张兴磊

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

古浪县身居内陆腹地，降水稀少，人均自产水资源量仅为全国平均水平的1/7、全省平均水平的1/3，是全省乃至全国水资源最短缺的地区之一。

黄花滩生态移民区从2013年水利骨干建成后开始试运行，目前各项工程试运行良好。但随着移民安置点的调整，灌区开发耕作范围也相应发生一定变化，黄花滩干渠沿线开发面积逐步增大，干渠沿线由于缺乏骨干引水工程而造成的工程型缺水问题逐渐突出。同时，灌区开发规模的不断扩大及灌溉配套设施的不断完善，灌区用水规模逐年扩大，未来还需加快灌区节水改造进程，进一步加大向黄花滩生态移民区供水力度。

1 项目区概况

古浪县地处甘肃省河西走廊东端，祁连山北部，属典型的温带大陆性干旱气候，多年平均降雨量207.7 mm，蒸发量2807 mm，最大冻土深度110 cm。

黄花滩灌区位于古浪县城东北部黄花滩、西靖两镇交界处，是古浪县生态移民暨扶贫开发的新灌区。渠首调蓄水池(3号)项目位于古浪县县城东北部，东南靠景电二期工程古浪灌区，西北伸入黄花滩与古浪河灌区相接，南邻浅山地带，北缘腾格里沙漠，该地区为古浪县北部平原区，属石羊河冲、洪积平原，海拔在1600 m～2000 m之间。项目涉及主要河流为大靖河。

项目区地处西北高原，日照时间长，温差较大，降水稀少，蒸发量大，气候干旱，地表、地下水贫乏，属典型的干旱型大陆性气候。据统计资料，全年平均气温6.6℃，极端最高气温33℃(1967年7月28日)，极端最低气温-26.4℃(1968年2月8日)；多年平均降水量207.7 mm，最大314 mm(1970年)，最小95 mm(1962年)，降水量多集中在7月、8月、9月三个月，最大一次降水量22.8 mm(1958年6月1日)。

2 调蓄水池设计

2.1 调蓄水池池顶超高设计

调蓄水池池顶安全超高按《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)中的坝顶超高计算确定，取设计工况和校核工况中的大值[1]。

(1)坝顶在调蓄水池静水位以上超高计算(设计工况)：

Y=R+e+A

(2)校核工况下超高计算：

Y=R+e+A+H1

式中：Y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m；本工程为4级工程，A设计=0.5 m；H1为地震壅浪高度为0.5 m～1.5 m，取0.5 m。

地震区的安全加高应增加地震沉降和地震壅浪高度，坝顶高程等于水池静水位与坝顶高程之和，应按以下运用条件计算，取其最大值：①正常蓄水位位加正常运用条件的坝顶超高；②正常蓄水位位加非常运用条件的坝顶超高，再按本规范规定加地震安全超高。

(3)波浪平均波高和平均周期宜采用莆田实验站公式

波浪要素确定：

Tm=4.438hm0.5

式中：hm为平均波高，m；Tm为平均波周期，s；W为计算风速，根据项目区气象站资料，项目区年最大风速20 m/s，正常使用取最大风速的1.5倍，则W=30.0 m/s，而根据项目区气象观测资料，项目区最大风速出现在春秋两季，时间上有重合，因此非常运用取20.0 m/s；D为风区长度，m；根据项目区风向与正常蓄水位时的水面宽度，D=458 m；Hm为风区内的平均水深，m；根据剖面计算得平均水深10 m，故Hm取10 m；g为重力加速度，m/s2，g=9.81 m/s2；Lm为平均波长，m；H为坝迎水面前水深，m；H=10.0 m。

波浪要素计算结果见表1。

表1 波浪要素计算表

(4)设计波浪爬高计算

水库设计为单坡，当m=1.5～5.0时，波浪爬高按下式计算：

波浪爬高计算结果见表2。

表2 波浪爬高计算表

(5)风壅水面高度计算

在有限风区情况下，风壅水面高度按下式计算：

式中：e为计算点的风壅水面高度，m；K为综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；W为设计风速，按计算波浪的风速确定；D为风区长度；F=470 m；Hm为水域的平均水深，m；β为风向与垂直堤轴线的法线的夹角，水池形状不规则，风向与堤线法线方向有重合，因此夹角取0°。

