楊娟娟

(第九師聯(lián)拓勘測設(shè)計(jì)研究有限公司， 新疆 塔城 834601)

木夫露水庫初步設(shè)計(jì)淺析

楊娟娟

(第九師聯(lián)拓勘測設(shè)計(jì)研究有限公司， 新疆 塔城 834601)

本文針對博爾斯臺河流域水系特征，匯集工程區(qū)多年氣象數(shù)據(jù)，研究徑流降水關(guān)系，計(jì)算木夫露水庫壩址處設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量。經(jīng)地質(zhì)資料分析，水庫河谷呈“V”形，發(fā)育斷裂規(guī)模較小，巖體透水性受風(fēng)化程度、斷層及貫通性節(jié)理發(fā)育程度控制。依據(jù)水文、地質(zhì)分析結(jié)論，選定壩址位于博爾斯臺河出山口上游0.9km處，確定混凝土重力壩為推薦壩型，并對擋水建筑物、泄洪建筑物等重要構(gòu)筑物進(jìn)行了詳細(xì)闡述，以期為類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

木夫露水庫； 設(shè)計(jì)洪峰流量； 設(shè)計(jì)洪量； 混凝土重力壩

1 引 言

博爾斯臺河山區(qū)缺乏控制性調(diào)蓄工程，下游灌區(qū)引水保證率低，下游河道抵御洪水能力較差，洪災(zāi)頻發(fā)。為提高灌區(qū)水資源利用率，提高灌區(qū)防洪能力，保障灌區(qū)人畜引水等用水需求，現(xiàn)規(guī)劃在博爾斯臺河出山口修建木夫露水庫工程，承擔(dān)農(nóng)業(yè)灌溉、人畜、工業(yè)供水及防洪要求。

木夫露水庫坐落在博爾斯臺河出山口上游0.9km處，水庫壩址位于塔城地區(qū)額敏縣東南約70km，其地理位置為東經(jīng)84°05′～84°08′、北緯46°50′～46°52′，海拔高度為1035～1043m，壩址以上儲水面積為20.1km2。

木夫露水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、人畜供水為主，兼顧工業(yè)供水、防洪的綜合水利工程。該水庫到設(shè)計(jì)水平年(2025年)可改善下游0.76萬畝耕地灌溉問題，解決4490人和3.56萬只標(biāo)準(zhǔn)畜的飲水問題，年供水量達(dá)27.24萬m3，將河道下游防洪能力由5年一遇提高至10年一遇。

2 水文條件分析

2.1 流域概況

博爾斯臺河發(fā)源于塔爾巴哈臺山東段，由北向南，出山口以上河長8.0km，出山口后流程約1.0km，匯集至克爾柯夏溝。源頭最高點(diǎn)海拔為2300m。流域內(nèi)無永久性積雪和冰川發(fā)育，因此博爾斯臺河水系屬于扇形水系，河流上游為5條源流，在距離擬建壩址上游600m處匯集成為博爾斯臺河干流。博爾斯臺河出山口以上平均海拔為1550m，平均縱坡為3.15%。河流兩岸植被生長較好，為多年生或一年生草本植物，并生長有稀疏灌木。

2.2 氣象特征

工程區(qū)多年平均氣溫5.91℃，最熱月(7月)平均氣溫20.6℃，最冷月(1月)平均氣溫-10.3℃，多年平均降水量334.8mm。歷年最大和最小年降水量分別為496.5mm和161.1mm。多年平均≥10mm降雨量的天數(shù)為6.6d，多年平均蒸發(fā)量為1702mm，年最大、最小蒸發(fā)量分別為2059.8mm和1229.1mm。多年平均日照時(shí)數(shù)為2615.9h，多年平均無霜期125.5d，多年平均積雪厚度43.1cm，最大積雪厚度79cm，歷年最大凍土深度145cm。

2.3 徑流條件

博爾斯臺河徑流的補(bǔ)給主要依靠季節(jié)性冰雪融水、降雨及地下水，因此其徑流的變化與降水有著密切的正相關(guān)關(guān)系。博爾斯臺河年徑流變差系數(shù)為0.33，該河徑流年際變化較大。徑流年內(nèi)分配不均，主要集中在4月、5月、6月，其水量占全年徑流量的57.2%，其中5月占年徑流量的32.52%。這部分水量主要來自山區(qū)季節(jié)性積雪的融化和降雨，持續(xù)時(shí)間較長。

壩址處設(shè)計(jì)年徑流量的分析計(jì)算采用徑流深等值線法、徑流模數(shù)法和水庫壩址處實(shí)測值修正法[1]分別進(jìn)行分析，博爾斯臺河水管站斷面以上流域多年平均徑流量計(jì)算推薦實(shí)測值分析結(jié)果，即流域多年平均徑流量411萬m3。壩址年徑流頻率計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 壩址年徑流頻率計(jì)算結(jié)果 單位：萬m3

