羅文

（重慶國(guó)昂工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，重慶 400000）

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，重慶市各地工農(nóng)業(yè)用水量出現(xiàn)不同程度的提升。以綦江區(qū)為例，為了滿足境內(nèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)、生活供水以及農(nóng)業(yè)灌溉等用水需求，興建一系列供水工程勢(shì)在必行。福林水庫(kù)工程輸水沿線地形地勢(shì)復(fù)雜，輸水管道內(nèi)外壓都比較大。

1 項(xiàng)目概述

綦江區(qū)福林水庫(kù)工程位于重慶市綦江區(qū)東溪鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫(kù)壩址坐落于綦江左岸一級(jí)支流——福林河上，距東溪鎮(zhèn)約7km、距綦江城區(qū)約56km，對(duì)外交通條件較好。福林水庫(kù)工程開發(fā)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉和場(chǎng)鎮(zhèn)供水為主，兼有灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水等綜合效益。水庫(kù)正常蓄水位498.00m，死水位455.00m，調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3，總庫(kù)容1129萬m3，灌溉面積3.68萬畝，為東溪、趕水、篆塘場(chǎng)鎮(zhèn)提供原水年均733萬m3，灌區(qū)農(nóng)村人畜供水量年均100萬m3。福林水庫(kù)工程由樞紐工程和輸水工程（灌區(qū)和供水）兩部分組成。樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、取水塔、引水隧洞、上壩道路和附屬管理房等；輸水工程主要由總干渠、新廟干渠、篆塘支渠、趕水支渠以及渠系建筑物組成。

2 自然條件

2.1 水文條件

（1）徑流。福林水庫(kù)位于福林河中上游，壩址位于福林場(chǎng)上游約600m的魚池灣附近，壩址以上流域面積45.19km2，河道長(zhǎng)16.61km，河道比降39.62‰，多年平均流量為0.803m3/s，徑流深560.4mm。徑流的年內(nèi)變化與降雨一致。

（2）洪水。福林河流域?yàn)榈湫偷纳絽^(qū)性河流，洪水發(fā)生時(shí)間與暴雨一致。每年4月下旬開始進(jìn)入汛期，5—9月為本流域大暴雨多發(fā)季節(jié)，特大暴雨、洪水常發(fā)生在此時(shí)期，而8月本流域常發(fā)生伏旱，若遇暴雨也有較大洪水發(fā)生。10月以后，副高南移，流域內(nèi)降水較多，但雨強(qiáng)較小，一般不會(huì)形成大洪水。福林河流域內(nèi)河谷深切，岸坡較陡，流域內(nèi)洪水具有匯集快，洪水過程陡漲陡落，峰型尖瘦，峰頂持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。據(jù)調(diào)查，水庫(kù)壩址以上洪水過程多為單峰，歷時(shí)約24h左右，最大洪量主要集中在6h內(nèi)，福林水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表1。

表1 壩址設(shè)計(jì)洪峰流量成果

2.2 氣象條件

綦江區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，無霜期長(zhǎng)，春季回溫較早但常受寒潮影響出現(xiàn)倒春寒，初夏雨量豐沛，盛夏炎熱多伏旱，秋多綿雨，冬無嚴(yán)寒，云霧較多。福林河流域無水文、氣象測(cè)站，鄰近有綦江氣象站，根據(jù)鄰近綦江氣象站1970—2017年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)：多年平均氣溫為18.6℃，年內(nèi)以1月氣溫最低，平均為7.2℃，8月氣溫最高，平均為28.0℃，極端最高氣溫42.3℃，極端最低氣溫為-1.7℃。多年平均年降水量為1052mm，多年平均相對(duì)濕度為77%，平均無霜期328天，平均日照時(shí)數(shù)1244h，多年平均風(fēng)速1.5m/s，多年平均最大風(fēng)速11.2m/s，極端最大風(fēng)速26m/s，最多風(fēng)向NW。

