溫永歡

（貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

楊公巖水庫位于貴州省遵義市桐梓縣桐梓河右岸支流兩叉河上游，壩址流域面積10.3 km2，主河道河長4.30 km，主河道加權(quán)平均比降93.6‰，流域形狀系數(shù)0.557，多年平均流量0.16 m3/s，多年平均徑流量505萬m3。楊公巖水庫工程任務(wù)是解決集鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村人畜飲水、容光煤礦供水及農(nóng)田灌溉供水，規(guī)劃水平年為2030 年，供水保證率為P=95%，灌溉保證率取80%。楊公巖水庫工程的建設(shè)在保障糧油作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的同時，還促進(jìn)了區(qū)域花椒、蔬菜等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時可調(diào)整片區(qū)種植結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入，解決工程性缺水問題，有利于建成水資源合理配置和高效利用體系，對促進(jìn)地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有積極意義。

2 水文分析

2.1 徑流

楊公巖水庫流域內(nèi)無水文站、氣象站及雨量站，鄰近有桐梓氣象站、桐梓水位站、二郎壩水文站。壩址處長系列徑流過程采用降水徑流同頻率相應(yīng)法進(jìn)行計算。根據(jù)桐梓氣象站歷年降水量的經(jīng)驗頻率在年徑流設(shè)計頻率曲線上查得一徑流，再用年降水量的實測值與同一經(jīng)驗頻率查降水頻率曲線上的理論值的比值進(jìn)行修正，即可得到逐年的徑流值。徑流年內(nèi)分配按降水分配率來分配并用枯流進(jìn)行控制，即當(dāng)由月降水分配率計算的月徑流量小于由最枯月流量計算的月徑流量時，采用由最枯月流量計算的月徑流量。楊公巖水庫各頻率徑流計算成果，詳見表1。

表1 楊公巖水庫各頻率徑流計算成果

2.2 洪水

楊公巖水庫流域無水文站，流域面積10.3 km2，設(shè)計洪水采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》的修訂公式進(jìn)行計算[1，2]?？紤]到楊公巖水庫流域面積剛好處于特小2 式（適用范圍10 km2≤F≤5 km2）與特小3 式（適用范圍F＜10 km2）的適用范圍限值邊界，故本次偏于安全考慮，分別采用特小2 式、特小3 式對壩址處設(shè)計洪水進(jìn)行計算，計算洪水成果經(jīng)綜合分析比較后確定。楊公巖水庫設(shè)計洪水成果，詳見表2。

表2 楊公巖水庫設(shè)計洪水成果

3 工程地質(zhì)

3.1 區(qū)域地質(zhì)概況

工程區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)的北部，晚更新世以來，新構(gòu)造活動以大面積間歇性抬升為主，差異性運動不強烈。工程區(qū)距區(qū)域性斷層較遠(yuǎn)，無活動斷層分布，區(qū)內(nèi)分布的幾條小斷層對水庫工程直接影響不大；工程區(qū)屬弱震環(huán)境，地震活動水平不高，從地震地質(zhì)條件和地震的活動強度分析，本區(qū)不具備發(fā)生6級以上的地震地質(zhì)條件；本階段對區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性進(jìn)一步進(jìn)行復(fù)核，工程區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。工程所處區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，屬構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

3.2 壩址工程地質(zhì)

水庫壩址為不對稱的“V”形橫向谷，壩址上游為兩支溝（即元木溝、雪地溝）匯合口呈“Y”形地形，壩址下游為河灣地形，上游兩支溝分別呈N28?W、S70?W 發(fā)育，匯合口下游長約100 m 河段較順直，河流流向呈N31?W，下游轉(zhuǎn)S82?W 向后呈河灣地形彎曲延伸。壩址河床高程一般在1 005.62～1 012.60 m，多被厚1.5～2.0 m 的第四系沖洪積砂礫卵石覆蓋。壩址區(qū)及附近無大的斷裂構(gòu)造發(fā)育，但受區(qū)域構(gòu)造影響，壩區(qū)裂隙較為發(fā)育，地表溶蝕較發(fā)育，巖體風(fēng)化不均一。兩岸邊坡以巖質(zhì)斜向坡為主，岸坡總體穩(wěn)定性好。壩址存在沿壩址左右岸強風(fēng)化帶和溶蝕裂隙帶向下游繞壩基肩滲漏問題，但區(qū)內(nèi)碎屑巖與碳酸鹽巖類相間分布，碎屑巖弱風(fēng)化至新鮮巖體為相對隔水層，地表以下一定范圍巖體透水性較強，岸坡深部存在弱透水巖體，防滲可對強巖溶帶、強透水巖體進(jìn)行封閉。壩址不存在大的工程地質(zhì)缺陷，通過工程處理具備建壩條件。壩區(qū)河水（環(huán)境水）對混凝土無腐蝕性。

3.3 管線及建筑物工程地質(zhì)

