小二型水库除险加固工程初步设计报告 精品.docx

小二型水库除险加固工程初步设计报告 精品.docx

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小二型水库除险加固工程初步设计报告精品

****市******（名称）水库除险加固工程

初步设计报告

（名称）水利水电勘测设计院

二〇一一年十二月

1.综合说明

1.1序言

1.1.1工程基本概况

******（名称）水库，位于******城北环路（名称）口，修建于2004年，由北京国电水利电力工程有限公司设计，水库工程项目属于******城防护工程之一，是和县城汉江沿岸堤防工程为一体的项目工程，承担着县城东段防洪滞洪的重要作用。

******（名称）水库工程修建原因是：

汉江涨水时，汉江水倒灌。

因此必须找出一个合理的方案，能使（名称）水顺利排入汉江又不致使江水倒灌淹没其下游地区，采用在（名称）口316国道处的填方路堤蓄水滞洪后将经调节后的洪水经长820m的涵管排入汉江。

水库由大坝、放水塔、泄洪涵管、防洪闸门和排涝泵站组成，大坝型为粘土心墙土石坝，坝址位于******县城北环城路（名称）沟口。

控制流域面积17.5km2，现最大坝高19.35m，总库容64m3。

按照防洪标准要求，确定（名称）水库大坝的防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水效核，水库应该属于Ⅴ等工程，建筑物等级为5级。

水库主要为县城东段辖区2.31万人、0.18万亩菜地及相关城市基础设施免受洪水威胁。

该水库由******水利局下属的防洪工程运行管理站管理。

（名称）水库的修建由于受到了资金、施工设备和施工技术的限制，且水库处于县城中部，其位置特殊，受地形条件限制在建设时没有设置溢洪道，所有来水均通过压力涵管排入汉江，致使工程建成之时就存在不同程度的安全隐患，加之多年运行期间发生的洪水频率有所增加，同时，水库自投运后没有正常维修，水库病情严重。

（名称）水库为自由调节，当汉江涨洪时，洪水进入泄洪涵管，当水库水位高于汉江洪水位或汉江洪水位降落时，水库中的洪水通过泄洪涵管排入汉江。

按照规范要求，水库正常运行滞蓄三十年洪水。

因此，水库设计挡水位为389.57m，相应泄洪管径为2.5m，最大泄洪能力31.8m3/s，泄洪涵管采用钢筋砼承压管，进口高程373.773m，出口高程365.79m。

