工程设计书榆山水库.docx
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工程设计书榆山水库
工程设计书榆山水库
工程设计书
项目规模：
小〔二〕型
建设性质：
新建
海阳市水利勘测设计院
二○一四年二月
新泰市翟镇榆山水库
工程设计书
批准：
鲁世之
审查：
王吉贤
项目负责人：
王永森
要紧参加者：
赵一宁
李亚运
陈卫平
海阳市水利勘测设计院
二○一四年二月
1综合说明
1.1工程概况
1.1.1工程位置
翟镇榆山水库枢纽工程位于新泰市榆山社区。
1.1.2差不多情形
该水库操纵流域面积1.21km2，流域长度为1.19km，干流坡度为0.038m/m。
该水库建成后，总库容为13.37万m³，兴利库容为8.24万m³，死库容为1.03万m³，校核水位为211.11m，设计水位为210.86m，兴利水位为209.50m。
1.2依据的要紧规范、规程及相关文件
1.2.1要紧文件
山东省小型水库洪水核算方法〔试行〕。
1.2.2依据的要紧规范、规程
〔1〕«水利水电工程初步设计报告编制规程»〔DL5021—93〕。
〔2〕«水利水电工程等级划分及洪水标准»〔SL252—2000〕。
〔3〕«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189—96〕。
〔4〕«砌石坝设计规范»〔SL25-2006〕。
〔5〕«溢洪道设计规范»〔SL253—2000〕
〔6〕«中小型水利水电工程地质勘察规范»〔SL55-2005〕
〔7〕«水库工程治理设计规范»（SL106-96）
〔8〕«砌体结构设计规范»〔GB50003—2001〕。
〔9〕«水工挡土墙设计规范»〔SL379—2007〕。
〔10〕«水工建筑物抗震设计规范»〔SL203—97〕。
〔11〕«水利水电工程施工组织设计规范»〔SL303—2004〕。
1.3工程规模等级与地震烈度设防标准
1.3.1工程规模、等别及建筑物级别
翟镇榆山水库总库容为13.37万m3，依照«水利水电工程等级划分及洪水标准»，该水库工程等别为Ⅴ等，大坝、溢洪道、放水洞等要紧建筑为5级建筑物，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。
1.3.2设计洪水标准
依照工程的重要性及规范规定，翟镇榆山水库设计洪水重现期为20年一遇，校核洪水重现期为200年一遇，溢洪道消能防冲设计标准为10年一遇。
1.3.3地震烈度
据«中国地震动参数区划图»〔GB18306-2001〕，该区地震动峰值加速度0.10g，相应地震差不多烈度为7度。
1.4设计洪水与调洪结果
本次工程设计洪水的运算方法依据〝山东省小型水库洪水核算方法〔试行〕〞规定的方法运算。
运算结果见表1-1、1-2：
翟镇榆山水库设计洪水成果表
表1-1
洪水指标
单位
P=5.0%
P=1.0%
洪峰流量
m3/s
36.87
58.52
最大24小时洪水总量
万m3
15.88
28.58
翟镇榆山水库调洪演算成果表
表1-2
项目
设计频率
P=5.0%
P=1.0%
设计入库洪峰流量〔m3/s〕
36.87
58.52
最高洪水位〔m〕
210.86
211.11
最大库容〔万方〕
12.67
13.37
最大泄量〔m3/s〕
29.0
36.87
2水文
2.1流域自然地理概况
翟镇榆山水库枢纽工程位于新泰市翟镇榆山社区。
该水库操纵流域面积1.21km2，流域长度为1.19km，干流坡度为0.038m/m。
水库流域属暖温带大陆性季风型气候区，四季分明。
流域多年平均降雨量为743.0mm，降水量年际变化较大，最大降水量为1453.0mm〔1964年〕，最小年降水量为443.7mm〔1989年〕；年内分配不均，其中6—9月降水量占全年的75%左右，形成春旱夏涝秋后又旱的局面。