2.3 地形地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)處于四川盆地東部邊緣的渝東平行嶺谷區(qū)的中峰寺向斜端北東翼，地形地貌受構(gòu)造和地層巖性控制明顯，局部地區(qū)亦與外營(yíng)力作用關(guān)系密切。庫(kù)區(qū)地勢(shì)西高、東低。區(qū)內(nèi)地形主要為切割較強(qiáng)烈形成的方山臺(tái)地地形，河谷呈大致對(duì)稱的“V”字型。庫(kù)周兩岸山體寬厚，地表分水嶺高程965～1100m，相對(duì)高差500～600m。根據(jù)地貌成因劃分為構(gòu)造剝蝕中深切割臺(tái)狀中低山地貌和侵蝕堆積河谷地貌，以剝蝕地貌為主，河流兩岸偶見崩積堆積臺(tái)地。建庫(kù)河段屬于福林河下游段，水庫(kù)沿岸水系呈樹枝狀發(fā)育，除庫(kù)首右岸發(fā)育較大支溝小龍溪常年有水外，水庫(kù)區(qū)左岸還發(fā)育一條細(xì)支流，右岸還發(fā)育兩條細(xì)支溝，細(xì)支溝一般呈季節(jié)性流水。

3 水庫(kù)規(guī)模及徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

3.1 來水過程線

福林水庫(kù)壩址以上集雨面積45.19km2，多年平均來水量2533萬m3。本次徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用水文計(jì)算提供的1965年4月—2014年3月長(zhǎng)系列逐月徑流資料，與可研階段一致。

3.2 用水過程線

根據(jù)水資源供需分析，求得各方案設(shè)計(jì)水平年1965年4月—2014年3月逐月需水庫(kù)供水過程線，扣除現(xiàn)有水利設(shè)施可供水量外，多年平均需水庫(kù)供水量為1715.4萬m3，其中，農(nóng)業(yè)灌溉需水量882.4萬m3、城鎮(zhèn)生活需水量733萬m3、灌區(qū)農(nóng)村人畜需水量100萬m3。福林水庫(kù)建設(shè)后，生態(tài)需水流量采用水庫(kù)壩址本流域多年平均流量的10%進(jìn)行計(jì)算，則水庫(kù)壩址需下泄生態(tài)流量0.08m3/s（折合年徑流量253萬m3）。水庫(kù)年均損失水量為蒸發(fā)損失和滲漏損失之和。通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，水庫(kù)多年平均蒸發(fā)損失量為6萬m3。結(jié)合有關(guān)資料并參考類似工程情況，取水庫(kù)滲漏損失水量為水庫(kù)時(shí)段蓄水量的1.0%。通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，水庫(kù)多年平均滲漏損失量為86.1萬m3。

3.3 水位庫(kù)容曲線

采用我院實(shí)測(cè)的1:2000庫(kù)區(qū)地形圖量算的福林水庫(kù)水位面積、水位庫(kù)容曲線成果。設(shè)計(jì)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算考慮福林水庫(kù)庫(kù)區(qū)泥沙淤積后20年后的水庫(kù)水位庫(kù)容曲線成果。

3.4 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù)本工程的開發(fā)任務(wù)，考慮到城鎮(zhèn)用水保證率比農(nóng)田灌溉保證率高的特點(diǎn)，擬定水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的原則為：優(yōu)先滿足場(chǎng)鎮(zhèn)供水及灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水，再根據(jù)來水和水庫(kù)調(diào)蓄能力滿足灌溉用水。為保證場(chǎng)鎮(zhèn)供水，擬定當(dāng)水庫(kù)水位介于455.00~466.00m之間運(yùn)行時(shí)，水庫(kù)只提供場(chǎng)鎮(zhèn)供水及灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水，不提供灌溉用水。根據(jù)調(diào)節(jié)計(jì)算原則，采用時(shí)歷法，根據(jù)來水與用水長(zhǎng)系列逐年逐月過程進(jìn)行計(jì)算，蓄水期在滿足用水的前提下，水庫(kù)盡早蓄水，直到正常蓄水位，供水期當(dāng)水庫(kù)水位將到死水位時(shí)，若用水大于來水則水庫(kù)無法滿足供水要求，發(fā)生缺水，計(jì)為供水破壞。計(jì)算起點(diǎn)以死庫(kù)容作為初始庫(kù)容，本時(shí)段的末庫(kù)容即為下一時(shí)段的初庫(kù)容，逐年逐月進(jìn)行計(jì)算，直到系列末。

考慮福林水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，以水庫(kù)水位487m（考慮20年淤積后相應(yīng)蓄水量535萬m3）起調(diào)，計(jì)算得福林水庫(kù)壩址正常蓄水位498.00m，死水位455.00m，調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3。經(jīng)過1965—2014年49年長(zhǎng)系列的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，可以得出：水庫(kù)缺水年為16年，根據(jù)《水利工程水利計(jì)算規(guī)范（SL 104—2015）》第7.1.2條條文說明之規(guī)定，在統(tǒng)計(jì)破壞年時(shí)，一般可以把缺水率小于等于5%的年份不作為破壞年統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)實(shí)際破壞年為11年，農(nóng)田灌溉保證率為76.0%；城鄉(xiāng)供水破壞月為13月，場(chǎng)鎮(zhèn)供水保證率為97.6%。福林水庫(kù)多年平均供水量為1646.6萬m3，多年平均缺水量為68.8萬m3。

