论文部分内容阅读
摘 要：针对三和水库的建设需要，以设计蓄水位为研究对象进行优化设计，根据多因素确定上限和下限，并拟定若干方案，进行水利和经济方面的计算分析，然后作技术经济综合比较，并进行环境影响的评价，优化选定110m的设计方案作为三和水库设计蓄水位。
关键词：设计蓄水位；水库；方案优化
中图分类号：TV697文献标识码：A 文章编号：
1工程背景
三和水库拟建于费县，水资源供需矛盾成为制约本地经济作物、粮食作物快速发展的瓶颈。工程处河道水资源丰富，平均年径流量4.54亿m3，由于缺少拦蓄工程，河道水资源无法得到有效开发利用，地下水超采情况严重。三和水库工程的建设对有效利用雨洪资源，增加下游有效灌溉面积是十分必要的。另外，作为许家崖水库灌区上游水源的许家崖水库，由于用水性质发生转变，成为费县生活用水水源地、临沂市的备用水源地，灌区供水量明显不足，三和水库工程作为补充代替水源是非常必要的。三和水库工程的主要任务是通过拦蓄及相关工程的建设，增加雨洪资源的利用，滿足烟区农业灌溉，提高河道防洪标准、改善周边环境，实行多功能综合利用。
正常蓄水位是三和水库最重要的设计参数之一，是确定拦河坝高度、水库容积的基本依据；对水工建筑物的工程量、水库调节性能的利用关系极大；对水库建设工期、投资及水库淹没损失等均有重要影响。本文以三和水库设计蓄水位为研究目标，对三种不同方案进行比选，确定最优方案，有利于评估水库的建设难度，提高工程的经济效益。
2 灌溉工程规划指标
2.1 以2009年为基准年，2020年为设计水平年。
2.2 灌溉设计标准，依据“山东省水资源综合规划”基本方案，灌溉水利用系数现状年为0.50、2020年为0.65，灌溉用水保证率采用50％。
2.3 规划灌溉面积
拟建费县三和水库工程现状年受益灌溉面积20.5万亩，其中常年植烟面积3.9万亩，现受益乡镇为费城办事处、南张庄乡、胡阳镇、探沂镇；规划年受益灌溉面积24.0万亩，其中基本烟田18万亩，常年植烟面积6万亩，受益乡镇包括：费城镇、南张庄乡、胡阳镇、探沂镇，具体位置见受益范围分布图。
3 兴利调节计算
采用长系列变动用水时历法进行调节计算，兴利调节计算成果如下：
现状年农业灌溉水利用系数0.50，灌溉保证率P=50%，现状年增加灌溉面积20.5万亩，其中常年植烟面积3.9万亩，三和水库工程蓄水满足现状许家崖灌区有效灌溉面积13.3万亩灌水后，为下游引河灌区提供7.2万亩的灌溉水量，每年提供4542.8万m3的环境用水。
规划年农业灌溉水利用系数0.65，灌溉保证率P=50％，增加灌溉面积24.0万亩，其中基本烟田18万亩，常年植烟面积6万亩，三和水库工程蓄水满足现状许家崖灌区有效灌溉面积13.3万亩灌水后，为下游引河灌区提供10.7万亩的灌溉水量，每年提供4457.4万m3的环境用水。
4 设计蓄水位的方案优化
4.1 确定原则
4.1.1 按照河道顺直，河床、河势稳定，地质、地形条件良好，和上游石沟拦河闸设计蓄水位相协调原则。
4.1.2 进行多目标开发、综合利用、充分发挥工程效益。
4.1.3 回水尽量少影响两岸农田的种植及村庄。
4.1.4 尽量抬高蓄水位，增加回水长度和水面面积。
4.1.5 不降低河道的行洪能力，尽量减少河床淤积。
4.1.6 工程布置合理，且投资省，效益高，易实施等原则。
4.1.7 与临沂市城市规划和水城建设相结合，且利于防洪，技术可行。
4.2设计方案
在选择正常蓄水位时应根据各方面要求先确定其上限和下限，在此范围内再拟定若干方案，进行水利和经济方面的计算分析，然后作技术经济综合比较，并进行环境影响的评价，择优选定。拟定闸址位于南东洲东侧的浚河上，下游110m为东洲交通桥。闸址处河底高程约93.00m河槽宽180m，闸址两岸地面高程约100.50m，上游地面高程逐渐上抬。闸址处河床局部风化岩出露，地质条件较好。按照拦河闸设计蓄水位确定原则，当挡水位高于101m时，库区淹没范围较大，不在合理的蓄水范围内，结合灌溉要求，拟定拦河闸蓄水位100.0m、100.5m、101m三种水位方案进行比较：
