劉文龍,張 靜

(遵義水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563002)

1 工程概況

平正水庫壩址位于遵義市播州區(qū)平正鄉(xiāng)紅心村境內(nèi)，距平正鄉(xiāng)集鎮(zhèn)6 km，距遵義市城區(qū)63 km。水庫位于長赤水河右岸三級支流田壩溝上，壩址以上流域面積1.96 km2。工程所在地區(qū)屬于赤水河流域，降雨屬較低值區(qū)。區(qū)域?qū)俚湫涂λ固貛r溶地貌，落水洞、洼地、漏斗等微地貌相當(dāng)發(fā)育，蓄水條件差，地表水漏失嚴(yán)重。地表水系極不發(fā)育，且區(qū)域集雨面積小，水資源蘊(yùn)含量較少，同時(shí)石漠化嚴(yán)重，植被覆蓋率較差，土壤涵養(yǎng)水源能力差[1-2]。受限于特殊的地形地質(zhì)條件，區(qū)域內(nèi)水源奇缺，且水利工程配套設(shè)施不完善，一直缺乏具有可靠供水保證的蓄水工程全面保障飲水安全，資源性及工程性缺水狀況突出。水庫供水區(qū)為平正鄉(xiāng)集鎮(zhèn)區(qū)及周邊農(nóng)村，至2030年供水區(qū)缺水量達(dá)0.164萬m3/d。因此，通過在田壩溝上修建平正水庫，建成后水庫供水能力0.153萬m3/d，考慮再生水回用等可滿足供水區(qū)安全用水需求。平正水庫為平正鄉(xiāng)唯一骨干供水水源，屬民生水利工程。水庫建設(shè)凸顯“水系民生、水系小康、水系和諧”的現(xiàn)代水利理念，對保障平正集鎮(zhèn)及周邊農(nóng)村人飲安全具有積極作用。

2 工程開發(fā)任務(wù)

根據(jù)《平正鎮(zhèn)總體規(guī)劃(2015—2030年)》，到2030年規(guī)劃水平年集鎮(zhèn)區(qū)人口為12 000人，現(xiàn)狀平正鄉(xiāng)僅有黑腳巖水廠供水，日供水量僅260 m3/d。隨著集鎮(zhèn)規(guī)模的擴(kuò)大和集鎮(zhèn)人口的迅速增加，集鎮(zhèn)用水將急劇增加，同時(shí)黑腳巖提水工程水質(zhì)污染安全隱患也將極大地威脅居民飲水安全，不宜再作為集中式供水水源。至2030年供水區(qū)缺水量為0.164萬m3/d，缺水率達(dá)100%，人飲缺水量較大，工程性缺水問題尤為突出。由于供水區(qū)屬典型喀斯特地貌，巖溶特別發(fā)育，在田壩溝上修建平正水庫，具唯一性和不可替代性。結(jié)合平正鄉(xiāng)供水規(guī)劃和需水預(yù)測，確定平正水庫正常蓄水位1139.00 m，正常庫容55.4萬m3，興利庫容47.6萬m3，供水能力55.8萬m3/a(0.153萬m3/d)，考慮再生水回用等可滿足遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年(2030年)平正鄉(xiāng)集鎮(zhèn)區(qū)12 000人口及周邊205人農(nóng)村居民的生活用水需求且略有富余，具有供水保證率高、水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)勢。同時(shí)，平正水庫已列入《貴州省鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定供水水源規(guī)劃》、《貴州省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《遵義市“十三五”水務(wù)發(fā)展規(guī)劃》，也是《播州區(qū)平正鄉(xiāng)集鎮(zhèn)區(qū)及周邊農(nóng)村供水規(guī)劃》報(bào)告中規(guī)劃為平正鄉(xiāng)的唯一骨干供水水源，屬民生水利工程，符合優(yōu)先實(shí)施城鎮(zhèn)供水和特別缺水地區(qū)水源工程的思路。

3 庫區(qū)工程地質(zhì)條件

平正水庫位于田壩槽谷南側(cè)的田壩溝下游河段，庫身由主河道及右岸支溝蔣家溝、曾家溝等組成，正常蓄水位1139.00 m時(shí)主河道廻水長約0.667 km，支溝廻水長約0.420 km，庫水面寬40～180 m，為不規(guī)則的“人”字型展布。主河流在壩址下游約300 m處進(jìn)入田壩溝落水洞(K1)。庫區(qū)左岸山體寬厚，無單薄的低矮埡口分布，左岸發(fā)育有半溝鄰谷及新寨溝鄰谷；右岸沖溝發(fā)育，地形完整性稍差；在庫尾石板坡發(fā)育一低矮埡口，鞍部高程1142.00 m，比正常蓄水位高3.00 m。水庫庫盆主要出露三迭系下統(tǒng)夜郎組(T1y)及第四系(Q)地層，庫區(qū)南東側(cè)及北部分布有寒武系(∈)、奧陶系(O)、二迭系(P)及三迭系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)地層。庫區(qū)未見大的斷層構(gòu)造發(fā)育，巖層單斜，地層延續(xù)性較好。庫區(qū)范圍內(nèi)可溶巖與碎屑巖相間分布，其中可溶巖約占70%，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，碎屑巖類次之，地下水類型主要以碳酸巖類裂隙溶洞水為主，碎屑巖基巖裂隙水次之，松散堆積層孔隙水僅在河谷及緩坡零星分布。

