考慮灌溉和調(diào)洪因素水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)規(guī)模確定

陳驊昕

（江西省誠(chéng)鄉(xiāng)給水工程有限公司,江西 南昌 330000）

1 引言

水庫(kù)工程設(shè)計(jì)需要充分結(jié)合水庫(kù)建設(shè)目的,確定合理的工程建設(shè)規(guī)模。目前,水庫(kù)建設(shè)具備灌溉、發(fā)電、防洪等綜合作用,在水庫(kù)工程建設(shè)過(guò)程中需要充分考慮水庫(kù)所在地區(qū)的灌溉需求,防洪需求等,確定合理的特征水位等參數(shù),從而最大效益地發(fā)揮水庫(kù)作用[1-3]。

依照水庫(kù)大壩安全鑒定的結(jié)論,工程被確定為三類(lèi)水庫(kù)大壩,控制運(yùn)行,危及下游安全和效益的發(fā)揮。安全加固的任務(wù)主要是徹底消除水庫(kù)目前存在的隱患,力爭(zhēng)水庫(kù)安全達(dá)標(biāo),并對(duì)庫(kù)區(qū)環(huán)境加以整治,從而獲得灌溉、供水、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖及環(huán)境美化等綜合效益。

2 灌溉用水計(jì)算和興利庫(kù)容計(jì)算

2.1 灌區(qū)范圍、灌溉方式和灌溉設(shè)計(jì)保證率

水庫(kù)原灌區(qū)、面積為1.72 萬(wàn)畝,現(xiàn)經(jīng)實(shí)查,設(shè)計(jì)灌溉面積A=1.30 萬(wàn)畝（水田）。灌溉方式采用主、副壩涵管放水到灌渠供水。灌溉設(shè)計(jì)保證率取90%。

2.2 灌溉用水量和年內(nèi)分配

2.2.1 灌溉定額分析

水庫(kù)灌區(qū)靠近人口密集的淡水鎮(zhèn),灌區(qū)除糧食生產(chǎn)之外,還是供應(yīng)城鎮(zhèn)的主要蔬菜生產(chǎn)基地之一,尤其是在冬季,有30%耕地復(fù)種蔬菜。經(jīng)查灌區(qū)土壤為壤土,該地區(qū)一年三熟凈灌溉定額為753 m3/畝,其年內(nèi)分配比見(jiàn)表1（100%冬種面積欄）,考慮到本地冬種面積只有30%,根據(jù)實(shí)際情況折算后一年三熟凈灌溉定額為666.65 m3/畝。各月灌溉用水量分配比見(jiàn)表1（30%冬種面積欄）。

表1 P=90%一年三熟（冬種30%）灌溉定額年內(nèi)分配表

2.2.2 徑流調(diào)節(jié)類(lèi)型的確定

1）多年平均徑流總量

該工程可行性研究報(bào)告中未計(jì)入其上游正徑水庫(kù)的灌溉耗水量,導(dǎo)致年徑流成果稍偏大,現(xiàn)考慮其上游正徑水庫(kù)的灌溉用水進(jìn)行徑流計(jì)算。正徑水庫(kù)灌溉面積為1100 畝,灌溉耗水量為952.21×1100=104.74 萬(wàn)m3,故雞心石水庫(kù)實(shí)有多年平均徑流總量W平=2220-104.74=2115.26 萬(wàn)m3。

2）P=90%時(shí),雞心石水庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流總量WP

已知年徑流變差系數(shù)Cvy=0.37,Cs=2Cv,查《水利水能規(guī)劃》皮爾遜Ⅲ型曲線(xiàn), 當(dāng)P=90% 時(shí),KP=0.565, 則WP= KP×W平=0.565×2115.26×104= 1195.1×104m3。

