吉水某水库初步设计报告
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1 综合说明1.1 绪言1.1.1 工程概况xx水库位于xx县xx镇,座落于xx水系住歧水支流xx水上,距xx县城约38.0km。水库控制流域面积5.62 km2,水库设计正常蓄水位107.50 m(黄海高程,下同),设计洪水位(p=3.33%)108.84 m,校核洪水位(p=0.2%)109.94 m,水库总库容450104 m3 (本次复核)。水库设计灌溉面积0.35万亩,是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合效益的重点小(1)型水库。水库于1957年动工兴建,当年枢纽工程建成,次年开始蓄水运行,后经多次加高加固,达到现有规模。枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道、灌溉输水涵洞等。大坝为均质土坝,坝顶高程110.02 m112.33 m,坝顶长110 m,宽3.5 m,最大坝高20.0 m。上游块石护坡至94.5 m高程,坡比为12.3613.0,下游无护坡,坡比为12.013.0;下游坝脚左段设有贴坡排水体,其它坝段无反滤排水体。溢洪道位于大坝右岸山坳中,进口段原为开敞式宽顶堰,堰顶高程为107.50m,现为开敞式明渠,进口高程109.90 m,净宽6.0 m,进口段后依次接第一泄槽、渐变段、消力池、第二泄槽及挑流鼻坎等,溢洪道全长为239.7 m。灌溉输水涵管位于大坝左端,由斜管和平涵组成。平涵为钢筋混凝土圆管,进口底高程为90.40 m,出口底高程为89.60 m,内径0.74 m,管长100 m,进口设有消力池。斜涵为阶梯式方形钢筋混凝土结构,预制混凝土盖板控制。1.1.2 工程设计、建设过程简介大坝于1957年7月由原xx县水利局水电设计室设计,并于同年10月由原xx县水电工程队施工兴建,坝址座落在宽7080m左右的峡谷中。施工时在坝基宽114m范围内将表层的腐植土及河床淤泥作了清除,但未清到不透水层。另外沿坝轴线挖了一条深12m、底宽1.5 m的截水槽,但未挖到基岩就回填粘土,虽经人工夯实,但并不是很密实。大坝左右两端都是岩石山体,在填筑前已将表层的植物根系和松动石块清除干净,并用水冲洗后,在岩石上涂了一层黄泥浆后再填土,并经人工用榔头逐层夯实。由于该水库大坝是在大搞群众运动中兴建的,施工时上坝人员多,场地小,条件差,秩序较乱,大坝填筑时,以公社分片,大队分区,生产队分块,将坝体划分成若干块进行填筑,这样在填筑过程中不可避免地出现了用土垒边界,条块之间进度及质量不一的现象,从而产生了高低不平导致碾压不均的结果,致使大坝的填筑质量很差,坝体内架空严重。在大坝底部34m高的范围内,上游坡在库区田里取土,坝中段在库区山坡上取土,下游段在下游山坡及田里取土,4m高以上是砂质粉土及砂石土料等,每填筑厚度为30cm左右,用木制滚子碾压。填到105.0m高程时,土料为两岸岸坡上的风化土料,土质很不均匀、防渗性差,对大坝的稳定性影响较大。经1985年冬对该工程进行外坝脚增建贴坡排水体,溢洪道拓宽、延伸、部分衬砌、增建末端挑流鼻坝等加固处理后达到现有规模。原溢洪道位于大坝右端的山坳中,为开敞式不规则明渠,从进口至出口,高低不平,无衬砌保护,且其出口在下游坝脚处,对坝脚产生直接冲刷。原进口底高程为107.47m,宽1.5m,由于未完建,水库一直限制水位运行。1985年,按50年一遇设计,500年校核洪水标准,对溢洪道进行扩建,加宽底宽至6m,并把出口延长,采用两个泄槽泄流。第一泄槽紧接堰后,据当时施工人员回忆,在渐变段的出口处,其基础为原来开挖溢洪道时的回填土,填土深约34m,由于填土较差,施工时将此基础挖除,利用挖除后的地形做一跌水池消能,跌水池后接第二泄槽、泄槽末端设有挑流鼻坎消能设施,将水流挑入到远离坝脚的下游河床中。1985年改建时,仅对渐变段、消力池及第二泄槽作了底板砼衬砌、导墙浆砌块石衬砌、但消力池已被当地农民填平。第一泄槽坡陡弯急,落差较大,两岸岩体破碎,未采取任何措施,其底板也未衬砌,宽顶堰也没浇筑底板,淤泥较厚,泄洪存在严重隐患。现场检查渐变段第二泄槽底板和导墙有裂缝、冲刷严重、第一泄槽两岸山体有滑坡迹象等。灌溉输水涵洞由平涵和斜涵组成,其中平涵位于大坝左端坝体内,前中段基础座落在强风化岩体上,出口段基础置于第四纪冲洪积层上,于1957年动工兴建。平涵进口高程90.40m,出口高程89.60m,坡降为0.008,涵洞长100m,内径为0.74m,采用钢筋混凝土结构,壁厚0.120.15m。开挖时断面为1.41.2m2,超挖部分回填素混凝土,但整个涵洞施工质量差,且其内部布筋情况不详,导致结构强度低、内表面峰窝、麻面较多,漏水严重,在其后的运行过程中一直因安全问题不敢把水放大,且运行以来,一直未作处理,影响了水库灌溉效益的发挥。斜涵位于大坝内侧左岸山坡上,为方形钢筋砼结构,底部与消力池联接,设计时为阶梯式木塞启闭,1982年改建为斜式启闭,安装斜式启闭机一台,后来斜式启闭机报废,又改为木塞式,1996年发现斜涵消力池有漏水现象,2003年冬,县开发办对斜涵翻修,翻修后斜涵每级高0.5m,坡比为1:2,进水口内径为0.35m,管净空为1.000.50(m)。