富阳市XX山塘整治工程初步设计报告 精品.docx
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富阳市XX山塘整治工程初步设计报告精品
1工程基本情况
1.1概况
XX山塘位于XX街道XX村，距XX街道约4km，有简易公路至坝脚处，交通不太便利。
XX山塘建成于1987年，集雨面积0.382km2，正常库容5.8万m3；最大坝高10.9m，坝长150m。
坝顶高程约43.2m左右，坝顶宽3.0m，为心墙土坝。
大坝迎水坡坡比约为1：
1.5，表面有干砌块石护坡；背水坡坡比约为1:
1.75~1：
2.0，背坡杂草丛生，没有护砌。
泄水建筑物（溢洪道）位于大坝右边岸，进口处宽约6.0m，高程约41.6m左右。
放水涵管位于右坝肩，出口管洞径约为0.40m，扇格启动，材质为浆砌石。
根据《XX区XX街道XX山塘安全技术认定综合评价报告》，该山塘大坝为二类坝，针对XX山塘存在的诸多问题，为了保证该山塘的安全运行及更好的发挥其效益，适逢XX市强塘加固契机，结合《实施XX市强塘工程屋顶山塘整治建设管理的若干意见》文件精神，XX区XX街道办事处决定对XX山塘进行整治。
XX市水利水电勘测设计有限公司XX市XX分公司受XX街道办事处委托，对该工程进行初步设计。
受委托后我公司在收集资料和现场踏勘的基础上，通过水文分析、水利计算、大坝稳定分析等，编制初步设计报告并提出了实施意见。
1.2水文
1.2.1流域概况
XX山塘位于XX区XX街道XX村，距XX街道约4km，流域中心位于东经121゜44′22″，北纬29゜52′45″。
流域面积0.382km2，主流长度969m，溪流坡度414‰。
本区属亚热带季风气候区的海洋水文特征，气候温和潮湿，四季分明，日照充足，雨量充沛。
但降雨量年际和季节变化较大，分配极不均匀。
冬季受北方冷高压气团控制，以晴冷干燥天气为主；春夏之交北方冷高压气团和太平洋暖气流在此相遇对峙，形成典型的梅雨天气，阴雨绵绵，雨量增多；夏秋之季，又常受台风暴雨和高温干旱侵袭，往往造成洪涝灾害。
根据流域附近XX雨量站资料，流域多年平均降雨量1402.9mm，最大年降雨量为2201.4mm（1973年），2005年9月11日卡努台风最大日降雨量达401.0mm。
1.2.2设计洪水
1.2.1.1设计暴雨
按分析的暴雨资料不同，以实测资料与《浙江省短历时暴雨》图集二个途径推求设计暴雨，根据计算成果偏安全采用。
1.2.1.2设计洪水
1、设计标准：
防洪标准参照小
（二）型水库设计标准，依据洪水划分标准，本次设计洪水标准为20年一遇，即P=5%，校核洪水标准为200年一遇，即P=0.5%。
2、计算方法：
本工程采用合理化公式和推理公式两种方法进行设计暴雨推求设计洪水的计算，最后根据山塘实际情况选择。
1.3工程地质
1.3.1地形地貌
工程区属浙东低山丘陵区，山地连绵，山势较缓，流域三面环山，山体植被良好，（河谷）地形相对较为狭小，以构造侵蚀地貌为主。
两岸山坡坡度一般为20°～50°，河谷多呈“U”型。
1.3.1坝址区域工程地质条件
山塘大坝为心墙土坝，坝体填筑材料由坝体土、护坡块石组成。
坝基中间坐与洪坡积含粉质粘土角砾层上，二坝肩基础有含粉质粘土角砾层；基岩为侏罗系上统大爽组（J3d）熔结凝灰岩。
坝址区地层自上而下分别描述如下：
坝体填筑材料（rQ）：
（1）该大坝为心墙砂壳坝，砂壳部位筑填材料以
（1）-1含粘性土碎石层为主，以碎石和粘性土为主，含少量砾砂，土质较不均匀，无一定级配；大坝迎水坡和背水坡表面为干砌块石护坡。
该层在ZK2、ZK4孔处有揭露。
所见层厚度9.0m。
（2）坝体土：
大坝心墙部位主要为
（1）-2层含砾砂粉质粘土，以灰黄色、黄褐色为主，粉质粘土呈软可塑状，局部夹碎石、砾石等，碎石粒径一般0.5～2cm，大者大于5cm，本次勘探揭露坝顶至齿槽底部（心墙段）厚5.30~11.30m。
①-2层含砾砂粉质粘土主要物理力学指标如下：
ω=27.3～34.2%，ρd=1.37～1.48g/cm3，e=0.816～0.991，a1-2=0.33～0.47MPa-1，Es=3.92～5.51MPa，Kh=1.90×10-5～2.90×10-5cm/s（室内试验，下同），Kv=1.70×10-6～5.60×10-5cm/s，C固快=20.4～34.9kPa，φ固快=12.9°～22.1°。
