(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

淺談延川縣袁家溝水庫供水方案的選定

張蕾

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

近年來隨著國家對水庫工程的持續(xù)進行，中小型水庫建設(shè)的經(jīng)濟效益不斷降低，袁家溝水庫作為抗旱備用水源工程，建庫條件差、水資源短缺等因素，使得工程規(guī)模與經(jīng)濟效益比較差，本文通過分析袁家溝水庫壩址處水沙特性，選定袁家溝水庫工程合理的供水方案，確定合理的供水方案及工程規(guī)模。

水庫；泥沙；供水方案

1 工程流域簡介

袁家溝水庫位于延川縣城西南約15 km處的袁家溝溝口，距文安驛鎮(zhèn)1.0 km。袁家溝屬清澗河二級支流，文安驛川右岸一級支流，流域面積24.5 km2，河道長12.3 km，河道

平均比降13.6‰，壩址位于袁家溝河入文安驛川河口以上約0.3 km處，壩址以上控制流域面積24.3 km2，多年平均徑流量為97萬 m3，多年平均清水徑流量為82.4萬 m3。袁家溝水庫壩址徑流的年內(nèi)月日分配按子長～延川區(qū)間歷年徑流年內(nèi)月日分配比例進行分配，多年平均各月徑流量詳見表1。

表1 袁家溝水庫壩址處多年平均徑流量年內(nèi)各月分配表 萬m3

2 水庫建設(shè)條件及使用年限

2.1 水庫建設(shè)條件

袁家溝流域是延川縣規(guī)劃的水源保護區(qū)，多年來一直進行著水土保持綜合治理，其淤地壩建設(shè)已列入國家《黃土高原地區(qū)水土保持淤地壩規(guī)劃》。袁家溝流域規(guī)劃建設(shè)淤地壩系水土保持生態(tài)工程，新建骨干壩2座(寨子溝、吳家坬骨干壩)、加固骨干壩2座(高家山、依落河骨干壩)。使得袁家溝水庫壩址產(chǎn)沙面積為水庫壩址與上游骨干壩之間的區(qū)間面積8.00 km2。

袁家溝水庫泥沙淤積量計算中不再考慮壩址上游四座骨干壩攔沙量，因此，袁家溝水庫建設(shè)必須具備以下條件：(1)袁家溝水庫建設(shè)必須同步建設(shè)壩址以上流域內(nèi)已規(guī)劃的4座攔沙骨干壩，4座骨干壩控制流域總面積16.3 km2，確保袁家溝水庫壩址產(chǎn)沙面積為區(qū)間面積8 km2；(2)四座骨干壩與袁家溝水庫同期建設(shè)，骨干壩運用年限不低于30 a，壩系運行 “不攔蓄壩系上游來水，壩系上游泥沙不下泄”，確保30年使用期限內(nèi)骨干壩控制流域內(nèi)基本不下泄泥沙；(3)骨干壩設(shè)計防洪標準與袁家溝水庫防洪標準一致，均為30 a一遇洪水設(shè)計，300 a一遇洪水校核，確保下游袁家溝水庫運行安全。在四座骨干壩與袁家溝水庫同期同標準建設(shè)的條件下，袁家溝水庫死庫容按扣除上游四座骨干壩泥沙后的30年淤積量確定是合理的。

2.2 水庫使用年限

根據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》(SL654—2014)第3.0.2條水庫工程使用年限為50年。但該水庫流域為多泥沙河流，流域水沙條件復雜，水少沙多，供水量小，本次袁家溝水庫規(guī)模中扣除了壩址上游四座骨干壩攔沙量。依據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》骨干壩設(shè)計淤積年限為20～30 a，本次考慮水庫設(shè)計使用年限與骨干壩使用年限協(xié)調(diào)統(tǒng)一，確保水庫建設(shè)運行安全，最終確定袁家溝水庫使用年限為30 a。

