宮立剛

(瓦房店市水利勘測設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 瓦房店 116300)

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大連宏牛現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園塘壩工程水利計(jì)算分析

宮立剛

(瓦房店市水利勘測設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 瓦房店 116300)

大連宏牛現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園該地區(qū)水利資源貧乏，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了增加水利工程蓄水量，解決作物灌溉用水需求，該園區(qū)將修建塘壩工程。文章就遼寧省大連宏?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園塘壩工程的水文計(jì)算和水利計(jì)算進(jìn)行了分析與論證，通過分析論證確定了塘壩工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，為工程建設(shè)提供了前期設(shè)計(jì)依據(jù)。

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)；塘壩工程；水文計(jì)算；水利計(jì)算

1 基本概況

大連宏牛現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園水利資源貧乏，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，該地區(qū)主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，但由于連年干旱，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大的損失。為保證農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，新建塘壩工程。塘壩位于瓦房店市趙屯鄉(xiāng)林屯，工程建設(shè)增加蓄水量，解決作物灌溉用水需求。該塘壩建成后，將促進(jìn)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)業(yè)收入，同時(shí)對加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，將起到積極的促進(jìn)和推動(dòng)作用[1]。

2 水文與氣象

2.1 地形圖資料

地形圖為遼寧省測繪局出版的1：1萬地形圖，大壩、庫區(qū)地形圖為勘察測繪研究院2013年3月測繪的1∶1000地形圖。壩址以上集雨面積0.35km2。

2.2 氣候氣象資料

本地區(qū)屬溫帶季風(fēng)性氣候，四季分明，多年平均氣溫9.5℃，年最高氣溫35℃，最低氣溫-27℃，多年平均相對濕度60%，無霜期180d左右，平均日照時(shí)數(shù)2859h，多年平均降水量690mm，降雨多集中在7～9月份，多年平均蒸發(fā)量900mm，最大凍土層厚度為0.85m。多年平均風(fēng)速4m/s，最大風(fēng)速25m/s，多年平均最大風(fēng)速14.4m/s。

2.3 流域特征

壩址距趙屯鄉(xiāng)4km，系第IV水文分區(qū)。河流發(fā)源于林屯東山，發(fā)源地高程為229.5m，流域面積F=0.35km2，河道長L=0.86km，河道比降J=73.08‰。

3 水文計(jì)算

3.1 年徑流計(jì)算

3.1.1 多年平均來水量計(jì)算

(1)

3.1.2 設(shè)計(jì)保證率的確定與相應(yīng)來水量計(jì)算

本塘壩以旱灌為主,故灌溉保證率采用P=75%，由圖五查得年徑流變差系數(shù)Cv=0.65，Cs=2Cv， 查表得，當(dāng)P=75%時(shí)，Kp=0.59。

W75%=Kp×w=0.59×8.05=4.75萬m3

(2)

3.2 設(shè)計(jì)暴雨、洪水計(jì)算

對于無資料地區(qū)，根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》(SL44-93)中規(guī)定：可以從經(jīng)過審批的暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖上查算工程所需歷時(shí)的設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量。水庫所在流域內(nèi)無暴雨及洪水實(shí)測資料時(shí)，設(shè)計(jì)采用1998年遼寧省水文資源勘測局編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》(下簡稱《計(jì)算方法》)中集水面積<300km2的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法。依據(jù)《計(jì)算方法》附圖查得水庫壩址以上流域水文分區(qū)，各時(shí)段最大暴雨均值及Cv和Cs值，并據(jù)此查得相應(yīng)頻率的模比系數(shù)Kp。

2)計(jì)算10min、1h、24h和三日的設(shè)計(jì)面雨量及n0p值。

由附圖(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)、(1-9)、(1-10)、(1-11)查出。

表1 各頻率下面雨量計(jì)算表

注：n0p由P10P面/P1P面查附表(1-2)短歷時(shí)暴雨指數(shù)n0p得到。

3)計(jì)算τ歷時(shí)各頻率設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度ip，見表2。

Pτp面=P1P面×τ1-n0p

τ≤1h

(3)

4)查表得出洪峰徑流系數(shù)ψP、α三P、α(三-24)P，將ip、ψP、F代入公式QP=0.278ψP·ip·F，即可求得設(shè)計(jì)洪峰流量QP，見表3。