3.5 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算

福林水庫(kù)正常蓄水位498.00m，相應(yīng)庫(kù)容1018萬m3，死水位455.00m，調(diào)節(jié)庫(kù)容936萬m3，校核洪水位500.18m，總庫(kù)容1129萬m3，樞紐屬Ⅲ等中型工程，最大壩高為超70m的混凝土面板堆石壩，其建筑物級(jí)別提高為2級(jí)，但洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高，按50年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核。經(jīng)調(diào)洪演算，校核洪水時(shí)，溢洪道下泄677m3/s，相應(yīng)的水位為500.18m；設(shè)計(jì)洪水時(shí)，溢洪道下泄431m3/s，相應(yīng)的水位為498.18m。

4 設(shè)計(jì)參數(shù)比選

4.1 管材選擇

本工程輸水沿線地形地勢(shì)復(fù)雜，輸水流量較小，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速確定的管徑為0.2m和0.6m。輸水線路沿途坡度變化較大，輸水管道內(nèi)外壓都比較大。同時(shí)，線路轉(zhuǎn)彎數(shù)量多，輸水保證率也要求高。因此，管道選材應(yīng)具備的特點(diǎn)如下：

（1）可以承受相應(yīng)的壓力。該項(xiàng)目管道為承壓管道，本文所研究輸水線路的最大靜水頭約為100m。一般情況下，非金屬管道的最大正常工作壓力約為允許工作壓力的0.67～0.71倍。如果水錘壓力比較大時(shí)，允許工作壓力取值會(huì)相應(yīng)提高，考慮到非金屬管道在壓力下的狀態(tài)，不得使用。

（2）因?yàn)楣┧猛景ㄈ祟惡蜕笥盟?，所以?duì)水的質(zhì)量要求很嚴(yán)格。管道長(zhǎng)時(shí)間與水接觸時(shí)，不得產(chǎn)生有毒、有害化學(xué)物質(zhì)。

（3）管材應(yīng)該具有相應(yīng)的抵抗外部荷載的能力。本文研究對(duì)象使用埋管，由于沿途地形多變，埋深范圍相應(yīng)多變，部分地區(qū)涉及河流、公路，管材應(yīng)有承載填土靜荷載、交通動(dòng)荷載、溫差、不均勻沉降等荷載的能力。

（4）應(yīng)具備一定的防腐性能。尤其對(duì)于金屬等易腐管材，防腐措施必不可少。

（5）滿足工程任務(wù)的同時(shí)，盡量降低成本；管材不易老化，并且能夠使用較長(zhǎng)時(shí)間；管材之間易于連接，滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

4.2 球墨鑄鐵管設(shè)計(jì)

球墨鑄鐵管根據(jù)《給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS 142—2002）》中相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。球墨鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列兩種極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）承載能力極限狀態(tài)，即管道結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力，管壁因材料強(qiáng)度被超過而破壞，管道結(jié)構(gòu)作為剛體失去平衡而上浮或滑移，管壁截面喪失穩(wěn)定；

（2）正常使用極限狀態(tài)，即管道的豎向變形超過正常使用的變形。

4.3 鋼管防腐形式選擇

因?yàn)橛兄己玫哪透g性和附著力，環(huán)氧樹脂已被用于鋼管防腐。環(huán)氧樹脂是極性分子，有較好的附著力。但它是熱固性物質(zhì)，因此不耐顛簸。聚乙烯是熱塑性材料，具有良好的柔韌性，但附著力較差，所以將兩者組合使用能夠成為現(xiàn)階段最好的選擇。本工程的鋼管采用涂塑復(fù)合鋼管，防腐型式為內(nèi)熱熔結(jié)環(huán)氧涂層、外聚乙烯。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)工程輸水管道沿線地形地勢(shì)復(fù)雜，輸水管道內(nèi)外壓都比較大。同時(shí)，輸水線路途經(jīng)多處陡坡，線路轉(zhuǎn)彎數(shù)量多，因此選擇球墨鑄鐵管作為主要管材，在穿越公路或遇到陡坡（＞16°）時(shí)采用鋼管。在保證安全的同時(shí)，有利于加快施工進(jìn)度、節(jié)約投資，在同類工程中具有積極意義。