1.1.6工程现状存在的主要问题

水库修建以来，虽经历了多次洪水的考验，但在这些年来也出现了一些安全隐患，水库的正常运行存在一些问题，这些隐患和问题使水库带病运行，逐渐不能正常发挥效益。

工程存在的主要问题为：

1、（名称）水库坝顶高程达不到200年一遇校核洪水标准。

2、泄洪涵管底部冲刷严重，钢筋裸露较多，存在极大的安全隐患；涵管无通气孔。

3、涵闸锈蚀严重，丝杆锈蚀，开启关闭存在问题。

4、无安全监测设施。

为确保人民生命财产安全，充分发挥水库的综合效益，尽快进行水库除险加固是十分必要和迫切的。

1.1.7除险加固概况

2010年11月******水利局组织相关领导和专家对（名称）水库进行了安全鉴定，并将《大坝鉴定报告》上报省水利厅，列为全省重点小

（2）型病险水库除险加固项目。

此次（名称）水库除险加固将最大坝高度增加至21.7m，总库容82.2m3，泄洪涵管最大泄洪能力为27m3/s。

加高坝顶高程为392.85m，较原坝坝顶高程390.5高出2.35m,坝高增至为21.7m，坝顶宽度3m，其他参数保持不变。

临水面坡比采用l：

3.0的干砌石护坡，坡厚度0.5m，背水面坡为坡比1：

2.5的草坪护坡。

1.2水文及调洪演算

（名称）水库位于汉江一级支流（名称），坝址以上流域位于东经106°06′～108°30′，北纬32°27′～34°10′之间，坝址控制流域面积17km2。

（名称）为山间沟谷地带，河长6.8km，比降4.5‰。

设计洪水采用

（1）洪峰面积相关法

（2）综合参数法（3）根据暴雨资料三种方法计算其设计洪水流量。

1.3地质

花沟为一常年流水的“V”字形河沟，两岸为山岭，左岸边坡较陡，坡度为35～40°，右岸稍缓，坡度为25～30°，两岸植被覆盖较好。

（名称）地下水主要以潜水和裂隙水为主，根据钻孔资料分析，坝址区右岸农田枯水季节地下水位埋深1.5～2.5m，地下水位高程为375.20～376.50m。

1.4工程任务内容

工程主要任务内容由四部分组成⑴坝体加高，断面加固；⑵涵管修复；⑶闸门等部件的更换安装；⑷完善安全监测设施。

1.5工程总投资

投资主要指标：

工程总投资264.17万元。

其中，建筑安装工程费用为193.78万元，临时工程费用为18.08万元，独立费用为52.31万元。

表1-1工程特性表

序号及名称

单位

数量

备注

加固前

加固后

一、水文

1、坝址以上流域面积

Km2

17

17

2、主河道长

Km

6.8

6.8

3、多年平均降水量

mm

873.9

873.9

4、代表性流量

设计洪水标准及流量

m3/s

95.8

95.8

校核洪水标准及流量

m3/s

95.8

152

5、洪量

设计洪水洪量W12

万m3

413.85　

校核洪水洪量W12

万m3

656.64　

二、水库

1、水库水位

校核洪水位

m

390.5

393.7

设计洪水位

m

389.57

389.57

死水位

m

373.77

373.77

2、水库容积

总库容

万m3

64

82.2

校核洪水位以下库容

设计洪水位以下库容

万m3

49.59

49.59

兴利库容

万m3

49.59

49.59

死库容

万m3

0

0

三、工程效益

保护田地

万亩

0.18

0.18

保护人口

万人

2.31

2.31

四、主要建筑物

1、大坝

类型：

土石坝

地基特性

　土质

地震基本烈度/设防烈度

度　

6/6

6/6

坝顶高程

m

392

394.35

防浪墙顶

最大坝高

m

19.35

21.7

坝顶长度

m

106.2

106.2

坝顶宽度

m

3

3

2、泄洪涵管

地基特性

土基

进口高程

m

373.77

373.77

全长

m

820

820

设计流量

m3/s

27

27

无压洞堤坡

m

1/100

1/100

闸门形式

m×m

4.1×3.3

4.1×3.3

五、工程投资概算

工程总投资

万元

264.17

其中：

建筑工程

万元

　193.78

临时工程

万元

18.08　

其他费用

万元

52.31　

六、经济评价

经济净现值

万元

106.52

经济内部收益率

%

12.56

经济效益费用比

1.31

单位库容投资

元/m3

3.21

2.工程概况及现状情况

2.1工程概况

2.1.1（名称）水库

（名称）水库位于（名称）与（名称）环城路交叉口，距离（名称）汽车站约1km。

是座落于******城偏东的一座小

（2）水库,设计水库库容为64m3。

自建设以来，对******城部分地段防洪安全起了至关重要的作用。

（名称）水库是一座以防洪滞洪为主的水库，设计洪水标准为30年一遇的洪水，校核洪水为200年一遇（注：

由于资金等问题，坝顶高程仅相当于50年洪水水位高程390.5m）。

（名称）水库的主要用途是滞留（名称）上游来水和排泄（名称）内的洪水，当汉江及（名称）同时发生较大的洪水时候，（名称）水库先滞留（名称）的上游的来水，然后逐渐抬高库内水位，当库内水位高于汉江水位时，再将库内洪水通过压力泄洪涵管排入汉江。

