陕西省榆林市横山县黑水沟水库初步设计报告

任春艳

榆林市水利水电勘测设计院陕西省榆林市719000

1.1绪言

1.1.1工程设计概况

黑水沟水库坝址位于横山县高镇赵家湾村，所在沟道黑水沟为无定河二级支流小理河右岸一级支沟，水库控制流域面积6.91km²，主沟道长4.17km，平均比降5.04%。

黑水沟水库是一座以农业灌溉、拦泥为主，兼顾防洪等综合利用的小(2)型水利枢纽工程。水库设计总库容61.73万m³，属小(2)型，Ⅴ等工程，工程的主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。

工程枢纽由土坝、排沙涵洞和溢洪道三大件组成。排沙涵洞及溢洪道均布设在大坝左岸。

设计大坝为均质土坝，最大坝高24.64m，坝顶长89m，坝顶宽5.0m，坝顶高程998.64m。死水位高程992.82m，正常蓄水位高程994.75m，设计洪水位996.11m，校核洪水位997.49m。上游坝坡坡比为1:3.0。背水坡在高程994.00m、984.00m处各设一马道，高程994.00m以上背水坡坡比为1:2.0，高程994.00m以下坡比为1:2.5。

1.2水文

1.2.1径流

黑水沟流域无实测径流资料，本次设计采用径流系数等值线图法、径流深等值线图法和水文比拟法计算黑水沟水库坝址处多年平均径流量。以上三种方法中，径流系数等值线图法和径流深等值线图法所依据的是1953～1982年的径流资料。考虑到水文比拟法参证流域和设计流域位置相近、地貌相似，同时水文比拟法采用较长较新系列资料，故采用水文比拟法成果，计算得黑水沟水库坝址处多年平均径流量为10.22万m³。

1.2.2洪水

由于经验公式法计算形式简单，对洪水的成因只考虑了较为主要的因素，因此该公式在本次计算过程中误差较大；推理公式法计算洪水，适合于黄土丘陵沟壑区，但计算结果偏大。李家河水文站距离该流域比较近，下垫面条件相似，计算结果比较合理，所以本次洪峰流量计算采用水文比拟法计算的成果。

200年一遇洪峰流量为96.47m³/s；

20年一遇洪峰流量为48.34m³/s。

1.2.3泥沙

黑水沟水库坝址附近无实测水文资料，在邻近流域小理河出口处有李家河水文站，由于李家河站控制流域面积与黑水沟水库控制面积相差较大，本次计算拟采用查图法确定水库坝址以上多年平均输沙量。根据榆林地区实用水文手册，查多年平均年侵蚀模数图，黑水沟流域多年平均输沙模数为10000-15000t/km2，本次设计输沙模数按14000t/km2考虑。

采用该输沙模数计算得黑水沟水库坝址以上多年平均悬移质输沙量为9.67万t，泥沙淤积体干容重采用1.35t/m³，则坝址处多年来输沙量为7.17万m³/年。

1.3工程任务和规模

1.3.1水库的功能

黑水沟水库是一座以农业灌溉、拦泥为主，兼顾防洪等综合利用的小(1)型水利枢纽工程。

1.3.2工程的任务

根据横山县赵家湾镇的设计委托，并按照本阶段水文计算、工程地质勘测等成果，确定本次的设计任务如下：

按《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的有关规定，确定水库的防洪标准，并据此进行洪水和洪水调节计算，根据计算结果确定合理的工程规模，按照国家现行标准的相关规定对黑水沟水库进行设计，保证水库建成后按功能要求安全正常运行，发挥应有的效益。

1.3.3工程规模

(1)防洪标准

黑水沟水库总库容61.73万m³，根据部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《防洪标准》(GB50201-94)的有关规定，确定黑水沟水库设计洪水标准为20年一遇，校核标准为200年一遇，根据实际情况确定设计淤积年限为5年。

(2)水库特征水位

1）死水位

黑水沟水库的死水位为5年后的淤积面高程，由水文泥沙计算成果可知，坝址年淤积库容为7.17万m³，5年内总淤积量为35.83万m³，相对应的设计死水位为992.82m。

2）正常蓄水位

黑水沟水库建成后可解决高镇赵家湾村1200亩现有耕地的缺水灌溉问题，还能新增灌溉面积300亩。水库灌区设计灌溉面积1500亩，灌区主要作物由玉米、秋杂、蔬菜、薯类和经济林组成。经计算，黑水沟水库的调节库容为9.56万m³，正常蓄水位为994.75m。

