中小型水库设计前期工作分析

侯 凯，谢加球

(1. 毕节市勘察设计研究院，贵州 毕节551700;2. 贵州中水建设管理股份有限公司，贵阳550002)

中小型水库不仅在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥了效益，也为促进我国国民经济发展，提高人民生活水平，保障社会稳定，改善生态环境做出巨大贡献。

利用现阶段科技技术，在详细的地质资料及必要的工程技术条件下，对中小型水库进行施工设计，保证工程施工质量和工程效益。

1 工程概况

岔河水库灌溉工程位于大方县西南面的高店乡大山村境内岔河的梁子河河段上，所在水系为乌江流域六冲河水系白甫河支流一级支流岔河，水库是以灌溉、农村人畜饮水为主，兼顾县城供水等功能为一体的综合性水库工程。

坝址距县城24 km，坝址控制集雨面积45.3 km2，多年平均径流量2 169 万m3。水库正常蓄水位1 445.0 m，相应库容970 万m3，兴利库容715 万m3，校 核 洪 水 位1447.94 m，总 库 容1 124 万m3。坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高67.1 m，工程等别为Ⅲ等，规模属中型。

岔河水库的主要任务是承担大方镇、高店乡、小屯乡3个乡镇11个村共1 333.33 万hm2耕地灌溉，其中水田2 200 hm2，旱地600 hm2，P =80%灌溉用水量为652 万m3; 解决灌区内12 887 人、2 800 头 大牲畜、8 500 头小牲畜的人畜饮水问题，年供水量60 万m3; 向 县 城 供 水1.88 万m3/d，供 水 量686 万m3/a。同时，水库下放的生态环境水为207.8 万m3/a。

2 水库工程设计措施

2.1 水文设计

2.1.1 降雨量及流量分析

本阶段选择徐花屯水文站、大方气象站作为岔河水库水文计算主要参证站。徐花屯水文站不同长度系列的年平均流量为1.30 ～1.39 m3/s，大方气象站不同长度年平均降水量为1078.2 ～1 120.8 mm。多年平均降水量为1 120.8 mm，流域内降水量年内极不均匀，丰水期降水量占全年降水量的比例均＞70%，降雨年内分配随空间变化较小。

2.1.2 径流计算

根据《贵州省地表水资源》查出岔河水库所在流域的径流系数ɑ =0.47，则多年平均径流深Y =479.0 mm，岔河水库坝址以上集雨面积45.3 km2，则坝址断面多年平均径流量为2 169 万m3，多年平均流量0.69 m3/s。年径流变差系数Cv =0.25，P =80%及P = 95% 来 水 量 分 别 为1 660.6 万m3及1 325.2 万m3，结合《贵州省河流枯水调查与统计分析成果》，确定岔河水库最枯月平均枯水模数为3.5 L/s·km2，最枯月平均流量158 L/s，最枯日平均枯水模数为2.0 L/s·km2，最枯日平均流量90.6 L/s。

2.1.3 洪水设计

本洪水计算采用雨洪法和流量法，参照临近流域水文站观测数据，并结合洪水调查结果，综合确定岔河水库设计洪水，本案例介绍雨洪法。

根据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》［1］规定，“雨洪法”计算公式为修订1 式:

式中: Qp 为设计频率P 的洪峰流量，m3/s; r1为汇流系数( r1=0.32) ; f 为流域形状系数，0.17( L =16.4) ; J 为主河道坡降J =33‰; F 为流域集雨面积，45.3 km2; C 为洪峰径流系数(0.617 ～0.894) 。

根据修订1 式及岔河水库坝址处流域几何参数计算，得到岔河水库坝址不同频率设计洪水，计算成果见表1。

表1 岔河水库洪水设计成果(雨洪法)

2.2 规模确定

2.2.1 用水量分析

2.2.1.1 灌溉用水需求

根据《贵州省农村人口人均半亩口粮田水利建设规划》，规划新建岔河水库，作为近期实施的水源，主要解决灌区周边农业灌溉面积0.13 万hm2。灌区位于大方县西南面，涉及大方镇、高店乡、小屯乡3个乡镇，农作物以玉米、水稻、油菜、小麦、烤烟为主。

《大方县国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》［2］明确指出，要加强农业基础设施建设，继续加强以农田水利为重点的农业基础设施建设，大力改善农业生产条件。岔河水库的兴建将从根本上解决灌区农田灌溉问题，对促进当地农业生产发展，加快农村脱贫致富的步伐具有重要作用，因而新建本工程是非常迫切和必要的。

2.2.1.2 人畜饮水需求

灌区及供水系统沿途共涉及大方镇、高店乡、小屯乡3个乡镇共18个村，人口总数53 746人。通过2006—2008年饮水安全工程的实施，总共解决了12 652人的饮水困难，根据《毕节地区“十一五”农村饮水安全总体规划》、《毕节地区2010—2013年农村饮水安全规划》，目前仍有约24 611人急需解决饮水安全问题。

