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野猪凼山塘初步设计毕业设计

野猪凼山塘初步设计——毕业设计

野猪凼山塘工程初步设计

作者：

指导老师：

1.综合说明

1.1工程概况

野猪凼山塘工程位于辰溪县罗子山瑶族乡桂林村境内，属沅水二级支流水獭溪上游。

坝址距县城82km，距罗子山瑶族乡政府2km，是一座以灌溉为主，结合养殖、乡村供水等综合利用的骨干山塘。

坝址控制集雨面积0.08km2，干流长度0.32km，平均坡降218‰。

工程按20年一遇设计，200年一遇校核，山塘总库容为1.78万m3，正常库容1.63万m3，设计农田灌溉面积80亩。

该山塘枢纽工程由大坝、溢洪道、输水建筑物（涵卧管）等组成。

其中大坝为心墙土坝，设计坝高14.8m，设计坝顶高程为399.5m，坝顶宽3m。

溢洪道设计位于大坝右岸，紧邻坝端，为梯形宽浅式溢洪道，设计底宽为2m。

输水建筑物涵管直径φ30cm，卧管直径φ25cm。

由于桂林村是罗子山中型水库库区移民搬迁村，又是辰溪县少数民族聚集的边远地带。

全村总人口320人，土地面积2.67km2，耕地面积269亩，其中水田175亩，旱地94亩。

该村山多田少，水利基础设施相当薄弱，农田全部为天水田，经常受干旱问题困扰，群众生活饮水相当艰难，该村、乡两级多次向水利部门争取在桂林村新建一山塘项目。

2009年10月经县水利局技术人员实地勘测，进行可行性研究分析论证，认为可行，故计划在该村野猪凼修建一骨干山塘，并对其长1550m配套灌溉渠道进行三面砼防渗。

该工程计划2009年12月开始动工，2010年5月建成蓄水。

该山塘建成后灌溉效益突出，可灌溉农田面积80亩，解决全村320人的饮水问题。

1.2水文

野猪凼山塘总库容1.78万m3，正常库容1.63万m3。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《中华人民共和国防洪标准》（GB50201-94）的规定：

野猪凼山塘属小型骨干山塘工程，大坝为粘土心墙坝，工程等级参照五级建筑物。

根据国家标准要求，按20年一遇设计、200年一遇校核。

野猪凼山塘多年平均气温17℃；多年平均降雨量1314mm，58.99%的降雨集中在4～8月；多年平均日照时数1468.8h；多年平均蒸发量1329.9mm，其中7～9月蒸发量为586.1mm,占全年的44.1%；多年平均无霜期293d；多年平均风速1.9m/s，实测最大风速14m/s。