（名称）水库的枢纽工程是一座粘土心墙土石坝，大坝坝顶高程为390.5m，坝顶宽度3m。

坝顶轴线长度117m（为东西走向），坝高19.35m，大坝迎水面边坡1：

3.0，采用干砌石护面；下游边坡为坡度1：

2.5的草皮护坡，降落高程386.2m的时候，存在一个广场，广场北边为（名称）水库，广场南边为环城路（316国道），环城路南为二里村田地或房屋，田地或房屋高程为376m，坝体与广场及316国道路基相连接，融为一体，大坝底部宽度达143.8m。

原设计断面示意图见图2-1

图2-1现状（名称）水库横断面图

2.2.2排洪涵管

（名称）水库排洪措施采用卧管式排洪（强度为C25泄洪涵管），泄洪涵管穿过316国道和二里桥的两处桥涵之后，再穿过汉江大堤至到汉江；泄洪涵管长820m，管径为2.5m，管壁厚0.4m～0.55m；泄洪涵管采用钢筋混凝土压力管道，进口高程373.77m，出口高程365.79m；泄洪涵管基础底座结构为1m×5m碎石垫层上接C15混凝土管座，管道转弯处设置镇墩。

入口处布置放水塔一座，结构为钢筋混凝土结构，内布置检修、工作闸门各一扇。

2.2.3排洪泵站

（名称）水库及其压力泄洪涵管可以解决坝址以上的洪水问题，但不能解决坝址至汉江堤防之间的洪水问题。

为充分发挥（名称）水库的滞洪泄洪作用，彻底解决（名称）的洪水问题，为此，在（名称）（316国道以下）设一处涵闸，涵闸处修建泵站一座。

修建本站及涵闸的作用原理是：

1、在汉江枯水期时候，城区内自流水和田地内的灌溉用水可以直接通过涵闸排入汉江。

2、当汉江涨水，水位抬高的时侯，涵闸将关闭，这时候汇入这种低洼地方的雨水不能自流进入汉江，必须依靠泵站通过动力提升，为此在涵闸一侧兴建排水泵站一座，（名称）泵站安装排水泵五台（4台工作1台备用，单机装机容量185kW，额定流量0.75m3/s），设计排水流量为2.83m3/s。

2.2工程现状

根据（名称）水库的作用及其排洪功能，可以将（名称）水库工程分为：

水库、放水塔、泄洪涵管、涵闸及排水泵站等。

现将主要运行情况分述如下：

2.2.1（名称）水库枢纽工程现状

（名称）水库原库容为64万m3，水库正常挡水位为389.57m，坝顶高程为390.50m。

根据《陕西汉江喜河水电站******城防护工程初步设计报告》中认为水库正常运行时具有滞蓄三十年一遇的洪水能力。

自工程竣工以来，（名称）水库防洪的关键作用逐渐体现，且防洪标准符合设计规范要求。

按国家《防洪标准》（GB50201—94）和《水利水电工程等级划分及设计标准》（SD252—2000）的有关规定，（名称）水库主要建筑物防洪标准确定为：

设计洪水标准为：

30年一遇；

校核洪水标准为：

200年一遇。

上游干砌石护坡在2010年的山洪中部分损坏，后经******水利局临时抢险修复，但未彻底修复。

2.2.2泄洪涵管现状

泄洪涵管采用C25钢筋砼承压管，进口高程373.77m，出口高程365.79m，涵管长820m，管径为2.5m，管壁厚0.4m～0.55m，。

涵管沿线基础为1m×5m碎石垫层上接C15混凝土管座，管道转弯处设置镇墩。

******水利局组织专业技术及管理人员，沿涵管实地踏勘，发现不仅仅出现多处渗漏，而且涵管底部多处（总长度大于60%）已经被洪水冲蚀严重，钢筋裸露，存在锈蚀。

如再不及时进行相应措施，若涵管冲蚀贯穿管壁，后果将不堪设想。

2.2.3放水塔、涵闸及排水泵站情况

放水塔目前运行情况良好，基本不存在安全隐患。

排涝涵闸是我县县城2.34平方公里内雨水、生活污水排放的唯一出口，为门洞型涵，进口底板高程365.5m，闸门为钢制平板闸，采用双面止水橡胶止水，闸门高4.1M宽3.3M，采用双吊点启闭机制动启闭闸门，非汛期污水由涵闸自然排放，汛期根据汉江水位涨势，污水由排涝泵抽排至汉江，涵闸随即关闭阻挡汉江洪水入侵县城，水进则挡，水退则开，闸门启闭频繁，它是（名称）水库防洪工程的重要组成部分。