4.2.1 方案Ⅰ设计蓄水位为100m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×6.0m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程100.50m，防浪墙顶高程101.70m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.2.2 方案Ⅱ设计蓄水位为100.5m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×6.5m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程101.00m，防浪墙顶高程102.20m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.2.3 方案Ⅲ蓄水位为101.0m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×7.0m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程101.50m，防浪墙顶高程102.70m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.3 方案比选
正常蓄水位选择应统筹考虑水力发电、防洪、灌溉、航运、供水等综合用水部门的要求，进行多方案比较。项目方案的比选主要在于经济技术和社会环境影响的比选。因此，分别对三种方案进行经济型和社会环境进行评估。
4.3.1 方案Ⅰ设计蓄水位为100m
方案1的水位较低，挡水水位对两岸农田及村庄基本上淹没较少。工程迁占较小，工程永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户13户，人口44人，各类房屋面积2434m2，一般乔木73283颗，各类果树16737颗，工程迁占投资为919万元。工程需要配套的护岸、防护堤工程量小，主体工程投资较小，工程投资12750万元，总投资14010万元，实施难度较小，对环境影响较小，水土流失防治责任范围138.45hm2。单方库容造价较低，为10.45元/m3，但库容较小、水面较小，景观性稍差。
4.3.2 方案Ⅱ设计蓄水位为100.5m
方案2的蓄水位较高，库容较大、水面较开阔，景观性较好，但挡水水位淹没部分两岸滩地及村庄。工程迁占较大，工程永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户16户，人口50人，各类房屋面积2600m2，一般乔木83642颗，各类果树19592颗，工程迁占投资1001万元，对环境扰动范围中等，工程水土流失防治责任范围195hm2。工程中需要配套的护岸、防护堤工程量较大，实施困难中等，工程投资14050万元，工程总投资15590万元，单方库容造价较高，单方库容造价11.13元/m3。
4.3.3 方案Ⅲ蓄水位为101.0m
方案3的蓄水位高，库容大、水面开阔，景观性好，充分利用雨洪资源，单方库容造价较低。但挡水水位淹没部分两岸滩地及村庄。工程迁占大，永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户16户，人口50人，各类房屋面积2614m2，一般乔木91810颗，各类果树19675颗，工程迁占投资1057万元，对环境影响较大，本工程水土流失防治责任范围199.85hm2。该方案需要配套的护岸、防护堤工程量大，主体工程投资大，工程投资15136万元，总投资16901万元，单方库容造价为9.33元/m3。
综合比较蓄水库容、水面面积、景观性、上游淹没影响及配套设施等经济技术指标，蓄水位101.00m的方案中水库库容最大，水域面积达，景观效果较好，有利于水库的多途径开发，此外，该方案单方库容造价最低，工程迁占投资增加较少，且水土流失防治责任范围增加较少，因此，工程拟采用101.00m蓄水位作为三和水库设计蓄水位。
