泄水建筑物采用壩頂溢流方式，溢流壩段布置在壩頂中部，樁號(hào)0+34.70-0+51.30，溢洪道堰頂高程497.00m，溢流堰共2孔，凈寬14m，中墩厚0.6m,邊墩厚0.8m。溢流堰采用3×7m(高×長(zhǎng))水力自控翻板閘，堰頂長(zhǎng)10.5m，堰體下游緊接陡槽，陡槽凈寬15m,采用“U”型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚0.4m，下設(shè)0.1m厚混凝土墊層。陡槽出口采用挑流消能，挑流坎基礎(chǔ)坐落在巖面下1.5m處，挑流坎坎下設(shè)10m長(zhǎng)、0.5m厚鐵絲石籠護(hù)底。輸水工程布置在大壩右岸，由滲渠、供水管和放空管組成，滲渠長(zhǎng)50m，供水管、放空管均采用壩下溝埋式，管道均DN315PE管，供水管全長(zhǎng)89.95m，進(jìn)口高程488.85m，坡降為8%；放空管全長(zhǎng)128.64m，進(jìn)口高程485.50m，坡降為3%；壩下游設(shè)置閥門(mén)室以控制流量。右岸設(shè)上壩公路175.01m，寬4.5m泥結(jié)石路面,直達(dá)壩頂，大壩左側(cè)設(shè)置20m寬回車(chē)場(chǎng)。

3.2 工程總體布置

蔡俄堡水源地壩軸線座標(biāo)為：B1點(diǎn)x=78779.03，Y=15551.71；B2點(diǎn)x=78695.85，Y=15674.12。工程由擋水壩段工程、溢流壩段工程、上壩公路工程、輸水工程4部分組成。其中，溢流壩段位于壩體左側(cè)，長(zhǎng)75.94m，堰頂高程494.00m，堰型采用寬頂堰，堰頂凈寬14m，設(shè)2扇水力自控翻板閘門(mén)；擋水壩位于溢流壩兩側(cè)，全長(zhǎng)131.40m，上游面采用1∶2.5的迎水坡，300厚混凝土面板護(hù)坡；下游采用1∶2.5的背坡；輸水工程由滲渠和供水涵管和放空管組成，滲渠長(zhǎng)50m，涵管采用壩下溝埋式，供水管全長(zhǎng)89.95m，進(jìn)口高程488.85m，坡降為8%，放空管全長(zhǎng)128.64m，進(jìn)口高程485.50m，坡降為3%，管材均采用DN315PE管，壩下游設(shè)置閥門(mén)室以控制流量。右岸設(shè)上壩公路175.01m，壩頂可通車(chē)，左側(cè)設(shè)置20m寬回車(chē)場(chǎng)。

4 擋水建筑物

4.1 結(jié)構(gòu)布置和材料

4.1.1 壩頂、壩體布置

擋水壩段全長(zhǎng)131.40m，壩頂高程498.10m，寬5.0m，上游側(cè)設(shè)1.3m高防浪墻，防浪墻露出壩頂0.3m。壩頂交通采用200mm厚泥結(jié)石路面，1%橫坡，右側(cè)與上壩公路相通。壩體上游采用1∶2.5迎水坡，0.3m厚C25F200W8鋼筋混凝土面板，面板每10m設(shè)分縫一道，縫中填塞采用20mm厚L-600接縫板；下游采用1∶2.5的背坡，最大壩高18.22m；輸水工程采用壩下溝埋式，全長(zhǎng)218m，管道采用DN315PE管。

4.1.2 壩體防滲布置

為滿足壩體防滲要求，壩體采用鋼筋混凝土面板防滲，面板厚0.3m,底部與混凝土趾板相連接，上部與防浪墻相接；面板止水采用JHZ-1橡膠止水帶，上覆SR柔性填料。

4.1.3 壩體填筑材料

蔡俄堡水源地的筑壩材料，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)察勘和地質(zhì)勘察，選用砂礫料，料場(chǎng)選用了庫(kù)區(qū)內(nèi)及壩下游100m處的砂卵礫石。該料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量上能夠滿足設(shè)計(jì)要求，適于筑壩；且運(yùn)距較短，易于運(yùn)輸。筑壩材料碾壓后相對(duì)密度不小于0.75，其它填筑指標(biāo)如：碾壓后干密度、孔隙率及碾壓邊數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定。

4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

砂礫石面板壩校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇。按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)規(guī)定，壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，取設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高與校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高二者的最大值。壩頂超高計(jì)算公式如下：Y=R+e+A

(1)

式中：Y為壩頂超高，m；R為累積頻率為5%的波浪爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，按《規(guī)范》規(guī)定，4、5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)情況下，取0.5m，校核情況下取0.3m。

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算，即：

ghm/W2=0.13th[0.7(gHm/W2)0.7]th

Tm=4.438hm0.5

(2)

式中：hm為平均波高，m；Tm為平均波周期；s；W為計(jì)算風(fēng)速，正常運(yùn)用條件下的V級(jí)壩，設(shè)計(jì)風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍，非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速，多年平均年最大風(fēng)速取13.75m/s；D為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，正常運(yùn)用條件下取258m，非常運(yùn)用條件下取262m；Hm為水域平均水深，正常運(yùn)用條件下取4.48m，非常運(yùn)用條件下取4.68m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

平均波長(zhǎng)可按下式計(jì)算：

Lm=gTm22πth(2πH/Lm)

(3)

式中：Lm為平均波長(zhǎng)，m；H為壩迎水面前水深；m。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 平均波長(zhǎng)計(jì)算表

波浪爬高按下式計(jì)算：

(4)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率滲透性系數(shù)，取0.9；KW為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；m為單坡的坡度系數(shù)，取m=2.5。

風(fēng)壅水面高度按下式計(jì)算：

(5)

式中：e為計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；β為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，°。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 砂礫石面板壩壩頂高程計(jì)算成果表

考慮到大壩沉降，參照同類(lèi)工程，確定壩頂高程為498.40m?？紤]到防浪墻高度0.3m，最后大壩壩頂高程為498.10m。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)計(jì)算,擋水壩體安全可靠，防滲面板施工質(zhì)量易于控制，利用溢流壩段擋水，節(jié)省了大量土方開(kāi)挖。缺點(diǎn)是壩體分區(qū)多，作業(yè)面相互交叉，壩體和溢洪道施工相互干擾，混凝土防滲面板造價(jià)較高。

[1]吳立新.溪口水電站擋水建筑物技術(shù)改造的實(shí)踐[J].小水電，2009(06)：43-44.

[2]晏成明,周春飛,唐德善.河道擋水建筑物優(yōu)選的模糊層次綜合評(píng)判模型[J].水電能源科學(xué)，2009(05)：149-152.

1007-7596(2017)05-0108-02

2017-04-12

劉麗君(1965-)，女，河南鄧州人，工程師，從事水利工程預(yù)算等相關(guān)工作。

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