野猪凼山塘洪水计算成果

频率

洪峰流量

洪水总量

最高洪水位

相应库容

最大下泄量

P（%）

Q（m3/s）

W（万m3）

Z（m）

V（万m3）

qm（m3/s）

0.5

1．66

2.22

398.65

1.78

1.65

1．24

1.43

1.75

1.11

1.25

1.3工程地质

野猪凼山塘地理坐标为东经110°26′29″，北纬27°40′51″。

坝址及库区在大地构造上为雪峰山隆起带的雪峰复式背斜中段，地貌上属侵蚀构造中低山丘陵的峰脊峡谷，库内山势陡峭，海拔高程在390～520m之间。

枢纽坝址处溪谷在横断面上呈“V”字型,谷底基岩裸露。

左岸山坡坡度在55～70°之间，右岸山坡坡度在40～65°之间。

两岸山体雄厚，岩体完整，植物高大茂盛。

山间冲沟不甚发育，植被覆盖很好，一般雨季有水，旱季干涸。

经地表察勘，发现库坝区均由上古生代及中生代第四系地层组成。

出露的地层岩性主要为元古界板溪群漠滨组的浅变质中厚层状粉砂质、泥质板岩及千枚状板岩。

第四系的残积层主要为粘土夹碎石、砾质粉质粘土等。

库区及坝址地质构造以褶皱、节理、裂隙为主，枢纽部分未见有区域性的断裂通过。

坝址区岩层走向与坝轴线斜交，岩层倾向上游，倾角大致为26～30°。

由于岩层古老，且长期受构造应力作用，岩体破碎，节理、裂隙较为发育，岩体表层风化剧烈，其强风化深度为10～15m。

1.4工程任务和规模

桂林村总人口320人，土地总面积2.67平方公里，耕地面积269亩，其中水田175亩，旱地94亩。

该工程任务和规模为通过在桂林村新修骨干山塘一口及其1550m渠道配套砼防渗建设，提高当地粮食产量，改善生态环境，为桂林村的经济发展创造有利条件。

1.5工程设计

1.5.1工程等级及洪水标准

野猪凼山塘集雨面积0.08km2,总库容1.78万m3,设计灌溉面积80亩，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000的有关规定，该工程为小型骨干山塘，工程等级参照五级建筑物，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。

项目区地震烈度小于Ⅳ度，故工程设计时不考虑地震荷载。

1.5.2设计内容

1.坝体结构设计：

野猪凼山塘最大坝高14.8m,设计为心墙土石坝,集雨面积0.08Km2,坝顶轴线长36.7m,坝底轴线长14.5m。

将坝体的填筑材料分为三个区，一区为黄土心墙区，二区为过渡区，三区为土石混合区；坝体排水为贴坡排水；内坡护坡采用干砌块石护坡，外坝采用草皮护坡；排水沟及踏步采用C15砼浇筑。

2.卧管设计：

根据作物灌溉制度计算得输水流量为：

Q＝0.008m3/s，放水卧管根据实际地形布置在大坝左岸，卧管全长14.2m，管顶高程400m,管顶设φ50的通气孔，管底与消力井顶板相接。

卧管最上层的放水孔中心高程为398.0m，最底层放水孔中心高程为392.5m，放水孔间距（高差）0.8m,放水孔内径0.1m。

卧管采用φ250mmpvc排水管做内模，为钢筋砼卧管，壁厚20cm，横向配筋φ8 @200，纵向筋选用φ10 @150。

3.涵管设计：

根据野猪凼山塘的泥沙淤积要求,山塘设计死库容为1024m3,对应高程为392.0m,因此放水涵管的进口底板高程为392.0m,涵管的断面尺寸为φ300mm,为钢筋砼涵管，设计坡降i=1/200,壁厚20cm，横向配筋φ10 @200，纵向筋选用φ10 @200。

4.溢洪道设计：

溢洪道为宽浅式梯形，布设在大坝右岸的山坡上，紧靠大坝修建而成，地基为变质灰页岩，表层为弱风化状。

溢洪道主要由进水渠、泄洪槽组成。

5.渠道设计：

灌溉渠道原有550m,新修1000m，断面0.2*0.2m，底坡i=1/1000,采用C15砼三面砼防渗。

1.6环境影响及水土保持

野猪凼山塘工程的实施能解决桂林村农田的灌溉和村民供水，是一项社会公益性工程。

从生态环境的角度评价，本工程属无污染工程，没有制约本工程的环境影响问题。

根据工程分布的特点，项目建设区水土保持以工程措施为先导，项目建设施工工作面（或“点）在施工期的水土流失结合建筑物建设予以防治，防止暴雨洪水对施工面上的土、渣入罗子山水库。