流域气温在-21.6—39.5℃之间，多年平均气温为12.6℃。
春、夏、秋三季以东南风为主风向，冬季以西南风和北风为主风向，多年平均最大风速14m/s。
2.2设计洪水运算
2.2.1防洪标准
依照国家标准«防洪标准»〔GB50201—94〕及水利部«水利水电工程等级划分及洪水标准»〔SL252—2000〕，该水库工程等别为Ⅴ等，要紧建筑物为5级，次要建筑物为5级。
正常运用〔设计〕洪水标准20年一遇，专门运用〔校核〕洪水标准200年一遇。
2.3.2设计洪水推求
1、运算依据
〔1〕水利部«水利水电工程设计洪水运算规范»〔SL44-2006〕。
〔2〕«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕
2.3.3运算方法
本次水库除险加固设计洪水运算，采纳«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕进行运算。
2.3.4运算参数
翟镇榆山水库流域面积为1.21km2，自工程地点沿主河道量至分水岭得最大流程L为1.19km，相应于该河道的平均比降J为0.038m/m。
2.3.5设计洪水推求
〔1〕流域特点参数的运算
经运算得：
F2/5=1.079，J1/3=0.336
流域特点综合参数：
k=L/（J1/3F2/5）＝3.278
〔2〕设计暴雨量的运算
依照«山东省小型水库所在县暴雨统计参数分析成果»〔山东省水文水资源勘测局2007.10.9〕附表1查得：
新泰市多年平均最大24小时降雨量
=100mm。
新泰市多年平均最大24小时降雨量变差系数Cv=0.61。
采纳Cs=3.5Cv，应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线KP值表查得各频率KP值，并按下式运算各频率24小时降雨量H24P%：
H24P%=KP·
式中：
H24P%—某频率24小时降雨量〔mm〕；
—多年平均最大24小时降雨量〔mm〕；
KP—模比系数，应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线KP值表查得。
经运算，设计暴雨量运算成果见表2—1。
表2—1 设计暴雨量运算成果表
设计频率
P=5.0%
P=0.5%
〔mm〕
100
100
KP
2.22
3.68
H24P%〔mm〕
222
368
〔3〕单位面积最大洪峰流量的运算
经量算该工程地点以上流域比降为0.038m/m，依照〝«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕〞中关于山区和丘陵的划分要求，确定该流域属于山区。
依照流域综合特点参数及各频率24小时降雨量值，查〝«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕〞中泰沂山南山区qm～H24～K关系曲线得单位面积最大洪峰流量qm，运算结果见表2—2。
〔4〕最大洪峰流量的运算
Qm=qm·F
式中：
Qm—最大洪峰流量〔m3/s〕；
qm—单位面积最大洪峰流量〔m3/（s·km2）〕；
F—流域面积〔km2〕。
最大洪峰流量运算成果见表2—2。
表2—2 最大洪峰流量运算成果表
设计频率
P=5.0%
P=0.5%
qm〔m3/（s·km2）
30.47
48.36
F〔km2〕
1.21
1.21
Qm〔m3/s〕
36.87
58.52
〔5〕洪水总量的运算
1〕洪水总量运算
以设计标准的最大24小时暴雨量
的75%，加上前期阻碍雨量Pa，查P+Pa～hR降雨径流关系曲线求出净雨hR，再以净雨hR乘上流域面积F即得到洪水总量W：
W=0.1hR×F
其中，前期阻碍雨量Pa取40mm。
各频率洪水总量运算成果见表2—3。
表2—3洪水总量运算成果表
