張叢巖 胡桂蘭 杜宏偉 宋恒毅

摘 要：通過(guò)研究流域水文概況及其工程地質(zhì)，確定水庫(kù)樞紐布置，抗滑穩(wěn)定分析等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一座千年一遇洪水組合校核的水庫(kù)，提高該地的防洪能力，灌溉能力，蓄水發(fā)電等。該工程的建成具有較大的社會(huì)效益和生態(tài)效益，將會(huì)對(duì)西安等地區(qū)的環(huán)境保護(hù)起著極其重要的作用，不僅滿足了城市供水需求，兼顧灌溉、發(fā)電防洪等綜合的利用，還促進(jìn)了西安的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保持了社會(huì)的穩(wěn)定，對(duì)未來(lái)發(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的影響。本文主要進(jìn)行下列工作：通過(guò)調(diào)洪演算確定水庫(kù)特征水位；設(shè)計(jì)重力壩非溢流壩段基本尺寸，并對(duì)其進(jìn)行荷載計(jì)算及抗滑穩(wěn)定分析；對(duì)溢流壩段進(jìn)行底孔設(shè)計(jì)，消能防沖計(jì)算；對(duì)重力壩基本構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：重力壩；抗滑分析；溢流壩；非溢流壩；調(diào)洪演算

1 工程概況

古時(shí)就有黑河，因其出自秦嶺芒谷，被稱之為芒水。黑河水顏色較黑，故今人都稱之為黑河，其起源在海拔為3650m太白山的東南坡二爺海，經(jīng)過(guò)一路的沿途的流淌，最終在尚村鄉(xiāng)石馬村的位置匯入了渭河，是黃河支流渭河的右岸支流。黑河水利樞紐工程是西安市舉足輕重的水源工程，由于人口及用水量的增加，人們對(duì)水的資源利用的需求量也更大，周至縣黑河水庫(kù)的建成將會(huì)更好的解決西安城市供水、灌溉問(wèn)題，同時(shí)也兼顧防洪與發(fā)電，為西安地區(qū)人民營(yíng)造了更大的福利。黑河流域范圍在北緯37°～42°，東經(jīng)98°～102°之間，發(fā)源于祁連山中段，干流全長(zhǎng)為928千米。黑河上游河道全長(zhǎng)為313千米，河道面積為1.0萬(wàn)平方千米；中游河道全長(zhǎng)有204千米，河道面積有2.56萬(wàn)平方千米；下游河道全長(zhǎng)為414千米，河道面積為8.04萬(wàn)平方千米。

2 洪水分析計(jì)算

洪峰流量。暴雨主要是黑河流域洪水的形成形式，最早出現(xiàn)于一年中的四到五月，但是一般的洪峰都較小。年最大洪水出現(xiàn)在七到八月。查詢黑嶼口水文站41年的觀測(cè)相關(guān)資料可知，最大洪峰流量Q=3040m3/s，出現(xiàn)在1980年7月2日，根據(jù)調(diào)查的黑河流域歷史洪水資料，得到的相關(guān)參數(shù)、頻率[1]詳見(jiàn)表1。

洪水總量。設(shè)計(jì)階段采用二十四小時(shí)及七十二小時(shí)，查詢1940～1953年一日和三日相關(guān)資料得出1940～1953年的洪量。詳細(xì)頻率及參數(shù)見(jiàn)2。

3 興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計(jì)算

死庫(kù)容確定與起調(diào)水位的選擇。因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到城市暗渠引水高程和水庫(kù)淤積的要求，故將死庫(kù)容取510.0m，死水位取520.0m，選擇正常蓄水位594m處開(kāi)始起調(diào)。

調(diào)洪計(jì)算。調(diào)洪演算的基本原理：已知入庫(kù)洪水過(guò)程線Q～t，由起調(diào)水位開(kāi)始求解方程組，求出水庫(kù)出流過(guò)程q～t。

根據(jù)水庫(kù)的水量平衡原理和水庫(kù)的蓄池關(guān)系組成方程組：

根據(jù)調(diào)洪計(jì)算，得出黑河水庫(kù)相關(guān)工程特性，詳見(jiàn)表3。

4 總結(jié)

本文以黑河水庫(kù)為依據(jù)，通過(guò)分析其工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件并結(jié)合地形圖，針對(duì)其具體情況，進(jìn)行了重力壩設(shè)計(jì)作為黑河水利樞紐工程的攔河壩。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)非溢流壩進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定分析和應(yīng)力分析，并對(duì)溢流壩進(jìn)行了堰頂高程，水頭，泄流方式，細(xì)部構(gòu)造等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選定。

興利調(diào)節(jié)和調(diào)洪計(jì)算，千年一遇設(shè)計(jì)洪水位602.8m、五千年一遇校核洪水位605.39m，正常蓄水位594m，確定死庫(kù)容510.0m，死水位520.0m；樞紐布置，選擇混凝土重力壩，壩軸線總長(zhǎng)，上游面坡率1∶0.2，下游面坡率1∶0.8；非溢流壩設(shè)計(jì)，壩頂高程607.33m，壩基高程467.00m，壩頂寬度10m，并對(duì)壩體進(jìn)行荷載計(jì)算、應(yīng)力分析，均滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志兵.水電站建筑物設(shè)計(jì)參考資料.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1985.

[2]黃儒欽.水力學(xué)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[3]馮紹元.環(huán)境水利學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：第一作者張叢巖（1996-），男，吉林公主嶺人，研究方向：水利水電工程。

通訊作者：溫寧（1987-），河南駐馬店人，碩士，助教，研究方向：水工結(jié)構(gòu)工程及基礎(chǔ)工程，單位：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械與土木工程學(xué)院。