3 工程處流域水沙特性及年輸沙量

袁家溝水庫壩址處泥沙計算采用多種方案計算，水文比擬法采用子長、延川站1959～2011年共53年輸沙量資料，既包含了二十世紀六十年代的大水大沙時段，也包含了近期的枯水枯沙時段，且資料精度相對較高，成果與淤地壩實測淤積資料推求法、寒砂石水庫實測淤積資料推求法成果也比較接近，設(shè)計采用水文比擬法推求的成果。袁家溝水庫壩址以上流域輸沙模數(shù)為8 540 t/km2，按區(qū)間流域產(chǎn)沙面積計算，多年平均輸沙量為6.83萬 t，合5.01萬 m3。

4 袁家溝水庫供水方案的擬定

4.1 碾壓式均質(zhì)土壩方案—壩址上游建設(shè)四座骨干壩攔沙(推薦方案)

全攔全蓄的運行方案按照長系列逐月進行徑流調(diào)節(jié)計算，合理確定水庫的規(guī)模，進行建筑物設(shè)計，考慮擋水、泄洪、輸水等建筑物布置，選定建筑物型式。袁家溝水庫壩址以上控制流域面積24.3 km2，區(qū)域天然輸沙模數(shù)為8 540 t/km2·a，多年平均輸沙量為6.83萬 t，合5.01萬 m3，以水庫運行30 a計，需攔沙庫容150.3萬 m3，考慮庫區(qū)塌岸、興利、滯洪等因素，水庫總庫容490萬 m3，最大壩高35.5 m，滿足90%保證率時年供水量為57.5萬 m3。抗旱應急4個月干旱期間，提供延川縣文安驛鎮(zhèn)區(qū)及禹居社區(qū)共1.21萬居民生活用水和重點部門用水8萬 m3。

樞紐工程由大壩、溢洪道及輸水放空建筑物等三部分組成?？値烊?90萬 m3，死庫容220萬 m3，興利庫容125萬 m3，滯洪庫容145萬 m3，初期運行死庫容(15年期末淤積庫容)為145萬 m3，對應初期興利庫容為200萬 m3，水庫樞紐工程防洪標準按30 a一遇設(shè)計，300 a一遇校核，相應洪峰流量分別為322 m3/s和517 m3/s。

4.2 碾壓式均質(zhì)土壩供水方案—壩址上游無骨干壩攔沙

袁家溝水庫壩址以上控制流域面積24.3 km2，多年平均輸沙量為20.8萬 t，合15.2萬 m3，以水庫運行30 a計，需攔沙庫容456萬 m3，考慮庫區(qū)塌岸、興利、滯洪等因素，水庫總庫容858萬 m3，最大壩高43.0 m，滿足90%保證率時年供水量48.0萬 m3。

樞紐工程由大壩、溢洪道及輸水放空建筑物等三部分組成?？値烊?58萬 m3，死庫容565萬 m3，興利庫容125萬 m3，滯洪庫容168萬 m3。水庫樞紐工程防洪標準按50 a一遇設(shè)計，500 a一遇校核，相應洪峰流量分別為392 m3/s和606 m3/s。

4.3 閘壩+蓄水池樞紐供水方案

“蓄清排洪，汛期相機排沙”運行方式，徑流調(diào)節(jié)采用典型年法，分析水文成果1959年～2010年共52 a逐月徑流過程，綜合考慮徑流、泥沙、枯水期水量及徑流的年內(nèi)分配比例等多種因素，選定10%、25%、50%、75%、90%及多年平均6個典型年，選擇典型年后為充分研究水沙特性，收集典型年逐日徑流、泥沙資料，分析不同典型年不同沙限時可利用水量。按照“以供定需”，進行典型年逐日徑流調(diào)節(jié)計算。典型年均不出現(xiàn)破壞時多年平均供水量為34.68萬 m3。