2.4 洪水分析

2.4.1 成因及特點(diǎn)

經(jīng)對博爾斯臺河流域進(jìn)行實(shí)地調(diào)查訪問及資料分析，多數(shù)洪水發(fā)生在4—6月，也有少數(shù)洪水發(fā)生在7—9月，其根本原因在于流域特定的自然地理、水文氣象條件的綜合作用，經(jīng)分析該河并存三種類型的洪水：融雪型洪水、暴雨型洪水、雨雪混合型洪水。

融雪型洪水多出現(xiàn)在每年的4月中旬至5月下旬，其洪水過程日變化明顯，洪峰量值一般不大。暴雨型洪水，每年7—9月，山區(qū)突降暴雨，形成較大的地面徑流，洪水發(fā)生的隨機(jī)性很強(qiáng)，洪峰高而歷時(shí)短。雨雪混合型洪水，持續(xù)增溫遇降水過程，積雪融化，雨、雪匯成洪流，直沖而下，歷時(shí)長、洪量大[2]。

2.4.2 設(shè)計(jì)洪峰流量

本文中木夫露水庫壩址設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用三種方法，分別為推理公式法、洪峰模數(shù)法和水文比擬法[3]。從分析得出的數(shù)據(jù)看，推理公式法計(jì)算結(jié)果與水文比擬法計(jì)算結(jié)果比較接近，推理公式法計(jì)算結(jié)果略大，洪峰模數(shù)法計(jì)算結(jié)果最小。故木夫露水庫壩址處設(shè)計(jì)洪峰流量推薦采用水文比擬法計(jì)算結(jié)果。壩址設(shè)計(jì)洪峰流量見表2。

表2 木夫露水庫壩址處設(shè)計(jì)洪峰流量 單位：m3/s

2.4.3 設(shè)計(jì)洪量

木夫露水庫壩址設(shè)計(jì)洪量的分析計(jì)算采用參證站洪量模數(shù)法[4]，參考站為臨近流域卡瑯古爾河卡瑯古爾站，壩址設(shè)計(jì)洪量成果詳見表3。

表3 木夫露水庫壩址設(shè)計(jì)洪量成果 單位：萬m3

3 地質(zhì)條件分析

3.1 地形地貌

木夫露水庫庫區(qū)位于低中山區(qū)，回水長度為997m，兩岸情況基本相同，山體雄厚，兩岸基巖裸露，山頂海拔1110～1170m，岸坡坡度25°～60，局部陡立。河谷呈“V”形，階地不發(fā)育，河流流向近于南北向，河床海拔1039～1071m，寬10～30m，河段縱坡2.9%，河流切割深度50～80m，庫區(qū)沖溝較發(fā)育，溝內(nèi)及河谷生長有灌木與草本植物。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)發(fā)育斷裂規(guī)模較小，破碎帶寬多5～10cm，組成物質(zhì)以斷層泥、碎裂巖為主，傾角多60°～80°，僅發(fā)育一條區(qū)域性次級斷裂達(dá)因蘇斷裂(f2)，位于庫尾回水線外，距壩址約1.0km，走向330°左右，傾向NE，傾角80°，為壓扭性斷層，該斷裂為上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺組下亞組(D3ta)與下石炭統(tǒng)南明水組(C1n)的分界線，組成物質(zhì)主要為斷層碎裂巖。工程區(qū)揭露斷層寬約0.3m，未發(fā)現(xiàn)活動性跡象。

3.3 水文地質(zhì)

地下水類型為基巖裂隙水和第四系孔隙水?；鶐r裂隙水主要分布在河谷兩岸風(fēng)化巖體裂隙或斷層中，地表降水入滲補(bǔ)給基巖裂隙水或匯入兩岸沖溝，河谷兩岸基巖裂隙水補(bǔ)給河水?？紫稘撍饕植荚诤哟猜训[石層中，主要受河水補(bǔ)給，以潛流向下游運(yùn)移。

巖體透水性主要受風(fēng)化程度、斷層及貫通性節(jié)理發(fā)育程度控制，其中強(qiáng)風(fēng)化巖體屬中～強(qiáng)透水層，弱風(fēng)化巖體屬弱～中透水層，微風(fēng)化～新鮮巖體屬弱透水～微透水層，壩基巖體透水率隨鉆孔深度增大而減小。鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果分析，壩址區(qū)巖體透水率無明顯10Lu界線，透水率從大于10Lu直接進(jìn)入小于5Lu范圍。