表3 各頻率下設(shè)計(jì)洪峰流量Qp

5)計(jì)算設(shè)計(jì)洪量：

W三P=0.1·α三P·P三P面·F

W(三-24)P=0.1·α(三-24)P·(P三P面-P24p面)·F

W24P=W三P-W(三-24)P

各頻率下設(shè)計(jì)洪量見表4。

表4 各頻率下設(shè)計(jì)洪量

6)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線：

(4)

經(jīng)計(jì)算，rP在各種頻率下均<0.05，所以采用以設(shè)計(jì)洪峰Qp為最大流量，按公式W調(diào)P=0.67W24P+0.12QP·τ。計(jì)算W調(diào)P。

性質(zhì)2[5] k≥2,n-k≥2時(shí),若u,v是An,k中的兩個(gè)不同點(diǎn),且d(u,v)=1,則|EXT (v)|=n-k-1,當(dāng)k=1時(shí),An,1?Kn,Kn為完全圖.

4 水利計(jì)算

4.1 墊底庫容計(jì)算

(5)

4.2 興利庫容確定

按完全年調(diào)節(jié)計(jì)算興利庫容V興

V興=β1Wp

(6)

式中：β1為完全年調(diào)節(jié)興利庫容系數(shù)：β1=0.31；Wp為某一設(shè)計(jì)保證率P的來水量，萬m3；V興=0.31×4.75=1.47萬m3

4.3 確定正常高水位H正和相應(yīng)庫容V正

V正=V墊+V興=0.26+1.41=1.67m3

(7)

4.4 溢洪道規(guī)模和總庫容確定

通過計(jì)算分析，確定溢洪道底部高程為正常水位，H溢底=129.00m，對應(yīng)正常庫容1.67萬m3。溢洪道型式為正槽開敞式，按寬頂堰進(jìn)行調(diào)洪。根據(jù)調(diào)洪演算成果，溢洪道寬度取10m時(shí)，溢洪水深0.81m，泄流量為10.79m3/s。水庫正常庫容1.67萬m3，防洪庫容0.58萬m3，總庫容為2.25萬m3。

4.5 壩頂高程的確定

壩頂高程計(jì)算：

H壩頂=H設(shè)(H校)+d

d=hB+e+a

(8)

式中：H設(shè)為設(shè)計(jì)洪水位，m；H校為校核洪水位，m；hB為風(fēng)浪爬高；e為風(fēng)壅水面高；a為安全超高,設(shè)計(jì)情況取0.5m；校核情況取0.3m。

波浪要素采用莆田試驗(yàn)站公式：

Tm=4.438hm0.5

(8)

式中：hm為平均波高，m；W為風(fēng)速，m/s；正常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速；Hm為水域的平均水深，m；D為風(fēng)區(qū)長度，m；Tm為平均波周期，s；Lm為平均波長，m；H為壩迎水面前水深，m；V為風(fēng)速，m/s，取14.4m/s；L為吹程m。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水位情況控制壩頂高程，H校=129.81m，hB=0.5m，e=0.006m，a=0.5m。

H壩頂=129.81+0.5+0.006+0.5=130.31m；

參照《中小型水庫設(shè)計(jì)》，故設(shè)計(jì)壩頂高程為131.00m。

4.6 大壩結(jié)構(gòu)確定

本次設(shè)計(jì)確定大壩壩高為131.00-122.00=9.00m，在地形圖中量得壩長110m，壩頂寬為6m，大壩迎水坡比為1∶2.5，塊石護(hù)坡，背水坡比為1∶2.0，設(shè)貼坡排水，大壩防滲體采用黏土心墻防滲。本工程沒有地質(zhì)勘查報(bào)告未提供弱風(fēng)化巖深度及強(qiáng)風(fēng)化巖壓水實(shí)驗(yàn)資料，黏土心墻開挖應(yīng)挖至弱風(fēng)化巖0.5m處，依據(jù)建設(shè)單位意見，開挖深度結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際。

5 結(jié) 語

綜上所述，盡管大連宏?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園塘壩工程設(shè)計(jì)中因穩(wěn)定計(jì)算比較復(fù)雜，涉及理論較深，但參考已有經(jīng)驗(yàn)及采取工程措施，確定了塘壩工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，足可以保證該塘壩安全穩(wěn)定運(yùn)行。該塘壩工程建設(shè)將會(huì)對加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程起到積極的促進(jìn)和推動(dòng)作用。

[1]張志旗.小型農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)報(bào)告[M].石家莊:臨澤出版社，2010：26-30.

1007-7596(2017)04-0081-03

2017-03-06

宮立剛(1975-)，男，遼寧大連人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)、測量等工作。

F323.3

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