谢悉水库除险加固工程分析及计算方法

李 栋

（太原理工大学水利科学与工程学院，山西 太原 030024）

1 概况

1.1 工程情况

谢悉水库位于清水河支流长安沟下游，水库坝址在县城东北约7km处吉昌镇谢悉村西。水库大坝为均质土坝，由大坝、泄洪输水洞、溢洪道组成。最大坝高30.27m，总库容430万m3。水库工程原设计洪水标准为50年一遇，无校核标准。

该水库上游控制流域面积24km2，流域长11km，流域平均宽度2.18km，流域平均比降14‰，属土石山区，覆盖较好。水库所在区域为大陆性气候，多年平均降雨量541.1mm，多集中在7—9月，冰冻期100～140d，无霜期130～180d，汛期120d，最高气温38.1℃，最低气温零下20.4℃，年平均降雨量541.1mm。

1.2 供水情况

水库除险加固后主要以防洪为主、兴利为辅，同时兼顾工农业、灌溉、城市生活用水和23家小型企业的工业用水，预计发展水浇地80hm2。根据临汾市2003—2005年平均农业用水统计，每公顷平均毛灌溉用水量3450m3。谢悉水库农业灌溉年取水量27.6万m3，农业灌溉用水保证率为50%；工业和生活用水年取水量20.24万m3，保证率为95%。水库下游需水量合计47.84万m3。

2 调节计算

2.1 兴利调节计算

此次兴利计算采用频率95%和50%典型年径流量进行调节计算。

2.1.1 来水量根据各典型年的逐月径流量计算水库来水量。计算得，95%和50%典型年来水量分别为46.46万m3，97.33万m3。

2.1.2 需水量

据上所述，95%来水量调节时供水可满足工业用水的需求，50%来水量调节时供水可满足工农业用水需求。

将工业和生活用水按月平均分配，每月用水量为1.69万m3。农业用水根据当地农业灌溉要求，按每年3次水计算，为4月、6月和8月各一次，每公顷每次毛灌溉用水量分别为1200m3，1050m3，1200m3，发展灌溉面积80hm2，各月用水量分别为9.6万m3，8.4万m3，9.6万m3。

2.1.3 兴利调节计算过程

水位—面积—库容曲线：不同高程对应的面积在1/1000地形图上取量，并进行计算。水位—面积—库容曲线见表1。

表1 水位—面积—库容曲线表

附加蒸发损失量：水库附加蒸发损失等于水面蒸发量减去陆面蒸发量。

水面蒸发量采用吉县气象站1957—2000年历年蒸发量资料，通过折算系数换算成为水面蒸发量，折算系数取0.5。经计算，水库多年平均水面蒸发量为854.6mm。

陆面蒸发量采用多年平均降水量减去多年平均径流深计算。平均降水量和多年平均径流深均采用临汾市第二次水资源评价吉县成果计算，分别为541.8mm和40mm，多年平均陆面蒸发量为501.8mm。

附加蒸发损失量等于水面蒸发量减去陆面蒸发量，即多年附加蒸发损失，计算结果为352.8mm。其月分配值按照吉县多年平均水面蒸发量的逐月分配比例计，见表2。

表2 水库多年平均附加蒸发量 单位：mm

水库渗漏损失：渗漏损失按经验估算法，渗漏量按月蓄水量的1%计算。

淤积库容：水库淤积年限按10年计算，淤积库容为96万m3，对应水位为115.8m。

2.1.4 兴利调节计算结果

调节原则：首先按95%来水典型年对工业供水进行逐月径流调节计算，保证工业不缺水，且弃水较少。求满足工农业用水量及保证率的最小库容即为兴利库容。通过计算得，95%来水典型年，水库兴利库容为186万m3，水量调节系数为44%；50%来水典型年，水库兴利库容为203万m3，水量调节系数为55%。

2.2 洪水调节计算

2.2.1 水位—泄量关系曲线

溢洪道位于大坝左岸170m处，为开敞式。其基础为黏土，原设计采用宽顶堰泄流，有1孔净宽15m，溢洪道堰顶高程129.3m。溢洪道的泄量曲线计算成果见表3。

表3 溢洪道水位—泄量关系曲线表

输水洞为水泥砂浆砌石结构，长70.25m，宽1.5m，高1.6m，最大泄量5m3/s。

2.2.2 起调水位鉴于溢洪道尚不具备泄洪功能，本次计算起调水位采用溢洪道原设计堰顶高程129.30m。

2.2.3 调洪演算

防洪标准为50年一遇，校核标准为300年一遇。调洪计算采用静库容法、水库水量平衡方程计算。水库水量平衡方程采用试算法求解，计算公式为：

式中：I1，I2——Δt时段始、末入库流量，m3/s；

O1，O2——Δt时段始、末出库流量，m3/s；

v2，v1——Δt时段始、末水库蓄水量，万m3；

Δt——计算时段，s。

水库泄洪设施主要由溢洪道承担，输水洞不考虑泄洪。利用计算的水库水位—库容曲线、水位—泄量曲线、设计入库洪水过程线进行洪水调节计算。在坝顶高程133.0m的情况下，防洪标准为50年一遇，计算得最高洪水位132.31m、调洪库容84.24万m3、溢洪道泄量138.73m3/s；校核标准为300年一遇，计算得最高洪水位133.62m、调洪库容125.67万m3、溢洪道泄量238.71m3/s。

2.3 水库特征值

经过兴利调节和洪水调节计算，确定谢悉水库各种特征值为：总库容430万m3，兴利库容203万m3，防洪库容171万m3，死库容56万m3；正常蓄水位128.73m，设计洪水位132.31m，校核洪水位133.62m，死水位112.22m。

3 结论

根据调洪计算成果，设计洪水位为132.31m，校核洪水位为133.62m，正常应用时坝顶超高1.542m，非常应用时的坝顶超高0.952m，现状坝顶高程为133m，不符合要求，应加设1.572m高的防浪墙。其中坝顶超高包括最大波浪在坝顶上的爬高、最大风壅水面高度和安全高度。