从击实试验看，心墙土颗分见下表：
颗分成果表
土层编号
砾粒
砂粒
粉粒
粘粒
40--20
20--2
2--0.5
0.5-0.25
0.25-0.075
0.075-0.005
≤0.005
（1）-2
13.6
22.7
15.0
11.9
1.4
28.2
7.3
（1）-2层含砾砂粉质粘土物理力学指标详见参数表和统计表。
坝基：
（2）层含粉质粘土角砾层：
洪坡积土层（Q4ep－pl），灰黄色～棕黄色，松散～稍密，由角砾、砂及粘性土组成，角砾多呈次梭角状，粒径一般2～5cm，大者大至5cm。
砾石母岩岩性主要为灰色熔结凝灰岩，呈弱风化状，主要分布在坝基部分，厚度1.70~9.50m。
（3）层含碎石粉质粘土层：
洪坡积土层（Q4ep－pl），灰黄色～棕黄色，土以硬可塑为主，含少量碎石、砾石等。
主要分布在坝基部分，厚度7.60~9.50m。
（4）-1层强风化基岩，岩性为侏罗系上统大爽组（J3d）含角砾玻屑熔结凝灰岩，灰白色、灰色，夹灰黄色，上部已基本呈坚硬土化，可见原岩石结构；下部岩芯呈碎块或短柱状态，水钻呈砾砂状。
揭露厚度1.00~3.90m。
（4）-2层弱风化基岩，岩性为侏罗系上统大爽组（J3d）含角砾玻屑熔结凝灰岩，青灰色，致密、坚硬，岩石有硅化现象；岩芯完整，呈短～长柱状，见少量闭合状裂隙。
1.4工程现状分析
1.4.1大坝稳定分析
计算方法根据《导则》（SL189－96）中规定：
静力稳定计算采用刚体极限平衡法，本工程采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法，分析成果各种工况坝坡稳定均能满足规范要求。
1.4.2洪水复核
分别对设计标准和校核标准洪水位进行计算分析，分析结果，洪水位对坝高要求部分未能满足防洪标准。
1.4.3大坝渗流稳定分析
通过计算，坝壳土含砾砂粉质粘土在下游坝踵处各点比降约为0.55。
根据勘探地质报告试验资料，粉质粘土的临界比降为1，渗透破坏安全系数可以满足规范要求，因此不存在渗透破坏问题。
但从现场观察，大坝有漏水现象，对大坝的运行和渗透稳定极其不利。
1.4.4放水工程
从现场观察涵管无漏水现象。
启闭机完好无损，无需更换。
但由于坝体加高，应对防水设施进水口进行保护。
1.5工程任务及规模
1.5.1整治的必要性
由于受当时施工条件限制及其他原因，XX山塘己经留下了一些工程隐患，大坝运行初期尚未明显反映，随着时间的推移，设施慢慢老化，这些隐患将逐步暴露出来，对大坝的安全运行产生不利影响，工程效益不能充分发挥。
鉴于大坝目前存在的问题，实施XX山塘整治工程，对于目前山塘大坝及下游地区的安全，消除工程隐患，避免重大财产损失是十分必要和迫切的；同时对满足供水的需要，促进经济持续发展也是十分必要的。
1.5.2工程任务
XX山塘是一座以生活用水为主兼灌溉的山塘。
山塘整治工程的主要任务是对大坝目前存在的问题，通过一系列工程措施，消除山塘的安全隐患，以发挥山塘的效益，保障山塘下游村庄人民生命财产安全，促进社会经济持续发展。
1.6工程整治设计
1.6.1工程等级
XX山塘的正常库容为5.8万m3，其工程规模为小
（2）型以下，工程等别为Ⅴ等，山塘永久性建筑物级别为5级，防洪标准为20年一遇设计，200年一遇校核。
1.6.2大坝设计
1、大坝断面设计
大坝断面基本遵循原来的断面，因为稳定满足要求，主要就是对坝坡坡比、坝顶高程、坝顶宽度进行统一规则设计。
坝顶：
坝顶高程43.60m，防浪墙高程44.30m，坝顶宽3.3m，包括防浪墙宽度，坝顶铺设6cm厚条纹仿石，规格50*25*6cm；防浪墙为浆砌块石；坝顶下游侧做混凝土路缘。
坝坡：
坝坡结合现状上游坝坡统一为1:
1.75，上游护坡正常蓄水位以上为C20混凝土六角块护坡，厚度12cm，下10cm厚瓜子片垫层；正常水位以下采用干砌石护坡，厚度30cm，下20cm厚石渣垫层。
护坡之间设置一道40*50cmC25混凝土隔梁梁。
下游坡坝坡统一为1：
1.75；护坡为C20混凝土六角块，厚度12cm，下10cm厚瓜子片垫层。
护坡间隔40m设置一道40*25cm混凝土竖梁。
坝脚：
上游坝脚设置一道80*80cmM7.5浆砌石地梁，下游坝脚设置50*50cm砌石排水沟。
2、大坝防渗处理
大坝防渗分为两部分：
坝体采用单排套井冲抓回填处理，坝基部分采用帷幕灌浆处理。