3.4 工程地質(zhì)問題

3.4.1 水庫滲漏

庫區(qū)左岸山體相對單薄，河谷與鄰谷相距0.4～0.7km，壩軸線上游150m處發(fā)育低矮埡口，山體厚400～700m，鄰谷的谷底高程與博爾斯臺河河底高程相同，水庫蓄水后，極有可能沿埡口處單薄山體產(chǎn)生滲漏，ZK3位于埡口下游150m處，右岸鉆孔資料類比透水層分布情況，鉆孔深度13m以下透水率小于5Lu，可作相對隔水層。該埡口高程1092.00m，比水庫正常蓄水位(1070.60m)高約21m，相對隔水層處于水庫正常蓄水位以上，可不考慮鄰谷滲漏問題。庫區(qū)內(nèi)無區(qū)域性斷裂通過，巖體較完整，故庫區(qū)不會因斷層而產(chǎn)生鄰谷滲漏。

3.4.2 庫岸穩(wěn)定

庫區(qū)兩岸基巖為上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺組下亞組(D3ta)，巖體呈中厚層狀、巨厚層狀，巖層走向320°，傾角80°，與河流的流向近直交，為橫向河谷形態(tài)。岸坡坡度25°～60°，局部陡立，主要發(fā)育三組裂隙：?L1，300°～330°SW∠75°～85°，裂面平直粗糙，微張，延伸長8m，泥質(zhì)充填；?L2，30°～60°NW∠60°～88°，裂面平直粗糙，微張，延伸長10m，泥質(zhì)或碎裂巖充填；?L3，30°～40°SE∠70°～79°，裂面平直粗糙，微張，延伸長5～10m，泥質(zhì)充填。

局部裂面相互切割出現(xiàn)卸荷裂隙，張開寬度5～10cm，產(chǎn)生少量崩塌、掉塊，方量較小。根據(jù)地表測繪，水庫正常蓄水位高程以上，多基巖裸露。庫區(qū)內(nèi)無大的崩塌、滑坡體，庫岸總體穩(wěn)定性較好。

4 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)

4.1 壩軸線選擇

推薦壩址位于博爾斯臺河出山口上游0.9km處，壩址處位于低中山區(qū)河段，兩岸情況基本相同，山體雄厚，部分基巖裸露。上下游200m范圍內(nèi)，有3條小斷層通過，分別為f21、f22、f23。斷層破碎帶寬度5～10cm，組成物質(zhì)以斷層泥、碎裂巖為主，對岸坡穩(wěn)定有一定影響。壩軸線上游左岸160m處、下游右岸140m處各發(fā)育較大沖溝。

壩軸線左右兩端向上下游調(diào)整范圍均不大，依據(jù)防滲體避開沖溝、防滲線經(jīng)濟(jì)合理，面板壩趾板、重力壩基座坐落在完整基巖上，壩軸線最短、工程量最小等原則，壩軸線坐標(biāo)：左壩肩X=741568.86，Y=5202821.14；右壩肩X=741470.43，Y=5202907.75。

4.2 壩型選定

根據(jù)壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件，優(yōu)選均質(zhì)土壩、面板堆石壩和混凝土重力壩。通過分析，結(jié)合該工程大壩填筑規(guī)模及開挖規(guī)模均較小的特點(diǎn)，對混凝土重力壩、面板堆石壩、均質(zhì)土壩等三種壩型從地形地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、施工條件、樞紐布置、環(huán)境影響、工程投資等方面綜合分析，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定最優(yōu)壩型，選定整體穩(wěn)定性強(qiáng)、投資最低的混凝土重力壩為推薦壩型。

4.3 擋水建筑物

壩體為均質(zhì)土壩，壩頂高程1072.70m，壩長128.8m。壩頂采用砂礫石路面，墊層厚0.3m。為排除雨水，壩頂向下游單向傾斜，坡度i=0.02。壩頂上游設(shè)防浪墻，墻頂高程1073.70m，高出壩面1.0m。防浪墻每隔5m設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水帶止水并填高壓閉孔板，迎水面采用瀝青砂漿封口。

根據(jù)新疆地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，上游壩坡坡比采用1∶2.5，下游壩坡坡比采用1∶2.25。上游護(hù)坡為20cm厚混凝土板，標(biāo)號為C30、F300，護(hù)砌范圍為壩頂至死水位以下1.5m(高程1047.45m)處。下游護(hù)坡為40cm厚碎石，坡面縱、橫向分別設(shè)縱梁、橫梁。

4.4 泄洪建筑物

水庫正常蓄水位1071.25m，溢洪道堰頂高程1071.25m。水庫設(shè)計(jì)洪水位(P=2%)1072.11m，溢洪道設(shè)計(jì)泄量10.37m3/s；水庫校核洪水位(P=0.2%)1072.43m，溢洪道校核泄量17.31m3/s。