在可能新增水土流失得以控制的前提下，通过“面”上草、林植被建设和土地复垦措施，保护新生地表，改善塘区生态环境，使建设工程能充分发挥其效益。

1.7施工组织设计

野猪凼山塘工程距县城82公里，距罗子山乡政府2公里。

无公路直通大坝，需整修施工道路300米连接乡间道路。

施工可利用场地主要在大坝下游坝脚，地势宽阔，对于民工生产生活住房以及施工设备、仓库，稍加整理即可利用。

1.8工程管理

野猪凼山塘建后管理为辰溪县罗子山瑶族乡桂林村村委会管理；管理范围主要包括山塘大坝、塘区、灌区；主要任务为山塘调度、大坝维护、灌区用水管理。

2.水文

2.1工程概况

野猪凼山塘位于辰溪县东南角的沅水二级支流—水獭溪上游的罗子山瑶族乡桂林村境内，其地理坐标为东经110°26′29″，北纬27°40′51″。

坝址距辰溪县城82km，距罗子山瑶族乡政府2km。

坝址控制集雨面积0.08km2,干流长度0.32km，平均坡降218‰。

山塘地处雪峰山脉北麓，库内山势陡峭，海拔高程在390～520m之间，库内植被繁茂，水量较丰富。

2.2工程等级及洪水标准

野猪凼山塘总库容1.78万m3，正常库容1.63万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-94）的规定：

野猪凼山塘为小型骨干山塘工程，大坝为粘土心墙坝，工程等级参照五级建筑物。

根据国家标准要求，确定20年一遇设计、200年一遇校核。

2.3气象

野猪凼山塘属亚热带季风气候，位于罗子山中型水库库区，故水文、气象观测资料参照罗子山水库系列资料。

多年平均气温17℃；多年平均降雨量1314mm，58.99%的降雨集中在4～8月；多年平均日照时数1468.8h；多年平均蒸发量1329.9mm，其中7～9月蒸发量为586.1mm,占全年的44.1%；多年平均无霜期293d；多年平均风速1.9m/s，实测最大风速14m/s。

2.4洪水计算

野猪凼山塘由于缺乏完整的水文、气象观测资料，此次洪水复核的有关资料均根据湖南省水电厅1984年编制的《湖南省暴雨洪水查算手册》（以下简称《查算手册》）进行查算。

2.4.1设计暴雨

根据《查算手册》，野猪凼山塘库区属湖南省暴雨一致区第4区，湖南省产流分区第III区，降雨初损为Io=25mm；点面关系系数α=0.994，流域中心年最大24小时点雨量均值为

24点=109mm，年最大24小时点雨量变差系数为CV=0.45，CS=3.5CV；200年一遇和20年一遇Kp值分别为2.79和1.88，由此求得该山塘200年一遇、20年一遇24小时面暴雨量分别为302.3mm、203.7mm。