1.1.3 xx水库大坝安全鉴定1.1.3.1 水库运行情况分析大坝自1958年蓄水以来一直按县下达的汛期水位调度运行,运行情况基本正常,未发生过重大事故,每年都能安全渡汛,但水库仍存在不少问题,如2002年汛期,库水位为105.4m时,在坝脚平涵出口处有漏水现象,漏水量为1.8L/S,大坝下游坝脚贴坡排水上部有一灌溉渠道通过,坝左端下游坡脚有橡皮土区,并有局部塌陷等,另大坝下游坝脚贴坡排水上部有一灌溉渠道通过,是大坝安全管理的隐患。上游护坡块石砌筑高程偏低,且块石风化严重,并有架空、脱落现象,垫层流失严重,下游贴坡排水体表层块石也有部分风化,风化后成土夹石状,造成部分排水体空隙被堵塞,且排水体与坝土体间无垫层。1.1.3.2 水库存在主要问题1、上游坝坡未全面护坡,坝下游排水体已失效,坝体有蚁害,且一直未根除,坝脚有渗漏现象,坝基、坝肩有绕渗现象。2、溢洪道进口段边坡有塌(滑)坡现象,且未进行衬护,中部消力池被填平,已衬砌的导墙及底板有裂缝,挑流鼻坎后的泄洪渠未完建。 3、平涵进口消力池挡墙外部块石有脱落现象,平涵及消力池内表面蜂窝麻面严重,平涵结构强度低,内壁有裂缝,且有漏水现象,斜涵启闭设施落后。4、没有设置安全监测及水情观测设施。1.1.3.3 水库安全鉴定结论经现场察看和对大坝安全鉴定报告评议,结论如下:1.水库按30年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核,现有大坝坝顶高程满足规范要求。 2.据中国地震参数区划图(GB183602001),坝址区地震动峰值加速度小于0.05g,可不进行抗震安全复核。 3.大坝清基不彻底,残留覆盖物,存在坝基渗漏及坝肩浇渗问题。大坝上游块石护坡砌筑高程偏低,块石风化严重,有架空、脱落等现象,下游贴坡排水体表层块石局部风化,部分排水体空隙被堵塞。坝顶及坝坡凹凸不平,大坝存在蚁害迹象。大坝上、下游坝坡在设计、校核洪水位条件下不满足整体抗滑稳定要求。大坝结构安全性评价为C级。 4.坝体填土土质较差,碾压不足,填土质量差,渗透系数偏大,右坝段未设反滤排水设施,不满足土石坝防渗规范要求,坝脚存在多处渗漏点。坝体最大水平坡降大于允许坡降,存在渗透破坏隐患。大坝渗流安全性评价为C级。 5.溢洪道宽顶堰未完建,中部消力池已被填平。溢洪道边墙、消力池池长、挑流鼻坎末端至冲刷坑上游侧距离与冲刷坑深度不满足水力学要求。陡槽底板满足抗浮稳定要求,多处裂缝,结构不安全。消力池护坦及陡槽边墙高度不满足规范要求,挑流鼻坎后的泄水渠未建。溢洪道结构安全性评价为C级。 6.灌溉输水涵管蜂窝、麻面严重,管内壁存多处裂缝,有锈水渗出及析钙现象,存在接触渗漏问题。计算表明输水涵管配筋不满足强度及抗裂要求。斜管开启方式落后,消力池外部挡墙块石有脱落现象,强度较低。灌溉输水涵管结构安全性评价为C级。综上所述,xx水库存在严重工程安全问题,水库不能安全运行,根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全分类标准,xx水库属三类坝。对大坝维修加固意见建议如下。1.对大坝进行加固处理。 2.对溢洪道进行续建加固。 3.对灌溉放水系统进行改建或加固。 4.完善水库水情、雨情观测和大坝监测设施,改善进库公路及管理、通讯设施。 5.在水库进行除险加固前,应加强管理、科学调度,确保水库安全运行。1.1.4 设计任务由来xx水库是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖等综合效益的重点小(1)型水库。水库下游保护xx镇区和4个村委会等,人口0.5万人,耕地0.5万亩,还有京九铁路、105国道等交通干线,地理位置十分重要,水库一旦失事,将给下游人民和国家财产造成重大灾害。因此,水库正常安全运行至关重要。由于工程存在大坝渗漏严重、输水涵管破损、裂缝众多、漏水严重、排水棱体及溢洪道不满足规范要求,大坝蚁害严重等安全隐患,水库已不能安全运行和正常发挥效益。经鉴定,xx水库属三类坝,需进行维修加固。受xx县水务局委托,我院承担xx水库除险加固工程初步设计阶段勘测、设计工作。按有关规程规范要求,并根据大坝安全鉴定结论及本阶段地质勘测资料,经进一步复核和调查分析,编制完成本报告。1.2水文1.2.1 流域概况xx水库属xx支流住歧水系,发源于xx、永丰交界处的秧岭,自东向西流经上富、下富、郭家、港边、xx、住歧后汇入xx,库区呈长条形,库内各小溪多为峡谷,谷地坡降较大。水库位于xx县东北部,大坝轴线左端地理位置为东径11501102,北纬2702235 1424m/s。坝址以上集水面积5.8 Km2 1.2.2 水文气象洲水库所在地区降水量充沛,据xx县气象站实测降水资料统计,多年平均降水量1560.2mm。但降水量年际变化很大,最大年降水量2116.6mm(1997年),最小年降水量948.3mm(1963年),最大年降水量是最小年降水量的2.23倍;降水量年内分配亦极不均匀,汛期37月5个月间降水量占全年的64.4%,主汛期46月降水量占全年的45.9%,10月次年2月5个月间降水量仅占全年的19.7%。