淺談?wù){(diào)蓄水池設(shè)計

趙 鈺

（甘肅省平?jīng)鍪兴畡?wù)局，甘肅平?jīng)?44000）

調(diào)蓄池可把河流徑流的高峰流量暫存其內(nèi)，在干旱期保障水量的同時也可消減洪峰流量。在西北部缺水地區(qū)，當(dāng)大旱或連續(xù)干旱時，往往出現(xiàn)河道來水枯竭和斷流現(xiàn)象，季節(jié)性缺水嚴重，隨著社會的發(fā)展，需水量不斷增加，枯水期水源不足，給群眾生活帶來嚴重影響，為保障受水區(qū)干旱期基本用水，修建調(diào)蓄池進行蓄水調(diào)節(jié)，富水月份蓄水，缺水月份使用。本文以莊浪縣中部山區(qū)人飲鞏固提升工程中的調(diào)蓄池為例，淺談?wù){(diào)蓄池的主要設(shè)計思路。

1 工程概述

1.1 地質(zhì)概況

該工程位于魚兒咀村，溝谷呈寬淺“V”字形。左右岸坡不對稱發(fā)育，左岸呈階梯狀田地分布，溝底寬40 m，主河床標(biāo)高2 103～2 113 m。區(qū)域內(nèi)退耕還林地、草地等分布面積較大。調(diào)蓄池地形地貌為河谷左岸2 級階地，階地寬60～160 m，長640 m。左岸邊坡為砂礫質(zhì)天然邊坡，坡高4.0～6.5 m，天然坡比1∶0.75～1∶1，多數(shù)地段為直立陡坎，天然邊坡穩(wěn)定。階面標(biāo)高2 120～2 126 m，左岸2 級階地后緣白堊系泥巖出露，巖基邊坡穩(wěn)定。右岸為階地條田依次分布，邊坡穩(wěn)定。

1.2 氣象條件

莊浪縣屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。全年大部分時間受高空西風(fēng)環(huán)流影響，冬季盛行西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)。冬半年（10 月—翌年4 月）降水稀少，氣溫低，氣候干冷；夏半年（5—9 月）降水較多，但不均勻，干旱、冰雹和暴洪災(zāi)害頻繁。多年平均氣溫7.9℃，最熱月為7 月，月平均氣溫19.9℃，極端最高氣溫34.8℃，最冷月為1 月，平均氣溫-5.5℃，極端最低氣溫-23℃，多年平均降水量548.0 mm，年內(nèi)分布極不平衡，冬春降水稀少，10 月至翌年4 月降水僅占全年降水的12%，全年降水量60%以上集中在7—9 月。年蒸發(fā)量1 310.5 mm（口徑20 cm），多年平均無霜期142 d，最大凍土深63 cm。

2 容積計算

2.1 水源地來水量按月分配

魚兒咀水源位于北洛河，該流域上無水文站，采用就近原則，根據(jù)莊浪縣花崖河水庫保證率為90%年徑流分配系數(shù)進行年內(nèi)分配（年內(nèi)徑流分配和當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況最接近），按設(shè)計頻率的年徑流量進行控制縮放，得相應(yīng)頻率的月徑流量。

2.2 生態(tài)基流

按照《水利水電建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》（SL 525-2011）相關(guān)規(guī)定，“對于河道生態(tài)需水量的確定原則上按多年平均流量的10%～20%確定。水資源年內(nèi)豐枯變化較大，且實測最小流量小于工程控制斷面多年平均流量10%的河流，經(jīng)現(xiàn)場勘測和綜合分析，以工程控制斷面實測最小流量作為最小生態(tài)需水量控制”。

2.3 蒸發(fā)損失估算

調(diào)蓄池的蒸發(fā)損失是指調(diào)蓄池興建前后的蒸發(fā)水量差值。修建調(diào)蓄池前，除原河道有水面蒸發(fā)外，整個區(qū)域都是陸面蒸發(fā)，建成后，原來的陸面面積變成了調(diào)蓄池水面面積，由原來的陸面蒸發(fā)變成水面蒸發(fā)。因水面蒸發(fā)比陸面蒸發(fā)大，所以調(diào)蓄池蒸發(fā)損失就是陸面面積變?yōu)樗婷娣e所增加的額外蒸發(fā)量，亦即水面蒸發(fā)與陸面蒸發(fā)的差值。蒸發(fā)損失量用下式計算：