设计范围：
因为坝体渗流问题比较严重，所以坝体桩号0+000至0+120之间要求进行处理。
套井布孔：
在坝轴线中心位置布套井孔，孔距0.8米，孔底根据具体情况而定。
灌浆布孔：
在坝轴线中心位置布设帷幕灌浆孔，帷幕灌浆孔距2.0m，孔底深度根据情况而定。
1.6.3溢洪道设计
原有的溢洪道由近几年加固，保存完整，经过溢洪道水面线计算，挡墙高度满足要求，无需进行处理。
1.7工程管理
XX山塘主管单位是XX街道办事处，山塘日常管理由XX村负责，需编制管理员1名，管理范围和保护范围。
大坝左右坝头以外及坝下游50m内，纳入工程管理范围。
管理范围外延20m为山塘保护范围。
1.8工程概算
静态总投资为167.03万元，其中建筑工程部分为116.87万元，临时工程11.40万元，独立费用30.82万元，预备费7.95万元。
2水文气象
2.1流域概况
XX山塘位于XX区XX街道XX村，距XX街道约4km。
本区属亚热带季风气候区的海洋水文特征，气候温和潮湿，四季分明，日照充足，雨量充沛。
但降雨量年际和季节变化较大，分配极不均匀。
冬季受北方冷高压气团控制，以晴冷干燥天气为主；春夏之交北方冷高压气团和太平洋暖气流在此相遇对峙，形成典型的梅雨天气，阴雨绵绵，雨量增多；夏秋之季，又常受台风暴雨和高温干旱侵袭，往往造成洪涝灾害。
根据流域附近XX雨量站资料，流域多年平均降雨量1402.9mm，最大年降雨量为2201.4mm（1973年），2005年9月11日卡努台风最大日降雨量达401.0mm。
本次设计采用浙江省测绘局1:
10000数字地形图，坝址以上集水面积0.382km2，主流长度969m，溪流坡度414‰。
2.2设计洪水计算
2.2.1设计暴雨
按分析的暴雨资料不同，以实测资料与“图集”二个途径推求设计暴雨，根据计算成果偏安全采用。
（1）根据图集计算设计暴雨
设计暴雨查《浙江省短历时暴雨》（浙江省水文局2003年版，以下简称“图集”）点雨量及Cv值推算设计暴雨。
因XX山塘集水面积小于10km2，点面系数为1，由图集查得点雨量及Cv值即为流域面雨量和流域面Cv值，Cs/Cv根据图集规定为3.5，查询结果详见表2-1，不同历时的设计暴雨见表2-2。
表2-1 XX山塘流域点面雨量参数表
历时
10min
60min
6hr
24hr
3d
面雨量（mm）
19.8
47.3
80.0
124
164
Cv
0.48
0.55
0.56
0.59
0.60
Cs/Cv
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
表2-2 XX山塘流域设计暴雨量表
历时
10min
60min
6hr
24hr
3d
面雨量均值H
19.50
47.50
80.00
130.00
170.00
根据Cv均值查表Kpd=5％
1.775
1.988
2.050
2.200
2.200
设计面雨量Hpd=5%（mm）
34.61
94.43
164.00
286.00
374.00
根据Cv均值查表Kpc=0.5％
2.530
3.050
3.220
3.620
3.620
校核面雨量Hpc=0.5%（mm）
49.34
144.88
257.60
470.60
615.40
（2）根据实测雨量资料推求设计暴雨
流域内虽有灵峰雨量站，但资料系列较短，记录不全，精度较差。
流域东南方向约5km处有新路岙山塘，该山塘雨量观测资料未经整编刊布，记录不符合规范，质量不可靠。
流域东北方向约5km处有XX国家雨量站，其资料经水文部门整编刊布，成果可用于本次水文分析计算。
另外附近还有杨岙雨量站。
流域及其周边流域测站基本情况见图2-1及表2-3。
图2-1灵峰山塘及周边流域测站图
表2-3流域附近雨量站基本情况表
测站名称
地点
距流域中心
距离（km）
性质
资料系列
（年）
新路岙站
新路岙山塘
4
山塘雨量站
1993～2005
大碶
XX镇区
4
国家雨量站
1966～2005
杨岙
XX杨岙
10
国家雨量站
1961～2005
分析以上各雨量站资料，本次设计选择XX站雨量资料进行暴雨频率分析，XX站年最大24h雨量资料见表2-4。
表2-4XX站年最大24h雨量表单位：
mm
年份
雨量
年份
雨量
年份
雨量
1984
140.9
1992
149.9
2000
133.1
1985