1.2.3 设计洪水xx水库洪水由暴雨引发,其发生的时间和洪水量级的变化,与降水的规律相一致。xx水库本次初设采用 “推理公式法”推求的设计洪水成果。1.3 工程地质区域工程地质概况:库区属构造剥蚀低山丘陵地貌单元,库周为低山,中间发育住歧水东支流,库盆大致呈SN向展布,坝下游为冲洪积山间小盆地。区内冲沟发育,河谷呈“U”形,两岸山坡一般较缓且稳定,植被发育良好,未发现明显的不良物理地质现象。地层岩性:本区出露地层为震旦系下统上施组(Z1shg)变质岩系及第四系松散堆积层(Q4)。查国家地震局中国地震动参数区划图(GB18306-2001),本区地震动峰值加速度小于0.05g,地震动反应谱特性周期为0.35s,相应地震烈度小于度,区域稳定性较好。坝基岩体为震旦系下统上施组(Z1shg)全强风化中薄层状绢云母千枚岩,岩层倾向下游偏左但倾角较陡,岩体中未发现倾向下游的缓倾角夹泥层或结构面,其力学性能远好于坝体填筑土,承载力可满足上部坝体填土的荷载要求,不存在沉降变形及抗滑稳定问题。坝基上部残留有一定厚度的第四系残坡积及冲洪积堆积层,岩性主要为粉土质砂(砾)、含砂(砾)低液限粘土(粉土),厚1.04.5m,呈可塑硬可塑状,具中等压缩性,其物理力学性质较好,承载力可满足上部坝体填土的荷载要求,不存在沉降变形问题。坝土体大部呈中压缩性,以可塑状为主。由钻孔注水试验及室内土工试验成果可知,坝土体的渗透系数大部在10-310-4cm/s数量级之间,主要呈中等透水性,溢洪道进口端底板为强风化基岩(绢云母千枚岩),两侧上部为残坡积(el-plQ4)含碎石粉土质砂(砾),下部为强风化绢云母千枚岩;明渠段底板和两岸(壁)均为绢云母千枚岩,岩体呈强弱风化(底板大部呈弱风化),未进行任何衬护,坡高(20m左右)且陡(6580),左壁中段边坡已有垮(滑)坡现象。斜涵及平涵前中段基础置于强风化岩体上,承载力可满足上部荷载要求。平涵出口基础置于第四系冲洪积层上。坝址附近粘性土料缺乏,所需防渗土料可在坝址WN方的桥下村附近开采,距坝址约3.5km,坝址附近无砂砾石料,需到xx县城xx边码头砂砾石料场购买。其砂砾石料质量和储量可满足设计要求,距离坝址约38km,运输方便。块石料可在峡江县移山采石场(位于105国道西侧)购买,1.4 工程任务和规模1.4.1 工程任务 xx水库总库容477万m3,xx水库工程的任务以灌溉为主,结合防洪、养殖等。水库除险加固后,能使水库效益得到更大发挥。1.4.2 洪水标准根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)及水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见的规定,近洲桥水库枢纽主体工程属于等,永久性主要建筑物为4级,永久性次要建筑物为5级,设计洪水标准为30年一遇。校核洪水标准为500年一遇。 1.5 工程布置及主要建筑物加固1.5.1 设计依据 水库工程规模为小(一)型,工程等别为等,大坝、溢洪道、输水建筑物等主要建筑物为4级建筑物,其他次要建筑物为5级建筑物。除险加固设计洪水标准为:30年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核,消能防冲建筑物按20年一遇洪水设计。主要依据为有关技术规程和规范;水库建设期设计、施工资料;历次加固有关资料;大坝安全鉴定报告书及安全鉴定材料;水文、地质勘探、测量成果等。1.5.2 工程总体布置 本次初步设计主要是对xx水库枢纽工程进行除险加固,主要加固项目有:大坝、溢洪道、坝下涵管、完善防汛公路等。1.5.3 挡水建筑物加固设计 勘察资料表明,坝土体大部呈中压缩性,以可塑状为主。由钻孔注水试验及室内土工试验成果可知,坝土体的渗透系数大部在10-310-4cm/s数量级之间,主要呈中等透水性,坝体填土不能满足均质坝的防渗要求。(1)坝顶高程复核与坝顶改造 经坝顶高程复核计算,坝顶高程满足规范要求。现状大坝顶为泥结石路面,大坝加固施工中将破坏坝顶现有的路面。为完善坝顶护面,对坝顶重新进行改造,设计泥结石路面,厚20.0cm,并在坝顶下游侧增设排水沟。(2)坝体加固设计经比较大坝加固方案为:在大坝上游坡加固顶宽3m,底宽5m,坡比为1:3.0的粘土护坡;下游坝坡加固为坡比1:3.0,在103m高程处设置2m宽马道,并在坝脚加设排水棱体。1.5.3 溢洪道加固设计根据工程现状及存在的主要问题,本次加固处理主要是续建原溢洪道宽顶堰及进口段,重建消能设施,同时对高度不够的边墙段进行加高1.5.4 输水涵管加固设计现灌溉涵管出现多处裂缝,有漏水现象,坝体与涵管接触面之间存在接触渗透问题,影响大坝安全。本次加固处理方案为在原坝下涵管内套入厚8mm,直径0.58m的钢管。1.5.5 蚁害治理根据水利部堤坝白蚁防治技术规范要求,堤坝工程扩建或除险加固时,必须对原堤坝工程内的白蚁隐患进行全面检查和彻底处理。结合xx水库大坝蚁害实际情况,决定采取诱杀白蚁的治理方案。蚁害防治处理工程量如下:坝体白蚁灭杀面积6500m2,周边50m的范围内山体白蚁灭杀15000m2。