關于水庫工程選址與規模設計研究

艾潤華

(撫州市水電勘測設計院，江西 撫州 344000)

1 工程概況

鳳岡惠民水庫位于宜黃縣鳳岡鎮澄源村沙下組，距宜黃縣城8 km，壩址坐落于撫河流域臨水支流胥坊水上，壩址以上控制流域面積17.7 km2，水庫總庫容563.3×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧供水等綜合利用的小型水利樞紐工程。為了改善下游農田水利基礎設施，提高灌溉保證率，江西省撫州市宜黃縣決定興建骨干水源工程，水庫樞紐采用下壩址方案，大壩壩型采用混凝土砌石重力壩。

2 工程任務和工程規模

2.1 工程任務

鳳岡惠民水庫的開發任務是：提供下游澄源村、大鹿村、仙三都村、附東村等村委會的500 hm2農田灌溉用水及1.2萬農村居民生活用水。

2.2 水庫樞紐工程規模

(1)興利調節計算。本次設計采用長系列法進行興利調節計算，經過綜合比選，新建水庫擬定正常蓄水位為146.0 m，相應庫容474.0萬m3，死水位為118.0 m，相應庫容為11.6萬m3,水庫興利庫容462.4萬m3，水庫多年平均來水量1823萬m3，庫容系數0.254，屬年調節水庫，可滿足下游500 hm2農田的灌溉需要及1.2萬人供水需求，灌溉保證率可達85%，供水保證率可達95%。

(2)洪水調節計算。本工程大壩采用混凝土砌石重力壩，壩頂設溢流堰，堰面為WES實用堰型曲線，堰頂高程(正常蓄水位)為146.0 m，溢流凈寬36.0 m。

經復核，設計洪水標準為50 a一遇，相應洪水位147.70 m，相應下泄流量165.80 m3/s，相應下游水位111.97 m；校核洪水標準為500 a一遇，相應洪水位148.20 m，相應下泄流量250.70 m3/s，相應下游水位112.45 m，水庫總庫容563.30萬m3。

(3)水庫灌溉區規模。灌區設計水平年農作物綜合復種指數為2.11，灌溉水利用系數為0.71。經計算，灌區多年平均綜合凈灌溉定額為7294.5 m3/hm2，多年平均綜合毛灌溉定額為10 273.5 m3/hm2，多年平均灌溉水量為513.7萬m3，占總用水量的87.9%。

本項目綜合用水定額按140 L/(人·d)，規劃至2030年，按人口自然增長率8‰計算，需供水人口達1.2萬人，考慮15%的損失及未預見水量，日需水量將達到0.193萬t/d，年用水量70.5萬m3，占總用水量的12.1%。

3 工程選址和主要建筑物設計

3.1 工程選址設計

根據壩址區地形地質情況，為保證興利庫容，減小水庫淹沒，可研階段選擇上、下兩壩址進行比選，其中上壩址位于鳳岡鎮澄源村胥坊組下游2050.0 m處峽谷，下壩址位于鳳岡鎮澄源村胥坊組下游2850.0 m處峽谷，上、下兩壩址相距約800.0 m。通過對上、下兩壩址的地形地質條件、樞紐布置、水庫淹沒、施工條件、工程投資等方面的技術經濟比選。認為下壩址方案比上壩址方案具有較大的優勢，因此可研階段確定下壩址為推薦壩址[1]。

3.2 工程布置和主要建筑物選型

(1)壩線選擇。下壩址位于鳳岡鎮澄源村胥坊組下游2850 m處峽谷，兩岸山包范圍較小，壩址處兩岸存在峽谷河段長約100 m，依據地形條件，可供大壩布置上、下壩線間距約30 m。下壩線為上階段下壩址推薦壩線，上壩線位于下壩線上游約30 m。由于上、下兩壩線相距較近，僅30 m，從地形、地層巖性、地質構造、壩址工程地質條件、工程布置、庫區淹沒及施工條件等各個方面看，上、下壩線無多大差異。

下壩址上下壩線方案和投資比較如表1所示。經對比分析，下壩線壩頂長度相對較短，兩岸地形對稱，與坡面正交，全強風化層較薄，開挖處理工程量較少，建基面之下相對透水層較薄，其地形地質條件明顯比上壩線優，最終確定下壩址下壩線為擬建壩線[2]。

下壩線重力壩壩頂長度180.0 m，坡面與壩線正交，河床部位覆蓋層主要為粗砂層，厚度1.60 m左右，其下為強-弱風化狀花崗巖。兩岸邊坡全-強風化基巖厚度較大，河谷開挖處理深度2.50～5.90 m，平均處理深度4.80 m。

(2)壩型確定。從地形地質條件上說，面板堆石壩要求最低，重力壩次之，拱壩最高；從工程投資上看，面板堆石壩投資最大，重力壩居中，略大于拱壩；從施工技術和施工條件看，當地人力資源豐富，且具有修建砌石工程的經驗，采用砌石重力壩、拱壩可充分利用當地勞動力。拱壩施工難度略大于重力壩，且拱壩左壩肩山體低矮，風化深度大，需設重力墩作為拱座，且開挖深度大，方量大?；炷撩姘宥咽瘔喂こ塘看螅┕るy度大，同時面板堆石壩對面層及墊層料面板接縫、趾板施工要求較高[3]。因此，從施工技術和條件分析，砌石壩優于混凝土面板堆石壩。從質量控制方面考慮，M10漿砌石重力壩相比C15混凝土砌石重力壩機械化程度低，人力投入大，施工進度慢，質量更難控制，度汛時期需增設壩面保護措施。最終確定該工程使用C15混凝土砌石重力壩壩型。