由于锈蚀严重，于2009年4月进行了喷漆防锈处理，但仍然存在重大安全隐患。

（名称）泵站运行情况良好，负担较重，在城区雨水及汉江堤防渗透洪水压力下，显得有些力不从心，每逢汉江发生较大洪水导致闸内水位陡涨之际，泵站需从抗旱服务队借泵抽水。

归根到底，是因为闸门锈蚀关闭不密实，导致渗水倒灌淹没农田。

2.2.4安全监测设施情况

（名称）水库工程安全监测设施基本处于空白状况，建设初期，仅在放水塔一侧绘制有水位标尺，经过几年的老化腐蚀已经变得模糊不清，严重影响了大坝的安全监控，给水库的安全运行带来了很大隐患。

（名称）水库大坝枢纽和涵管没有沉降变形等稳定的监测设施。

其现状既无法满足大坝自身安全监测的实际需要，也不符合《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）的要求。

2.2.5（名称）水库存在的安全隐患

综上所述，（名称）水库存在的安全隐患有以下几条：

1、（名称）水库坝顶高程仅满足防洪标准为50年一遇的洪水水位高程，按照国家《防洪标准》（GB50201—94）的规范要求，（名称）水库必须满足200年一遇的效核洪水。

2、泄洪涵管底部冲刷严重，钢筋裸露处比较多，存在极大的安全隐患；涵管无通气孔。

3、涵闸锈蚀严重，并存在启闭问题。

4、（名称）水库安全监测设施不健全，唯一的水位标尺发挥不了作用，可以说（名称）水库无安全监测措施，存在很大的安全隐患。

3水文

3.1流域概况

（名称）水库位于汉江一级支流（名称），坝址以上流域位于东经106°06′～108°30′，北纬32°27′～34°10′之间，坝址控制流域面积17km2。

（名称）为山间沟谷地带，河长6.8km，比降4.5‰。

流域内山峦层叠，属于较复杂地形，（名称）由北向南汇入汉江，依据《****地区实用水文手册》进行计算。

采用Cs=2.0Cv，查得该流域的多年平均径流深Y=390mm、年径流变差系数Cv=0.49，及各频率的模比系数Kp值，按式Yp=Y·Kp，求得设计年径流深，然后根据式Wp=1000·Yp·F计算结果。