设计频率
P=5%
P=0.5%
P〔mm〕
166.5
243.4
P+Pa〔mm〕
206.5
283.4
hR〔mm〕
131.23
204.91
F〔km2〕
1.21
1.21
W〔万m3〕
15.88
28.58
2〕洪水过程运算
洪水过程按三角形运算，洪水历时T〔即三角形过程的底宽〕按下式运算：
T=W/〔1800·Qm〕
式中：
W—洪水总量〔万m3〕；
Qm—最大洪峰流量〔m3/s〕；
T—洪水历时〔h〕。
涨洪历时为三分之一T，即最大洪峰Qm显现在三分之一T的地点。
运算成果见表2—4。
表2—4 洪水过程运算成果表
设计频率
P=5%
P=0.5%
W〔万m3〕
15.88
28.58
Qm〔m3/s〕
36.87
58.52
T〔h〕
2.39
2.71
T/3〔h〕
0.80
0.91
2.3.6调洪运算
1、水库水位～库容～泄量关系
翟镇榆山水库溢洪道为无闸操纵开敞式，溢洪道底宽12.0m，设计堰顶高程为209.50m。
依照〝«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕〞中对小型水库溢洪道泄量的运算要求，翟镇榆山水库溢洪道泄量可采纳以下简化公式进行运算。
式中：
M—流量系数，M=1.50；
B—溢洪道宽度〔m〕；
h—溢洪道堰顶以上的水深〔m〕。
翟镇榆山水库水位～库容～泄量关系见表2—5。
表2—5翟镇榆山水库水位～库容～泄量关系
水位〔m〕
库容〔万m3〕
调洪库容〔万m3〕
泄量〔m3/s〕
209.50
9.29
0
0
210.00
10.24
0.95
6.36
210.50
11.65
2.36
18.00
211.00
13.06
3.77
33.07
211.50
14.48
5.19
50.92
2、调洪演算
翟镇榆山水库是一座无闸操纵开敞式溢洪道的小型水库，调洪演算可采纳«山东省小型水库洪水核算方法»〔试行〕中的图解法进行。
本次设计调洪演算起调水位取溢洪道底高程，即起调水位为209.50m。
调算过程见图2—1，各频率调洪演算成果见表2—6。
表2—6调洪演算运算成果表
设计频率
P=5%
P=0.5%
最大下泄流量〔m3/s〕
29.00
36.87
调洪库容〔104m3〕
3.38
4.08
库容〔104m3〕
12.67
13.37
最高水位〔m〕
210.86
211.11
由表2-6看出，翟镇榆山水库20年一遇设计洪水位210.86m，最大下泄流量为29.00m3/s，200年一遇校核洪水位211.11m，最大泄流量36.87m3/s。
图2—1调洪演算图
2.3水位～面积、水位～库容曲线图
图2—2水位～面积、水位～库容曲线图
3工程地质
3.1自然地理与地质概况
1、地势地貌
翟镇榆山水库属山区地势地貌，山势陡峭。
2、地层岩性
库区内出露地层要紧有新生界第四系冲洪积地层，颗粒较粗，岩性以砾砂为主，分布于河流底部，厚度约为1.0～2.0m左右。
其下底部为花岗岩，强风化厚度约2.0～2.5m左右，坝址两岸出露岩性亦为花岗岩。
3、水文气象
该区属暖温带大陆性季风型气候，四季分明，流域内多年平均降雨量743mm，历年最大降雨量1453mm，最小降雨量443.7mm，多年24小时平均降雨量100mm，最高气温39.5度，最低-21.6度，该区最大冻土深度为0.50m。
4、地质构造与地震
库区内断裂构造带不发育，区域构造相对稳固。
据«中国地震动参数区划图»〔GB18306-2001〕该区地震动峰值加速度0.10g，相应地震差不多烈度为7度。
5、水文地质条件：
该区地下水按含水层岩性及其埋藏条件分为基岩风化裂隙水和第四系松散岩类孔隙潜水二种类型，基岩裂隙水要紧埋藏于岩石表层风化裂隙和构造裂隙中，同意大气降水及地表库水补给，含水量较少，水质良好，向河流下游和沟谷低洼处排泄。