1.5.6 大坝安全监测设计xx水库大坝目前无任何安全监测设施,本次根据土石坝安全检测技术规范(SL60-94)要求设置渗流、水文及气象等安全监测项目。1.6 金属结构加固设计xx水库除险加固工程中的金属结构仅指输水涵管內套钢管。钢管采用A3钢材,内径0.58m,壁厚8mm,总长100m。17 施工组织设计 171 施工条件本工程现有交通公路通坝址,水库大坝距京九铁路6km、距105国道7km,但国道至水库的路面较差,需扩建修整。工程施工前期应先行对进库公路进行改造,以满足施工要求。施工期内施工、生活用水可直接抽取库水使用;施工、生活用电可就近接电网电。本工程所需工程建筑材料包括天然建筑材料和水泥、钢材(筋)等。水泥、钢材(筋)等建筑材料由xx县有关物质部门供应;天然建筑材料:土料在桥下土料场开采;石料、砂、卵石料外购进场。172 施工导流 根据本工程特点,导流标准采用12月次年1月,3年一遇洪水,相应水库最高水位95.0m。输水涵洞底板高程(90.4m)均低于导流时段12月次年1月最高库水位95.0m,需在上游堆筑土石围堰以及粘土心墙结合防水纺织布防渗。173 主体工程施工大坝加固主要施工项目有土方开挖、粘土回填、草袋土围堰、原干砌石护坡拆除、草皮护坡、排水棱体砌筑、上游坝脚抛石固脚等。174 施工总布置本工程施工作业区有大坝、溢洪道、坝下输水涵管,施工区内布置主要有施工生活用房、施工仓库、砼拌和系统、弃碴场、加工厂等。(1)施工生活管理用房、加工厂、仓库大坝下游附近地势平坦,可在此布置施工生活管理用房、仓库、钢材加工厂。新建生活用房及水泥仓库、炸药仓库及其它仓库600m2。(2)砼拌和系统分别在溢洪道进出口设置砼搅拌站,搅拌站各配置1台0.4m3砼搅拌机。(3)弃碴场弃碴场设在坝下游的小山凹,将小山塘填平。175 施工总进度除险加固工程拟分一个枯水期跨二个年度施工。自第一年10月开始施工准备,11月主体工程开始施工,至第三年1月底全部工程完成,总工期16个月,其中主体工程施工期14个月。1.8 环境保护和水土保持181 环境保护设计环境保护设计主要包括水质保护、环境空气质量保护、噪声防治及施工期人群健康保护。水质保护主要是对砂石料冲洗废水、混凝土拌制产生的碱性废水进行处理,环境空气保护主要是对砼拌和采取降尘措施,对交通扬尘采取防治措施,注意燃油机械尾气排放等。噪声防治可通过调整施工时段及对直接受噪声影响严重的施工人员进行防噪来解决。人群健康保护措施主要有施工区卫生清理和施工人员卫生防疫。182 水土保持设计水土保持设计主要措施包括土料场水保及弃渣场水保措施。土料场取料完成后,修建排水设施,用推土机回填表土,平整压实并种植水土保持草。弃渣主要在低处修建拦渣墙。183 环境监测环境监测主要进行水质、环境空气、噪声及人群健康观察。1.9 工程管理1.9.1 管理机构xx水库现由太山水库管委会负责管理,根据水利工程管理单位编制定员试行标准(SLJ70581)的规定,水库除险加固后结合目前管理现状,增设xx水库管理所,编制定员共3人。1.9.2 管理范围与保护范围工程区管理范围为:大坝上游库水向上不少于100m,下游坝脚线向下不少于150m;溢洪道右侧轮廓线向外不少于80m,上游至水面线以外不少于80m,下游至护坡端部以外 100m;其它建筑物从工程外轮廓向外不少于2050m。工程保护范围如下:大坝、溢洪道等主要建筑物保护范围在工程管理范围边界线外延不少于200m,次要建筑物在工程管理范围边界线外延不少于50m。库区保护范围为两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊线之间的陆地。为规范水库工程运行管理,水库管理范围和保护范围应尽快按国家有关法规完成确权划界。1.9.3 管理设施xx水库现无管理设施,已不适应水库的要求,应增设管理所。1除险加固设计新增大坝渗流量观测及上下游水位观测设施。2交通设施按水库工程管理设计规范(SL106-96)规定,防洪专用车一辆。 3改建防汛公路全长1.0Km,路面宽4.5m,其中行车道宽3.5m,路肩宽0.5m。1.9.4 管理办法依据有关法律法规,制订工程管理规程和条例,对水库进行控制运行,检查观测和养护维修。1.9.5 施工期工程管理施工期间,管理局及上级部门派人进行现场管理,并参与工程质量检查、监督、参加工程验收,协助协调各方关系。为更好地对除险加固工程施工进行控制,实行项目法人与工程监理制。1.10 设计概算1.10.1 设计依据水利部水部2002116号颁发的水利建筑工程概算定额、水利水电工程设备安装工程概算定额、水利工程施工机械台班费定额。1.10.2 工程总投资工程总投资2196.81万元(含水保、环保投资)。其中:建筑工程1580.76万元;设备及安装工程152.27万元;金属结构设备安装工程33.50万元;临时工程76.06万元;独立费用198.32万元;基本预备费102.05万元;水保33.50万元;环保20.35万元。1.11 经济评价xx水库除险加固工程的经济内部收益率为13.73%,大于社会折现率12%;经济净现值为127.90万元,大于零;效益费用比1.079,大于1。