3）年用水量

水庫(kù)主要用水為農(nóng)田灌溉及城鎮(zhèn)供水。

年灌溉用水量W灌：

年供水量W供：雞心石水庫(kù)的日供水量為0.2×104m3,年供水量為W供=73×104m3。

年用水量W用=（1237.9+73）×104=1310.9×104m3

4）水庫(kù)調(diào)節(jié)類(lèi)型的確定

多年調(diào)節(jié)水庫(kù)：W平＞W(wǎng)用＞W(wǎng)P

根據(jù)上述計(jì)算成果,雞心石水庫(kù)的W平＞W(wǎng)用＞W(wǎng)P,屬于多年調(diào)節(jié)水庫(kù),則雞心石水庫(kù)按多年調(diào)節(jié)水庫(kù)計(jì)算興利庫(kù)容：

2.2.3 多年調(diào)節(jié)興利計(jì)算

1）徑流調(diào)節(jié)說(shuō)明

年內(nèi)徑流變化一般可采用多年平均的年內(nèi)分配形式（P=50%）。

2）設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配

雞心石水庫(kù)無(wú)實(shí)測(cè)年徑流資料,但徑流與降雨關(guān)系密切,故設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配由降雨資料進(jìn)行推求。選取兩個(gè)降雨典型年（P=50%）進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算,一個(gè)是1985 年4 月至1986 年3 月,年降雨量為H年=1797.60 mm,另一個(gè)是1970 年4 月至1971 年3 月,年降雨量為H年=1775.60 mm。其年內(nèi)各月降雨量及降雨年內(nèi)分配見(jiàn)表2、表3。

表2 設(shè)計(jì)年徑流（P=50%）年內(nèi)分配計(jì)算表（1985.4～1986.3）

表3 設(shè)計(jì)年徑流（P=50%）年內(nèi)分配計(jì)算表（1970.4～1971.3）

3）用水量、用水分配

水庫(kù)農(nóng)田灌溉用水量為W灌=1237.9 萬(wàn)m3,灌溉保證率P=90%的用水分配比見(jiàn)表4。年供水量為W供=73×104m3。日供水量均為0.2×104m3。各月用水分配計(jì)算見(jiàn)表4。

表4 用水年內(nèi)分配計(jì)算表

4）水庫(kù)水損計(jì)算

水庫(kù)水損主要考慮蒸發(fā)損失和滲漏損失。蒸發(fā)損失及其分配：蒸發(fā)損失采用多年平均蒸發(fā)損失。水庫(kù)額外水量蒸發(fā)深度ΔH：

蒸發(fā)損失逐月分配,見(jiàn)表5。

表5 蒸發(fā)損失年內(nèi)分配計(jì)算表

滲漏損失及其分配：由于庫(kù)區(qū)無(wú)滲漏試驗(yàn)資料,水庫(kù)滲漏損失采用經(jīng)驗(yàn)值,取平均蓄水量的1.3%（按月計(jì)）。

5）興利計(jì)算

興利計(jì)算采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算,興利庫(kù)容V興等于年庫(kù)容V年和多年庫(kù)容V多之和。

年庫(kù)容V年計(jì)算：年庫(kù)容采用來(lái)水量等于總用水量（灌溉水量+供水量）與水量損失之和,進(jìn)行完全年調(diào)節(jié)列表計(jì)算。具體方法為：首先不考慮水量損失,計(jì)算其相應(yīng)庫(kù)容,用上輪計(jì)算各月庫(kù)容的相應(yīng)水量損失,再考慮水量損失進(jìn)行完全年調(diào)節(jié)計(jì)算,通過(guò)調(diào)整來(lái)水量進(jìn)行試算,直至年庫(kù)容變化不大,來(lái)水量與總用水量相等時(shí),才取其結(jié)果。