153.8
1993
105.6
2001
92.0
1986
79.9
1994
141.6
2002
71.9
1987
122.7
1995
82.1
2003
66.6
1988
121.3
1996
71.4
2004
126.5
1989
132.6
1997
148.1
2005
403.5
1990
152.3
1998
170.5
1991
75.7
1999
137.6
对XX站24h暴雨进行频率分析,皮Ⅲ型适线图见图2-2，各频率暴雨分析成果见表2-5。
图2-2XX站最大24小时暴雨频率曲线图
表2-5 XX站24h设计暴雨成果表
特征值
不同频率暴雨（mm）
雨量均值
CV
CS/CV
0.5%
5%
118.9
0.6
3.5
428.0
263.5
（3）成果分析与选用
用XX站实测雨量计算的设计暴雨与“图集”查算的设计暴雨进行比较，可以看出用实测资料计算的设计暴雨偏小8%左右,见表2-6。
这可能与区域地理位置不同有关，XX山塘属山区，XX站属平原。
为了安全起见，设计洪水计算采用“图集”查算的设计暴雨为本次洪水的复核依据。
表2-6 XX站设计暴雨与图集设计暴雨比较表 单位：
mm
资料
名称
项目
均值（mm）
CV
Cs
流域设计暴雨（mm）
p=0.5%
p=5%
图集
H24h
130.0
0.61
3.5CV
470.0
286.0
XX站
实测
H24h
118.9
0.60
3.5CV
428.0
263.5
差值百分比（%）
8.94
7.87
上表中差值百分比=（图集值－实测值）÷图集值
2.2.2设计洪水
1、设计标准
根据工程所在地、工程特点及保护对象的重要性，防洪标准参照小
（二）型水库设计标准，依据洪水划分标准，本次设计洪水标准为20年一遇，即P=5%，校核洪水标准为200年一遇，即P=0.5%。
2、设计暴雨过程
日程分配按图集规定：
第一天：
HⅠ=0.6（H72-H24）
第二天：
HⅡ=H24
第三天：
HⅢ=0.4（H72-H24）
设计暴雨时程雨型（24小时雨型）按图集规定，设τ为单位时段，将H24划分为24/τ个时段，老大项雨量排在第18～21小时之间，老二项雨量紧排在老大项的前一项，其余时段项雨量按从大到小次序，奇数项时段雨量排在前，偶数项时段排在后边。
当后面排满24小时后，余下各项时段雨量从大到小排在前面，最后得出24小时设计雨量过程。
3、计算方法
本工程采用合理化公式和推理公式两种方法进行以设计暴雨推求设计洪水的计算，最后根据山塘实际情况择优选择。
4、计算公式及成果
（1）用合理化公式计算设计洪水
洪峰计算公式：
Ｑmp=0.278ipFC
式中Ｑmp——设计洪峰流量（m3/s）
ip——暴雨强度（mm/h）
F——集雨面积（km2）
C——洪峰径流系数，根据本流域植被情况取0.85
采用合理化公式计算洪峰及洪水过程成果如表2-7，其相应洪水过程线如图2-3，各分时段的洪水流量Qk按公式计算：
Qk=[K1-n-（K-1）1-n]Qmaxp
式中K—相应时段排序数；
n—衰减指数，见表2-2；
Qmaxp—设计洪峰流量（m3/s）;
表2-7由合理化公式推求P=0.5%、P=5%设计洪水过程表
P=5%
p=0.5%
时段（h）
流量（m3/s）
时段（h）
流量（m3/s）
0.00
0.000
0.00
0.00
0.50
0.554
0.50
1.04
1.00
0.562
1.00
1.05
1.50
0.569
1.50
1.06
2.00
0.577
2.00
1.08
2.50
0.585
2.50
1.09
3.00
0.593
3.00
1.11
3.50
0.602
3.50
1.12
4.00
0.611
4.00
1.14
4.50
0.621
4.50
1.16
5.00
0.631
5.00
1.17
5.50
0.641
5.50
1.19
6.00
0.652
6.00
1.21
6.50
0.663
6.50
1.23
7.00
0.675
7.00
1.25
7.50
0.687
7.50
1.27
8.00
0.700
8.00
1.29
8.50
0.714
8.50
1.32
9.00
0.728
9.00
1.34
9.50
0.743
9.50
1.37
10.00
0.759
10.00
1.40
10.50