各项指标均满足工程经济评价合理性的要求,当工程费用增加5%、效益降低5%时,国民经济评价指标均满足相应要求,如果本次除险加固后的经济评价中计入水库溃坝的巨大经济损失(仅在总效益上增加5%)时,内部收益率可达14.89%,经济净现值可达215.21万元。因此该除险加固工程在经济上是合理的,应尽快实施。1.12 结论及今后建议xx水库总库容477万m3,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、养殖的小(一)型水库。工程位于xx县xx镇xx村,水库下游有xx镇区及xx、南溪、太山、江背等多个村委会,保护人口5千多,保护耕地面积5千余亩,水库大坝下游5Km处有京九铁路,2.5Km处有105国道,工程地理位置十分重要,一旦失事,后果非常严重,建议有关部门尽快开展水库除险加固建设,确保工程安全,更好地发挥水库综合利用效益。附表1-1:xx水库工程特性表序号名 称单位原加固设计(1984年)本次复核备注一水文特征1流域面积km25.555.622多年平均径流量429.6429.63多年平均降雨量mm150015004设计洪峰流量10476.39原设计P=2%本次复核P=3.3%5校核洪峰流量156132.11P=0.2%二水库特征1校核洪水位m111.12(107.72)109.94P=0.2%2设计洪水位m110.2(106.80)108.84原设计P=2%本次复核P=3.3%3正常蓄水位m107.5(104.10)107.5原设计中不带括号的高程为当时计算的与本次复核同一高程系的高程,括号内为当时错标在水位-库容曲线上与本次复核同一高程系的高程。4死水位m93.80(90.40)90.405总库容万m33324506兴利库容万m31873207死库容万m3118调节特征年调节年调节三枢纽建筑物1大坝:坝型均 质 坝坝顶高程m112.50(109.10)111.02-111.33防洪要求:111.37m最大坝高m20.020.0坝顶长度m110.0110.0坝顶宽m3.503.50坝基防渗形式截 水 槽2溢洪道型式:开敞式实用堰 明渠式宽顶堰底板高程M107.50(104.10)106.90(实际)起调水位仍为107.50m净宽M6.06.0全长M225.0239.7最大泄流量M3/s40.334.403输水平涵进口底高程M93.80(90.40)90.40全长M100.0100内径M0.740.74四工程效益1设计灌溉万亩0.350.352实际灌溉万亩0.350.353保护人口万人0.50.504保护耕地万亩0.50.505养鱼水面亩220220五施工1主要工程量土石方开挖万m33.28土石方回填万m31.26混凝土防渗墙万m20.78回填灌浆m20.11混凝土万m30.68钢筋T402.8干砌石翻修万m33.25砌块石万m31.322主要建筑材料木材m3112.42水泥万t0.42钢筋T436.42总工日万工日13.983总工期月17六经济指标序号名 称单位数量备 注原设计(现状)安全鉴定本次加固设计1静态总投资万元2196.81建筑工程万元1580.76机电设备及安装万元152.27金属结构设备及安装万元33.50临时工程万元76.06独立费用万元198.322基本预备费万元102.05多年平均效益万元293.45经济内部收益率%13.73经济净现值127.902 水 文21 流域概况xx水库位于xx县xx镇xx中游一级支流住岐水上游,坝址地理位置为东径11501122,北纬2702235,为xx县管辖,距xx镇6km,距xx县城里程38km。坝址下游56km处分别有京九铁路和105国道、铁路、国道与住岐水垂直相交。住岐水发源于xx、永丰两县交界处的秧岭,由东向西流径上富、下富、郭家、港边、xx、住岐后入xx。坝址以上流域形状呈扇形,其地形多为狭谷,河道比降陡,植被良好;住岐水中下游属低矮丘陵或平原性河流,河道比降平缓。xx水库流域水系及地理位置见图1-0 及图1-1。22 气象本流域属亚热带季风气候区,一年四季分明,气候温和,阳光充足,降水丰沛。据流域附近的xx县气象站19552003年气象观测资料统计,该区域多年平均气温18.3,最热月份一般为7月,最冷月份为1月或2月,历年极端最高气温41.3(1971、7、31),历年极端最低气温-7.6(1967、1、17);多年平均蒸发量1585mm(20cm小型蒸发皿,下同),最大年蒸发量1806.3mm(1978年),最小年蒸发量1386.3mm(1970年);多年平均相对湿度78%;多年平均风速2.5m/s,全年最多风向为北风,历年最大风速17m/s(1984年),相应风向SW,年最大风速多年平均值为12.1m/s;多年平均无霜期285d。xx水库所在地区降水量充沛,据xx县气象站实测降水资料统计,多年平均降水量1560.2mm。但降水量年际变化很大,最大年降水量2116.6mm(1997年),最小年降水量948.3mm(1963年),最大年降水量是最小年降水量的2.23倍;降水量年内分配亦极不均匀,汛期37月5个月间降水量占全年的64.4%,主汛期46月降水量占全年的45.9%,10月次年2月5个月间降水量仅占全年的19.7%。