关于水库工程选址与规模设计研究

艾润华

(抚州市水电勘测设计院，江西 抚州 344000)

1 工程概况

凤冈惠民水库位于宜黄县凤冈镇澄源村沙下组，距宜黄县城8 km，坝址坐落于抚河流域临水支流胥坊水上，坝址以上控制流域面积17.7 km2，水库总库容563.3×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾供水等综合利用的小型水利枢纽工程。为了改善下游农田水利基础设施，提高灌溉保证率，江西省抚州市宜黄县决定兴建骨干水源工程，水库枢纽采用下坝址方案，大坝坝型采用混凝土砌石重力坝。

2 工程任务和工程规模

2.1 工程任务

凤冈惠民水库的开发任务是：提供下游澄源村、大鹿村、仙三都村、附东村等村委会的500 hm2农田灌溉用水及1.2万农村居民生活用水。

2.2 水库枢纽工程规模

(1)兴利调节计算。本次设计采用长系列法进行兴利调节计算，经过综合比选，新建水库拟定正常蓄水位为146.0 m，相应库容474.0万m3，死水位为118.0 m，相应库容为11.6万m3,水库兴利库容462.4万m3，水库多年平均来水量1823万m3，库容系数0.254，属年调节水库，可满足下游500 hm2农田的灌溉需要及1.2万人供水需求，灌溉保证率可达85%，供水保证率可达95%。

(2)洪水调节计算。本工程大坝采用混凝土砌石重力坝，坝顶设溢流堰，堰面为WES实用堰型曲线，堰顶高程(正常蓄水位)为146.0 m，溢流净宽36.0 m。

经复核，设计洪水标准为50 a一遇，相应洪水位147.70 m，相应下泄流量165.80 m3/s，相应下游水位111.97 m；校核洪水标准为500 a一遇，相应洪水位148.20 m，相应下泄流量250.70 m3/s，相应下游水位112.45 m，水库总库容563.30万m3。

(3)水库灌溉区规模。灌区设计水平年农作物综合复种指数为2.11，灌溉水利用系数为0.71。经计算，灌区多年平均综合净灌溉定额为7294.5 m3/hm2，多年平均综合毛灌溉定额为10 273.5 m3/hm2，多年平均灌溉水量为513.7万m3，占总用水量的87.9%。

本项目综合用水定额按140 L/(人·d)，规划至2030年，按人口自然增长率8‰计算，需供水人口达1.2万人，考虑15%的损失及未预见水量，日需水量将达到0.193万t/d，年用水量70.5万m3，占总用水量的12.1%。

3 工程选址和主要建筑物设计

3.1 工程选址设计

根据坝址区地形地质情况，为保证兴利库容，减小水库淹没，可研阶段选择上、下两坝址进行比选，其中上坝址位于凤冈镇澄源村胥坊组下游2050.0 m处峡谷，下坝址位于凤冈镇澄源村胥坊组下游2850.0 m处峡谷，上、下两坝址相距约800.0 m。通过对上、下两坝址的地形地质条件、枢纽布置、水库淹没、施工条件、工程投资等方面的技术经济比选。认为下坝址方案比上坝址方案具有较大的优势，因此可研阶段确定下坝址为推荐坝址[1]。

3.2 工程布置和主要建筑物选型

(1)坝线选择。下坝址位于凤冈镇澄源村胥坊组下游2850 m处峡谷，两岸山包范围较小，坝址处两岸存在峡谷河段长约100 m，依据地形条件，可供大坝布置上、下坝线间距约30 m。下坝线为上阶段下坝址推荐坝线，上坝线位于下坝线上游约30 m。由于上、下两坝线相距较近，仅30 m，从地形、地层岩性、地质构造、坝址工程地质条件、工程布置、库区淹没及施工条件等各个方面看，上、下坝线无多大差异。

下坝址上下坝线方案和投资比较如表1所示。经对比分析，下坝线坝顶长度相对较短，两岸地形对称，与坡面正交，全强风化层较薄，开挖处理工程量较少，建基面之下相对透水层较薄，其地形地质条件明显比上坝线优，最终确定下坝址下坝线为拟建坝线[2]。

下坝线重力坝坝顶长度180.0 m，坡面与坝线正交，河床部位覆盖层主要为粗砂层，厚度1.60 m左右，其下为强-弱风化状花岗岩。两岸边坡全-强风化基岩厚度较大，河谷开挖处理深度2.50～5.90 m，平均处理深度4.80 m。

(2)坝型确定。从地形地质条件上说，面板堆石坝要求最低，重力坝次之，拱坝最高；从工程投资上看，面板堆石坝投资最大，重力坝居中，略大于拱坝；从施工技术和施工条件看，当地人力资源丰富，且具有修建砌石工程的经验，采用砌石重力坝、拱坝可充分利用当地劳动力。拱坝施工难度略大于重力坝，且拱坝左坝肩山体低矮，风化深度大，需设重力墩作为拱座，且开挖深度大，方量大。混凝土面板堆石坝工程量大，施工难度大，同时面板堆石坝对面层及垫层料面板接缝、趾板施工要求较高[3]。因此，从施工技术和条件分析，砌石坝优于混凝土面板堆石坝。从质量控制方面考虑，M10浆砌石重力坝相比C15混凝土砌石重力坝机械化程度低，人力投入大，施工进度慢，质量更难控制，度汛时期需增设坝面保护措施。最终确定该工程使用C15混凝土砌石重力坝坝型。