关键词：设计蓄水位；水库；方案优化
中图分类号：TV697文献标识码：A 文章编号：
1工程背景
三和水库拟建于费县，水资源供需矛盾成为制约本地经济作物、粮食作物快速发展的瓶颈。工程处河道水资源丰富，平均年径流量4.54亿m3，由于缺少拦蓄工程，河道水资源无法得到有效开发利用，地下水超采情况严重。三和水库工程的建设对有效利用雨洪资源，增加下游有效灌溉面积是十分必要的。另外，作为许家崖水库灌区上游水源的许家崖水库，由于用水性质发生转变，成为费县生活用水水源地、临沂市的备用水源地，灌区供水量明显不足，三和水库工程作为补充代替水源是非常必要的。三和水库工程的主要任务是通过拦蓄及相关工程的建设，增加雨洪资源的利用，滿足烟区农业灌溉，提高河道防洪标准、改善周边环境，实行多功能综合利用。
正常蓄水位是三和水库最重要的设计参数之一，是确定拦河坝高度、水库容积的基本依据；对水工建筑物的工程量、水库调节性能的利用关系极大；对水库建设工期、投资及水库淹没损失等均有重要影响。本文以三和水库设计蓄水位为研究目标，对三种不同方案进行比选，确定最优方案，有利于评估水库的建设难度，提高工程的经济效益。
2 灌溉工程规划指标
2.1 以2009年为基准年，2020年为设计水平年。
2.2 灌溉设计标准，依据“山东省水资源综合规划”基本方案，灌溉水利用系数现状年为0.50、2020年为0.65，灌溉用水保证率采用50％。
2.3 规划灌溉面积
拟建费县三和水库工程现状年受益灌溉面积20.5万亩，其中常年植烟面积3.9万亩，现受益乡镇为费城办事处、南张庄乡、胡阳镇、探沂镇；规划年受益灌溉面积24.0万亩，其中基本烟田18万亩，常年植烟面积6万亩，受益乡镇包括：费城镇、南张庄乡、胡阳镇、探沂镇，具体位置见受益范围分布图。
3 兴利调节计算
采用长系列变动用水时历法进行调节计算，兴利调节计算成果如下：
现状年农业灌溉水利用系数0.50，灌溉保证率P=50%，现状年增加灌溉面积20.5万亩，其中常年植烟面积3.9万亩，三和水库工程蓄水满足现状许家崖灌区有效灌溉面积13.3万亩灌水后，为下游引河灌区提供7.2万亩的灌溉水量，每年提供4542.8万m3的环境用水。
规划年农业灌溉水利用系数0.65，灌溉保证率P=50％，增加灌溉面积24.0万亩，其中基本烟田18万亩，常年植烟面积6万亩，三和水库工程蓄水满足现状许家崖灌区有效灌溉面积13.3万亩灌水后，为下游引河灌区提供10.7万亩的灌溉水量，每年提供4457.4万m3的环境用水。
4 设计蓄水位的方案优化
4.1 确定原则
4.1.1 按照河道顺直，河床、河势稳定，地质、地形条件良好，和上游石沟拦河闸设计蓄水位相协调原则。
4.1.2 进行多目标开发、综合利用、充分发挥工程效益。
4.1.3 回水尽量少影响两岸农田的种植及村庄。
4.1.4 尽量抬高蓄水位，增加回水长度和水面面积。
4.1.5 不降低河道的行洪能力，尽量减少河床淤积。
4.1.6 工程布置合理，且投资省，效益高，易实施等原则。
4.1.7 与临沂市城市规划和水城建设相结合，且利于防洪，技术可行。
4.2设计方案
在选择正常蓄水位时应根据各方面要求先确定其上限和下限，在此范围内再拟定若干方案，进行水利和经济方面的计算分析，然后作技术经济综合比较，并进行环境影响的评价，择优选定。拟定闸址位于南东洲东侧的浚河上，下游110m为东洲交通桥。闸址处河底高程约93.00m河槽宽180m，闸址两岸地面高程约100.50m，上游地面高程逐渐上抬。闸址处河床局部风化岩出露，地质条件较好。按照拦河闸设计蓄水位确定原则，当挡水位高于101m时，库区淹没范围较大，不在合理的蓄水范围内，结合灌溉要求，拟定拦河闸蓄水位100.0m、100.5m、101m三种水位方案进行比较：