风壅水面高度计算结果见表3。

表3 风壅水面高度计算表

(6)计算成果

通过计算(结果见表4)，正常运用条件下池顶超高1.72 m，非正常运用条件下池顶超高1.50 m，根据规范要求各工况下取其大值，池顶超高设计值取1.72 m，设计水位1764.00 m，设计池顶高程最小应为1765.72 m。经综合考虑，调蓄水池顶高程确定为1765.8 m，满足要求。

表4 池顶超高计算结果统计表

根据规范要求，池顶应预留竣工后沉降超高，本阶段沉降超高按最大填方高度的1%考虑，取0.02 m。

2.2 调蓄水池池坡设计

调蓄水池池址区地形较为平坦，场地平均高程在1767.7 m左右，受黄花滩干渠取水口渠底高程(1764.25 m)限制，调蓄水池基本为挖方形式。

由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳定，必须复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。

根据《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范》(SL/T 231-98)，复合土工膜稳定性验算公式为：

K=f/tgα

式中：K为抗滑稳定安全系数；f为上垫层与土工膜之间的摩擦系数；α为坝坡坡角。

根据上、下垫层材料，查《水工设计手册》(第二版)及《土工合成材料工程应用手册》(第二版)得f=0.65；而根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)，本工程池坡稳定安全系数不应小于1.25。经计算，满足复合土工膜稳定性要求的坝坡坡角为27.47°，相对应的坡比为1∶1.92，即满足稳定要求的调蓄水池最大坡比为1∶1.92。

综上，考虑池坡稳定及下垫层细砾料斜坡碾压施工要求，并参考已实施调蓄水池成功经验，调蓄水池迎水面边坡坡比取1∶2.75，背水面边坡坡比取1∶2.0。

2.3 调蓄水池护坡设计

(1)迎水面护坡设计

本工程迎水面采用预制C30混凝土板护面，考虑到防止土工膜老化、冻胀及冰块挤压及拉拔破坏等因素，并参考类似项目的成功经验，本阶段拟定护坡厚度t=10 cm，为便于施工，护坡设计为边长为25 cm的六边形预制块，混凝土等级C30F200。

(2)背水面护坡设计

背水面设计边坡1∶2，护坡采用现浇C25砼框格，截面尺寸15 cm×30 cm，框格尺寸为2.0 m×2.0 m，框格嵌入坝体20 cm。

2.4 调蓄水池池顶构造设计

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)，中、低坝的坝顶宽度取5 m～10 m。综合考虑池顶交通、运行巡检管理要求，池顶宽度设计为6.0 m。管理道路路面采用20 cm厚C30砼路面，池顶临水侧设有高1.5 m的钢制栏杆，为方便排水，池顶路面向外侧作成2%的坡度，在外侧设置20 cm×20 cm×10 cm(宽×高×厚)的排水沟。为满足调蓄水池夜间管理需求，调蓄水池池顶临水侧每隔20 m设置一套太阳能路灯系统，路灯高度6.0 m。

3 结语

本工程通过兴建渠首调蓄水池(3号)工程，可改善黄花滩移民区水利基础设施，解决黄花滩生态移民区夏季高峰期及冬季日光温室反季节种植缺水问题，促进当地农业生产增收，为保障区域社会安定、经济可持续发展做出积极贡献，为移民区现代农业发展提供水源保障，对于发挥片区整体效益，促进产业增收、实现区域精准脱贫具有很大的促进作用，是古浪县委、县政府积极落实“全面建成小康社会”，贯彻执行习近平总书记“着力推进扶贫开发，尽快改变贫困地区面貌，坚决打赢脱贫攻坚战”重要指示精神的有力举措。