表1 下坝址上下坝线方案和投资比较

(3)工程总布置。该水库枢纽工程主要建筑物有挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物等。

挡水建筑物坝体采用C15混凝土砌石，上游面采用C25混凝土防渗面板。坝顶宽度为4.0 m，坝顶高程为149.2 m，坝基建基面高程104.0 m，上游面高程130.0 m以上为铅直面，高程130.0 m以下坡比为1∶0.15；坝下游面高程146.0 m以上为铅直面，以下坡比为1∶0.75。

泄水建筑物溢流坝段净宽36.00 m，堰顶高程146.00 m，坝基建基面高程104.00 m。溢流面由顶部曲线段、中间直线段、下部反弧段组成。顶部曲线为WES曲线，堰顶上游为1/4椭圆曲线，下游段为幂次曲线。溢流坝出口采用挑流消能方式，鼻坎宽36.00 m，鼻坎顶高程114.48 m，挑角20°，反弧半径8.00 m。

引水建筑物灌溉兼供水管中心线位于桩号B0+055.5处，采用坝内埋管型式，由塔式分层取水进水口、压力管道组成，进口底板高程116.0 m，内径φ 0.9 m，进口设置取水工作闸门，出口采用闸阀控制。

本工程所采用混凝土均为二级配，水泥为大坝硅酸盐水泥。

4 施工规模设计

4.1 施工组织设计

凤冈惠民水库位于宜黄县凤冈镇澄源村沙下组，坝址距县城约8 km，控制流域面积17.7 km2。水库坝址下游地形较开阔，便于布置施工场地。水库枢纽由大坝、坝内灌溉兼供水管、坝内放空管、上坝道路等部分组成。主体工程量为：土方开挖17 670 m3，石方开挖57 925 m3，混凝土及钢筋混凝土24 199 m3，混凝土砌石63 098 m3，钢筋笼283.0 t，帷幕灌浆378 m，固结灌浆1234 m。根据施工组织安排，第一年10—11月利用明渠导流，施工洪水位110.35 m。第一年12月—次年2月利用放空管导流，施工洪水位115.28 m。

4.2 主体大坝工程施工

河床部分采用风钻打眼，人工爆破，石碴运至坝下游的弃料场堆放。两岸山坡，则采用自上而下的开挖方法，用风钻钻孔爆破，弃碴沿下游河床两边作条带状弃料场布置或堆放在河滩地上。建基面1.0 m厚的保护层采用风钻打浅孔，限制装药量。松动爆破，风镐修整，人工出碴清基。坝基底板混凝土垫层浇筑：由下游拌和站来料，通过仓面分送入仓、捣实。

防渗面板与溢流面板混凝土要在该部位砌石工程完成后再分块浇筑，垂直运输拟采用塔式起重机提升上坝[4]。

坝体砌筑：石料从料场采用爆破开采，汽车水平运输，细石混凝土采用机械拌和，坝下游拌和站来料，人工分散砌筑，垂直运输拟采用塔式起重机提升上坝，砌筑方法应严格按照有关坝体的施工技术规定执行，以确保坝体工程质量，坝体砌筑宜逐层全面上升。

基础灌浆：应遵循先固结后帷幕的原则，帷幕灌浆和固结灌浆均采用机械灌浆。坝基排水孔在帷幕灌浆后，再用钻机打孔[5]。

4.3 水库灌区规模

(1)灌水率计算。对灌区年径流、年综合亩净定额及7—8月定额(考虑7—8月需水量大)分别进行频率分析，根据与设计频率相近且灌水分配过程最不利及灌溉定额偏大的原则，本次选取1979年作为灌溉保证率P=85%的典型年，根据典型年各种作物旬用水过程分析，水稻在7月下旬出现最大用水高峰，灌区设计灌水率见图1。

图1 凤冈惠民水库灌区灌水率图

灌水率变化大，灌水持续时间不同，若按照计算的灌水率设计渠道供水，不但水量变化不均匀而且造成渠道断面偏大，为此，按规范要求对灌水率进行调整，确定灌区设计灌水率为0.562 m3/(s·万亩)，最小灌水率为0.169 m3/(s·万亩)。

(2)取水口设计流量。从上面可以得知该水库灌水率0.562 m3/(s·万亩)和渠系水利用系数0.71，灌溉取水设计流量为0.594 m3/s；本项目综合用水定额按140 L/(人·d)，考虑15%的损失及未预见水量，日需水量将达到0.193万t/d，供水取水设计流量为0.023 m3/s，另外考虑下游生态基流流量为0.0578 m3/s，取水口设计流量合计为0.674 m3/s。

5 结 论

该工程供水、灌溉带来的经济效益很大，本水库设计灌溉面积为500 hm2，工程实施后每亩按增加500 kg水稻计算，经测算水稻影子单价为2.60元/kg，水库灌区灌溉效益为975.0万元。本水库设计日供水量0.2万t，经测算影子水价按0.2元/t，其生活、工业供水效益为14.6万元。根据调查及有关部门提供情况估计，多年平均损失值为100万元，减免的损失值即为本工程的防洪治涝效益。防洪治涝效益在计算期内年增长率取3.0%，换算至本工程发挥效益时第一年的防洪治涝效益为109.27万元。