大连宏牛现代农业产业园塘坝工程水利计算分析

宫立刚

(瓦房店市水利勘测设计有限公司，辽宁 瓦房店 116300)



大连宏牛现代农业产业园塘坝工程水利计算分析

宫立刚

(瓦房店市水利勘测设计有限公司，辽宁 瓦房店 116300)

大连宏牛现代农业产业园该地区水利资源贫乏，严重制约了当地经济的发展。为了增加水利工程蓄水量，解决作物灌溉用水需求，该园区将修建塘坝工程。文章就辽宁省大连宏牛现代农业产业园塘坝工程的水文计算和水利计算进行了分析与论证，通过分析论证确定了塘坝工程的各项数据指标，为工程建设提供了前期设计依据。

农业产业；塘坝工程；水文计算；水利计算

1 基本概况

大连宏牛现代农业产业园水利资源贫乏，严重制约了当地经济的发展，该地区主要以农业生产为主，但由于连年干旱，给农业生产造成极大的损失。为保证农作物高产、稳产，提高农业综合生产能力，振兴农村经济，新建塘坝工程。塘坝位于瓦房店市赵屯乡林屯，工程建设增加蓄水量，解决作物灌溉用水需求。该塘坝建成后，将促进该地区的农业结构调整，发展农村经济，增加农业收入，同时对加快农业现代化建设进程，将起到积极的促进和推动作用[1]。

2 水文与气象

2.1 地形图资料

地形图为辽宁省测绘局出版的1：1万地形图，大坝、库区地形图为勘察测绘研究院2013年3月测绘的1∶1000地形图。坝址以上集雨面积0.35km2。

2.2 气候气象资料

本地区属温带季风性气候，四季分明，多年平均气温9.5℃，年最高气温35℃，最低气温-27℃，多年平均相对湿度60%，无霜期180d左右，平均日照时数2859h，多年平均降水量690mm，降雨多集中在7～9月份，多年平均蒸发量900mm，最大冻土层厚度为0.85m。多年平均风速4m/s，最大风速25m/s，多年平均最大风速14.4m/s。

2.3 流域特征

坝址距赵屯乡4km，系第IV水文分区。河流发源于林屯东山，发源地高程为229.5m，流域面积F=0.35km2，河道长L=0.86km，河道比降J=73.08‰。

3 水文计算

3.1 年径流计算

3.1.1 多年平均来水量计算

(1)

3.1.2 设计保证率的确定与相应来水量计算

本塘坝以旱灌为主,故灌溉保证率采用P=75%，由图五查得年径流变差系数Cv=0.65，Cs=2Cv， 查表得，当P=75%时，Kp=0.59。

W75%=Kp×w=0.59×8.05=4.75万m3

(2)

3.2 设计暴雨、洪水计算

对于无资料地区，根据《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93)中规定：可以从经过审批的暴雨统计参数等值线图上查算工程所需历时的设计点暴雨量。水库所在流域内无暴雨及洪水实测资料时，设计采用1998年辽宁省水文资源勘测局编制的《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》(下简称《计算方法》)中集水面积<300km2的设计洪水计算方法。依据《计算方法》附图查得水库坝址以上流域水文分区，各时段最大暴雨均值及Cv和Cs值，并据此查得相应频率的模比系数Kp。

2)计算10min、1h、24h和三日的设计面雨量及n0p值。

由附图(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)、(1-9)、(1-10)、(1-11)查出。

表1 各频率下面雨量计算表

注：n0p由P10P面/P1P面查附表(1-2)短历时暴雨指数n0p得到。

3)计算τ历时各频率设计面雨量及面暴雨强度ip，见表2。

Pτp面=P1P面×τ1-n0p

τ≤1h

(3)

4)查表得出洪峰径流系数ψP、α三P、α(三-24)P，将ip、ψP、F代入公式QP=0.278ψP·ip·F，即可求得设计洪峰流量QP，见表3。

表3 各频率下设计洪峰流量Qp

5)计算设计洪量：

W三P=0.1·α三P·P三P面·F

W(三-24)P=0.1·α(三-24)P·(P三P面-P24p面)·F

W24P=W三P-W(三-24)P

各频率下设计洪量见表4。

表4 各频率下设计洪量

6)计算设计洪水过程线：

(4)

经计算，rP在各种频率下均<0.05，所以采用以设计洪峰Qp为最大流量，按公式W调P=0.67W24P+0.12QP·τ。计算W调P。

性质2[5] k≥2,n-k≥2时,若u,v是An,k中的两个不同点,且d(u,v)=1,则|EXT (v)|=n-k-1,当k=1时,An,1≅Kn,Kn为完全图.

4 水利计算

4.1 垫底库容计算

(5)

4.2 兴利库容确定

按完全年调节计算兴利库容V兴

V兴=β1Wp

(6)

式中：β1为完全年调节兴利库容系数：β1=0.31；Wp为某一设计保证率P的来水量，万m3；V兴=0.31×4.75=1.47万m3

4.3 确定正常高水位H正和相应库容V正

V正=V垫+V兴=0.26+1.41=1.67m3

(7)

4.4 溢洪道规模和总库容确定

通过计算分析，确定溢洪道底部高程为正常水位，H溢底=129.00m，对应正常库容1.67万m3。溢洪道型式为正槽开敞式，按宽顶堰进行调洪。根据调洪演算成果，溢洪道宽度取10m时，溢洪水深0.81m，泄流量为10.79m3/s。水库正常库容1.67万m3，防洪库容0.58万m3，总库容为2.25万m3。

4.5 坝顶高程的确定

坝顶高程计算：

H坝顶=H设(H校)+d

d=hB+e+a

(8)

式中：H设为设计洪水位，m；H校为校核洪水位，m；hB为风浪爬高；e为风壅水面高；a为安全超高,设计情况取0.5m；校核情况取0.3m。

波浪要素采用莆田试验站公式：

Tm=4.438hm0.5

(8)

式中：hm为平均波高，m；W为风速，m/s；正常运用条件下，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下，采用多年平均最大风速；Hm为水域的平均水深，m；D为风区长度，m；Tm为平均波周期，s；Lm为平均波长，m；H为坝迎水面前水深，m；V为风速，m/s，取14.4m/s；L为吹程m。

经计算，设计洪水位情况控制坝顶高程，H校=129.81m，hB=0.5m，e=0.006m，a=0.5m。

H坝顶=129.81+0.5+0.006+0.5=130.31m；

参照《中小型水库设计》，故设计坝顶高程为131.00m。

4.6 大坝结构确定

本次设计确定大坝坝高为131.00-122.00=9.00m，在地形图中量得坝长110m，坝顶宽为6m，大坝迎水坡比为1∶2.5，块石护坡，背水坡比为1∶2.0，设贴坡排水，大坝防渗体采用黏土心墙防渗。本工程没有地质勘查报告未提供弱风化岩深度及强风化岩压水实验资料，黏土心墙开挖应挖至弱风化岩0.5m处，依据建设单位意见，开挖深度结合现场实际。

5 结 语

综上所述，尽管大连宏牛现代农业产业园塘坝工程设计中因稳定计算比较复杂，涉及理论较深，但参考已有经验及采取工程措施，确定了塘坝工程的各项数据指标，足可以保证该塘坝安全稳定运行。该塘坝工程建设将会对加快农业现代化建设进程起到积极的促进和推动作用。

[1]张志旗.小型农田水利工程设计报告[M].石家庄:临泽出版社，2010：26-30.

1007-7596(2017)04-0081-03

2017-03-06

宫立刚(1975-)，男，辽宁大连人，工程师，从事水利工程设计、测量等工作。

F323.3

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