(山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030024)

1 項(xiàng)目概況

大同縣陳莊水庫(kù)位于山西省大同市大同縣瓜園鄉(xiāng)陳莊村西2 km，地理坐標(biāo)東經(jīng) 113°36'58″，北緯 39°58'38″，工程所在河流屬海河流域永定河水系的桑干河二級(jí)支流坊城河，坊城河發(fā)源于大同縣北山(陰山南支)采涼山南麓的水溝寺一帶，由北向南流經(jīng)西羊房、五十里鋪、上榆澗、下榆澗、小坊城、大坊城、李王澗、陳莊、藤家溝，在南坡村南匯入桑干河。干流全長(zhǎng)30 km，平均縱坡8‰，流域面積410 km2，其中陳莊水庫(kù)壩址以上干流長(zhǎng)28．05 km，控制流域面積392 km2，多年平均徑流509．6萬(wàn) m3，現(xiàn)狀興利庫(kù)容88．3萬(wàn)m3，總庫(kù)容272萬(wàn)m3，是一座綜合防洪、灌溉的小(1)型水庫(kù)。

水庫(kù)于1972年始建，1974年基本完工蓄水受益，屬鄉(xiāng)村自辦工程。水庫(kù)初建時(shí)壩址位于現(xiàn)壩軸線上游約140 m處，壩頂已被現(xiàn)庫(kù)水淹沒(méi)。水庫(kù)建設(shè)時(shí)原設(shè)計(jì)為小(1)型水庫(kù)，大壩設(shè)計(jì)底寬較大，但由于施工期資金投入不足，竣工時(shí)大壩沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)高度。2005年，在現(xiàn)壩址處從河谷兩側(cè)山體取土筑壩，筑壩時(shí)并未經(jīng)過(guò)勘察設(shè)計(jì)，更未經(jīng)碾壓及檢測(cè)，壩基坐落于初期壩已處理的基礎(chǔ)上。大壩壩型為土壩，壩長(zhǎng)約200 m，壩頂高程984 m，最大壩高11．1 m，壩頂寬7．0 m ～8．5 m，2009 年將壩頂填高至985 m ～986 m，大壩壩體上下游邊坡較陡。現(xiàn)狀條件下，壩體局部存在小范圍坍塌;上游壩坡僅1∶1．1 ～1∶1．6，加之雨水入滲，致使壩體形成部分滑坡，滑坡體厚度1 m～2 m，壩基砂層存在滲漏，右壩肩存在繞壩滲漏等一系列工程地質(zhì)問(wèn)題，水庫(kù)安全存在較大隱患。

水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)有兩座小型高灌站，受益村為陳莊，灌溉面積3 200畝。

2 洪水計(jì)算

大同縣陳莊水庫(kù)位于大同縣瓜園鄉(xiāng)陳莊村西，所在流域?yàn)楹：由８珊臃怀呛?，所在區(qū)域?yàn)闊o(wú)資料地區(qū)，上游尼河上有郭家窯頭水庫(kù)，西坪河上有茹莊水庫(kù)。故陳莊水庫(kù)入庫(kù)洪水由三部分組成，即郭家窯頭水庫(kù)下泄量、茹莊水庫(kù)下泄量及區(qū)間洪水組成。其洪水計(jì)算步驟為:

1)對(duì)郭家窯頭水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)，計(jì)算出郭家窯頭水庫(kù)不同頻率洪水的下泄洪水過(guò)程;2)對(duì)茹莊水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)，計(jì)算出茹莊水庫(kù)不同頻率洪水的下泄洪水過(guò)程;3)計(jì)算郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)區(qū)間洪水;4)將郭家窯頭水庫(kù)的下泄洪水、茹莊水庫(kù)的下泄洪水與郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)區(qū)間洪水過(guò)程疊加，作為陳莊水庫(kù)的入庫(kù)洪水。

2．1 郭家窯頭水庫(kù)洪水下泄過(guò)程

根據(jù)2008年4月由運(yùn)城院編制的《山西省大同縣郭家窯頭水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中郭家窯頭水庫(kù)不同頻率洪水分析成果，計(jì)算本次1%，5%的洪水過(guò)程線。采用報(bào)告中的水庫(kù)庫(kù)容曲線及泄量曲線，對(duì)郭家窯頭水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，郭家窯頭水庫(kù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

2．2 茹莊水庫(kù)洪水下泄過(guò)程

根據(jù)2008年2月由運(yùn)城院編制的《山西省大同縣茹莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中茹莊水庫(kù)不同頻率洪水分析成果，計(jì)算本次1%，5%的洪水過(guò)程線。采用報(bào)告中的水庫(kù)庫(kù)容曲線及泄量曲線，對(duì)茹莊水庫(kù)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，茹莊水庫(kù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 郭家窯頭水庫(kù)計(jì)算結(jié)果