管線選線工作是在前期可研資料的基礎(chǔ)上通過現(xiàn)場選線和沿線工程地質(zhì)測繪進(jìn)行的。所以，輸水管道及建筑物的選線均避開了不良地質(zhì)現(xiàn)象，無規(guī)模較大的不穩(wěn)定邊坡及不良地質(zhì)災(zāi)害體基等。沿線地形地貌為洼地、中低山丘陵。管道沿線出露地層從老到新依次為S1h、S1sh、P2q+m、P3l+c、T1y、T1m 及第四系（Q）等，巖性相間分布，主要有灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖、砂頁巖。輸水管線及主要建筑物工程地質(zhì)條件較好，無控制性不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，經(jīng)適當(dāng)工程處理均具備建設(shè)條件。

4 工程規(guī)模

以楊公巖水庫的建設(shè)任務(wù)為基礎(chǔ)，通過需水量預(yù)測，確定規(guī)劃水平年的用水量需求[3]。從水庫淹沒條件、水工建筑物布置角度確定了死水位。在此基礎(chǔ)上，擬定4個正常蓄水位方案，從水資源利用和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面進(jìn)行方案比選，通過興利調(diào)節(jié)計算確定了滿足設(shè)計保證率的正常蓄水位和興利庫容。

4.1 死水位選擇

楊公巖水庫死水位以滿足水庫泥沙淤積和取水口布置要求而定，根據(jù)泥沙淤積計算成果、水工建筑物布置要求計算得到各方案死水位。經(jīng)計算，楊公巖水庫50 a 泥沙淤積量為14.0 萬m3，水平淤沙高程為1 029.10 m，壩前淤沙高程為1 028.30 m。根據(jù)水工建筑物布置，取水口底板高程為1 028.60 m，頂板高程為1 030.10 m，最小淹沒水深為0.15 m。因此，為滿足取水要求，死水位不宜低于1 030.45 m。偏于安全考慮，確定楊公巖水庫死水位為1 031.00 m，死庫容為18.0萬m3。

4.2 正常蓄水位選擇

為滿足區(qū)域用水需求且充分利用水資源，楊公巖水庫規(guī)模按“以需定供”原則確定。為論證正常蓄水位的合理性，特進(jìn)一步從供水量、淹沒、投資及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行比較。根據(jù)地質(zhì)、水工及移民等相關(guān)專業(yè)初步勘察調(diào)查成果，水庫壩肩及庫區(qū)不存在較大的滲漏問題，水庫淹沒及工程布置方面也不存在制約性高程，故水庫正常蓄水位選擇應(yīng)在滿足需水量的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析比較。楊公巖水庫正常蓄水位的比選主要是在滿足集鎮(zhèn)、礦區(qū)及農(nóng)村人畜飲水用水量166 萬m3的基礎(chǔ)上，通過綜合分析比較灌溉面積、供水量、淹沒、投資及單方供水投資等因素進(jìn)行。楊公巖水庫上游多年平均設(shè)計徑流量為505萬m3，根據(jù)水庫來水量及各水位庫容情況，進(jìn)行水庫不同水位的興利調(diào)節(jié)。楊公巖水庫不同正常蓄水位的興利效益，詳見表3。

表3 楊公巖水庫正常蓄水位效益比較

通過對楊公巖水庫不同正常蓄水位技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，正常蓄水位1 068.00 m 時，一方面水庫供水滿足需水要求，另一方面水庫經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較優(yōu)且水資源利用充分，故推薦楊公巖水庫正常蓄水位為1 068.00 m，正常蓄水位庫容為250萬m3，興利庫容為232 萬m3，庫容系數(shù)為45.9%。楊公巖水庫具備多年調(diào)節(jié)性能，多年平均供水量為320萬m3，水量利用率為63.4%。

4.3 水庫淹沒指標(biāo)

建設(shè)征地移民安置規(guī)劃是水利水電工程設(shè)計的重要組成部分，是工程設(shè)計方案比選的一項重要內(nèi)容，關(guān)系到工程規(guī)模的合理選定。根據(jù)移民專業(yè)人員對各設(shè)計方案相應(yīng)水位淹沒移民實物的調(diào)查（主要是現(xiàn)場調(diào)查和各類用地調(diào)查），以1∶1 000地類地形圖為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場踏勘情況，采用計算機量算、統(tǒng)計匯總，楊公巖水庫各水位淹沒指標(biāo)情況詳見表4。

表4 楊公巖水庫各水位淹沒指標(biāo)

4.4 興利調(diào)節(jié)計算

楊公巖水庫屬多年調(diào)節(jié)水庫，興利調(diào)節(jié)計算采用長系列時歷法進(jìn)行，計算系列為1951 年5 月—2016 年4 月共65 個水文年，計算時段為月[4，5]。以歷年逐月來水、集鎮(zhèn)和礦區(qū)及農(nóng)村人畜用水、灌溉用水等，進(jìn)行逐月水量平衡計算。通過對各年度興利庫容進(jìn)行統(tǒng)計排頻后可以得出P=95%保證率的興利庫容為229 萬m3，與長系列試算法確定的興利庫容232萬m3相差3萬m3。相差的3萬m3庫容是由于正常蓄水位取整而出現(xiàn)的差值（試算水位1 067.90 m時興利庫容為229 萬m3，最終采用的正常蓄水位1 068.00 m時興利庫容為232萬m3）。