0.776
10.50
1.43
11.00
0.794
11.00
1.46
11.50
0.814
11.50
1.49
12.00
0.856
12.00
1.57
12.50
0.905
12.50
1.65
13.00
0.963
13.00
1.75
13.50
1.031
13.50
1.87
14.00
1.114
14.00
2.01
14.50
1.218
14.50
2.18
15.00
1.352
15.00
2.41
15.50
1.534
15.50
2.72
16.00
1.803
16.00
3.16
16.50
2.249
16.50
3.90
17.00
3.212
17.00
5.45
17.50
4.415
17.50
7.36
18.00
13.771
18.00
20.94
18.50
2.618
18.50
4.50
19.00
1.993
19.00
3.48
19.50
1.654
19.50
2.92
20.00
1.435
20.00
2.55
20.50
1.280
20.50
2.29
21.00
1.163
21.00
2.09
21.50
1.070
21.50
1.93
22.00
0.995
22.00
1.80
22.50
0.933
22.50
1.70
23.00
0.880
23.00
1.61
23.50
0.834
23.50
1.53
24.00
0.794
24.00
1.46
图2-3由合理化公式推求P=0.5%、P=5%设计洪水过程线
（2）用推理公式计算设计洪水
1、设计净雨：
按照SL44-93《水利水电工程设计洪水计算规范》规定，产流计算可以采用扣损法。
本次产流计算采用扣损法，汇流计算采用推理公式法。
①净雨计算采用扣损法，初损扣20mm，后损每小时扣1mm。
②洪峰流量与汇流历时的计算
2、洪峰流量计算公式：
Qmp=0.278φαt,pF
流域汇流历时计算公式:
τ=0.278
式中：
Qm,p—洪峰流量，m3/s；
φ——洪峰径流系数，无因次；
αt,p——最大τ时段设计暴雨的平均雨强（mm/h）;
F—流域面积；
τ—流域汇流历时，h；
L—沿主流从出口断面至分水岭最长距离km；
m—汇流参数，根据流域形状和下垫面情况，选为浙江省水电院的Ⅲ类m～θ关系线进行计算，其中m=0.46θ0.154=0.5975,其中θ=L/J1/3=0.9586;
J—沿流程L的平均比降;
2.2.3设计洪水成果
XX山塘不同重现期的洪峰流量与汇流历时见表2-7，山塘百年一遇的附近地区洪峰流量与集水面积关系见图2-3，从图中可以看出，百年一遇的洪峰流量与附近水库设计的洪峰流量相比较为合理。
表2-7XX山塘不同重现期的洪峰流量与汇流历时表
重现期
（年）
200
20
Qm（m3/s）
57.76
30.05
τ（h）
0.46
0.46
图2-3附近水库百年一遇设计洪峰流量与集水面积关系图
按上述方法计算的设计洪水过程见表2-8，图2-4。
表2-8采用推理公式计算P=0.5%和P=5%设计洪水过程表
P=5%校核洪水位洪水过程线计算成果表
时间（h）
毛雨（mm）
净雨（mm）
流量（m3/s）
时间（h）
毛雨（mm）
净雨（mm）
流量（m3/s）
0.26
1.29
0.00
0.00
12.30
1.98
1.72
0.70
0.52
1.30
0.00
0.00
12.57
2.04
1.78
0.72
0.79
1.30
0.00
0.00
12.83
2.10
1.84
0.75
1.05
1.31
0.00
0.00
13.09
2.17
1.91
0.78
1.31
1.32
0.00
0.00
13.35
2.25
1.99
0.81
1.57
1.33
0.00
0.00
13.61
2.33
2.07
0.84
1.83
1.34
0.00
0.00
13.87
2.42
2.16
0.88
2.09
1.35
0.00
0.00
14.14
2.52
2.26
0.92
2.36
1.36
0.00
0.00
14.40
2.63
2.37
0.96
2.62
1.37
0.00
0.00
14.66
2.76
2.50
1.01
2.
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