其它设计暴雨参数及成果详见表。

野猪凼山塘洪峰流量推理公式试算法计算表

集雨面积F=0.08km2，干流长度L=0.32km，干流坡降J=218‰

序号

项目及公式

P=3.33%

P设

=5%

P校

=0.5%

说明

H24点（查图三）mm

109

流域中心最大24h点雨量

Cv（查图四）

0.45

变差系数，均值Cs=3.5Cv

Kp（根据P,Cs=3.5Cv查表二）

2.05

1.88

2.79

皮尔逊III型曲线的模比系数

H24点=①×③（mm）

223.5

204.92

304.1

点雨量

α（根据区划一致图和F值查图十九）

0.994

点雨量化为面雨量的折算系数

H24面=④×⑤（mm）

222.2

203.7

302.3

24h最大面雨量

n2（根据H24面和F查图三十）

0.629

0.632

0.616

1-6小时暴雨衰减指数（n=0.6-0.8）

n3（根据H24面和F查图三十一）

0.81

0.812

0.766

24n3-1

0.55

0.48

6-24小时暴雨衰减指数

6n2-n3（T=1-6h内用）

0.723

0.724

0.764

τ=6-24用6n2-n3=1

Sp=⑥×⑨×⑩

88.36

81.11

110.86

雨力,表示最大1小时暴雨的平均强度

Ψ（根据植被情况和P值查表十一）

0.75

0.77

洪峰径流系数

野猪凼山塘洪峰流量推理公式试算法计算表

集雨面积F=0.08km2，干流长度L=0.32km，干流坡降J=218‰

序号

项目及公式

P=3.33%

P设

=5%

P校

=0.5%

说明

F1/4

0.532

F为集雨面积

J1/3

0.6

J为干流平均坡降

θ=L/（F1/4·J1/3）

流域地理（或特征）参数

m=0.145×θ0.489

0.145

流域汇流参数（或根据θ值查图四十一）

A=0.278ψ·Sp·F

1.47

1.35

1.9

R上＝（⑥－Io）×Ψ

147.9

134.03

213.52

降雨初损Io=25mm

τ（根据θ/m及R上查图四十二）

1．1

1．15

1．25

Qmp=A·τ-n

1．38

1．24

1．66

τ=1-6小时n=n2；τ=6-24小时n=n3

R总=H24面-Io

197.2

178.7

277.3

总径流深（mm）

Wmp=R总×F×0.1

1.58

1.43

2.22

洪水总量（万m3）

2.4.2设计静水位以上的超高计算

根据SDJ218-84《碾压式土石坝设计规范》，山塘坝顶高程应等于山塘静水位与超高之和。

不同运行情况下的静水位超高根据《规范》第4.4.1条规定，按SL252—2000《水利水电工程等级划分及防洪标准》执行，具体计算式如下：

y=R+e+A

式中：

y—山塘大坝在静水位以上的超高（m）

R—波浪爬高，R=KP

KP—系数，由规范附表确定，对IV、V级土石坝，取P=5%，查得KP=1.84

—平均波浪爬高，

=KΔKW

KΔ—糙率渗透系数，按《规范》附表1.5确定为0.75

kw—经验系数,按《规范》附表1.6确定为1.02

—平均爬高，用官厅公式计算

=h／1.71

h=0.0166

W—计算风速，在正常蓄水位及设计洪水位时，采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5倍，在校核洪水位时，宜采用相应洪水期的多年平均最大风速，此处相应洪水期多年平均最大风速为W=13m/s