5 工程規(guī)劃設(shè)計

5.1 壩型選擇

工程選擇了堆石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩進(jìn)行比較，2 種壩型均能適應(yīng)壩址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件[6]。從樞紐布置上看，混凝土面板壩泄洪布置難度大，開挖邊坡高，施工處理難度大，而堆石混凝土重力壩采用壩身溢洪道、挑流消能，避免了大的邊坡穩(wěn)定問題；從壩基處理上看，堆石混凝土重力壩壩基肩嵌深較大，需將壩基置于該層弱風(fēng)化中上部，而對于混凝土面板堆石壩而言，僅需將主次堆石區(qū)基面覆蓋層清除并將上游趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上即可滿足要求。綜上所述，經(jīng)各專業(yè)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，堆石混凝土重力壩方案在地形地質(zhì)條件、樞紐布置和技術(shù)經(jīng)濟(jì)上均占優(yōu)勢，故本文推薦較適宜本壩址地形地質(zhì)條件的堆石混凝土重力壩為推薦壩型。

5.2 水庫樞紐設(shè)計

水庫大壩基本選定壩型為重力壩。大壩樞紐由水庫大壩、壩頂溢流表孔、?。ǚ牛┧ㄖ锏冉M成。壩體材料為C15堆石混凝土。

5.2.1 水庫大壩

大壩為C9015 堆石混凝土重力壩，壩頂高程1 072.50 m，最大壩高65.50 m，壩頂寬6.0 m，上游壩坡1∶0.2，起坡點高程1 028.00 m，下游壩坡1∶0.8，起坡點高程1 064.75 m，壩底最大厚度57.2 m。

5.2.2 壩頂溢流表孔

大壩壩頂中部設(shè)泄洪表孔，為開敞式泄洪方式，堰型為WES實用堰，堰頂高程1 068.00 m，溢流壩段凈寬12 m，共2 孔，單孔寬6 m。溢流面由上游面橢圓曲線、下游冪曲線、泄槽直線段和反弧段、底流消能段組成，總長78.20 m。

5.2.3 ?。ǚ牛┧ㄖ?/p>

?。ǚ牛┧ㄖ锊贾糜诖髩斡覊味?，主要由進(jìn)水口、漸變段和壓力鋼管段組成，總長69.2 m。進(jìn)口底板高程1 028.60 m，設(shè)1 道1.5 m×2.25 m 的攔污柵和1扇1.5 m×1.5 m的平板事故檢修閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備，壩身穿DN1000 取（放）水鋼管，在壩后設(shè)有閘室，室內(nèi)分別設(shè)相應(yīng)工作閥門和檢修閘閥。

5.3 輸水工程設(shè)計

輸水工程采用單管有壓重力流輸水，要求輸水管線布置在壓力水頭線以下，盡量減小縱向起伏，同時滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪水要求。根據(jù)地形特點，輸水線路從水庫取水口接出，經(jīng)楊公巖隧洞至容光集鎮(zhèn)、云豐村、螺絲村、聯(lián)龍村以及輸水管末端雙埡村，分總管和支管，總管長7.77 km，支管長1.02 km，總長8.79 km。設(shè)計中，各供水片區(qū)均可采用有壓重力流輸水，滿足人飲灌溉等需求。輸水線路，如圖1所示。

圖1 輸水線路布置

6 結(jié)論

（1）楊公巖水庫工程的建設(shè)基本能解決桐梓縣容光集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水用水問題，同時還能解決灌溉區(qū)內(nèi)人民群眾的基本口糧問題，有利于建成水資源合理配置和高效利用體系，對促進(jìn)桐梓社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有積極意義。

（2）區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，地震基本烈度為Ⅵ度。主要的滲漏是庫首沿淺表部強風(fēng)化破碎巖體以及繞壩肩層面滲漏、巖體裂隙滲漏和溶蝕型滲漏，經(jīng)適當(dāng)?shù)姆罎B處理即可滿足成庫要求?？傮w而言，本水庫庫區(qū)條件較好，具備成庫條件。

（3）楊公巖水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位為1 068.00 m，死水位為1 031.00 m，校核洪水位為1 071.54 m（P＝0.33%）；正常蓄水位庫容為250萬m3，興利庫容為232 萬m3，死庫容為18 萬m3，總庫容為302萬m3。

（4）楊公巖水庫工程主要由水庫樞紐工程、輸水工程組成，選定壩型為重力壩。水庫樞紐總體布置方案為重力壩+壩頂溢流表孔+取水兼放空管，滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和功能方面要求。

（5）楊公巖水庫工程淹沒占地小，影響人口少，移民問題難度較小。工程建設(shè)對環(huán)境的不利影響是暫時性的，可以通過一定的預(yù)防和補償措施加以減少和改善。