東辛莊鎮胡墳塘壩工程設計分析

魏 巍，王 勇，郭曉東

(葫蘆島平山供水有限責任公司，遼寧 葫蘆島125001)

1 基本概況

近幾年來，該地區地下水極度缺乏，打井取水十分困難，加上連續幾年來的干旱，大部分農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，以及糧食產量逐漸降低，經濟損失嚴重。面對上述情況，興城市東辛莊鎮政府決定在胡墳修建一座塘壩工程，解決農田抗旱灌溉及抗旱播種用水問題，同時也防止水土流失，改善生態環境，發展農村經濟起到有效支撐作用［1］。

2 水文水利計算

2.1 基本資料

2.1.1 流域特性

塘壩集水面積0.282 km2，壩址以上河道長度0.854 km，河道平均比降經J:可根據1/10000 地形圖，順河選河底地形的轉折點繪出河道縱斷圖，用圖解法來計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，以橫標為L/2，縱標為H平均，交出O 點，過O 點作一直線交縱斷于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～庫容(H ～V)曲線

塘壩庫容依據實測千分之一地形圖量算，其計算公式:

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。計算結果詳見表1，并繪制水位～庫容曲線。

2.2 水文計算

2.2.1 年徑流計算

該工程所在地多年平均徑流深Y平均=202 mm，多年 平 均 來 水 量 W平均= 0.1 × Y平均× F =5.696 萬m3，當P=75%，CS=2CV，CV=0.74 時，KP=0.47，設計保證率下的年來水量WP=KP×W平均=2.677 萬m3。

2.2.2 暴雨洪水計算

該塘壩的設計標準采用10 a一遇洪水設計，50 a一遇洪水校核，水文分區屬Ⅵ1分區。該集水區無實測資料，故按無資料地區方法進行計算［2］。洪水計算成果見表1。

流域面積F=0.282km2，河道長L=0.854 km，河道比降J =43.99‰。最大平均暴雨P三=121 mm，P24=108 mm，P6=70 mm，P1=34 mm，KF=1。經計算匯流歷時τ=0.13 h。

參與調洪的洪量:

W調2%= 0.67 × W24P+ 0.12 × QP× τ=3.816 萬m3

W調10%=1.868 萬m3

表1 洪水計算成果表

2.3 水利計算

2.3.1 死庫容計算

死庫容的計算公式為:

式中:G 為多年平均懸移質年輸沙量，t，G=g×F;g 為多年平均懸移質年輸沙模數，由《遼寧省水資源》手冊查得g=329 t/km2;F 為集水面積;T 為設計淤積年限，一般采用15 ～30 a，取15 a;E 為岸崩和推移質泥沙占懸移質泥沙比重，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m3。

2.3.2 興利庫容計算

按完全年調節計算庫容:

式中:V興為興利庫容，萬m3;β 為完全年調節興利庫容系數，一般采用0.5 ～0.7，取0.7;WP為設計保證率下年來水量，萬m3;W興=1.874 萬m3;V正=V墊+V興=2.013 萬m3;

查插圖3:水位～面積、庫容曲線得正常高水位為H正=49.16 m。

式中:W凈為水庫凈調節水量，萬m3，即保證供給灌溉用的水量;C 為水庫蒸發、滲漏損失占興利庫容的比重，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，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容的確定

1)防洪標準:本塘壩采用頻率P=10%設計，P=2%校核。

2)洪水調節計算，按校核洪水，用簡易調洪方法調洪，確定溢洪道底寬和最高洪水位。簡易調洪公式:

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容，萬m3;W調P為某一頻率參與調洪的洪量，萬m3。

調洪計算結果詳見表2。并繪制溢洪道～底寬、最大泄量關系曲線。

表2 調洪計算表

3)防洪庫容和設計洪水位:根據校核洪水調洪計算結果，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m3，然后以設計洪水采用簡易公式qm=QP(1－W防/W調P)圖解法調洪，即在防洪庫容～溢洪道泄流量曲線上取縱標等于V調10%=1.868 萬m3，取橫標等于Q10%=8.94 m3/s，兩點連成直線交V防～q 曲線于E 點的縱標V防設=0.866 萬m3，橫標qm設=4.795m3/s，即為P=10%的設計 洪 水 調 洪 結 果。根 據 V = V正+ V防設=2.879 萬m3/s，查水庫庫容曲線可分別H設=50.01 m，hm設=0.85 m。塘壩水文水利計算成果表見表3。

表3 塘壩水文水利計算成果表

3 塘壩工程設計

3.1 土壩

該塘壩工程修建重力式擋土壩一座，采用均質黃土填筑。壩體橫跨河道總長67 m，壩頂寬度設計為4 m;壩前設計洪水位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厚的混凝土護坡，背水面邊坡比為1∶2.5，在壩頂迎水面設有防浪墻，墻高1.0m，墻寬0.7m，墻下0.6×0.7m 基礎，均為漿砌石結構。為防止壩體滲流，在壩體內，平行于壩坡，距離迎水面1.2 m處，鋪設土工膜一道，壩基礎處挖2.5m 深的溝槽，至堅硬巖石，槽內右側設置土工膜，與壩體防滲形成一個整體。

3.2 溢洪道

在大壩的右端設有溢洪道，溢洪道采用開放式寬頂堰形式，計算公式為:

式中:m 為流量系數;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7 m，下游凈寬6 m，采用漿砌石砌筑。消力池下面設有海漫，長10 m，寬7.2 m，采用干砌石砌筑。

4 塘壩穩定分析

胡墳塘壩設計壩高6.47 m，穩定計算只對正常運用情況計算，考慮胡墳塘壩規模較小，校核洪水位時，蓄水量只有3.456 萬m3，按照規定壩高＜15 m的小型水庫可不進行穩定校核。

4.1 壩頂寬與壩坡確定

胡墳塘壩設計壩頂寬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，但是對增加庫容，提高工程利用價值及增加迎水壩坡穩定系數，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生滑動，但上游坡坡比1∶2.5已被證實為穩定坡度，且被廣泛推廣使用，本設計坡面加大20%即:1∶3，是以保證其穩定性。

4.3 塘壩土料填筑

根據現場勘察，主要為砂質黃土和強風化巖之砂土，土工膜鋪于垂直壩坡1 m處，加上砂墊層及護坡，厚度超過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 萬元，其中大壩工程28.25 萬元，溢洪道工程3.58 萬元，消力池工程2.16 萬元，庫區清淤4.47 萬元，設備安裝工程5.85，田間灌溉設施46.53 萬元，臨時工程4.01 萬元，獨立費6.0 萬元，基本預備費6.05 萬元。

6 結 語

綜上所述，盡管塘壩設計中因穩定計算比較復雜，涉及理論較深，但參考已有經驗及采取工程措施，足可以保證該塘壩是穩定的。

［1］張志旗.小型農田水利工程設計報告［M］.石家莊:臨澤出版社，2010:59－64.

［2］范天勝.淺談農田水利工程灌溉規劃設計［M］.烏魯木齊:新疆出版社，2011:197－204.

［3］黃秋生.實用農業節水灌溉工程規劃與設計［M］.北京:水利水電出版社，2010:105－112.