3）校核洪水位及设计洪水位

黑水沟水库不仅要满足现状情况下防洪要求，且要满足淤积5年后的防洪要求。5年后水库正常蓄水位994.75m，水库的设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，水库的校核洪水位和设计洪水位通过调洪计算确定，起调水位为994.75m。调洪演算成果为：设计洪水位996.11m，溢洪道泄量12.39m3/s；校核洪水位997.49m，滞洪库容16.33万m3，溢洪道泄量35.42m3/s，水库总库容61.73万m3。

(4)坝顶高程的确定

本次设计采用莆田水库公式计算浪爬坡高，校核洪水位加非常运行情况下的坝顶超高所计算的结果起控制作用，计算得坝顶高程998.64m。

1.4工程布置及主要建筑物

1.4.1工程等别及建筑物级别

黑水沟水库是一座以农业灌溉、拦泥为主，兼顾防洪等综合利用的小(2)型水利枢纽工程。水库设计总库容61.73万m³，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)，黑水沟水库属小(2)型，Ⅳ等工程，工程的主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。水库大坝的防洪标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

1.4.2工程总体布置

工程枢纽由土坝、排沙涵洞和溢洪道三大件组成。根据地形地质条件，排沙涵洞及溢洪道均布设在大坝左岸。

1.4.3工程设计

1.4.3.1土坝设计

黑水沟水库最大坝高24.64m，上游坝坡坡比为1:3.0,采用干砌石护坡，护坡从沟底护至坝顶，干砌石厚30cm，下设0.2m的砂砾石混合料和0.2m的下垫层。

背水坡在高程994.00m、984.00m处各设一马道，马道宽2.0m，马道内侧为排水沟。高程994.00m以上背水坡坡比为1:2.0，高程994.00m以下背水坡坡比为1:2.5。

为防止下游坝坡发生渗透破坏，于坡脚处增设综合式反滤排水体，棱体排水顶高程986.50m，高2.5m，内坡坡率为1:1.0，外坡坡率为1:1.5；贴坡排水顶高程981.50m，干砌块石厚度为50cm，下设30cm厚的碎石过渡层和20cm厚的反滤层。下游护坡种植当地耐旱植物进行护坡,下设20cm厚的腐殖土。护坡从排水体顶高程981.50m延伸至坝顶。

坝顶宽度取5.0m，设计为泥结石路面，路面宽5m，路两侧设路缘石，泥结石路面厚15cm，下设20cm的灰土垫层。

1.4.3.2溢洪道设计

溢洪道由浆砌石矩形引水渠、溢流堰、陡坡段、消力池及尾水渠组成，全长157.75m。

1）溢洪道最大泄水流量35.42m3/s,断面尺寸为5.0×3.3m。

2）进口段长10.0m，进口高程为994.75m，矩形断面尺寸，宽×高为5.0×3.3m。

3）溢流堰段长10.0m，矩形断面尺寸宽×高为5.0×3.3m。

4）陡坡段水平长116.75m，比降为1/5.0，出口高程▽971.40m，矩形断面尺寸宽×高为5.0×3.3m—5.0×1.2m。

5）消力池长16m，深2.60m。

6）尾水渠水平长5m，比降1/100，矩形断面尺寸宽×高为5.0×2.3m。

1.4.3.4防汛公路设计

目前水库枢纽对外交通为简易土路，路面坑凹不平，长度约1.0km。水库建成后，应提高防汛道路等级，对土路进行改造。根据有关道路设计规范，确定改造后防汛道路等级为四级。标准路面设计宽度3.5m，路肩宽度2×0.5m，路基宽度4.5m；路基设计压实系数为0.93。路面为泥结碎石路面，厚15cm，基础为20cm厚3：7灰土路基。路基两边为耕地时设置土质排水沟，断面型式为梯形，底宽30cm，深30cm，内边坡为1:1。其余情况修M7.5浆砌石排水沟，断面型式为梯形，底宽30cm，深30cm，内边坡为1:0.3。

1.5供电设计

(1)供电电源

由本水库下游侧附近的10kV农网供电线路上“T”接，作为主供电源，线路长度约0.6km。

增设一台12kW柴油发电机作为水库枢纽的备用电源。

(2)用电负荷计算及配电变压器选择

本工程用电负荷计算除考虑坝顶照明2kw和生活用电10kw外，还需考虑水库施工用电负荷。选择S11-M-50/10/0.4全密封低损耗变压器一台。

参考文献

（1）《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）；

（2）《给水用聚乙烯(PE)管材》GB/T13663-2000；

（3）《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）；

（4）《水利水电工程环境影响评价规范》（SDJ302－88）；

（5）《水利水电工程工程量计算规定》（DL/T5088-1999）；