表1 下壩址上下壩線方案和投資比較

(3)工程總布置。該水庫樞紐工程主要建筑物有擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等。

擋水建筑物壩體采用C15混凝土砌石，上游面采用C25混凝土防滲面板。壩頂寬度為4.0 m，壩頂高程為149.2 m，壩基建基面高程104.0 m，上游面高程130.0 m以上為鉛直面，高程130.0 m以下坡比為1∶0.15；壩下游面高程146.0 m以上為鉛直面，以下坡比為1∶0.75。

泄水建筑物溢流壩段凈寬36.00 m，堰頂高程146.00 m，壩基建基面高程104.00 m。溢流面由頂部曲線段、中間直線段、下部反弧段組成。頂部曲線為WES曲線，堰頂上游為1/4橢圓曲線，下游段為冪次曲線。溢流壩出口采用挑流消能方式，鼻坎寬36.00 m，鼻坎頂高程114.48 m，挑角20°，反弧半徑8.00 m。

引水建筑物灌溉兼供水管中心線位于樁號B0+055.5處，采用壩內埋管型式，由塔式分層取水進水口、壓力管道組成，進口底板高程116.0 m，內徑φ 0.9 m，進口設置取水工作閘門，出口采用閘閥控制。

本工程所采用混凝土均為二級配，水泥為大壩硅酸鹽水泥。

4 施工規模設計

4.1 施工組織設計

鳳岡惠民水庫位于宜黃縣鳳岡鎮澄源村沙下組，壩址距縣城約8 km，控制流域面積17.7 km2。水庫壩址下游地形較開闊，便于布置施工場地。水庫樞紐由大壩、壩內灌溉兼供水管、壩內放空管、上壩道路等部分組成。主體工程量為：土方開挖17 670 m3，石方開挖57 925 m3，混凝土及鋼筋混凝土24 199 m3，混凝土砌石63 098 m3，鋼筋籠283.0 t，帷幕灌漿378 m，固結灌漿1234 m。根據施工組織安排，第一年10—11月利用明渠導流，施工洪水位110.35 m。第一年12月—次年2月利用放空管導流，施工洪水位115.28 m。

4.2 主體大壩工程施工

河床部分采用風鉆打眼，人工爆破，石碴運至壩下游的棄料場堆放。兩岸山坡，則采用自上而下的開挖方法，用風鉆鉆孔爆破，棄碴沿下游河床兩邊作條帶狀棄料場布置或堆放在河灘地上。建基面1.0 m厚的保護層采用風鉆打淺孔，限制裝藥量。松動爆破，風鎬修整，人工出碴清基。壩基底板混凝土墊層澆筑：由下游拌和站來料，通過倉面分送入倉、搗實。

防滲面板與溢流面板混凝土要在該部位砌石工程完成后再分塊澆筑，垂直運輸擬采用塔式起重機提升上壩[4]。

壩體砌筑：石料從料場采用爆破開采，汽車水平運輸，細石混凝土采用機械拌和，壩下游拌和站來料，人工分散砌筑，垂直運輸擬采用塔式起重機提升上壩，砌筑方法應嚴格按照有關壩體的施工技術規定執行，以確保壩體工程質量，壩體砌筑宜逐層全面上升。

基礎灌漿：應遵循先固結后帷幕的原則，帷幕灌漿和固結灌漿均采用機械灌漿。壩基排水孔在帷幕灌漿后，再用鉆機打孔[5]。

4.3 水庫灌區規模

(1)灌水率計算。對灌區年徑流、年綜合畝凈定額及7—8月定額(考慮7—8月需水量大)分別進行頻率分析，根據與設計頻率相近且灌水分配過程最不利及灌溉定額偏大的原則，本次選取1979年作為灌溉保證率P=85%的典型年，根據典型年各種作物旬用水過程分析，水稻在7月下旬出現最大用水高峰，灌區設計灌水率見圖1。

圖1 鳳岡惠民水庫灌區灌水率圖

灌水率變化大，灌水持續時間不同，若按照計算的灌水率設計渠道供水，不但水量變化不均勻而且造成渠道斷面偏大，為此，按規范要求對灌水率進行調整，確定灌區設計灌水率為0.562 m3/(s·萬畝)，最小灌水率為0.169 m3/(s·萬畝)。

(2)取水口設計流量。從上面可以得知該水庫灌水率0.562 m3/(s·萬畝)和渠系水利用系數0.71，灌溉取水設計流量為0.594 m3/s；本項目綜合用水定額按140 L/(人·d)，考慮15%的損失及未預見水量，日需水量將達到0.193萬t/d，供水取水設計流量為0.023 m3/s，另外考慮下游生態基流流量為0.0578 m3/s，取水口設計流量合計為0.674 m3/s。

5 結 論

該工程供水、灌溉帶來的經濟效益很大，本水庫設計灌溉面積為500 hm2，工程實施后每畝按增加500 kg水稻計算，經測算水稻影子單價為2.60元/kg，水庫灌區灌溉效益為975.0萬元。本水庫設計日供水量0.2萬t，經測算影子水價按0.2元/t，其生活、工業供水效益為14.6萬元。根據調查及有關部門提供情況估計，多年平均損失值為100萬元，減免的損失值即為本工程的防洪治澇效益。防洪治澇效益在計算期內年增長率取3.0%，換算至本工程發揮效益時第一年的防洪治澇效益為109.27萬元。