北京禾子涧景观型水库工程规划（王春英,谢宝元,苏新琴,李亚光,郑起明）

摘要：景观型水岸规划打破传统, 不仅考虑水库的防洪兴利功能, 还特别讲究其与周围景观的协调, 是现代水库工程发展的新趋势。主要介绍禾子涧景观型水库的规划思想、规划理念、规划过程以及规划结果, 对我国今后的水岸工程规划有一定的借鉴作用。

关健词：禾子涧 景观型水库 工程规划 水库规划随着生态学的发展和人们对周围生存环境要求的提高,生态环境建设越来越受到重视。要改变水早灾害频繁的局面, 除了不懈地兴修水利工程外, 还应加强生态环境建设与保护, 水利工程建设应从传统的防灾水利向防灾水利和环境水利并重转变。景观型水库工程建设以经济社会与生态环境协调发展理论为基础, 在达到防洪保安目标的同时,实现经济社会与生态环境效益的同步增长, 促使当地生态环境优化。禾子涧景观型水库将依托当地的山水资源优势,以改善河道水土保持和水环境现状为宗旨, 运用生物措施实现工程建设与生态保护的有机结合, 它不仅是一项防洪水利工程, 更是一处亮丽的山水风景。

1 工程概况

北京昌平区流村镇禾子涧村, 地处河北省怀来县、门头沟和昌平3个区的三角地带。较高的林木覆盖率和独特的冷凉气候是该村最为突出的一个资源优势, 土壤属沙壤质或轻壤质的褐土。

水库库区总汇水面积2.64km2,多年平均年降水量495mm, 多年平均年径流深均值为100mm。水库属小Ⅱ型水库, 为5级。为了节约成本, 在不破坏景观环境的前提下,尽可能就地取材。坝型为浆砌石坝, 所用材料为水泥、沙子、石料、石子、钢筋等, 库坝布置见图1。

2 规划的指导思想

水利工程是国民经济和社会发展的重要基础设施。水库的兴建是禾子涧村以北京市政府“221行动计划” 为契机, 紧紧围绕“养山富民” 主题思想, 实践可持续发展治水思路, 落实水利富民政策的重要途径。水库的兴建, 将对促进昌平西部深山区经济发展起到积极的推动作用:水土资源的持续利用, 可以改善当地的生态环境, 为农村全面建设小康社会提供保障。

3 景观水库工程规划理念

水、自然景观、人文历史在地域空间上的融合渗透是水利景观工程最具个性和魅力的根本特征。景观水库工程除了兼顾水库工程的传统功能外, 还应该包括生态保护以及水、自然景观、人文历史在地域空间上的融合。景观水库工程规划体现优秀的设计理念, 即通过景观措施提高水库工程的格调和品味, 在工程建设的过程中保护和建设生态基础设施, 塑造和表现无形的环境、生态等主题:围绕生态环境建设, 营造优美舒适的旅游景观。

4 工程计算

4.1 水库高程—面积、库容计算

本规划采用等高线法计算该库区的面积以及库容, 根据计算结果, 绘制水库高程—面积、高程—库容曲线, 见图2、图3。

4.2 水文计算

4.2.1 设计洪峰流量

由于较小流域无实测的洪峰流量资料, 故采用经验公式法计算设计洪峰流量。根据《北京市水文手册》(1975),利用经验公式来计算设计洪峰流量。该地区的经验公式为:Q=2N0.68·F0.60，20≤N≤100,10≤F≤600,式中N为重现期,a;F为集水面积,km2。

由于本流域集水面积F=2.64km2＜10km2, 不满足公式使用范围要求, 而《北京市水文手册》针对该地区仅有这一个公式, 根据经验, 降低设计年限应用此公式, 设计年限取10年(一般取20年), 校核年限取20年。①当P=10%时,N=10年,Q=17.14m3/s;②当P=5%时,N=20年,Q=27.46m3/s。

4.2.2 输沙量

因资料缺乏, 在计算输沙量时直接采用多年平均侵蚀模数来计算输沙量。按照《水文手册》, 计算年输沙总量Ws=(Ms·F)/γ,式中Ws为多年平均输沙量, m3;Ms为多年平均侵蚀模数,(t/km2);F为坝控流域面积,km2;γ为泥沙容重, 取1.35t/m3。

该地区的侵蚀模数为250—600t/(km2·a)。通过实地踏查了解到:该地区植被覆盖率很高, 在70%—90%之间,现有塘坝淤积量很小;根据北京市其他同类地区小流域水土流失实验值, 年侵蚀量拟采用150t/(km2·a),输沙率取1:1,年输沙总量Ws=293.33m3。

4.2.3 水面蒸发

查该地区多年平均水面蒸发量等值线图(口径20cm),得到该地区多年平均水面蒸发量为1171.2mm;考虑到北京地区的降水时间主要集中在6月中旬至9月中旬,在计算最大库水量时考虑6月中旬至9月中旬3个月的蒸发量, 最小库水量时考虑全年蒸发量。按照降水、径流、蒸发计算库水量, 结果见表1。

设计蓄水量等于最大库水量与死库容之和, 它是溢洪道顶水位对应的库容渗漏按库水量均值的1%计算, 最小库水量与死库容之和减去渗漏量, 得到水库的最小蓄水量,并绘制曲线如图4。