第四系松散岩类孔隙水分布于山间河床和冲沟内的冲洪积松散层中，同意大气降水及地表库水补给，水量丰富，向河流下游排泄，水质良好，对混凝土无腐蚀性。
4设计依据、标准
4.1设计依据
4.1.1、有关规范、规程
1、«水利水电工程初步设计报告编制规程»〔DL5021—93〕；
2、«防洪标准»〔GB50201—94〕；
3、«水利水电工程等级划分及洪水标准»〔SL252—2000〕；
4、«水利水电工程设计洪水运算规范»〔SL44—2006〕；
5、«水闸设计规范»〔SL265—2001〕；
6、«碾压式土石坝设计规范»〔SL274—2001〕；
7、«溢洪道设计规范»〔SL253—2000〕；
8、«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189—96〕；
9、«水工建筑物荷载设计规范»〔DL5077—1997〕；
10、«水工建筑物抗震设计规范»〔SL203—97〕；
11、«水利水电工程钢闸门设计规范»〔SL74—95〕；
12、«水利水电工程启闭机设计规范»〔SL41—93〕；
13、«中国地震动参数区划图»〔GB18306—2001〕；
14、«水库工程治理设计规范»〔SL106—96〕；
15、«水利水电工程施工组织设计规范»〔SL303—2004〕；
16、«环境阻碍评判技术导那么—水利水电工程（2003年7月公布，HJ/T88-2003）»；
17、«水利建设项目经济评判规范»〔SL72—94〕；
18、«水土保持综合治理技术规范»〔GB/T16453—96〕；
19、«水工建筑物抗冰冻设计规范»〔SL211-2006〕。
20、«水利水电工程地质勘察规范»〔GB50287-99〕
21、«中小型水利水电工程地质勘察规范»〔SL55-2005〕
22、山东省小型水库洪水核算方法〔试行〕
5.1.2、勘探测量资料
坝址区地势图〔1/10000〕；实测枢纽工程1:
1000地势图；
5.1.3水文气象数据
水库流域多年平均气温12.6℃，历年最高气温39.5℃，历年最低气温为-21.6℃。
多年平均降雨量743mm，最大年降雨量1453mm，最小年降雨量443.7mm。
多年平均径流深200mm，多年平均最大风速14m/s；设计采纳风速14m/s。
4.2设计标准
1、防洪标准
依照工程的重要性及规范规定，翟镇榆山水库设计洪水重现期为20年一遇，校核洪水重现期为200年一遇，溢洪道消能防冲设计标准为10年一遇。
2、、操纵运用
水库泄洪采纳无闸操纵的开敞式溢洪道。
3、、消能防冲标准
依据«水利水电工程等级划分及洪水标准»〔SL252—2000〕的规定，溢洪道消能防冲设计洪水标准为10年一遇。
4.3地震设防烈度
据«中国地震动参数区划图»〔GB18306-2001〕，该区地震动峰值加速度0.10g，相应地震差不多烈度为7度。
4.4水库特点指标
翟镇榆山水库特点指标详见表5-1。
翟镇榆山水库特点指标表表5-1
项目
单位
建成后
流域面积
km2
1.21
水位
死水位
m
203.00
兴利水位
m
209.50
设计洪水位P=5%
m
210.86
校核洪水位
m
211.11
防洪高水位P=0.5%
m
211.11
泄量
频率P=5.0%
m3/s
29.00
频率P=0.5%
m3/s
36.87
库容
死库容
104m3
1.03
兴利库容
104m3
8.24
调洪库容
104m3
4.10
总库容
104m3
13.37
4.5枢纽工程总体布置
水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水洞组成。
大坝坝型为粘土心墙坝坝，坝后新建排水体，溢洪道位于大坝左侧，放水洞位于大坝桩号0+104处，为φ250PE管，坝后φ250闸阀操纵,新建闸阀室。
5大坝设计
5.1规范采纳及运用条件
1、规范采纳