D—该设计为0.084km，校核为0.084km

m—坝坡系数，此处m=2.5

—风浪平均波长（m），λ＝25

e—风壅水面高度（m）,e=KW2Dcosβ／2gH

k—综合摩阻系数，K=3.6×10-6

D—吹程（m）

W—计算风速同前

β—风向与水域中心的夹角（度），该β=25°

H—水域的平均水深

A—安全加高，由《规范》表4.4.2确定，此处正常运用A=0.5m，非常运用A=0.3m

野猪凼山塘大坝静水位以上超高

运行情况

R（m）

e（m）

A（m）

y（m）

正常运用

0.4

0.0013

0.5

0.9013

非常运用

0.22

0.0006

0.3

0.5206

2.5调洪计算

2.5.1泄流曲线

该水库泄水建筑物为宽浅式溢洪道

＞10，故按明渠均匀流公式计算：

n—糙率（取n=0.033）

b—溢洪道底宽（m）

m—边坡系数

h—过水深（m）

R—水力半径

i—溢洪道底坡

—过水断面积（m2）,

水位

398.0

398.4

398.54

398.6

398.65

398.8

399.2

399.4

399.5

水头HO

0.4

0.54

0.6

0.65

0.8

1.2

1.4

1.5

泄流量q

0.8

1.25

1.47

1.65

2.26

4.15

5.23

5.8

野猪凼山塘溢洪道泄流计算成果表

2.5.2水位～库容关系曲线

根据野猪凼山塘实测资料整理，得水位Z（m）～库容V（万m3）水位～面积S（m2）关系曲线见下表：

390.0

391.0

392.0

393.0

394.0

395.0

396.0

397.0

398.0

399.0

482.1

490.46

505.16

969.08

1258.6

1390

1521.6

1902.2

2295.5

2512.7

0.024

0.049

0.204

0.56

0.85

0.87

1.36

1.63

2.5.3野猪凼山塘溢洪道以上水位、库容、防洪库容，泄流关系表：

Z（m）、V（万m3）、V防（万m3）、q泄（m3/s）

398.0

398.4

398.54

398.6

398.65

398.8

399.2

399.4

399.5

1.63

1.72

1.75

1.77

1.78

1.84

1.92

1.99

2.0

V防

0.94

0.13

0.14

0.15

0.21

0.29

0.34

0.37

q泄

0.8

1.25

1.47

1.65

2.26

4.15

5.23

5.8

2.5.4调洪计算

2.5.4.1调洪计算的基本原理及方法

小型山塘调洪计算时，只需求出最大下泄流量与调洪库容V洪，而无需求出整个泄流过程，野猪凼山塘属小型骨干山塘，可采用简化三角形法进行调洪演算，此法的基本假定为：

入库与出库流量过程线为三角形，洪水来临时库水位与溢洪道齐平，无闸门控制自由泄流过程近似直线。

参照《工程水文及水利计算》，利用公式V洪=Wmp（1-qm/Qmp）或qmp=Qmp（1-V洪/Wmp）和山塘的q～V曲线，前面已经推算出洪峰流量Qmp和洪水总量Wmp，即可用简化三角形图解法进行调洪演算。

2.5.4.2三角形概化过程线

三角形概化过程线是一种最简单的概化过程线，当洪水陡涨陡落时，可假定流量为直线变化。

前面已推求得三角形洪水过程线的洪峰流量Qmp和洪水总量Wmp，利用洪水总历时T与Qmp，点绘各频率入库洪水过程线。

则洪水总历时为：

T设=2Wmp（5%）/Qmp（5%）=2×1.43×104/1.24×3600=6.41h

T校=2Wmp（0.5%）/Qmp（0.5%）=2×2.22×104/1.66×3600=7.43h

洪水总历时T等于涨洪历时t1与退洪历时t2之和（即T=t1+t2），小流域汇流历时τ接近上涨历时t1，所以，设计洪水总历时6.41h，涨洪历时1.15h，退洪历时5.26h；校核洪水总历时7.43h，涨洪历时1.25h，退洪历时6.18h。

2.5.4.3各频率洪水调洪演算及成果

根据野猪凼山塘的库容曲线、泄流曲线，从涨洪时刻起进行调洪演算，演算基本条件：

①野猪凼山塘的设计、校核洪水三角形概化过程线作为这次调洪演算入库洪水；②溢洪道堰型为开敞式溢流堰，其泄流能力见表2.5.1；③山塘库容曲线见表2.5.2；④起调水位为398.0m；⑤溢洪道作为自由泄流处理。