由图4可以看出, 设计蓄水量与库容的交叉点对应的库容约为43.1万m3, 高程为748.8m, 这即是设计蓄水量和设计蓄水位。这里所说的蓄水量, 指库水量和水库泥沙淤积量(5866.6m3)之和。

4.3 坝体计算

4.3.1 坝高确定

(1)设计低水位(死水位):取20年的输沙量, 死库容为5866.6m3。死水位即死库容对应的水位。

(2)设计蓄水位:设计蓄水位为748.8m。

(3)最高洪水位:宽顶堰的泄流能力按自由溢流堰公式计算Q=mb(2g)1/2·H3/2, 宽顶堰流量系数m取0.35,溢流堰宽b=3m, 按10年一遇标准设计,Q=17.14m3/s,得:坝顶水深H=2.39m, 最高洪水位为751.19m。

(4)安全超高取0.5m。坝高为37.69m, 最后拟定坝高为38m。

4.3.2 坝顶

坝顶宽取值6m。

4.3.3 坝坡

上游为1:0.1, 下游为1:0.3, 下游堆土边坡为1:2。

4.3.4 坝基处理

从地质剖面图上可以看出, 地基中存在着破碎带。坝基用帷幕灌浆进行防渗处理, 灌浆厚20cm, 深入到坝基以下10m处。

4.3.5 库容确定

坝底高程为714m, 坝高38m, 则坝顶高程752m。由图3可以查出:水库的总库容为53.50万m3。

4.4 坝坡稳定计算

坝体是否滑动, 主要取决干坝体本身重量压在地面上所产生的摩擦力大小。如果摩擦力大于水平推力, 则坝不会滑动。当坝体属平面滑动时, 其抗滑稳定计算公式为：

Ks=(f·N)/p

式中:

ks——抗滑稳定安全系数, ks=1.0～1.05；

N——坝体垂直力的总和, 向下为正, 向上为负；

p——坝体水平作用力的总和, 向下游为正, 向上游为负；

f——坝体与基础的摩擦系数。

本规划采用圆弧法, 主要按以下3种工况计算该浆砌石坝的稳定:①堆土前已经蓄水;②堆土后未蓄水;③边堆土边蓄水。

经计算, 坝体和坝基满足抗滑稳定要求。

5 景观措施

本规划中生态要素主要有山体、水体、气候、植被、土壤等景观要素主要包括坝顶、坝面、库区、坝下、溢洪道等, 根据水库各个部位的特点, 按照统筹协调原则布置如下：

(1)主要环境控制：本水库工程规划遵循与自然环境相协调的原则, 对当地生态环境在保护的前提下, 进行有限的开发。所有景区的规划与布置, 都尽量与自然景观融为一体, 弱化人工痕迹。

(2)主要景观布置:坝下游堆土部位种植乔木和灌木;坝顶溢洪道上设廊桥1座;溢洪道下设瀑布、叠泉、碧潭。坝上郁郁葱葱, 坝下水石相激, 烟雾缭绕, 宛如一个天然湖泊。

(3)景区辅助设施:水库岸边的亭子、垃圾箱应以木结构或仿木结构为主;石桌石凳、廊桥外围要用仿木材料;水库旁船屋、溢洪道旁石屋以及泄流底孔处小屋均采用古建风格;坝下沟道布置三叠泉, 泉边建别墅栋, 供观光游客住宿, 也可以作为游客游玩的歇脚处。

(4)景区绿化:水库周围造针阔混交林, 树种以侧柏、杨树、白桦、落叶松为主, 适当种植枫树等彩叶树, 丰富四季景观。

6 工程效益

(1)社会效益:水库能为市民提供休闲场所, 这里将成为广大市民休闲、避暑、度假的好去处;北京水资源普遍紧张, 本水库能够作为昌平地区的备用水源, 最大可提供40多万m3的水量。

(2)经济效益:禾子涧水库工程将结合禾子涧村主打产业——旅游业, 发挥生态旅游重要功能, 这将大大增加当地的旅游收入, 并带动第三产业的发展, 为当地经济结构转型提供发展平台。

(3)生态效益:水库兼有防洪减灾功能, 为白羊沟旅游路提供安全保障;水库蓄水量增加, 水面蒸发可以调节小气候, 又为当地的景观用水提供了水源, 为进一步优化当地的生态环境提供了良好的条件。

7 结论与建议

(1)景观型工程规划是目前各类水利工程规划发展的新走向。本规划就是景观型工程规划的尝试, 并得到了有关部门的肯定。论证结果亦表明:景观型水库的修建不会对当地的生态环境带来明显的负面影响, 相反, 它会对当地的总体景观有很大的改善。

(2)工程规划的原则是科学规划、生态优先。按照本规划建设水库, 必将为当地的经济、社会、生态保护起到重要的促进作用。北京市水资源十分紧张, 水库建成后能够提供40多万m3的水量, 作为昌平地区的备用水源。但必须采取有效措施确保水资源合理、高效利用。

(3)景观型水库工程实施的关键是做好三大控制。在今后工程实施的过程中, 力求按照“ 一流的工程、一流的管理” 来加强全过程管理, 做好资金、进度、质量三大控制。

参考文献

1 刘宝军, 张金宏.我国的水库工程建设与防洪[J].人民长江,1999,（增刊）：1-10.

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作者简介：王春英（1978-）女, 硕士研究生。

来源：《北京水利》2005.6