23 水文资料情况住岐水流域内和该流域附近的雨量观测站有:xx县气象站、xx雨量站。县气象站资料系列较长,有19552002年共48年实测雨量资料(其中有极少数年月的资料是插补延长的),xx站刊印有19651987年共23年资料。上述两站均为国家基本站,资料精度较高,可满足本次计算要求。另外,水库相邻1km有太山水库管理站设置的雨量观测站,该站于19861999年间有断断续续的日降水量观测资料,这部分资料未整编,其精度不能满足本次设计要求,仅供设计参考。在住岐水的邻近支流乌江和禾水,分别有寨头水文站和千坊水文站,两个站均属国家基本水文站。寨头站于1956年设立,集雨面积230km2,河道长34km,主河道比降4.14,有19572000年共44年实测洪水资料和1912年、1954年历史洪水资料;千坊站设立于1958年,集雨面积390km2,河道长43km,主河道比降6.47,有19582000年共43年连续实测资料,另有1826年、1920、1931年历史洪水资料。本次选择该两个站作为水文分析计算的参证站。24 设计洪水241 暴雨洪水特性据住歧水附近有关水文、气象站实测资料统计分析可知,本流域从3月开始进入汛期,年最大暴雨多发生在48月,以56月最多。据xx县气象站资料统计,最大一日暴雨出现在5月份的机率为27%,出现在6月份的机率为17%;最大三日暴雨出现在5月份的机率为25%,出现在6月份的机率为29%;有少数年份至十月份,还出现年内最大一日、最大三日暴雨。xx水库洪水由暴雨引发,其发生的时间和洪水量级的变化,与降水的规律相一致。24. 2 设计暴雨由于住岐水流域无水文观测站,流域附近也无合适的水文资料可移用,本阶段水库设计洪水主要采取由暴雨途径方法推求,故需分析计算xx水库流域的设计暴雨。因水库集水面积仅5.8Km2,洪水产汇流历时较短,所以重点分析短历时设计暴雨。242 .1 实测暴雨法 在太山水库坝址处有雨量观测站,南面距本流域中心约34km有xx县气象站、西面6km处有xx雨量站,均有降水量观测资料,可作为水库设计暴雨的参证站。太山水库坝址在19861999年间有不连续的降水量观测资料,资料系列很短、其观测精度也不满足本次设计计算要求,且没有短历时观测资料,经与xx站同期实测年最大一日降水量资料对比,两站发生最大一日降水量的时间和雨量值多数年份都基本一致,个别年份相差较大主要是本站资料缺测,因此,本次不对太山水库坝址站降水量资料作进一步分析计算,xx站的降水量刊印资料也仅有19651987年共23年系列,同样也缺少短时段降水量统计资料,其实测资料可供计算中参考对比之用。xx县气象站有49年(19552003年)实测降水量资料,年最大一日降水量资料系列完整,但年最大值1h、6h、24h时段降水量资料系列相对较短,仅有23年(1978/19802003年)。按年最大取样法,选取各站历年各时段最大降水量,分别组成暴雨系列并进行频率计算,按PIII型曲线进行适线,求得各站、各时段暴雨统计参数和相应的设计暴雨值。根据气象站同期实测年最大一日和年最大24h降雨资料分析,年最大24h降雨量与年最大一日降雨量的比值多年平均为1.13。因此,将县气象站xx站年最大一日雨量乘以1.13,分别求得两站由年最大一日暴雨经换算而得的年最大24h暴雨系列;另外,将气象站19571977年由换算而得的年最大24h降水量,插补到19782002年实测年最大24h暴雨系列中去,便获得气象站系列延长后的,即19552003年共49年的年最大24h暴雨系列。对上述两站各种形式的年最大24h暴雨系列按PIII曲线进行适线,求得各项暴雨统计参数。县气象站、xx站各时段暴雨统计参数见表2-1。表2-1 各站实测时段雨量统计成果表 雨量单位:mm 站名时段县气象站xx站1h(19802003)雨量均值40.4Cv0.306h(19802003)雨量均值71.7Cv0.3124h(19782003)雨量均值107.6Cv0.3624h(19552003)雨量均值112.1(系列延长)Cv0.43一日雨量均值99.6(99.2)95.2乘以1.13均值换算112.5(112.1)107.6Cv0.430.30备注19552002年共48年,()中的值为19631987年与xx站的同期值19651987年共23年242. 2 查手册法根据xx水库流域中心位置,查江西省暴雨洪水查算手册(以下简称手册附图:“江西省年最大一小时暴雨均值等值线图”、“江西省年最大6小时暴雨均值等值线图”、“江西省年最大24小时暴雨均值等值图”以及各时段暴雨的变差系数(Cv)等值图,得xx水库流域各时段设计暴雨均值和Cv值,按Cs=3.5Cs推求各设计频率下的设计暴雨量,见表2-2。表2-2 各频率设计成果表 单位:mm时段暴雨均值1h6h24h暴雨均值4580110Cv0.450.450.52设计暴雨P=0.1%153272434P=0.2%141.3251.2398.2P=1%113202311P=2%101180273P=3.3%93.9167251P=5%84.6151223P=10%72.0128185242. 