4.2.1 方案Ⅰ设计蓄水位为100m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×6.0m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程100.50m，防浪墙顶高程101.70m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.2.2 方案Ⅱ设计蓄水位为100.5m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×6.5m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程101.00m，防浪墙顶高程102.20m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.2.3 方案Ⅲ蓄水位为101.0m
拦河闸工程：拦河闸采用露顶式弧形钢闸门结构形式，闸孔净宽10.00，共15孔，闸门尺寸10.00×7.0m（宽×高）。
防护堤工程：左岸防护堤由拦河闸向上游1650m，防护堤顶高程101.50m，防浪墙顶高程102.70m；右岸防护堤：长1200m。
护险工程分为上游左右岸护险和下游左右岸护险，其中上游左岸护险300m，右岸护险540m，护险采用0.15m厚预制混凝土防护，坡脚设2.2m深齿墙，顶部设0.5×0.5m压顶。下游左岸护险60m，右岸护险200m，护险型式同上游。
4.3 方案比选
正常蓄水位选择应统筹考虑水力发电、防洪、灌溉、航运、供水等综合用水部门的要求，进行多方案比较。项目方案的比选主要在于经济技术和社会环境影响的比选。因此，分别对三种方案进行经济型和社会环境进行评估。
4.3.1 方案Ⅰ设计蓄水位为100m
方案1的水位较低，挡水水位对两岸农田及村庄基本上淹没较少。工程迁占较小，工程永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户13户，人口44人，各类房屋面积2434m2，一般乔木73283颗，各类果树16737颗，工程迁占投资为919万元。工程需要配套的护岸、防护堤工程量小，主体工程投资较小，工程投资12750万元，总投资14010万元，实施难度较小，对环境影响较小，水土流失防治责任范围138.45hm2。单方库容造价较低，为10.45元/m3，但库容较小、水面较小，景观性稍差。
4.3.2 方案Ⅱ设计蓄水位为100.5m
方案2的蓄水位较高，库容较大、水面较开阔，景观性较好，但挡水水位淹没部分两岸滩地及村庄。工程迁占较大，工程永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户16户，人口50人，各类房屋面积2600m2，一般乔木83642颗，各类果树19592颗，工程迁占投资1001万元，对环境扰动范围中等，工程水土流失防治责任范围195hm2。工程中需要配套的护岸、防护堤工程量较大，实施困难中等，工程投资14050万元，工程总投资15590万元，单方库容造价较高，单方库容造价11.13元/m3。
4.3.3 方案Ⅲ蓄水位为101.0m
方案3的蓄水位高，库容大、水面开阔，景观性好，充分利用雨洪资源，单方库容造价较低。但挡水水位淹没部分两岸滩地及村庄。工程迁占大，永久征地20.5亩，工程影响居民点搬迁户16户，人口50人，各类房屋面积2614m2，一般乔木91810颗，各类果树19675颗，工程迁占投资1057万元，对环境影响较大，本工程水土流失防治责任范围199.85hm2。该方案需要配套的护岸、防护堤工程量大，主体工程投资大，工程投资15136万元，总投资16901万元，单方库容造价为9.33元/m3。
综合比较蓄水库容、水面面积、景观性、上游淹没影响及配套设施等经济技术指标，蓄水位101.00m的方案中水库库容最大，水域面积达，景观效果较好，有利于水库的多途径开发，此外，该方案单方库容造价最低，工程迁占投资增加较少，且水土流失防治责任范围增加较少，因此，工程拟采用101.00m蓄水位作为三和水库设计蓄水位。