杨公岩水库初步设计探析

温永欢

（贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

杨公岩水库位于贵州省遵义市桐梓县桐梓河右岸支流两叉河上游，坝址流域面积10.3 km²，主河道河长4.30 km，主河道加权平均比降93.6‰，流域形状系数0.557，多年平均流量0.16 m3/s，多年平均径流量505万m3。杨公岩水库工程任务是解决集镇及周边农村人畜饮水、容光煤矿供水及农田灌溉供水，规划水平年为2030 年，供水保证率为P=95%，灌溉保证率取80%。杨公岩水库工程的建设在保障粮油作物稳产增产的同时，还促进了区域花椒、蔬菜等农业产业发展，同时可调整片区种植结构，增加农民收入，解决工程性缺水问题，有利于建成水资源合理配置和高效利用体系，对促进地区社会经济持续稳定发展具有积极意义。

2 水文分析

2.1 径流

杨公岩水库流域内无水文站、气象站及雨量站，邻近有桐梓气象站、桐梓水位站、二郎坝水文站。坝址处长系列径流过程采用降水径流同频率相应法进行计算。根据桐梓气象站历年降水量的经验频率在年径流设计频率曲线上查得一径流，再用年降水量的实测值与同一经验频率查降水频率曲线上的理论值的比值进行修正，即可得到逐年的径流值。径流年内分配按降水分配率来分配并用枯流进行控制，即当由月降水分配率计算的月径流量小于由最枯月流量计算的月径流量时，采用由最枯月流量计算的月径流量。杨公岩水库各频率径流计算成果，详见表1。

表1 杨公岩水库各频率径流计算成果

2.2 洪水

杨公岩水库流域无水文站，流域面积10.3 km²，设计洪水采用《贵州省暴雨洪水计算实用手册》的修订公式进行计算[1，2]。考虑到杨公岩水库流域面积刚好处于特小2 式（适用范围10 km²≤F≤5 km²）与特小3 式（适用范围F＜10 km²）的适用范围限值边界，故本次偏于安全考虑，分别采用特小2 式、特小3 式对坝址处设计洪水进行计算，计算洪水成果经综合分析比较后确定。杨公岩水库设计洪水成果，详见表2。

表2 杨公岩水库设计洪水成果

3 工程地质

3.1 区域地质概况

工程区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区的北部，晚更新世以来，新构造活动以大面积间歇性抬升为主，差异性运动不强烈。工程区距区域性断层较远，无活动断层分布，区内分布的几条小断层对水库工程直接影响不大；工程区属弱震环境，地震活动水平不高，从地震地质条件和地震的活动强度分析，本区不具备发生6级以上的地震地质条件；本阶段对区域构造稳定性进一步进行复核，工程区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.05 g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。工程所处区域构造稳定，属构造稳定区。

3.2 坝址工程地质

水库坝址为不对称的“V”形横向谷，坝址上游为两支沟（即元木沟、雪地沟）汇合口呈“Y”形地形，坝址下游为河湾地形，上游两支沟分别呈N28˚W、S70˚W 发育，汇合口下游长约100 m 河段较顺直，河流流向呈N31˚W，下游转S82˚W 向后呈河湾地形弯曲延伸。坝址河床高程一般在1 005.62～1 012.60 m，多被厚1.5～2.0 m 的第四系冲洪积砂砾卵石覆盖。坝址区及附近无大的断裂构造发育，但受区域构造影响，坝区裂隙较为发育，地表溶蚀较发育，岩体风化不均一。两岸边坡以岩质斜向坡为主，岸坡总体稳定性好。坝址存在沿坝址左右岸强风化带和溶蚀裂隙带向下游绕坝基肩渗漏问题，但区内碎屑岩与碳酸盐岩类相间分布，碎屑岩弱风化至新鲜岩体为相对隔水层，地表以下一定范围岩体透水性较强，岸坡深部存在弱透水岩体，防渗可对强岩溶带、强透水岩体进行封闭。坝址不存在大的工程地质缺陷，通过工程处理具备建坝条件。坝区河水（环境水）对混凝土无腐蚀性。

