东辛庄镇胡坟塘坝工程设计分析

2015-03-27郭晓东

黑龙江水利科技 2015年3期

魏巍，王勇，郭晓东

(葫芦岛平山供水有限责任公司，辽宁葫芦岛125001)

1 基本概况

近几年来，该地区地下水极度缺乏，打井取水十分困难，加上连续几年来的干旱，大部分农田得不到有效的灌溉，尤其是春季播种缺少水源，造成播种困难，以及粮食产量逐渐降低，经济损失严重。面对上述情况，兴城市东辛庄镇政府决定在胡坟修建一座塘坝工程，解决农田抗旱灌溉及抗旱播种用水问题，同时也防止水土流失，改善生态环境，发展农村经济起到有效支撑作用［1］。

2 水文水利计算

2.1 基本资料

2.1.1 流域特性

塘坝集水面积0.282 km2，坝址以上河道长度0.854 km，河道平均比降经J:可根据1/10000 地形图，顺河选河底地形的转折点绘出河道纵断图，用图解法来计算纵断图面积和平均高程:

A面=1/2×93.37=46.685

H平均=46.685/0.854=54.666 m

在纵断图中，以横标为L/2，纵标为H平均，交出O 点，过O 点作一直线交纵断于E、F，使OE=OF，则河道平均比降为J = (HA－HB)/L =(73.45－35.88)/0.854=43.99‰。

2.1.2 塘坝水位～库容(H ～V)曲线

塘坝库容依据实测千分之一地形图量算，其计算公式:

式中:△V 为相邻两等高线间的水层体积;H 为相邻两等高线间的高差。计算结果详见表1，并绘制水位～库容曲线。

2.2 水文计算

2.2.1 年径流计算

该工程所在地多年平均径流深Y平均=202 mm，多年平均来水量 W平均= 0.1 × Y平均× F =5.696 万m3，当P=75%，CS=2CV，CV=0.74 时，KP=0.47，设计保证率下的年来水量WP=KP×W平均=2.677 万m3。

2.2.2 暴雨洪水计算

该塘坝的设计标准采用10 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核，水文分区属Ⅵ1分区。该集水区无实测资料，故按无资料地区方法进行计算［2］。洪水计算成果见表1。

流域面积F=0.282km2，河道长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。经计算汇流历时τ=0.13 h。

参与调洪的洪量:

W调2%= 0.67 × W24P+ 0.12 × QP× τ=3.816 万m3

W调10%=1.868 万m3

表1 洪水计算成果表

2.3 水利计算

2.3.1 死库容计算

死库容的计算公式为:

式中:G 为多年平均悬移质年输沙量，t，G=g×F;g 为多年平均悬移质年输沙模数，由《辽宁省水资源》手册查得g=329 t/km2;F 为集水面积;T 为设计淤积年限，一般采用15 ～30 a，取15 a;E 为岸崩和推移质泥沙占悬移质泥沙比重，一般采用15%～30%，取20%;r 为淤积泥沙容重，一般为1.2 ～1.4 t/m3，取1.2 t/m3;V垫=0.139 万m3。

2.3.2 兴利库容计算

按完全年调节计算库容:

式中:V兴为兴利库容，万m3;β 为完全年调节兴利库容系数，一般采用0.5 ～0.7，取0.7;WP为设计保证率下年来水量，万m3;W兴=1.874 万m3;V正=V垫+V兴=2.013 万m3;

查插图3:水位～面积、库容曲线得正常高水位为H正=49.16 m。

式中:W净为水库净调节水量，万m3，即保证供给灌溉用的水量;C 为水库蒸发、渗漏损失占兴利库容的比重，西北部可取0.2 ～0.4，取0.3;W净=2.115［3］。

该塘坝主要用于抗旱、养鱼。

式中:F 为灌溉面积;D 为灌水定额;η 为渠道有效利用系数，一般可用 0.7 ～0.85，取 0.8;F=0.322 km2。

2.3.3 溢洪道大小和防洪库容的确定

1)防洪标准:本塘坝采用频率P=10%设计，P=2%校核。

2)洪水调节计算，按校核洪水，用简易调洪方法调洪，确定溢洪道底宽和最高洪水位。简易调洪公式:

式中:qm为某一频率的最大泄量，m3/s;QP为某一频率的洪峰流量，m3/s;V防为溢洪道底以上防洪库容，万m3;W调P为某一频率参与调洪的洪量，万m3。

调洪计算结果详见表2。并绘制溢洪道～底宽、最大泄量关系曲线。

表2 调洪计算表

3)防洪库容和设计洪水位:根据校核洪水调洪计算结果，确定溢洪道宽度b =4 m。由qm校=10.274 m3/s，可得V防校=1.443 万m3，然后以设计洪水采用简易公式qm=QP(1－W防/W调P)图解法调洪，即在防洪库容～溢洪道泄流量曲线上取纵标等于V调10%=1.868 万m3，取横标等于Q10%=8.94 m3/s，两点连成直线交V防～q 曲线于E 点的纵标V防设=0.866 万m3，横标qm设=4.795m3/s，即为P=10%的设计洪水调洪结果。根据 V = V正+ V防设=2.879 万m3/s，查水库库容曲线可分别H设=50.01 m，hm设=0.85 m。塘坝水文水利计算成果表见表3。

表3 塘坝水文水利计算成果表

3 塘坝工程设计

3.1 土坝

该塘坝工程修建重力式挡土坝一座，采用均质黄土填筑。坝体横跨河道总长67 m，坝顶宽度设计为4 m;坝前设计洪水位50.01 m，校核洪水位50.47 m，取安全超高为0.5 m，所以大坝高程为50.97 m，河底高程44.5 m，塘坝的高度为6.47 m;坝体的迎水面边坡比采用1∶3，用0.1 m厚的混凝土护坡，背水面边坡比为1∶2.5，在坝顶迎水面设有防浪墙，墙高1.0m，墙宽0.7m，墙下0.6×0.7m 基础，均为浆砌石结构。为防止坝体渗流，在坝体内，平行于坝坡，距离迎水面1.2 m处，铺设土工膜一道，坝基础处挖2.5m 深的沟槽，至坚硬岩石，槽内右侧设置土工膜，与坝体防渗形成一个整体。