大坝按照«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189-96〕进行设计。
2、运用条件
大坝设计条件分为正常运用和专门运用两种条件：
（一）正常运用条件情形
1．水库水位处于设计洪水位、正常蓄水位以及死水位之间所形成的稳固渗流期；
2．水库水位在设计洪水位、正常蓄水位以及死水位之间的经常性的正常降落。
〔二〕专门运用条件
1．校核洪水位情形；
2．正常运用条件遇地震。
5.2大坝设计差不多要求
5.2.1坝顶高程运算
1、坝顶超高运算
〔1〕波浪爬高运算
1〕差不多数据
①水位：
兴利水位为209.50m，设计洪水位〔P=5.0%〕为210.86m，校核洪水位〔P=0.5%〕为211.11m。
②风速：
坝址处多年平均最大风速为14.0m/s。
依照«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189—96〕规定，正常运用情形下，采纳多年平均最大风速的1.5倍，即14.0×1.5＝21.0m/s，专门运用条件下，取多年平均最大风速14.0m/s。
③风区长度：
风区长度由1/10000地势图上量算。
④水域平均水深：
设计情形下Hm＝6.82m，校核情形下，Hm＝6.97m。
2〕波浪要素运算
波浪要素按照莆田实验站公式进行运算：
Tm=4.438hm0.5
Lm=gTm2/（2π）
式中：
g—重力加速度〔m/s2〕，g=9.81m/s2；
hm—平均波高〔m〕；
Tm—平均波周期〔m〕；
Lm—平均波长〔m〕；
Hm—水域平均水深〔m〕；
D—风区长度〔m〕；
W—运算风速〔m/s〕。
3〕波浪爬高运算
平均爬高采纳«规范»中的莆田试验站公式：
式中Rm—平均波浪爬高〔m〕；
hm—平均波高〔m〕；
Lm—平均波长〔m〕；
KΔ—斜坡的糙率渗透性系数，依照护面类型查«规范»〔附表
A.1.12－1〕，水库大坝为砌石护面，取K△＝0.78；
KW—体会系数，由风速、坝前水深H，重力加速度g所组成的无维量W/
查«碾压式土石坝设计规范»表A.1.12—2求得；
m—斜坡的坡度系数，取m=2.25
波浪爬高按下式运算：
Rp=Kp·Rm
式中Rp—设计爬高值〔m〕，关于4、5级土石坝，取累积概率p=5%的爬高值R5%。
Kp—由hm/H查«碾压式土石坝设计规范»表A.1.13，得p=5%时，
Kp=1.84。
波浪爬高运算成果如表5—1。
表5—1波浪爬高运算成果表
运算情形
平均波高hm（m）
平均波长（m）
KΔ
KW
坡率
平均爬高（m）
波浪爬高（m）
正常蓄水位+专门运用条件+地震涌浪高
0.121
3.711
0.78
1.0165
2.25
0.215
0.397
设计洪水位+正常运用条件
0.188
5.786
0.78
1.0787
2.25
0.357
0.656
校核洪水位+专门运用条件
0.121
3.716
0.78
1.0125
2.25
0.229
0.421
〔2〕大坝超高运算
依照«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189—96〕，坝顶在水库水位以上的超高按下式确定：
Y=R+A
式中Y—坝顶在静水位以上的超高〔m〕；
R—风浪沿着坝坡的最大爬高〔m〕；
A—安全加高〔m〕，正常运用条件取A=0.5m，专门运用条件取
A=0.3m。
坝顶超高运算成果如表6—2。
〔3〕地震涌浪高
依照«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»〔SL189—96〕，在地震区地震涌浪高度可依照设计烈度和坝前水深采纳为0.5-1.0m，本工程取地震涌浪高为0.5m。
依照«小型水利水电工程碾压式土石坝设计导那么»（SL189—96），坝顶在水库静水位以上的超高由下式确定:
Y=R+A
式中:
Y—坝顶在静水位以上的超高（m）；
R—风浪沿着坝坡的最大爬高（m）；
A—安全加高（m），正常运用情形取A=0.5m,专门情形取A=0.3m。
表5—2坝顶超高运算成果表
运算情形
水位
（m）
波浪爬高
R（m）
安全加高A（m）
坝顶超高（m）
正常蓄水位+专门运用条件+地震涌浪高
209.50
0.397
0.30
0.697
设计洪水位+正常运用条件
210.86
0.656
0.50
1.156
校核洪水位+专门运用条件
211.11
0.421
0.30
0.721
〔4〕坝顶高程的确定
坝顶高程等于水库静水位与超高之和，按以下三种运用情形运算，取其最大值。
①设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高，运算大坝顶高程为212.01m；
②校核洪水位加专门运用条件的坝顶超高，运算大坝顶高程为211.83m；
③正常蓄水位加专门运用条件的坝顶超高，再加地震涌浪高，运算大坝顶高程为210.70m。
本次设计坝顶高程取为211.50m，新建防浪墙0.60m，新建防浪墙顶高程为212.10m。
5.2.2坝顶构造
1、坝顶宽度
依照经济原那么和满足防汛交通要求，设计坝顶宽度采纳4.0m。
2、防浪墙
综合考虑设计坝顶取为211.50m，加0.6m防浪墙。
3、坝顶路面
坝顶路面设计为20cm厚泥结碎石路面，下游侧设置路缘石，坝顶路面向下游坡倾斜1.5％坡度。
5.2.3、坝坡
按照安全经济的设计原那么，大坝上游坝坡比为1:
2.25，下游坝坡比为1:
2.50。
5.2.4大坝护坡
本次设计上游护坡自死水位至兴利水位下1m采纳干砌块石护坡，自兴利水位下1m至坝顶采纳干砌方块石护坡型式，护坡脚设置浆砌块石齿墙；下游坝坡采纳草皮护坡。
5.3加固后大坝稳固运算与成果分析
1、运算断面及参数
坝坡稳固运算取桩号0+067为典型断面同，各种土料的物理力学指标如表5—3。
表5—3大坝土料要紧物理力学指标表
指标
土料
干容重
（KN/m3）
饱和容重
（KN/m3）
粘聚力（KPa）
内摩擦角
（度）
0+067
断面
壤土坝壳
16.4
19.6
19.5
24.2
粘土心墙
16.1
19.9
22.3
18.0
坝基砾砂
16.0
17.5
0
32
2、运算工况
〔1〕上游坡
①上游1/3坝高水位，下游相应的最低水位；
②上游正常蓄水位，下游相应的最低水位；
③上游设计洪水位，下游相应水位；
④上游校核水位，下游相应水位。
〔2〕下游坡
①上游正常蓄水位，下游相应的最低水位；
②上游设计洪水位，下游相应水位；
③上游校核水位，下游相应水位。
3、运算成果
各种组合情形下坝坡稳固运算成果如表5—1、图5—2至图5—4。
表5—5大坝坝坡稳固运算成果表
运算
断面
运算工况
圆心坐标（m）
滑弧半径（m）
抗滑稳固安全系数
X
Y
运算值
规范承诺值
0+067
断面
上游
坡
1/3坝高水位
12.287
19.707
23.264
1.711
1.15
正常蓄水位
10.388
18.837
22.190
1.751
1.15
设计水位
9.190
20.307
23.635
1.778
1.15
校核水位
8.041
21.777
25.106
1.790
1.25
下游
坡
正常蓄水位
4.276
30.870
31.700
1.609
1.15
设计水位
4.276
30.870
31.700
1.607
1.15
校核水位
5.435
38.220
39.206
1.594
1.25
备注
Y轴垂直向上为正。
运算上游坡时，坐标原点位于上游坝角，X轴指向下游为正。
运算下游坡时，坐标原点位于下游坝脚，指向上游为正。
4、运算
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