水庫樞紐工程由攔河閘壩、輸水管線及蓄水池三部分組成。閘壩總庫容為18.1萬 m3，正常蓄水位893.0 m，壩頂高程895.0 m，壩頂寬度5 m，最大壩高15.0 m，壩長81.8 m，泄洪壩段設(shè)1孔泄洪排沙閘和2孔泄洪閘，孔口尺寸均為5×4.5 m。下游消能方式采用底流消能，消力池池長25 m，池寬21 m，池深2.5 m。蓄水池布置于袁家溝和文安驛川交匯處右岸高階地上，蓄水池為雙池并排布設(shè)，單個水池最大蓄水量為1.5萬 m3，總蓄水量為3萬 m3。

5 供水方案的選定

碾壓式均質(zhì)土壩方案(壩址上游設(shè)四座骨干壩)比“閘壩+蓄水池”方案規(guī)模大，工程量較大，移民淹沒影響多，總投資比較高，但均質(zhì)土壩存在以下優(yōu)越性：(1)均質(zhì)土壩攔沙效益顯著：延川縣處與黃土丘陵溝壑區(qū)，區(qū)內(nèi)侵蝕模數(shù)達8 540 t/km2·a，水土流失比較嚴重，且由于其處于清澗河中游河段，一直以來都是黃委會治理泥沙的重點區(qū)域。均質(zhì)土壩建成后可使泥沙不下泄，水庫30 a使用期末淤積庫容220萬 m3，大大減少泥沙向下輸移。(2)均質(zhì)土壩防洪效益顯著：均質(zhì)土壩滯洪庫容為145萬 m3，可將本流域30 a一遇洪水洪峰流量322 m3/s削減至23.2 m3/s； 300 a一遇洪水洪峰流量517 m3/s削減至49.5 m3/s，有利于提高下游文安驛鎮(zhèn)防洪標準。(3)均質(zhì)土壩與閘壩相比，運行管理簡單可靠，閘壩運行管理復雜，如閘壩需要根據(jù)來水含沙量確定是否蓄水，依據(jù)閘壩的庫區(qū)沙量及時清淤等。(4)均質(zhì)土壩方案徑流調(diào)節(jié)計算90%保證率時水庫年供水量57.5萬 m3，閘壩方案90%典型年水庫供水量36.5萬 m3。閘壩方案受來水含沙量限制和調(diào)節(jié)庫容較小的制約，汛期基本不蓄水，實際運行中可能出現(xiàn)無水可用的情況，均質(zhì)土壩方案調(diào)節(jié)庫容大，可靠度高且供水量大，考慮文安驛鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展，缺水問題較嚴重等相關(guān)因素，所以推薦均質(zhì)土壩方案。

上游無骨干壩攔沙的均質(zhì)土壩方案比“均質(zhì)土壩+4座骨干壩攔沙”方案工程規(guī)模大，總庫容858萬 m3，工程量較大，移民淹沒影響多，較“均質(zhì)土壩+4座骨干壩攔沙”方案總投資高，但供水量反而比“均質(zhì)土壩+4做骨干壩攔沙”方案的供水量小?？紤]壩址上游四座骨干壩建設(shè)延川縣發(fā)改委已立項，推薦壩址上游四座骨干壩攔沙效益的均質(zhì)土壩方案。

6 結(jié)語

合理可行的供水方案，對于水庫規(guī)模和投資的優(yōu)化意義重大，特別是現(xiàn)狀建庫條件差、工程規(guī)模過大、經(jīng)濟技術(shù)比較性差的水庫工程。合理解決泥沙的不利因素，有利于避免建設(shè)高壩大庫的洪水風險，提高壩址處水資源利用率。

[1]中國水利學會泥沙專業(yè)委員會.泥沙手冊. 1989.

[2]韓其為.水庫淤積. 北京：科學出版社.2003.

[3]水庫泥沙. 北京：水利電力出版社.1979.

[4]巴家嘴水庫及多泥沙河流水庫泥沙關(guān)鍵技術(shù)研究. 黃河水利出版社.2007.

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2017-08-14

張蕾(1983-)，女，陜西大荔人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。