3.3 管线及建筑物工程地质

管线选线工作是在前期可研资料的基础上通过现场选线和沿线工程地质测绘进行的。所以，输水管道及建筑物的选线均避开了不良地质现象，无规模较大的不稳定边坡及不良地质灾害体基等。沿线地形地貌为洼地、中低山丘陵。管道沿线出露地层从老到新依次为S1h、S1sh、P2q+m、P3l+c、T1y、T1m 及第四系（Q）等，岩性相间分布，主要有灰岩、泥灰岩、泥岩、砂页岩。输水管线及主要建筑物工程地质条件较好，无控制性不良物理地质现象，经适当工程处理均具备建设条件。

4 工程规模

以杨公岩水库的建设任务为基础，通过需水量预测，确定规划水平年的用水量需求[3]。从水库淹没条件、水工建筑物布置角度确定了死水位。在此基础上，拟定4个正常蓄水位方案，从水资源利用和经济指标方面进行方案比选，通过兴利调节计算确定了满足设计保证率的正常蓄水位和兴利库容。

4.1 死水位选择

杨公岩水库死水位以满足水库泥沙淤积和取水口布置要求而定，根据泥沙淤积计算成果、水工建筑物布置要求计算得到各方案死水位。经计算，杨公岩水库50 a 泥沙淤积量为14.0 万m³，水平淤沙高程为1 029.10 m，坝前淤沙高程为1 028.30 m。根据水工建筑物布置，取水口底板高程为1 028.60 m，顶板高程为1 030.10 m，最小淹没水深为0.15 m。因此，为满足取水要求，死水位不宜低于1 030.45 m。偏于安全考虑，确定杨公岩水库死水位为1 031.00 m，死库容为18.0万m³。

4.2 正常蓄水位选择

为满足区域用水需求且充分利用水资源，杨公岩水库规模按“以需定供”原则确定。为论证正常蓄水位的合理性，特进一步从供水量、淹没、投资及技术经济指标等方面进行比较。根据地质、水工及移民等相关专业初步勘察调查成果，水库坝肩及库区不存在较大的渗漏问题，水库淹没及工程布置方面也不存在制约性高程，故水库正常蓄水位选择应在满足需水量的基础上进行分析比较。杨公岩水库正常蓄水位的比选主要是在满足集镇、矿区及农村人畜饮水用水量166 万m³的基础上，通过综合分析比较灌溉面积、供水量、淹没、投资及单方供水投资等因素进行。杨公岩水库上游多年平均设计径流量为505万m³，根据水库来水量及各水位库容情况，进行水库不同水位的兴利调节。杨公岩水库不同正常蓄水位的兴利效益，详见表3。

表3 杨公岩水库正常蓄水位效益比较

通过对杨公岩水库不同正常蓄水位技术经济指标的综合分析发现，正常蓄水位1 068.00 m 时，一方面水库供水满足需水要求，另一方面水库经济技术指标较优且水资源利用充分，故推荐杨公岩水库正常蓄水位为1 068.00 m，正常蓄水位库容为250万m³，兴利库容为232 万m³，库容系数为45.9%。杨公岩水库具备多年调节性能，多年平均供水量为320万m³，水量利用率为63.4%。

4.3 水库淹没指标

建设征地移民安置规划是水利水电工程设计的重要组成部分，是工程设计方案比选的一项重要内容，关系到工程规模的合理选定。根据移民专业人员对各设计方案相应水位淹没移民实物的调查（主要是现场调查和各类用地调查），以1∶1 000地类地形图为基础，结合现场踏勘情况，采用计算机量算、统计汇总，杨公岩水库各水位淹没指标情况详见表4。

表4 杨公岩水库各水位淹没指标

4.4 兴利调节计算

杨公岩水库属多年调节水库，兴利调节计算采用长系列时历法进行，计算系列为1951 年5 月—2016 年4 月共65 个水文年，计算时段为月[4，5]。以历年逐月来水、集镇和矿区及农村人畜用水、灌溉用水等，进行逐月水量平衡计算。通过对各年度兴利库容进行统计排频后可以得出P=95%保证率的兴利库容为229 万m³，与长系列试算法确定的兴利库容232万m³相差3万m³。相差的3万m³库容是由于正常蓄水位取整而出现的差值（试算水位1 067.90 m时兴利库容为229 万m³，最终采用的正常蓄水位1 068.00 m时兴利库容为232万m³）。