4 泄水建筑物設(shè)計(jì)

4.1 泄洪表孔結(jié)構(gòu)布置

平正水庫大壩為堆石混凝土重力壩，泄洪建筑物布置于大壩中段，為開敞式表孔泄洪。堰型為WES實(shí)用堰，堰頂高程1139.00 m，溢流壩段凈寬10.00 m，共2孔，單孔寬5.00 m。泄洪表孔結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 泄洪表孔結(jié)構(gòu)布置示意圖

溢流面由上游面1∶1斜坡段和圓弧曲線、下游面曲線、泄槽直線段和反弧段、底流消能段組成，總長43.13 m。為滿足溢流表孔抗沖磨和結(jié)構(gòu)要求，其溢流堰面采取C25鋼筋混凝土澆筑，溢流頭采用C20混凝土澆筑，橋墩采用C25鋼筋混凝土澆筑，消力池底板及邊墻均采用C25鋼筋混凝土澆筑；孔頂布置6.0 m寬的工作橋連接大壩兩端，橋面高程為1141.00 m，采用C25鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。

4.2 泄水建筑物計(jì)算

4.2.1 堰面水面線計(jì)算

為了設(shè)計(jì)溢洪道邊墻高度，根據(jù)能量方程采用分段計(jì)算[3]，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：z0為水位差，m；v0、v、φ、h和hw分別為計(jì)算斷面的行進(jìn)流速，m/s;平均流速,m/s;流速修正系數(shù)(取0.95);計(jì)算水深,m;堰面能量損失,m。

經(jīng)計(jì)算，在校核下泄洪水流量時(shí)(P=0.5%校核洪水位1140.39 m，24 h校核洪水洪量39.4萬m3)，溢洪道堰面各樁號水深及流速計(jì)算成果如表1所示。

表1 溢洪道各斷面水深及流速計(jì)算成果

4.2.2 泄流能力計(jì)算

表孔堰頂高程1139.00 m，堰型為WES實(shí)用堰，單孔溢流寬度5.00 m。溢流堰泄流能力計(jì)算公式為[4-5]：

(2)

式中：Q為流量，m3/s；m為流量系數(shù)，取0.479～0.486；ε為閘墩側(cè)收縮系數(shù)，取0.92；σs為淹沒系數(shù)，不淹沒時(shí)取1.0；B為表孔總凈寬，B=10.00 m；H0為未計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭，m。

根據(jù)平正水庫洪水調(diào)度方式，按實(shí)用堰分析得表孔過流能力計(jì)算成果，如表2所示。

表2 表孔過流能力計(jì)算成果

從表2可知，溢流表孔在三種工況條件下的泄流能力均能滿足設(shè)計(jì)下泄流量要求，且略有富余，表孔結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)合理。

4.2.3 消力池底板抗浮穩(wěn)定計(jì)算

消力池長10.00 m、底寬11.00 m、厚1.00 m，底板高程為1112.50 m，為滿足抗沖耐磨要求，采用C25鋼筋混凝土澆筑。出水渠將消力池出水順引至下游河道中，出水渠長27.50 m，寬11.00 m，底板坡降i=0.005。為了滿足抗浮穩(wěn)定要求，確保消力池結(jié)構(gòu)安全，在消力池混凝土與地基之間設(shè)Φ25、間排距3.00 m、單根長4.50 m的梅花形錨桿，錨入基巖4.00 m。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 253—2018)，消力池底板抗浮穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算公式為[6]：

(3)

式中：P1、P2和P3分別為消力池自重、消力池頂面上的時(shí)均壓力和采用錨固措施的地基有效重量，t；Q1、Q2為消力池頂面上的脈動(dòng)壓力和底面上的揚(yáng)壓力，t。

消力池抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果，如表3所示。

表3 消力池抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果

由表3可知，在各種運(yùn)行工況下(未考慮底板排水孔作用)，消力池底板的抗浮穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.22，大于規(guī)范規(guī)定的Kf=1.00～1.20；滿足規(guī)范要求。消力池結(jié)構(gòu)整體抗浮穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，安全裕度較大?？紤]到消力池基巖面與底板間的揚(yáng)壓力較小，底板可不設(shè)排水孔。

5 結(jié) 論

(1)平正集鎮(zhèn)供水區(qū)至規(guī)劃水平年2030年缺水量0.164萬m3/d，缺水率達(dá)100%。供水區(qū)特殊的喀斯特地形地貌和地質(zhì)條件，修建平正水庫具唯一性和不可替代性。平正水庫設(shè)計(jì)供水能力0.153萬m3/d，考慮再生水回用等可滿足供水區(qū)居民生活用水需求且略有富余，具有供水保證率高、水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)勢。

(2)泄洪建筑物布置在大壩中段，論證分析和設(shè)計(jì)計(jì)算采用的開敞式表孔泄洪方案，泄洪潛力大且增加壩高較小，各工況下泄流能力均滿足設(shè)計(jì)下泄流量要求，具有較高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

(3)泄洪建筑物采用底流消能方式，經(jīng)出水渠將消力池出水順引至下游河道中，各工況下消力池抗浮穩(wěn)定性好、消能防沖效果好。