郭莊泉域小流域骨干壩工程設計研究

□熊宇峰　□司君婷（河南省水利水電學校）

郭莊泉域小流域骨干壩工程設計研究

□熊宇峰□司君婷（河南省水利水電學校）

文章以郭莊泉域某小流域骨干壩設計為研究對象，對小流域骨干淤地壩的設計與應用展開研究。結合當地自然環境、社會經濟發展條件和山西骨干壩工程建設的經驗，根據流域的地質地貌、土壤植被覆蓋、氣象水文等區域特征，通過骨干壩的水文計算、調洪演算、壩體設計、溢洪道設計、工程量計算等內容，采取典型設計的方法進行了骨干壩工程的設計，并對骨干壩建設后對郭莊泉域的影響和綜合效益進行了分析。研究將對山西同類型小流域骨干壩工程的設計和建設有一定的理論和實踐意義。

郭莊泉；小流域；骨干壩；工程設計

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給區是呂梁山區灰巖裸露區，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。郭莊泉歷史上就是當地重要的灌溉及生活水源，隨著當地工農業的迅猛發展，郭莊泉域內的需水量逐年增加，泉域內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。由于泉域內汾河河谷采煤、煉焦、化肥等工業的無序發展、任意排污導致植被破壞，河谷兩側山區水土流失嚴重。

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柏河上。汾西縣水土流失特別嚴重，2006年被水利部列為國家級水土流失重點治理區。汾西縣現有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厚的條件。根據汾西縣淤地壩工程建設規劃，在團柏河上修建三座串聯的骨干淤地壩工程。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間，增大入滲率和補給量，使更多的地表徑流轉化為巖溶水資源，以補充日益枯竭的郭莊泉源。

2　論文的研究內容與方法

論文以郭莊泉域某小流域骨干壩為例，對骨干壩的工程設計開展以下幾方面的研究：一是實地調查郭莊泉域和小流域基本情況，收集相關設計標準和規范；二是分析整理資料，對小流域骨干壩進行水文計算、工程設計、投資規模，以及建成后對郭莊泉域補源效果分析；三是參照《山西省淤地壩技術規程》和《水土保持治溝骨干工程技術規范》要求，采取典型設計的方法，對骨干壩進行可行性研究。

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水庫，項目區位于郭莊泉上游的灰巖裸露溝谷中，屬灰巖滲漏型水庫。小流域位于汾西縣西部約25 km的佃坪河上，流域屬黃土殘塬溝壑區第二副區，土質疏松多孔，滲透性強。

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，造成水土流失嚴重。產沙量主要集中在汛期6-9月份，平均侵蝕模數為8000 t/km2·a。

3.3根據骨干壩控制面積要求，經技術人員現場查勘及郭莊泉域管理處和當地水利部門意見，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　骨干壩工程設計

根據洪水調節計算和水利規劃，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，次要建筑物為5級，永久性建筑物的設計洪水標準為50 a一遇，校核洪水標準為300 a一遇。根據水文計算、洪水調節計算結果，根據三座骨干壩壩址區工程地形和地質條件，根據《水土保持治溝骨干工程技術規范》，初步擬定骨干壩的特征參數見表2。

表2　三座骨干壩特征參數表

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，其庫區地形地貌特征一致，地層巖性及地質構造相似，且壩址上游控制流域面積相當，庫容特性基本一致，因此從中選取1#骨干壩進行典型工程設計，其它兩座壩的建設、投資等按相應指標控制。

結合工程壩址區兩岸的地形、地質情況，確定1#壩由大壩和放水臥管組成，放水臥管布設在大壩左岸，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。溢流壩段設在壩體中間，非溢流壩段平均分布在壩體兩側，溢流壩段上部設置工作橋。溢流堰采用開敞式，堰頂不設閘門，僅設工作便橋。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。進水斜臥管采用方形斷面分級漿砌石臥管，涵洞采用漿砌石無壓輸水方涵。

5　1　#壩投資估算

根據三座骨干壩工程實際，選取1#壩作為典型工程進行投資估算，其他2座骨干壩均按1#壩投資指標控制。

1#壩工程設計總庫容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，一方面補充了地下水，另一方面降低了徑流對地表物質的沖刷能力，減輕了水土流失和泥沙危害。建壩后，溝道侵蝕基點被抬高，溝道比降減小，洪水的挾沙能力減弱；根據泥沙計算，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，總庫容達到446.20萬m3。按照本區的降水時間分布和產匯流特點，三庫串聯的運行方式為：每年主汛期（7-9月），水庫蓄滿，滲漏補給巖溶地下水。根據流域水文地質條件和氣象條件，滿庫水經滲漏蒸發消耗約4-5個月。冬春季，通常有幾場中小型降雨，三庫可蓄半庫水。因此，根據降水時間分布和產匯流特點、佃坪河串聯三庫的運行方式、庫區水文地質條件和滲漏形式，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300d，蒸發消耗120萬m3，滲漏補給巖溶地下水549.30萬m3。按3庫靜態總投資1454.80萬元計，折合2.65元/m3，有良好的經濟效益。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，減輕干旱對農業的威脅。可削減河道洪峰，確保下游人民群眾生命財產安全。通過攔蓄上游泥沙，淤成高質量的壩地，增加基本農田，促進退耕還林。工程建成后，美麗的環境也可為當地居民提供一個休閑、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計，利用庫區巖溶裸露區滲透系數大的特點，使地表水入滲轉化為地下水，以補充郭莊泉的水資源。郭莊泉域生態補源工程是非常復雜的問題，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.郭莊泉水資源開發利用現狀及保護措施［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，2002（1）：64-65.

（責任編輯：劉青）

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1673-8853（2016）07-0107-02

2016-04-07