调洪计算结果见表：

野猪凼山塘调洪计算成果表

频率

洪峰流量

洪水总量

最高洪水位

相应库容

最大下泄量

P（%）

Q（m3/s）

W（万m3）

Z（m）

V（万m3）

qm（m3/s）

0.5

1．66

2.22

398.65

1.78

1.65

1．24

1.43

398.54

1.75

1.25

野猪凼山塘大坝坝顶要求高程

运行情况

频率P（%）

最高洪水位（m）

超高（m）

坝顶高程（m）

正常

398.54

0.9013

399.44

非常

0.5

398.65

0.5206

399.17

2.6大坝坝顶高程的设计确定

野猪凼山塘大坝设计为心墙土坝，根据调洪计算结果，大坝坝顶设计高程经分析确定为399.50m，能够满足相关设计规范要求。

3.工程地质

3.1地形地貌

野猪凼山塘位于辰溪县罗子山瑶族乡桂林村境内，属沅水二级支流水獭溪上游，其地理坐标东经110°26′29″，北纬27°40′51″。

工程距县城82km。

坝址及库区在大地构造上为雪峰山隆起带的雪峰复式背斜中段，地貌上属侵蚀构造中低山丘陵的峰脊峡谷，库内山势陡峭，海拔高程在390～520m之间。

枢纽坝址地区溪谷在横断面上呈“V”字型,谷底基岩裸露。

左岸山坡坡度在55～70°之间，右岸山坡坡度在40～65°之间。

两岸山体雄厚，岩体完整，植物高大茂盛。

山间冲沟不甚发育，植被覆盖很好，一般雨季有水，旱季干涸。

3.2地层岩性

经地表察勘，发现库坝区均由上古生代及中生代第四系地层组成。

出露的地层岩性主要为元古界板溪群漠滨组的浅变质中厚层状粉砂质、泥质板岩及千枚状板岩。

第四系的残积层主要为粘土夹碎石、砾质粉质粘土等。

3.3地质构造

库区及坝址地质构造以褶皱、节理、裂隙为主，枢纽部分未见有区域性的断裂通过。

坝址区岩层走向与坝轴线斜交，岩层倾向上游，倾角大致为26～30°。

由于岩层古老，且长期受构造应力作用，岩体破碎，节理、裂隙较为发育，岩体表层风化剧烈，其强风化深度为10～15m。

3.4水文地质条件

区内地下水为基岩裂隙水，埋藏深度受构造和风化程度控制，地表以下15～30m，岩体属中等透水带。

地下水的补给来源为大气降水，以下降泉的型式向山坡、沟谷排出。

其流量虽受降水、溪水位影响，但变化频率小。

3.5各建筑物工程地质条件

3.5.1大坝

大坝坐落在地形陡而呈不对称的“V”字型溪谷段，两端山体雄厚，高差不大，绝对标高约520m，坝址区属底蚀作用较为强烈的侵蚀性溪谷。

溪谷狭窄，宽度2.5～5.0m。

左岸山坡约60°，右岸山坡约70°。

坝址区出露的地层岩性为较完整的弱风化板岩上（溪床）和强风化层板岩中上部（两岸）

坝址处地质构造较为简单，为单斜地层组成，岩层产状：

走向为130°-158°，倾向SW,倾角约26～30°,即倾向上游。

未见有大的断层。

节理以层面节理为主，宽6～16mm，往深部则层面紧闭，节理微细。

地下水主要为基岩裂隙水，以下降泉在溪边缘或山坡排出，其地下水的溢出量受大气降水、库水位控制，但一般流量小，呈分散状沿断裂和岩层层面、大坝与基岩接触面排出。

3.5.2溢洪道

溢洪道位于大坝右端，顺山坡走向开挖。

主要岩性为强风化层板岩，因紧邻坝端，其工程地质条件与坝址相似。

4.工程任务和规模

4.1项目区经济现状

项目位于辰溪县罗子山乡桂林村内，地处辰溪东南，西连龙头庵乡，北接黄溪口镇、南界上蒲溪乡，东邻溆浦县小横垄乡。

区域内总人口320人，土地总面积2.67平方公里，耕地面积269亩，其中水田175亩，旱地94亩。

4.2工程建设的必要性

桂林村水利基础设施薄弱，且属罗子山水库移民搬迁村，由于当时历史原因及当地地形制约，搬迁后的桂林村距离罗子山水库约1km且位置高，稻田都是天水田，产量低，严重制约了当地的农业发展。

随着社会经济的发展，群众对在当地修建一水利设施的呼声越来越高，以满足农业灌溉的需要。

因此，为促进桂林村经济的发展，野猪凼山塘工程建设迫在眉睫。

4.3工程任务

本次工程的主要任务是：

通过新修骨干山塘和渠道配套水利基础建设，提高当地粮食产量，改善生态环境，为桂林村的经济发展创造有利条件。

4.4工程规模

野猪凼山塘集雨面积0.08km2,总库容1.78万m3,设计灌溉面积80亩，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000的有关规定，该工程为小型骨干山塘，工程等级参照五级建筑物，确定按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

5工程设计

5.1设计依据

5.1.1工程等级及洪水标准

野猪凼山塘位于地震峰动值加速度＜0.05g的地区，相应地震基本烈度小于Ⅳ度。

按《水工建筑抗震设计规范》SL203-97规定，地震烈度小于Ⅳ度，工程设计时不要考虑地震荷载。

5.1.2设

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