表2 茹莊水庫(kù)計(jì)算結(jié)果

2．3 郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)區(qū)間洪水

1)流域特征參數(shù)。郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)區(qū)間設(shè)計(jì)洪水按無(wú)資料地區(qū)考慮，采用《山西省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《手冊(cè)》)進(jìn)行計(jì)算。

流域特征參數(shù)包括流域面積、流域主河道長(zhǎng)、流域平均坡度和流域特征值等。流域的流域參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)流域特征參數(shù)表

2)設(shè)計(jì)暴雨。在山西省暴雨分區(qū)中，該計(jì)算流域?qū)儆诒眳^(qū)，查《手冊(cè)》附圖一至附圖十，可得該流域中心的點(diǎn)暴雨均值及Cv值，《手冊(cè)》附表Ⅰ可得相應(yīng)頻率之Kp值，然后計(jì)算流域中心設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨并通過(guò)點(diǎn)面折減系數(shù)求得面暴雨。

3)產(chǎn)匯流計(jì)算。由《手冊(cè)》附表十二查得該流域位于產(chǎn)流分析氣候、地理分區(qū)的半干旱北區(qū)，產(chǎn)流地類(lèi)按砂頁(yè)巖土石山北區(qū)(128 km2)和盆地區(qū)(181 km2)進(jìn)行計(jì)算。匯流按推理公式法進(jìn)行計(jì)算。匯流地類(lèi)按疏林山區(qū)考慮。經(jīng)計(jì)算，郭家窯頭茹莊—陳莊水庫(kù)區(qū)間P=5%時(shí)洪峰流量為560 m3/s，洪量為721萬(wàn)m3;P=1%時(shí)洪峰流量為1 155 m3/s，洪量為1 485萬(wàn)m3。

2．4 陳莊水庫(kù)入庫(kù)洪水

郭家窯頭水庫(kù)至陳莊水庫(kù)區(qū)間河道長(zhǎng)度為6．3 km，洪水傳播時(shí)間很短;茹莊水庫(kù)至陳莊水庫(kù)區(qū)間河道長(zhǎng)度為5．7 km，洪水傳播時(shí)間很短;郭家窯頭、茹莊以上及區(qū)間同時(shí)發(fā)生洪水的機(jī)會(huì)較大。所以為安全計(jì)，郭家窯頭、茹莊水庫(kù)下泄洪水過(guò)程不考慮河道調(diào)蓄，與區(qū)間相同頻率的洪水過(guò)程進(jìn)行疊加即為陳莊水庫(kù)洪水過(guò)程，不同頻率的入庫(kù)洪水峰量見(jiàn)表4。

表4 洪水成果表

3 洪水合理性分析

1)流域特征參數(shù)。陳莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水按無(wú)資料地區(qū)考慮，采用《山西省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《手冊(cè)》)進(jìn)行計(jì)算。

流域特征參數(shù)包括流域面積、流域主河道長(zhǎng)、流域平均坡度和流域特征值等。

陳莊水庫(kù)流域特征參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 陳莊水庫(kù)流域特征參數(shù)表

2)設(shè)計(jì)暴雨。在山西省暴雨分區(qū)中，該計(jì)算流域?qū)儆诒眳^(qū)，查《手冊(cè)》附圖一至附圖十，可得該流域中心的點(diǎn)暴雨均值及Cv值，《手冊(cè)》附表Ⅰ可得相應(yīng)頻率之Kp值，然后計(jì)算流域中心設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨并通過(guò)點(diǎn)面折減系數(shù)求得面暴雨。

3)產(chǎn)匯流計(jì)算。由《手冊(cè)》附表十二查得該流域位于產(chǎn)流分析氣候、地理分區(qū)的半干旱北區(qū)，產(chǎn)流地類(lèi)按砂頁(yè)巖土石山北區(qū)(128 km2)，黃土階臺(tái)地(83 km2)和盆地區(qū)(181 km2)進(jìn)行計(jì)算。匯流按疏林山區(qū)考慮。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 陳莊水庫(kù)洪水計(jì)算成果

4)合理性分析。以上兩種方法計(jì)算成果匯總見(jiàn)表7，點(diǎn)繪面積洪量關(guān)系圖見(jiàn)圖1。

表7 陳莊水庫(kù)洪水成果

圖1 面積洪量關(guān)系圖

由圖1關(guān)系線看出，陳莊、茹莊、郭家窯頭及區(qū)間洪量成線性關(guān)系，故本次設(shè)計(jì)陳莊水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程采用郭家窯頭、茹莊水庫(kù)下泄洪水過(guò)程與區(qū)間相同頻率的洪水過(guò)程進(jìn)行疊加是合理的。

4 結(jié)語(yǔ)

陳莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，更好地保護(hù)下游村莊及重要設(shè)施的安全。水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)有兩座小型高灌站，灌溉面積3 200畝，除險(xiǎn)加固后，可滿足3 200畝地的灌溉用水，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)起到促進(jìn)作用。因此，對(duì)陳莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固是非常重要的。