计算得：

（名称）水库处的多年平均径流量663万m3，多年平均流量0.21m3/h；

计算成果如表3-1：

年径流分析成果

表3-1

频率P（%）

1

2

5

10

20

50

75

90

95

99

Kp

2.48

2.24

1.92

1.66

1.37

0.92

0.65

0.45

0.35

0.07

Yp（mm）

967.2

873.6

748.8

647.4

534.3

358.8

253.5

175.5

136.5

27.3

Wp

（m3）

9962160

8998080

7712640

6668220

5503290

3695640

2611050

1807650

1405950

281190

流量m3/s

0.32

0.29

0.24

0.21

0.17

0.12

0.08

0.06

0.04

0.01

（名称）流域水系示意图

图3-1

3.2气象

该流域位于秦岭以南，属副热带季风气候，气温季节变化明显，夏季湿热多雨，冬季干冷少雨，冬季各月平均气温都在0℃以上。

同时，受秦岭和大巴山地形的影响，各处又具有不同的区域性气候特征。

一般春季回温快，天气不稳定，冷暖变化大，常有寒潮、霜冻、大风和浮尘天气；夏季降雨集中，时有暴雨发生，局部洪涝，常有不同程度的夏旱和伏旱；秋季较为干燥。

根据（名称）站1960～1999年资料统计，多年平均气温为14.5℃，以7月份气温最高，多年平均为25.6℃，1月份气温最低，多年平均为2.8℃。

极端最高气温为41.4℃（1966年8月16日）；极端最低气温为－10.8℃（1991年12月28日）。

多年平均气温小于等于5℃的日数为64.8日，大于等于25℃的日数为46.2日。

降水量随季风的进退而变化，形成明显的季节性。

此外，受地形的影响，形成降水分配的地域差异。

根据（名称）站1960～1999年资料统计，（名称）多年平均降水量为873.9mm。

从降水的年内变化来看，5～10月受西南季风和东南季风的影响，水汽充沛、降水集中，其间降水量可占全年降水量的80%，11月至翌年4月，盛行来自西北的大陆干冷季风，空气干燥，降水量少，仅占全年雨量的20%；从年际变化来看，最大年降水量1439.5mm（1983年），最小年降水量574.6mm（1966年），降水极差864.9mm，倍比为2.5倍。

（名称）气象站日降水量大于等于0.1mm的日数为121.4日，大于等于5mm的日数为43.1日，大于等于10mm的日数为25.9日，大于等于25mm的日数为8.2日，大于等于50mm的日数为1.9日，大于等于100mm的日数为0.2日。

流域内以东南风为主，春季风速最大，根据（名称）气象站1960～1999年资料分析，多年平均风速为1.4m/s；根据1978～1999年最大风速资料分析，最大风速可达21m/s（1978年4月30日）。

3.3洪水

******城区汉江支流洪水同汉江一样，均来自流域暴雨，水陡涨陡落、峰高量小、洪水历时较短，（名称）一般为1～2h，其它支流流域面积较小，洪水历时则更短。

通过县城区的这些汉江支流均无水文测站，没有实测水文资料，属无资料地区。

为了分析这些支流洪水，本次主要采用《****地区实用水文手册》中的关于无资料地区或缺乏水文资料的中小流域洪水计算经验公式推求设计洪水和根据暴雨资料推求设计洪水的方法进行，并结合洪水调查综合分析确定。

《****地区实用水文手册》所推荐的经验公式本身是通过广泛的历史洪水调查，按照河段、洪水、水系逐级进行合理检查，比较筛选，从中选用了其中107条河段，217场洪水资料作为分析洪峰流量经验公式的依据。

该手册所推荐根据暴雨资料推求设计洪水方法也是通过对****地区及邻区有实测雨洪资料的10个流域进行分析对比将本地区划分为五个产流区确定降雨径流相关来确定产流，再进行汇流计算确定洪水。

以上洪水计算方法均是通过对该地区的降雨、洪水调查分析，按照洪水计算理论得出的结论。

本次洪水计算仅利用手册中推荐的方法和成果。

县城区汉江支流（名称）的主要特征及参数见表3－2。

（名称）支流主要特征参数

表3－2

沟名

流域面积（km2）

河长（km）

比降（‰）

备注

（名称）

17

6.8

4.9

全流域17km2，316国道以下0.49km2

（1）洪峰面积相关法

Qp=Kp·F

式中：

Qp—重现期为P的设计洪峰流量（m3/s）

F—设计流域面积（km2）；

Kp、p—重现期为N的经验参数。

根据《****地区实用水文手册》中洪峰流量与面积经验公式分区图以及公式适用条件，该公式适用于流域面为10～1000km2。

（名称）属汶地区，Kp、p按区查算。

（2）综合参数法

Qp=Kη6p·Fa·Hβ6p·Jr

式中：

Qp—设计频率为P的洪峰流量（m3/s）；

F—设计流域面积（km2）；

J—主河道平均比降（‰）；

Hβ6p——设计频率为P的6小时暴雨模比系数；

η,a,β,r—分区综合经验性指数。

按《****地区实用水文手册》要求取值。

根据手册中图5-4得各支流流域6小时平均降雨量，由手册图5-5得变差系数Cv值，并由Cs=3Cv表得30年一遇模比系数（Kp），按公式H6p=Kp×h6得30年一遇降雨量，计算分析过程详见水文手册，这里不再赘述。