根據(jù)花崖河水庫蒸發(fā)量資料，項目區(qū)多年年平均降水量為494.5 mm，蒸發(fā)量（Φ20 cm 蒸發(fā)皿）為1 298.9 mm。當(dāng)?shù)卅?0 cm 蒸發(fā)皿蒸發(fā)量折算為調(diào)蓄池水面蒸發(fā)量的折算系數(shù)為0.6，計算得多年平均水面蒸發(fā)量為779.34 mm。采用多年平均降雨量和多年平均徑流深之差作為陸面蒸發(fā)深度的估算值，陸面蒸發(fā)深度為297.16 mm，池面蒸發(fā)損失深度為482.18 mm。

2.4 滲漏損失估算

魚兒咀蓄水池屬中等地質(zhì)條件，無永久滲水通道，池底和壩體經(jīng)防滲處理后，滲流量很小，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，確定調(diào)蓄池滲漏損失按月庫容的0.1%計算。

2.5 興利調(diào)節(jié)計算

根據(jù)設(shè)計水平年來水和用水過程進行興利調(diào)節(jié)計算，在扣除蒸發(fā)、滲漏損失后，規(guī)劃水平年來水完全可以滿足供水區(qū)用水要求。p=95%情況下調(diào)蓄池庫容為9.13 萬m3，余水可作為補充水源，解決枯水期飲水不穩(wěn)定問題。

2.6 調(diào)蓄池容積確定

調(diào)蓄池修建在魚兒咀溝左岸Ⅱ級階地上，根據(jù)地形及縱坡比確定，將調(diào)蓄池分為3 個調(diào)蓄池。1#調(diào)蓄池容積為1.71 萬m3，2#調(diào)蓄池容積為4.49 萬m3，3#調(diào)蓄池容積為2.93 萬m3，調(diào)蓄池總?cè)莘e為9.13 萬m3。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 池頂超高計算

由于不存在調(diào)蓄洪水的情況，超高計算分別按照以下情況進行計算，取其最大值：正常蓄水位+正常運行時的池頂超高；正常高水位+非常運行下的池頂超高+地震安全超高。

池頂超高根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5395-2007)的有關(guān)規(guī)定，池頂在調(diào)蓄池靜水位以上的超高按下列公式計算：

池頂超高按下式計算：

式中：Y 為池頂超高（m）；e 為最大風(fēng)壅水面高度（m）；A 為安全加高（m），正常運用0.5 m，非常運用0.3 m；R 為波浪爬高（m），R＝3.2 k2（2 h）tga；其中：k2為壩坡的粗糙系數(shù)，混凝土板護坡取0.90；a 為壩坡與水平面的夾角，tga＝0.50；2 h 為波浪高（m），2h＝0.020 8V5／4D1／3；v 為水面以上10 m 處的風(fēng)速，正常運用條件取多年平均最大風(fēng)速的1.5 倍為20.1 m/s，非常運用條件取多年平均最大風(fēng)速13.4 m/s；D 為吹程（m），經(jīng)量算1＃調(diào)蓄池為140 m，2＃調(diào)蓄池為137 m，3＃調(diào)蓄池為110 m。

根據(jù)計算結(jié)果以及地形布置，現(xiàn)場勘查，取調(diào)蓄池池頂超高0.3 m。

3.2 斷面設(shè)計

調(diào)蓄池壩體采用碾壓均質(zhì)土壩，復(fù)合土工膜防滲，內(nèi)邊坡采用1∶2.5，外邊坡采用1∶2.0，壩坡分為4 層：第一層為6 cm 厚C20 砼預(yù)制板，第二層為3 cm 厚M10 水泥砂漿，第三層為0.4 mm 厚土工膜，第四層為粘土壩體。地基原土翻夯1 000 mm，再進行庫基防滲處理，庫基防滲處理分為4 層：第一層為6 cm 厚C20 砼預(yù)制板，第二層為3 cm 厚M10 水泥砂漿，第三層為20 cm 厚中粗砂墊層，第四層為0.4 mm 厚土工膜。從維修、安全角度考慮，池頂設(shè)計寬度取4.0 m。在兩池間設(shè)連通井，池底最低處設(shè)放空管，迎水坡設(shè)下庫踏步。

4 結(jié)語

本文分析的調(diào)蓄池工程為莊浪縣中部山區(qū)人飲鞏固提升工程中的一部分，此工程建成后，可解決南坪鄉(xiāng)、永寧鄉(xiāng)、鄭河鄉(xiāng)等地區(qū)13 692 人的飲水問題，在枯水年和枯水季節(jié)還可作為補充水源，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)村飲水安全提供保障。