哈腊苏铜矿供水工程水库坝高设计方案

李缠霞

(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆阿勒泰 836500)

1 蓄水概况

1.1 矿区基本情况

1.1.1 交通条件

哈腊苏铜矿区，位于青河县城西南方，直线距离约35km，绕S320省道约50km，属新疆维吾尔自治区青河县阿热勒托别乡管辖。从矿区至S320省道有3.5km简易碎石路可通行。阿热勒托别乡至青河县城约30km。矿区至乌鲁木齐火车站约500km，距阿勒泰飞机场约270km，交通运输条件较为方便。

1.1.2 用水构成

矿区需水主要包括生产用水、生活用水、水净化站自用水、未预见用水量四部分。矿区需水量4500m3/d，含生活用水152m3/d，年需水量164.25万m3。

1.2 水源

由于该工程区最近水源为北干渠，北干渠主要用于农业灌溉，供水期间为5月中旬至9月，而矿区生产生活为常年用水，需在北干渠附近修建一座水库提供水源，该水库为北干渠注入式水库。每年将利用5～9月灌溉空闲期弃水为水库补水，并将于9月渠道停水前将水库补满，确保水库水量满足矿区冬季用水，矿区用水直接从水库取水。

2 拟建水库坝高

2.1 库区库容参数

经实地选址后，得出的拟建水库设计水位、面积、库容数值表见表1。

表1 水库水位、面积库容

2.2 兴利调节计算

2.2.1 水库死水位

一般情况下，水库水位将在正常蓄水位与死水位之间变动，对年调节水库而言，当遇到设计枯水年时才由正常蓄水位降至死水位。当遇到特别枯水年份或者发生特殊情况 (水库清底检修、战备、地震等)时，水库运行水位允许降至比设计死水位还要低一些的极限死水位。在确定极限死水位时，尚需考虑水库泥沙淤积高程、冲沙水位、灌溉引水高程等要求。在正常蓄水位与设计死水位之间的库容为兴利调节库容。在设计死水位与极限死水位之间的库容为备用库容。

拟建水库泥沙计算采用大青河水文站的泥沙资料，用大、小青河水文站合成的悬移质含沙量概算引水枢纽场址处的输沙量。根据分析，引水枢纽处年平均含沙量0.454kg/m3，年平均输沙率3.432kg/s，年输沙量10.823万t，输沙模数29.6t/km2。

由于此次拟建库位于水库下游渠道末端，因此灌溉对死水位没有高程要求，故此次设计主要根据泥沙淤积，并考虑扬水工程水泵运行来确定拟建水库的死库容及死水位。

(1)设计淤积库容。由于泥沙淤积过程的影响因素复杂，难以精确计算，并且该水库工程泥沙资料不足，要详细计算水库中泥沙淤积量及淤积部位也有困难，所以采用较简单的方法来估算，即假定河流携带的泥沙有一部分沉积在水库中，而且泥沙淤积呈水平状增长，计算水库使用T年后的淤沙总容积 V沙，总=TV沙，年，年淤积量此式仅用于计算>悬移质，若推移质所占比重较大，应作专门研究，粗略计算可将悬移质淤积量加大一些而得到总的泥沙淤积量。一般平原河流推移质所占比重约为悬移质的1% ～10%。

由于该水库为小型水库，确定的此水库计算泥沙的各个参数如下:正常使用年限为T=30年;多年平均含沙量ρ0=0.454kg/m3;多年平均年径流量W0=195.81万m3;淤积体的空隙率P=0.3;库中泥沙沉积率m=85%;泥沙颗粒的干容重γ=1700kg/m3。把以上参数带入公式，求得多年平均年淤沙容积:

由于30年悬移质淤积量为1.91万m3，拟建水库上游为渠道，取推移质所占比重约为悬移质的7%，则推移质30年淤积量为0.13m3，总淤积量2.04万m3。据此确定淤积库容为2.04万m3，相应库容时水面面积为5.01万m2，对应水位为1051.05m。

(2)死库容确定。在泥沙淤积库容的基础上，综合考虑水库库区淹没植被对生态环境造成负面影响，确定的死库容不宜太大;为了保证水泵正常运行，其吸水管进口高出淤积0.5m。据此确定死水位为1051.55m，对应死库容为7.00万m3。

2.2.2 兴利库容调节

拟建水库为年调节水库，是一座平原注入式水库，根据渠道来水量和矿区用水量，对水库的兴利库容再次进行计算复核，其计算成果见表2。从中可以看出，拟建水库在矿区每天用水4500m3的前提下，所需兴利调节库容为105.81万m3，死库容为7万m3，此时的库容为112.81万 m3，对应正常蓄水位为1054.57m。

表2 拟建水库兴利库容调节计算表

2.3 坝顶高程计算

据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)工程区地震动峰值加速度K=0.20g，工程区相应的地震基本烈度为Ⅷ度。

本次采用渠道注入式水库，水库水量由渠道控制，因此大坝运行情况考虑正常蓄水位+正常运行情况和正常蓄水位+非常运行情况+地震安全超高两种情况，计算超高，取以上两种情况的最大值。

坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定:

式中 Y——坝顶超高，m;

R——最大波浪在坝顶上的爬高，m;

e——计算点处的风壅水面高度，m;

A——安全加高，4级坝，正常运行情况取0.5m，非常运行情况取0.3m，另外，地震安全加高1.0m;

V——水面以上10m处的风速，正常运行情况采用1.5倍的多年平均最大风速25.95m/s，非常运行情况采用多年平均最大风速17.3m/s;

D——有效吹程，1000m;

Hm——水域平均水深，3.05m;

H——坝迎水面前水深，4.57m;

Lm——平均波长，m;

β——风向与坝轴线方向的夹角，23°;

h——波高;

K——综合摩阻系数，3.6 ×10－6。

本次采用护面结构混凝土板衬砌，取0.9。计算结果见表3。

表3 坝顶高程计算成果 单位:m

根据碾压式土石坝设计规范，其中有效波高取累计频率为14%的波高，波浪爬高取累计频率为5%的爬高值。

3 结语

经上述计算，坝顶高程取大值即1057.27m，此坝顶高程值指坝体沉降稳定后的数值，竣工时的坝顶高程应有足够的预留沉降值。施工质量较好的土石坝，坝体沉降值约占坝高的0.2%～0.4%，预留沉降超高不应计入坝的计算高度。