3 设计暴雨采用成果分析从表2-1和表2-2中可以看出,手册查算的24小时暴雨均值与实测统计值非常接近,但短历时1h、6h暴雨查算值均大于实测统计值。经综合分析比较,本次设计洪水分析计算,设计点暴雨均值及相应的Cv值,拟推荐采用手册上的查算成果。24 . 3 设计洪水243. 1 流域参数复核本次采用万分之一地形图对水库坝址以上集水面积、主河长及比降进行了复核,复核成果见表2-3。表2-3 xx桥水库流域特征参数复核成果表项目本次安全鉴定1984年加固设计1957年技术设计F(km2)5.85.625.54.0L(km)4.64.55.02.5J()4.84.614.03.2243. 2 手册方法推求坝址设计洪水根据手册使用说明,集水面积大于50Km2的流域一般采用瞬时单位线法计算设计洪水,集水面积小于30 Km2的流域一般采用推理公式法推求设计洪水。当工程性质较为重要,而且要求有较为精确的设计洪水过程线进行调洪计算时,宜采用瞬时单位线法推求设计洪水。xx水库是重点小(一)型水库,坝址以上集水面积5.8 Km2。因此,这里分别采用推理公式法和瞬时单位线法计算其设计洪水,并进行分析比较。查手册的“产流”、“汇流”分区图可得,xx水库位于第I产流区,第推理公式(汇流)分区,第瞬时单位线(汇流)分区。根据设计暴雨成果的有关的流域参数,采用“推理公式法”选用dT=1h设计雨型,采用“瞬时单位线法” 选用dT=3h的设计雨型,分别推求xx水库各频率设计洪水。按照手册介绍的计算步骤分别进行雨量计算、雨量过程分配计算、净雨量计算、产(汇)流计算、地表洪水过程计算、地下流量过程计算,最后求得设计洪水过程。xx水库“推理公式法”设计洪水过程见表2-4。“瞬时单位线”设计洪峰流量见表2-5。表2-4 xx水库各频率设计洪水过程时段长dT=1h 流量单位:m3/s频率时段0.10.2123.310000020.40.36.95.44.73119.926.82118.3443.439.17160.554.65105.695.011510090.86167.2151.891.979.872.17134.8120.569.358.953.48102.391.853.139.634.597063.246.122.120.11037.533.825.319.918.1112926.120.215.513.91221.519.415.211.19.51314.312.910.16.55.8146.86.55.75.24.6155.65.25.04.44.0243. 3 水文比拟方法推求坝址设计洪峰流量在住岐水流域所在xx江段、及与之毗邻的所有大小支流上均无集雨面积相近、产汇流条件相仿的水文站。现只能在相对较近的支流上选择参证站,用水文比拟法推求xx水库坝址的设计洪峰流量,用于对“手册方法”暴雨洪水成果进行合理性分析。按照“实测流量系列较长、且控制流域面积尽可能接近工程”的原则。经分析比较。本次选取禾水上的千坊站、乌江上的寨头站二个水文站作为水文比拟法设计洪水计算的参证站。表2-5 xx水库不同途径设计洪水洪峰流量成果比较表单位:m3/s频率%暴雨洪水水文比拟法洪水前期成果备注推理洪水瞬时洪水(千坊)(寨头)1984年1957年0.1167.2128.12152.5110.80.2151.8117.8135.999.615950.77校核标准0.5111591.597.474.8210074.381.564.010432.27设计标准3.390.867.570.258.51059.441.545.040.0按年最大选样法选取各站实测年最大洪峰流量,并加入历史洪水组成不连续系列,采用P型曲线进行适线,分别计算千坊站、寨头站各设计频率的洪峰流量。水文比拟法推求xx水库坝址设计洪峰流量,就是用参证站设计洪峰流量,乘以坝址与参证站集雨面积之比的n次方求得,其计算式为:Q坝=Q参(F坝/F参)n;根据经验,n取2/3。各站各设计频率洪峰流量计算成果见表2-5。243. 4 设计洪水成果分析从表2-5中各种途径设计洪水成果可以看出,其它各种途径的洪峰流量均小于“推理公式法”设计洪水成果。对不同途径设计洪水作如下分析;本流域集雨面积为5.8km2,水文比拟法计算时所选用的两个参证站的集雨面积分别为230 km2和390 km2,坝址与两个水文站的集雨面积比分别为1/39和1/67,面积相差悬殊,面积比指数n的取值,对计算成果影响敏感;同时,两参证站在地理位置上与本流域相距较远,其暴雨产、汇流条件都有较大差异,所以水文比拟法所求的洪水成果可信度较低。另外 。此前历次水库除险加固或续建配套设计的洪水成果(本次仅选列了二次设计成果),由于受资料条件限制,其采用的流域参数、设计暴雨参数等均与本次采用值有一定的偏差,加之各次的计算方法也不尽相同,所以其计算成果有较大差异;瞬时单位线法洪水成果经调洪计算推求的水库校核洪水位,低于推理公式法的校核库水位,采用瞬时单位线法洪水成果作为设计依据,对水库安全不利。通过与邻近流域已建大中型水库设计洪峰流量模数的分析对比可以看出,xx水库“推理公式法”设计洪水对应各频率设计洪峰模数,基本处于所列工程的居中位置,详见表2-6。