对涉及的饮水不安全人口24 611人，其中11 724人饮水安全已作实施方案设计，即将实施，且水源未涉及岔河水库。扣除已作设计即将实施部分，还剩12 887人饮水安全问题急需解决。另外，灌区内还有大牲畜2 800头、小牲畜8 500头用水急需解决。

2.2.1.3 县城供水需求

根据毕节市城市总体规划(2007—2025) 与大方县县城总体规划修编( 2007—2025) ，到2025年，毕节中心城区将与大方县城等连为一体，形成由12个城市片区组团组成，城区建设用地面积达99.9 km2、总人口100 万人口的大城市。

根据修编的大方县城总体规划，大方县城近期2015年，人口分布为老城区7 万人、新铺片区0.5 万人。远期2025年，人口分布为老城区6 万人、新铺片区1 万人。

根据《毕节市新城区供水水源工程规划》，规划对毕节城区及大方城区近期及远期供水水源进行配置，根据规划的大方城区的水源配置，岔河水库供水水源主要向大方老城区和新铺片区供水。大方老城区的城市供水主要由县城现有供水水源、岔河水库、龙潭口引水工程组成，新铺片区由岔河水库供给［3］。

大方县城现有人口约8 万人，按照计算的人均综 合 用 水 量337 L/人·d 计 算，现 状 需 水2.7 万m3/d，缺水1.7 万m3/d。

2.2.2 死水位选择

岔河水库死水位的确定，主要按满足灌区自流灌溉的水位要求，并且满足水库泥沙淤积和取水口的布置要求而定。水库正常使用年限按50 a一遇设计，泥沙淤积库容205 万m3，坝前淤沙高程为1 409.0 m。灌区分布高程在1160.0 ～1420.0 m，1981年修建的向阳引水隧洞位于库区内，隧洞长1.7 km，断面1.8 m×2.3 m，比降i =1‰，进口底板高程1419.3 m，出口底板高程1 417.5 m。

为了满足灌区自流灌溉和利用现有的引水隧洞，将现有的引水隧洞进行改建，新建的取水口底板高程1 419.3 m，取水口前淤沙高程为1413.26 m，底孔尺寸b × h =1.6 m×1.6 m。

根据计算，水工布置对取水口最小淹没水深1.12 m，按照规范，为确保安全取水，取水口最小淹没深度的要求为1.5 m。故确定死水位为1 424.50 m，相应死库容为255 万m3。［4］

2.2.3 正常蓄水位选择

岔河水库属峡谷型水库，库区村寨主要分布在高程1 420.0 ～1 460.0 m，库区主要为25°以上的坡耕地和林地，库区无明显的淹没控制正常蓄水位选择的条件。

水库按照“以需定供”原则，同时结合灌区规模、城市需水规模、地质条件、水库淹没、工程投资等经技术经济比较确定。

由需水量计算可知，灌溉、人畜饮水及县城总需水2025年为1 398 万m3。通过兴利调节计算，水库的调节库容为715 万m3，加上死库容255 万m3，正常蓄水位以下库容970 万m3，对应的正常蓄水位1 445.0 m。

本次拟定1 443.0、1 445.0、1 447.0 m 3个正常蓄水位方案，从水库供水利用程度、水库淹没、枢纽工程投资及综合经济指标等方面进行综合比较，比选结果正常蓄水位1445.0 m方案最优，可研阶段推荐正常蓄水位为1 445.0 m，可研报告审查意见同意正常蓄水位为1 445.0 m。本阶段经复核，正常蓄水位1 445.0 m方案最优。

2.2.4 洪水调节

岔河水库正常蓄水位1 445.0 m，大坝设计洪水标准为50 a一遇，洪峰流量为225 m3/s; 校核洪水标准为1 000a 一遇，洪峰流量为405 m3/s。大坝推荐方案为混凝土面板堆石坝，岸边侧槽式溢洪道，溢流堰为WES 曲线型适用堰，堰型为正堰，溢流堰宽37 m，溢流堰堰顶高程为1 445.0 m，洪水起调水位1 445.0 m，起调库容970 万m3。由于下游无防洪要求，不设防洪限制水位，起调水位为1 445 m。

3 结 语

工程管理中，机构设置遵循精简原则，通过合理调度充分发挥水库效益，发展节水技术提高用水效率。水库设计阶段从设计理念、设备选用、施工、管理等方面遵循国家的政策、法律、法规及行业的标准和要求，进行优化设计。

由于各地情况不同，因此水库设计要在已有的理论基础上不断提高和创新，以促进中小型水库设计建造和安全运行，使其发挥更大的经济效益。

［1］贵州省水利电力厅. 贵州省暴雨洪水计算实用手册［S］. 贵阳:贵州省水利电力厅，1983.

［2］大方县人民政府. 大方县国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要［S］. 大方: 大方县人民政府，2012.

［3］冯长桦. 中小型水库予留防洪库容简化计算公式的探讨［J］. 水利科技，1978(21) :6 －20.

［4］汪德麟. 贵州省中小型水库设计径流年内分配存在的问题［J］. 贵州水力发电，2011，25( 04) :1 －5.