哈臘蘇銅礦供水工程水庫壩高設計方案

李纏霞

(新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測設計院，新疆阿勒泰 836500)

1 蓄水概況

1.1 礦區(qū)基本情況

1.1.1 交通條件

哈臘蘇銅礦區(qū)，位于青河縣城西南方，直線距離約35km，繞S320省道約50km，屬新疆維吾爾自治區(qū)青河縣阿熱勒托別鄉(xiāng)管轄。從礦區(qū)至S320省道有3.5km簡易碎石路可通行。阿熱勒托別鄉(xiāng)至青河縣城約30km。礦區(qū)至烏魯木齊火車站約500km，距阿勒泰飛機場約270km，交通運輸條件較為方便。

1.1.2 用水構(gòu)成

礦區(qū)需水主要包括生產(chǎn)用水、生活用水、水凈化站自用水、未預見用水量四部分。礦區(qū)需水量4500m3/d，含生活用水152m3/d，年需水量164.25萬m3。

1.2 水源

由于該工程區(qū)最近水源為北干渠，北干渠主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，供水期間為5月中旬至9月，而礦區(qū)生產(chǎn)生活為常年用水，需在北干渠附近修建一座水庫提供水源，該水庫為北干渠注入式水庫。每年將利用5～9月灌溉空閑期棄水為水庫補水，并將于9月渠道停水前將水庫補滿，確保水庫水量滿足礦區(qū)冬季用水，礦區(qū)用水直接從水庫取水。

2 擬建水庫壩高

2.1 庫區(qū)庫容參數(shù)

經(jīng)實地選址后，得出的擬建水庫設計水位、面積、庫容數(shù)值表見表1。

表1 水庫水位、面積庫容

2.2 興利調(diào)節(jié)計算

2.2.1 水庫死水位

一般情況下，水庫水位將在正常蓄水位與死水位之間變動，對年調(diào)節(jié)水庫而言，當遇到設計枯水年時才由正常蓄水位降至死水位。當遇到特別枯水年份或者發(fā)生特殊情況 (水庫清底檢修、戰(zhàn)備、地震等)時，水庫運行水位允許降至比設計死水位還要低一些的極限死水位。在確定極限死水位時，尚需考慮水庫泥沙淤積高程、沖沙水位、灌溉引水高程等要求。在正常蓄水位與設計死水位之間的庫容為興利調(diào)節(jié)庫容。在設計死水位與極限死水位之間的庫容為備用庫容。

擬建水庫泥沙計算采用大青河水文站的泥沙資料，用大、小青河水文站合成的懸移質(zhì)含沙量概算引水樞紐場址處的輸沙量。根據(jù)分析，引水樞紐處年平均含沙量0.454kg/m3，年平均輸沙率3.432kg/s，年輸沙量10.823萬t，輸沙模數(shù)29.6t/km2。

由于此次擬建庫位于水庫下游渠道末端，因此灌溉對死水位沒有高程要求，故此次設計主要根據(jù)泥沙淤積，并考慮揚水工程水泵運行來確定擬建水庫的死庫容及死水位。

(1)設計淤積庫容。由于泥沙淤積過程的影響因素復雜，難以精確計算，并且該水庫工程泥沙資料不足，要詳細計算水庫中泥沙淤積量及淤積部位也有困難，所以采用較簡單的方法來估算，即假定河流攜帶的泥沙有一部分沉積在水庫中，而且泥沙淤積呈水平狀增長，計算水庫使用T年后的淤沙總?cè)莘e V沙，總=TV沙，年，年淤積量此式僅用于計算>懸移質(zhì)，若推移質(zhì)所占比重較大，應作專門研究，粗略計算可將懸移質(zhì)淤積量加大一些而得到總的泥沙淤積量。一般平原河流推移質(zhì)所占比重約為懸移質(zhì)的1% ～10%。

由于該水庫為小型水庫，確定的此水庫計算泥沙的各個參數(shù)如下:正常使用年限為T=30年;多年平均含沙量ρ0=0.454kg/m3;多年平均年徑流量W0=195.81萬m3;淤積體的空隙率P=0.3;庫中泥沙沉積率m=85%;泥沙顆粒的干容重γ=1700kg/m3。把以上參數(shù)帶入公式，求得多年平均年淤沙容積:

由于30年懸移質(zhì)淤積量為1.91萬m3，擬建水庫上游為渠道，取推移質(zhì)所占比重約為懸移質(zhì)的7%，則推移質(zhì)30年淤積量為0.13m3，總淤積量2.04萬m3。據(jù)此確定淤積庫容為2.04萬m3，相應庫容時水面面積為5.01萬m2，對應水位為1051.05m。

(2)死庫容確定。在泥沙淤積庫容的基礎上，綜合考慮水庫庫區(qū)淹沒植被對生態(tài)環(huán)境造成負面影響，確定的死庫容不宜太大;為了保證水泵正常運行，其吸水管進口高出淤積0.5m。據(jù)此確定死水位為1051.55m，對應死庫容為7.00萬m3。

2.2.2 興利庫容調(diào)節(jié)

擬建水庫為年調(diào)節(jié)水庫，是一座平原注入式水庫，根據(jù)渠道來水量和礦區(qū)用水量，對水庫的興利庫容再次進行計算復核，其計算成果見表2。從中可以看出，擬建水庫在礦區(qū)每天用水4500m3的前提下，所需興利調(diào)節(jié)庫容為105.81萬m3，死庫容為7萬m3，此時的庫容為112.81萬 m3，對應正常蓄水位為1054.57m。

表2 擬建水庫興利庫容調(diào)節(jié)計算表

2.3 壩頂高程計算

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)工程區(qū)地震動峰值加速度K=0.20g，工程區(qū)相應的地震基本烈度為Ⅷ度。

本次采用渠道注入式水庫，水庫水量由渠道控制，因此大壩運行情況考慮正常蓄水位+正常運行情況和正常蓄水位+非常運行情況+地震安全超高兩種情況，計算超高，取以上兩種情況的最大值。

壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式確定:

式中 Y——壩頂超高，m;

R——最大波浪在壩頂上的爬高，m;

e——計算點處的風壅水面高度，m;

A——安全加高，4級壩，正常運行情況取0.5m，非常運行情況取0.3m，另外，地震安全加高1.0m;

V——水面以上10m處的風速，正常運行情況采用1.5倍的多年平均最大風速25.95m/s，非常運行情況采用多年平均最大風速17.3m/s;

D——有效吹程，1000m;

Hm——水域平均水深，3.05m;

H——壩迎水面前水深，4.57m;

Lm——平均波長，m;

β——風向與壩軸線方向的夾角，23°;

h——波高;

K——綜合摩阻系數(shù)，3.6 ×10－6。

本次采用護面結(jié)構(gòu)混凝土板襯砌，取0.9。計算結(jié)果見表3。

表3 壩頂高程計算成果 單位:m

根據(jù)碾壓式土石壩設計規(guī)范，其中有效波高取累計頻率為14%的波高，波浪爬高取累計頻率為5%的爬高值。

3 結(jié)語

經(jīng)上述計算，壩頂高程取大值即1057.27m，此壩頂高程值指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值，竣工時的壩頂高程應有足夠的預留沉降值。施工質(zhì)量較好的土石壩，壩體沉降值約占壩高的0.2%～0.4%，預留沉降超高不應計入壩的計算高度。