根據(jù)工程布置，工程選取右壩肩布置溢洪道，利用天然坡度擴(kuò)挖形成。溢洪道布置在右岸，由進(jìn)口段、泄槽段、消能段組成，總長155.0m。

a.進(jìn)口段。進(jìn)口段總長19.6m，包含側(cè)堰段、漸變段、控制段。側(cè)堰段為折線形實(shí)用堰，堰頂高程1071.25m，縱坡i=0.005，斷面型式為梯形，底寬0.90～1.8m，邊坡1∶0.75，采用0.3m厚C25混凝土襯砌。漸變段采用M10漿砌石扭面，底板為C25混凝土板襯砌，厚度0.3cm，縱坡i=0.005?？刂贫螢槠狡驴刂贫危匦螖嗝?，底寬1.8m，C25鋼筋混凝土襯砌。

b.泄槽段。泄槽段總長130.40m，整體式C25鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu)，底寬1.8m，底板厚0.3～0.5m，邊墻高2.00～4.85m，邊墻厚0.3～0.5m。設(shè)計(jì)縱坡i=0.24545，每隔10m為一段，分縫處設(shè)齒墻，齒墻深0.6m。

c.消能段。泄槽下游采用挑流消能，消能段總長5.0m。底寬1.8m，底板厚0.5m，邊墻高2.00m，調(diào)流鼻坎高程1038.22m，調(diào)流反弧半徑8.5m，挑角18°。水流經(jīng)挑流鼻坎挑至下游河床內(nèi)。

5 結(jié) 語

為提高博爾斯臺河山區(qū)灌溉水資源利用率，保障人畜引水需求，現(xiàn)急需對木夫露水庫進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。本文針對博爾斯臺河流域水系特征，匯集工程區(qū)域氣溫、降水量、蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)，研究徑流降水關(guān)系，計(jì)算壩址處設(shè)計(jì)徑流量。同時(shí)，對該流域的洪水成因及特點(diǎn)、設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量進(jìn)行研究，計(jì)算核定壩址處的設(shè)計(jì)洪量。

木夫露水庫河谷呈“V”形，河段縱坡2.9%，庫區(qū)沖溝較發(fā)育。庫區(qū)發(fā)育斷裂規(guī)模較小，僅發(fā)育一條區(qū)域性次級斷裂，且位于庫尾回水線外。巖體透水性主要受風(fēng)化程度、斷層及貫通性節(jié)理發(fā)育程度控制，壩址區(qū)巖體透水率無明顯10Lu界線。本文針對工程地質(zhì)存在的水庫滲漏和庫岸穩(wěn)定問題進(jìn)行分析。

依據(jù)水文、地質(zhì)條件分析結(jié)論，選定壩址位于博爾斯臺河出山口上游0.9km處，壩址處山體雄厚，部分基巖裸露，壩軸線坐標(biāo)：左壩肩X=741568.86，Y=5202821.14；右壩肩X=741470.43，Y=5202907.75。從施工條件、樞紐布置、環(huán)境影響、工程投資等方面綜合分析，選定整體穩(wěn)定性強(qiáng)、投資最低的混凝土重力壩為推薦壩型。并對擋水建筑物、泄洪建筑物等重要構(gòu)筑物進(jìn)行了詳細(xì)闡述，給定其對應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

[1] 趙祺,許靜,于丹.玉皇廟水庫設(shè)計(jì)洪水合理性分析[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,22(4):7-9.

[2] 梁恒.雙陽水庫設(shè)計(jì)洪水合理性分析[J].科技信息,2012(3):511.

[3] 任鋒,胡建虎.三教寺水庫設(shè)計(jì)洪水推求合理性分析[J].黑龍江水利科技,2012,40(3):99-101.

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On preliminary design of Mufulu Reservoir

YANG Juanjuan

(TheNinthDivisionLiantuoSurveyDesignResearchCo.,Ltd.,Tacheng834601,China)

In the paper, meteorological data of the engineering area for many years is gathered together for studying the precipitation runoff relationship aiming at water system characteristics in Boersitai River Basin. The designed flood peak discharge and designed flood in the dam site of Mufulu Reservoir are calculated. The reservoir valley is in “V” shape according to the geological data. The development fracture scale is small. The rock water permeability is controlled by weathering degree, fault and penetration joint development degree. The site is selected in 0.9km position on the upstream area of mountain-pass of Boersitai River according to hydrological and geological analysis conclusion. Concrete gravity dam is recommended, important buildings are described in detail such as water retaining structure, flood releasing structure, etc., thereby providing reference for designing similar projects.

Mufulu Reservoir; designed flood peak flow rate; designed flood; concrete gravity dam

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.07.005

TV222

B

1005-4774(2017)07- 0014- 04