淺談調蓄水池設計

趙 鈺

（甘肅省平涼市水務局，甘肅平涼744000）

調蓄池可把河流徑流的高峰流量暫存其內，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，當大旱或連續干旱時，往往出現河道來水枯竭和斷流現象，季節性缺水嚴重，隨著社會的發展，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，為保障受水區干旱期基本用水，修建調蓄池進行蓄水調節，富水月份蓄水，缺水月份使用。本文以莊浪縣中部山區人飲鞏固提升工程中的調蓄池為例，淺談調蓄池的主要設計思路。

1 工程概述

1.1 地質概況

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

1.2 氣象條件

莊浪縣屬溫帶大陸性半濕潤季風氣候區。全年大部分時間受高空西風環流影響，冬季盛行西北風，夏季盛行東南風。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，根據莊浪縣花崖河水庫保證率為90%年徑流分配系數進行年內分配（年內徑流分配和當地的實際情況最接近），按設計頻率的年徑流量進行控制縮放，得相應頻率的月徑流量。

2.2 生態基流

按照《水利水電建設項目水資源論證導則》（SL 525-2011）相關規定，“對于河道生態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，經現場勘測和綜合分析，以工程控制斷面實測最小流量作為最小生態需水量控制”。

2.3 蒸發損失估算

調蓄池的蒸發損失是指調蓄池興建前后的蒸發水量差值。修建調蓄池前，除原河道有水面蒸發外，整個區域都是陸面蒸發，建成后，原來的陸面面積變成了調蓄池水面面積，由原來的陸面蒸發變成水面蒸發。因水面蒸發比陸面蒸發大，所以調蓄池蒸發損失就是陸面面積變為水面面積所增加的額外蒸發量，亦即水面蒸發與陸面蒸發的差值。蒸發損失量用下式計算：

根據花崖河水庫蒸發量資料，項目區多年年平均降水量為494.5 mm，蒸發量（Φ20 cm 蒸發皿）為1 298.9 mm。當地Φ20 cm 蒸發皿蒸發量折算為調蓄池水面蒸發量的折算系數為0.6，計算得多年平均水面蒸發量為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深度的估算值，陸面蒸發深度為297.16 mm，池面蒸發損失深度為482.18 mm。

2.4 滲漏損失估算

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

2.5 興利調節計算

根據設計水平年來水和用水過程進行興利調節計算，在扣除蒸發、滲漏損失后，規劃水平年來水完全可以滿足供水區用水要求。p=95%情況下調蓄池庫容為9.13 萬m3，余水可作為補充水源，解決枯水期飲水不穩定問題。

2.6 調蓄池容積確定

調蓄池修建在魚兒咀溝左岸Ⅱ級階地上，根據地形及縱坡比確定，將調蓄池分為3 個調蓄池。1#調蓄池容積為1.71 萬m3，2#調蓄池容積為4.49 萬m3，3#調蓄池容積為2.93 萬m3，調蓄池總容積為9.13 萬m3。

3 結構設計

3.1 池頂超高計算

由于不存在調蓄洪水的情況，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《碾壓式土石壩設計規范》(DL/T 5395-2007)的有關規定，池頂在調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，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 處的風速，正常運用條件取多年平均最大風速的1.5 倍為20.1 m/s，非常運用條件取多年平均最大風速13.4 m/s；D 為吹程（m），經量算1＃調蓄池為140 m，2＃調蓄池為137 m，3＃調蓄池為110 m。

根據計算結果以及地形布置，現場勘查，取調蓄池池頂超高0.3 m。

3.2 斷面設計

調蓄池壩體采用碾壓均質土壩，復合土工膜防滲，內邊坡采用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，池頂設計寬度取4.0 m。在兩池間設連通井，池底最低處設放空管，迎水坡設下庫踏步。

4 結語

本文分析的調蓄池工程為莊浪縣中部山區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、永寧鄉、鄭河鄉等地區13 692 人的飲水問題，在枯水年和枯水季節還可作為補充水源，為當地的農村飲水安全提供保障。