周至县黑河水库重力坝设计

张丛岩 胡桂兰 杜宏伟 宋恒毅

摘 要：通过研究流域水文概况及其工程地质，确定水库枢纽布置，抗滑稳定分析等问题，设计一座千年一遇洪水组合校核的水库，提高该地的防洪能力，灌溉能力，蓄水发电等。该工程的建成具有较大的社会效益和生态效益，将会对西安等地区的环境保护起着极其重要的作用，不仅满足了城市供水需求，兼顾灌溉、发电防洪等综合的利用，还促进了西安的经济发展，保持了社会的稳定，对未来发展有着极其深远的影响。本文主要进行下列工作：通过调洪演算确定水库特征水位；设计重力坝非溢流坝段基本尺寸，并对其进行荷载计算及抗滑稳定分析；对溢流坝段進行底孔设计，消能防冲计算；对重力坝基本构造进行设计。

关键词：重力坝；抗滑分析；溢流坝；非溢流坝；调洪演算

1 工程概况

古时就有黑河，因其出自秦岭芒谷，被称之为芒水。黑河水颜色较黑，故今人都称之为黑河，其起源在海拔为3650m太白山的东南坡二爷海，经过一路的沿途的流淌，最终在尚村乡石马村的位置汇入了渭河，是黄河支流渭河的右岸支流。黑河水利枢纽工程是西安市举足轻重的水源工程，由于人口及用水量的增加，人们对水的资源利用的需求量也更大，周至县黑河水库的建成将会更好的解决西安城市供水、灌溉问题，同时也兼顾防洪与发电，为西安地区人民营造了更大的福利。黑河流域范围在北纬37°～42°，东经98°～102°之间，发源于祁连山中段，干流全长为928千米。黑河上游河道全长为313千米，河道面积为1.0万平方千米；中游河道全长有204千米，河道面积有2.56万平方千米；下游河道全长为414千米，河道面积为8.04万平方千米。

2 洪水分析计算

洪峰流量。暴雨主要是黑河流域洪水的形成形式，最早出现于一年中的四到五月，但是一般的洪峰都较小。年最大洪水出现在七到八月。查询黑屿口水文站41年的观测相关资料可知，最大洪峰流量Q=3040m3/s，出现在1980年7月2日，根据调查的黑河流域历史洪水资料，得到的相关参数、频率[1]详见表1。

洪水总量。设计阶段采用二十四小时及七十二小时，查询1940～1953年一日和三日相关资料得出1940～1953年的洪量。详细频率及参数见2。

3 兴利调节和调洪计算

死库容确定与起调水位的选择。因为设计过程中需要考虑到城市暗渠引水高程和水库淤积的要求，故将死库容取510.0m，死水位取520.0m，选择正常蓄水位594m处开始起调。

调洪计算。调洪演算的基本原理：已知入库洪水过程线Q～t，由起调水位开始求解方程组，求出水库出流过程q～t。

根据水库的水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组：

根据调洪计算，得出黑河水库相关工程特性，详见表3。

4 总结

本文以黑河水库为依据，通过分析其工程地质条件、水文地质条件并结合地形图，针对其具体情况，进行了重力坝设计作为黑河水利枢纽工程的拦河坝。设计过程中对非溢流坝进行了抗滑稳定分析和应力分析，并对溢流坝进行了堰顶高程，水头，泄流方式，细部构造等进行了设计和选定。

兴利调节和调洪计算，千年一遇设计洪水位602.8m、五千年一遇校核洪水位605.39m，正常蓄水位594m，确定死库容510.0m，死水位520.0m；枢纽布置，选择混凝土重力坝，坝轴线总长，上游面坡率1∶0.2，下游面坡率1∶0.8；非溢流坝设计，坝顶高程607.33m，坝基高程467.00m，坝顶宽度10m，并对坝体进行荷载计算、应力分析，均满足设计要求。

参考文献：

[1]张志兵.水电站建筑物设计参考资料.北京：中国农业出版社，1985.

[2]黄儒钦.水力学[M].成都：西南交通大学出版社，2013.

[3]冯绍元.环境水利学[M].北京：中国农业出版社，2008.

作者简介：第一作者张丛岩（1996-），男，吉林公主岭人，研究方向：水利水电工程。

通讯作者：温宁（1987-），河南驻马店人，硕士，助教，研究方向：水工结构工程及基础工程，单位：吉林农业科技学院机械与土木工程学院。