按综合参数法公式计算得出各支流设计重现期的洪峰流量。

（3）根据暴雨资料

根据暴雨资料推求设计洪水，是缺乏水文资料的中小流域最常用的一种方法。

暴雨是形成洪水的主要因素，通过暴雨间接推求设计洪水时，首先假定设计暴雨与设计洪水的频率是相应的。

（按照《****地区实测水文手册》要求进行计算）。

其分析计算的主要内容包括以下两部分

①产流计算

根据各条河流在《****地区实用水文手册》中所划分的产流区，按手册中降雨径流相关法的要求和计算过程来求得净雨过程。

该方法通过对本区及邻近区有实测雨洪资料的10个流域进行分析对比，将本地区划分为5个产流区，见手册图6—3。

可得出：

（名称）为Ⅳ区，即江北及白石河产流区；

②汇流计算

汇流计算采用"推理公式"，是把流域上的产流、汇流条件均匀概化以后，从水流的连续和运动方程，直接推求出设计流域出口断面洪峰流量，所利用公式为：

Qm=0.278×h/t×F

式中：

Qm—洪峰流量（m3/s）；

h—单一洪峰的净雨量（mm）；

F—流域面积（km2）；

t—流域汇流时间（h）；

0.278-单位换算系数。

按上述三种方法计算的各支流设计洪峰流量成果见表3-3。

（名称）支流洪水计算成果表

表3－3

河道名称

频率（％）

洪峰流量（m3/s）

洪峰面积法

综合参数法

暴雨推求法

（名称）

0.33

134

135

167

0.5

120

126

152

1

105

111

126

2

88.6

96.6

110

3.33

80.3

85.6

95.8

5

72

77

85.6

10

54.8

62.6

69.5

（4）洪水分析及结论

根据上述三种方法计算结果，计算结果相差不大，我们从建筑物安全的角度考虑，采用结果数值较大者作为本次设计的洪水结果值。

为了进一步确定******城（名称）洪水，除了进行洪水分析计算以外，还组织进行了各支流洪水的调查工作，但因时间和条件限制，均未调查到较大洪水，仅调查到一般洪水。

但根据洪水调查资料，距（名称）较近的瓦子沟，直线距离（名称）仅约30km，同属（名称）江北及饶峰河支流的汶池区，流域面积为12.5km2，接近（名称）11.1km2，调查得1958年发生洪峰为100m3/s的洪水，距今40年；中坝河属任洞区，直线距离（名称）仅约15km，流域面积14.6km2，调查得1954年8月发生洪峰为170m3/s的洪水，距今45年。

由以上调查成果可以看出，瓦子沟和中坝河流域面积和（名称）（名称）流域面积相当，同属小流域，且距（名称）较近，降雨条件、气候条件相似，作为（名称）（名称）洪水分析的参考是合理的，从这两个小流域调查成果来看，洪峰模数在8～12m3/s之间，（名称）汉江支流（名称）分析成果与本次分析计算的成果相当，可见，这次（名称）汉江小支流洪水分析成果是合理可靠的，可以作为******（名称）水库除险加固工程的洪水分析的成果。

******城（名称）河道洪水设计成果见表3-4

（名称）河道洪水设计成果

表3-4

P％

单位

（名称）

0.33

m3/s

167

0.5

m3/s

152

1

m3/s

126

2

m3/s

110

3.33

m3/s

95.8

5

m3/s

85.6

10

m3/s

69.5

3.4雨涝

（名称）位于城区范围内，每逢雨季，（名称）同时负担部分城区排涝任务。

根据******城规划，（名称）控制的排涝面积为1.092km2，合109.2hm2，其中山坡、沟道、菜地等面积43.6hm2，城区65.6hm2。

二里沟控制城区的排涝面积为0.60km2，合60hm2。

其中山坡，沟道面积20hm2，城区面积40hm2。