在单对数纸上点绘各工程的设计洪峰流量与集雨面积的关系,其点据分布呈线性关系,xx水库的点据分布于关系线附近。综上所述,本阶段推荐采用本次“推理公式法”推求的设计洪水成果。表2-6 xx水库坝址与邻近流域已建工程坝址设计洪峰流量及模数关系表水库名称所在县(市)集水面积(km2)设计洪峰流量(m3/s)设计洪峰模数(Q/F2/3)0.10.2120.10.212太山xx14.530427620918251.1246.4235.1530.61xxxx5.8167.2151.811510051.7947.0235.6231.00店下樟树56.284658557.6639.87潘桥丰城71.488658951.4834.22官溪吉州2033821045.8728.50横山2537924444.3328.54幸福峡江33.249229547.6328.5625 分期洪水由于坝址无实测水文资料,分期洪水按邻近的寨头水文站(F=230km2)19572003年实测资料按面积比换算,计算期分别为93月、92月、103月、102月、113月、112月。分期洪水成果见表2-7。表2-7 xx水库分期洪水成果表分期(月)9392103102113112P(%)511.811.78.46.38.15.5109.79.07.15.37.04.6207.46.35.74.25.63.6306.054.54.83.54.83.026 xx水库站网规划一站网规划及布设原则为充分利用流域水资源及确保水库自身安全,水库建成后应建立必要的水情、雨情及气象观测设施。库区内及坝址应各布置单个雨量站,水库管理站应布设水库水位站。水文气象资料是水库安全、高效运行的基础资料。因此对水文气象要素及水库状况应进行认真的观测、记录、整理、分析、存储,建议成立资料室由多人负责管理。3 工程地质31 工程地质勘察简述受xx县水务局委托,我院承担了该水库除险加固阶段的工程地质勘察工作。本次勘察遵照水利水电工程地质勘察规范(GB50287-99)、中小型水利水电工程地质勘察规范(SL55-93)、水利水电工程地质勘察资料内业整理规程(SDJ19-78)等规程规范,结合大坝安全鉴定报告审查意见和水库实际病险情。勘察工作的开展是在收集、分析、论证、利用前期勘察成果的基础上作补充,外业工作于2004年9月上旬至9月中旬进行,完成主要实物工作量见下表(包括收集、分析、利用前期勘察成果等),可以满足本工程除险加固要求。xx水库除险加固工程地质勘察工作量表工作内容比例单位数量备注坝址区平面地质测绘1:1000km20.06横剖面地质测绘1:500m320.02条纵剖面地质测绘1:500m175.01条井探m8.03井工程地质钻探m154.357孔钻孔注水试验次22钻孔压水试验段10原状土样试验组20建材土样试验组5水化学分析组13.2 库区地质概况3.2.1 地形地貌及物理地质现象库区属构造剥蚀低山丘陵地貌单元,库周为低山,中间发育住歧水东支流,库盆大致呈SN向展布,坝下游为冲洪积山间小盆地。区内冲沟发育,河谷呈“U”形,两岸山坡一般较缓且稳定,植被发育良好,未发现明显的不良物理地质现象。3.2.2 地层岩性本区出露地层为震旦系下统上施组(Z1shg)变质岩系及第四系松散堆积层(Q4)。震旦系下统上施组(Z1shg):岩性为中薄层状绢云母千枚岩夹粉砂质绢云母千枚岩,新鲜时为青灰色,风化后为灰黄色,鳞片变晶结构,千枚状构造,矿物成分主要为绢云母、石英等,是本区出露的主要地层,广泛分布于库岸山体及库盆基底。第四系松散层主要有残积坡积层(el-dlQ4)及冲积洪积层(al-plQ4)。残积坡积层(el-dlQ4):零星分布于山坡下部或坡脚一带,岩性为粉土质砂(砾),含砂低液限粘土(粉土)或为碎石混合土,厚度不等,一般0.52.5m。冲积洪积层(al-plQ4):分布于河床下部,厚0.53.0m。岩性上部为含砂低液限粘土(粉土)、粉土质砂,下部为粉土质砾(卵),局部为砂砾(卵)石。3.2.3 地质构造与地震本区地处华南褶皱系赣中南褶隆赣西南拗陷中的武功山玉华山隆断束构造单元中。基底褶皱强烈,为一轴向NENNE向的倒转复背斜构造。本区构造形迹较为复杂,主要呈NE向展布。发育比较明显的节理裂隙主要有N252W及N1030E两组,另外层间挤压及顺层裂隙发育。查国家地震局中国地震动参数区划图(GB18306-2001),本区地震动峰值加速度小于0.05g,地震动反应谱特性周期为0.35s,相应地震烈度小于度,区域稳定性较好。3.3 坝址工程地质条件及评价3.3.1 地形地貌及物理地质现象坝址区河床呈NNW向,河谷宽7080m左右,呈“U”字型,右岸为一凸出的山脊,左岸为一微凹岸,左右两岸山顶高程130140m左右,左坝轴线上游侧有一小山包(高程111.78m),山坡自然坡角3040。坝址区基岩大部裸露,岩体风化强烈,除右坝肩上游局部较陡存在小的崩塌外,坝址区基本无不良物理地质现象。水库近坝库岸边坡一般较缓,组成库岸的基岩为震旦系下统上施组绢云母千枚岩,岩层走向与库岸交角较大,无大的不利结构面或断层破碎带,上覆第四系残坡积层不厚且植被发育良好,除局部见小的
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