5 工程规划设计

5.1 坝型选择

工程选择了堆石混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝进行比较，2 种坝型均能适应坝址的工程地质及水文地质条件[6]。从枢纽布置上看，混凝土面板坝泄洪布置难度大，开挖边坡高，施工处理难度大，而堆石混凝土重力坝采用坝身溢洪道、挑流消能，避免了大的边坡稳定问题；从坝基处理上看，堆石混凝土重力坝坝基肩嵌深较大，需将坝基置于该层弱风化中上部，而对于混凝土面板堆石坝而言，仅需将主次堆石区基面覆盖层清除并将上游趾板基础置于弱风化岩体上即可满足要求。综上所述，经各专业及技术经济综合比较，堆石混凝土重力坝方案在地形地质条件、枢纽布置和技术经济上均占优势，故本文推荐较适宜本坝址地形地质条件的堆石混凝土重力坝为推荐坝型。

5.2 水库枢纽设计

水库大坝基本选定坝型为重力坝。大坝枢纽由水库大坝、坝顶溢流表孔、取（放）水建筑物等组成。坝体材料为C15堆石混凝土。

5.2.1 水库大坝

大坝为C9015 堆石混凝土重力坝，坝顶高程1 072.50 m，最大坝高65.50 m，坝顶宽6.0 m，上游坝坡1∶0.2，起坡点高程1 028.00 m，下游坝坡1∶0.8，起坡点高程1 064.75 m，坝底最大厚度57.2 m。

5.2.2 坝顶溢流表孔

大坝坝顶中部设泄洪表孔，为开敞式泄洪方式，堰型为WES实用堰，堰顶高程1 068.00 m，溢流坝段净宽12 m，共2 孔，单孔宽6 m。溢流面由上游面椭圆曲线、下游幂曲线、泄槽直线段和反弧段、底流消能段组成，总长78.20 m。

5.2.3 取（放）水建筑物

取（放）水建筑物布置于大坝右坝段，主要由进水口、渐变段和压力钢管段组成，总长69.2 m。进口底板高程1 028.60 m，设1 道1.5 m×2.25 m 的拦污栅和1扇1.5 m×1.5 m的平板事故检修闸门及相应的启闭设备，坝身穿DN1000 取（放）水钢管，在坝后设有闸室，室内分别设相应工作阀门和检修闸阀。

5.3 输水工程设计

输水工程采用单管有压重力流输水，要求输水管线布置在压力水头线以下，尽量减小纵向起伏，同时满足相应标准的洪水要求。根据地形特点，输水线路从水库取水口接出，经杨公岩隧洞至容光集镇、云丰村、螺丝村、联龙村以及输水管末端双垭村，分总管和支管，总管长7.77 km，支管长1.02 km，总长8.79 km。设计中，各供水片区均可采用有压重力流输水，满足人饮灌溉等需求。输水线路，如图1所示。

图1 输水线路布置

6 结论

（1）杨公岩水库工程的建设基本能解决桐梓县容光集镇及农村人畜饮水用水问题，同时还能解决灌溉区内人民群众的基本口粮问题，有利于建成水资源合理配置和高效利用体系，对促进桐梓社会经济持续稳定发展具有积极意义。

（2）区域构造稳定，地震基本烈度为Ⅵ度。主要的渗漏是库首沿浅表部强风化破碎岩体以及绕坝肩层面渗漏、岩体裂隙渗漏和溶蚀型渗漏，经适当的防渗处理即可满足成库要求。总体而言，本水库库区条件较好，具备成库条件。

（3）杨公岩水库为多年调节水库，正常蓄水位为1 068.00 m，死水位为1 031.00 m，校核洪水位为1 071.54 m（P＝0.33%）；正常蓄水位库容为250万m3，兴利库容为232 万m3，死库容为18 万m3，总库容为302万m3。

（4）杨公岩水库工程主要由水库枢纽工程、输水工程组成，选定坝型为重力坝。水库枢纽总体布置方案为重力坝+坝顶溢流表孔+取水兼放空管，满足技术、经济和功能方面要求。

（5）杨公岩水库工程淹没占地小，影响人口少，移民问题难度较小。工程建设对环境的不利影响是暂时性的，可以通过一定的预防和补偿措施加以减少和改善。