經(jīng)多輪次試算,求得兩個(gè)典型年的年庫(kù)容分別為432.61×104m3、498.52×104m3。

兩者比較取大值,則取典型年（1970.4～1971.3）的年庫(kù)容即V年=498.52×104m3。

多年庫(kù)容V多計(jì)算：已知多年平均徑流總量W平=2115.26×104m3

由計(jì)算得知：W用=1380.38×104m3

調(diào)節(jié)系數(shù)：α=W用/W平=0.6526。

由P=90%,Cv=0.37,α=0.6526,查《水利水能規(guī)劃》的普列什柯夫線(xiàn)解圖得多年庫(kù)容系數(shù)β=0.215,則多年庫(kù)容：V多=βW平=454.78×104m3；興利庫(kù)容V興= V年+V多=953.3×104m3；正常庫(kù)容 V正= V興+V死=964.3×104m3。

典型年的多年調(diào)節(jié)水庫(kù)興利庫(kù)容的計(jì)算成果V正稍小于現(xiàn)有雞心石水庫(kù)的正常庫(kù)容（V=1006 萬(wàn)m3）,則取雞心石水庫(kù)正常庫(kù)容保持不變,在保證率P=90%情況下,可滿(mǎn)足灌溉農(nóng)田1.30 萬(wàn)畝及城鎮(zhèn)日供水量為0.2 萬(wàn)m3的需水要求。

3 調(diào)洪演算

方案一調(diào)洪演算（不考慮上游正徑水庫(kù)調(diào)節(jié)）

溢洪道為開(kāi)敞式無(wú)閘控制溢洪道,洪流堰為寬頂堰,凈寬20 m,堰頂高程55.0 m（珠基）。調(diào)洪演算利用《調(diào)洪演算程序TH-3.BAS》,計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 全流域洪水調(diào)洪演算成果表

方案二調(diào)洪演算（考慮上游正徑水庫(kù)調(diào)節(jié)）

考慮上游正徑水庫(kù)調(diào)節(jié),在保證上游正徑水庫(kù)洪水安全下泄的前提（因該庫(kù)在2005 年度省人大議案除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)時(shí)防洪標(biāo)準(zhǔn)已提高至與雞心石水庫(kù)一致,故本次設(shè)計(jì)不再考慮其潰壩情況）,以來(lái)多少洪水泄多少洪水為原則,計(jì)算得正徑水庫(kù)調(diào)洪演算成果見(jiàn)表7。

表7 正徑水庫(kù)調(diào)洪演算成果表

按同頻率正徑水庫(kù)調(diào)洪下泄洪水過(guò)程線(xiàn)與區(qū)間雞心石水庫(kù)天然洪水過(guò)程線(xiàn)進(jìn)行組合后,再進(jìn)行區(qū)間雞心石水庫(kù)調(diào)洪演算（兩洪水錯(cuò)鋒時(shí)間近似按3 小時(shí)計(jì)算）,成果見(jiàn)表8。

表8 區(qū)間水庫(kù)調(diào)洪演算成果表

由兩方案調(diào)洪演算成果看,采用全流域洪水直接調(diào)洪比考慮上游正徑水庫(kù)加入調(diào)洪的校核洪水位及設(shè)計(jì)洪水位較高,1000 年一遇洪水位高59.42-59.04=0.38 m；50 年一遇洪水位高57.96-57.60=0.36 m。從安全角度考慮,取全流域洪水調(diào)洪的演算成果,選定的水庫(kù)特征水位：死水位30.00 m,相應(yīng)死庫(kù)容11.0 萬(wàn)m3；正常蓄水位55.0 m, 相應(yīng)正常庫(kù)容1006 萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)洪水位57.96 m,相應(yīng)設(shè)計(jì)庫(kù)容1260 萬(wàn)m3（P=2%）；校核洪水位59.42 m,相應(yīng)校核庫(kù)容1391 萬(wàn)m3（P=0.1%）。

4 結(jié)論

根據(jù)灌溉需求和調(diào)洪計(jì)算結(jié)果,水庫(kù)正常蓄水位55.00 m,相應(yīng)正常庫(kù)容1006.00 萬(wàn)m3,校核洪水位59.42 m,總庫(kù)容1391 萬(wàn)m3；水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇,消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇。