四川省某水库枢纽除险加固工程初步设计 推荐.docx
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四川省某水库枢纽除险加固工程初步设计推荐
四川省XX县XX水库枢纽除险加固工程
初
步
设
计
四川省XX市XX县水电勘测设计队
附：
设计图纸
附：
设计概算
前言
XX水库位于XX县城长江以北XX乡境内，距XX县城5km，属长江水系二级支流，地理坐标为东经105°08′，北纬28°43′。
XX水库大坝以上控制流域面积0.31km2。
总库容22.68万m3，有效库容10.8万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖的小
（二）型水利工程。
设计灌溉面积400亩，目前实际灌溉面积380亩。
XX水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施组成。
大坝为均质土坝一座。
最大坝高5.2m，坝顶高程298.9m，坝顶长96.8m，坝顶宽3.0m。
溢洪道位于大坝左岸200米处，为开敞式岸边溢洪道，堰顶高程297.6m，净宽2.5m。
放水设施在大坝右侧，采用涵卧管放水，净空尺寸0.7×0.9m（b×h），底板厚0.3m。
最大放水流量0.04m3/s。
XX水库于1956年1月动工兴建，当年12月竣工完成。
由于当时社会、政治、经济等多种因素的影响，该工程在设计和施工上，都存在较大的缺陷，据该库多年运行，观察，存在：
内外坝坡较陡，坝体单薄，内坡浪蚀严重，无风浪石，外坡抗滑稳定不足，无排水棱体，无排水沟；溢洪道未衬砌；放水设施淤塞；无观察设施；近年白蚁危害严重等现象，不能充分发挥功能，影响水库的正常运行。
2008年5月，XX县水库大坝安全鉴定专家组对《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》进行审查，根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》，XX县XX水库大坝安全性评定为三类坝，属于病险水库。
为确保下游居住人口2500多人，耕地面积3500余亩，在下游有“XX县天源工业园区生产基地”，其安全与大坝密切相关。
故尽快对XX水库大坝病险进行整治具有十分必要和迫切。
本次初步设计针对XX水库存在的病险情况，进行了整治设计，工程预计总工期4个月，即从2009年9月开工，当年12月底全面完成。
工程总投资17.65万元。
XX水库工程特性表
编号
工程名称
单位
数量（整治前）
数量（整治后）
一
水文
1
流域面积
工程坝址以上
km2
0.31
0.31
2
多年平均年径流量
万m3
3
代表性流量
正常运用（设计）洪水标准
P（%）
3.33
3.33
及流量
m3/s
5.6
5.6
非常运用（校核）洪水标准
P（%）
0.33
0.33
及流量
m3/s
9.15
9.15
施工导流标准
P（%）
及流量
m3/s
4
洪量
设计洪水总量
万m3
5.38
5.38
校核洪水总量
万m3
8.56
8.56
二
水库
1
水库水位
校核洪水位
m
297.5
297.5
设计洪水位
m
297
297
正常蓄水位
m
297
297
死水位
m
295
295
2
水库容积
总库容（校核洪水位以下库容）
万m3
22.68
22.68
正常蓄水位以下库容
万m3
15.3
15.3
调节库容（正常蓄水位至死水位）
万m3
10.8
10.8
死库容
万m3
4.5
4.5
3
库容系数
%
4
调节特性
年调节
年调节
5
水量利用系数
%
95.0
95.0
三
下泄流量及相应下游水位
1
设计洪水时最大泄量
m3/s
2
校核洪水位时最大泄量
m3/s
四
工程效益指标
1
灌溉效益
保证灌溉面积（P=75.0%）
亩
400
400
其中：
田
亩
300
320
土
亩
0
0
新增灌面
亩
0
五
主要建筑物及设备
1
挡水建筑物及设备
均质土坝
均质土坝
地基特性
泥岩、砂岩
泥岩、砂岩
地震基本烈度/设防烈度
度
Ⅵ
Ⅵ
坝顶高程
m
298.9
298.9
最大坝高
m
5.2
5.2
坝顶长度
m
96.8
96.8
坝顶宽度
m
3
3
2
泄水建筑物型式
明渠式
明渠式
堰顶高程
m
297
297
溢流段长度
m
250
250
单宽流量
m3/s.m
消能方式
无
无
设计泄洪流量
m3/s
校核泄洪流量
m3/s
3
放水建筑物型式
右放水涵卧管
右放水涵卧管
设计引用流量
m3/s
0.04
0.04
最大引用流量
m3/s
进水口型式
地基特性
砂岩
砂岩
槛底高程
m
闸门型式
闸门尺寸
m
闸门数量
套
启闭机型式
启闭机容量
kN
启闭机数量
台
放水底孔闸门型式、尺寸
m
底孔底板高程
m
启闭机型式、容量、数量
kN
输水管道型式、尺寸
m
净宽0.7mx高0.9m
净宽0.7m×高0.9m
设计水头
m
主管长
m
25
25
条数
条
最大水头
m
4
输水建筑物
设计流量
m3/s
加大流量
m3/s
输水道型式
输水渠道
输水渠道
地基特性
干渠长度
m
8.6
8.6
断面尺寸1矩形（宽×高）
m
0.5×0.6
0.50×.6
2梯形（底×高）
m
衬砌型式
干渠主要建筑物
渡槽
座/长m
倒虹吸管
座/长m
隧洞
座/长m
干渠建筑物长度与干渠长度比例
8
其他建筑物
永久性房屋
m2
七
施工
1
主体工程
明挖土石方
m3
洞挖土石方
m3
填筑土石方
m3
浆砌石方
m3
混凝土和钢筋混凝土
m3
帷幕灌浆
m
加压加压式充填灌浆
m
2
主要建筑物材料
水泥
t
钢材
t
柴油
t
砂
m3
碎（卵）石
m3
块石
m3
3
所需劳动力
总工日
工时
169718
高峰月工人数
人
120
4
施工临时房屋
m2
450
5
施工动力及来源
供电设备容量
kw
200
6
对外交通
公路
公路
距离
km
10
10
7
施工导流
8
施工占地
亩
5
9
施工期限
4
准备工期
月
0.5
投产工期
月
3.5
总工期
月
4
八
经济指标
1
静态总投资
万元
17.65
2
总投资
万元
17.65
建筑工程
万元
15.08
机电设备及安装工程
万元
金属结构设备及安装工程
万元
临时工程
万元
其他费用
万元
5.09
3
综合利用经济指标
水库单位库容投资
元/m3
灌区单位灌溉面积投资
元/亩
396
经济内部收益率
%
8.96
贷款偿还年限
a
30
经济净现值
万元
31.15
经济效益费用比
1.08
综合说明
1.1序言
XX水库位于XX县城长江以北XX乡境内，距XX县城5km，属长江水系二级支流，地理坐标为东经105°08′，北纬28°43′。
海拔高程在294—298.9m左右。
XX水库大坝以上控制流域面积0.31km2。
总库容22.68万m3，有效库容10.8万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖的小
（二）型水利工程。
设计灌溉面积400亩，目前实际灌溉面积380亩。
根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252－2000）、《防洪标准》（GB50201－94）的规定，XX水库工程等别为Ⅳ等，小
（二）型水库，主要建筑物级别为4级。
设计洪水为20年一遇（P＝3.33%），校核洪水为200年一遇（P＝0.33%）。
2008年5月，受XX县水务局的委托，XX县水电勘测设计队承担XX水库枢纽除险加固工程初步设计任务。
根据《水利水电工程初步设计编制规程》（DL5020－93）的规定，我队相关技术人员对工程的水文、工程地质、工程枢纽除险加固任务、工程枢纽除险加固设计、金属结构、施工组织设计、工程管理、环境影响评价和水土保持、工程概算、经济评价和改革方案等项目，经过大量的室内外工作，完成了《四川省XX县XX水库枢纽除险加固工程初步设计报告》。
1.1.1社会经济简况
XX县是四川省较贫困县之一，幅员面积为911.7km2，人口51.66万人，其中农业人口46.15万人，耕地面积60.8万亩，2008年全县工农业总产值153094万元，其中农业产值70163万元，工业产值82931万元。
XX水库设计灌溉面积0.04万亩，目前实际灌溉面积仅为0.038万亩，粮食年平均亩产350kg
1.1.2工程现状
XX水库枢纽由大坝、溢洪道、放水设施等组成。
1、大坝
大坝为均质土坝，最大坝高5.2m，坝顶长为96.8m，坝顶宽3.0m，坝顶高程为298.9m。
内外坝坡较陡，坝体单薄，内坡浪蚀严重，无风浪石，外坡从2007年始出现滑坡，且至今仍在滑动，无排水棱体，无排水沟，坝体不规范，大坝无观察设施，近年白蚁危害严重。
从《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》结构安全分析评价得出：
大坝上游坡无风浪石，浪蚀严重。
下游坡工况一、二、三的抗滑稳定最小安全系数均不能满足规范要求。
因此，上、下游坡均存在不安全隐患。
2、溢洪道
溢洪道位于大坝右侧，为明渠式溢洪道。
堰顶高程为297.00m，进口净宽4.0m。
经本次洪水复核，水库大坝现状能满足重现期20年一遇设计洪水，200年一遇校核洪水标准，相应P=0.33%的下泄流量为2.07m3/s。
溢洪道全程未衬砌。
3、放水设施
放水设施位于大坝右侧，采用涵、卧灌放水，底板厚0.3米，断面（宽0.7米×高0.9米），目前放水卧管淤塞严重，放水流量仅为正常流量的一半（为0.02m³/秒）。
1.1.3工程建设简况
XX水库于1956年12月动工修建，1956年底竣工完成，受条件限制，设计和施工前未进行工程地质勘察工作。
设计深度不够，施工条件较差，主要是人力施工，工程质量难保证。
XX水库至1956年竣工以来，未进行过工程整治，大坝、溢洪道、放水实施都存在许多病害。
水库设计灌溉面积400亩，有效灌溉面积380亩。
1.1.4大坝安全鉴定结论
2008年5月，XX市水库大坝安全鉴定专家组、XX县水库大坝安全鉴定专家组及四川省重点小
（二）型水库大坝安全鉴定专家组对《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》进行审查，根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》，XX县XX水库大坝安全性评定为三类坝，属于病险水库。
1.2水文
XX水库位于长江水系二级支流河，坝址以上主河道1.12km，河道平均坡降17.86‰，控制流域面积0.31km2，总库容22.68万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖的小
（二）型水利工程。
XX水库所在流域属于四川盆地湿润气候，具有气候温和、降水丰富、四季分明、季风气候明显的特征。
多年平均气温18.1℃，极端最高气温40.6℃，极端最低气温-1.5℃；多年平均降雨量为1130mm，多年平均径流深为455mm。
由于工程流域无实测的洪水资料，根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》适宜采用小流域暴雨洪水推理公式推求设计洪水。
经计算该工程20年一遇设计洪水洪峰流量Q3.33%=5.6m3/s，洪水总量为5.38万m3，溢洪道下泄流量为0.0m3/s；200年一遇校核洪水洪峰流量Q0.33%=9.15m3/s，洪水总量为8.56万m3，溢洪道下泄流量为2.07m3/s。
1.3工程地质
XX水库始建于1956年1月，当年12底竣工完成。
设计坝高5.2m。
实际完成坝高5.2m，坝顶长96.8m，坝顶宽3.0m，大坝为均质土坝。
XX水库属典型的“三边”工程。
由于资金及时间关系，本次XX水库初步设计未做地勘，设计地勘资料采用2.5公里外的玛瑙滩水库地勘资料，即为：
工程区所处大地构造部位为：
扬子准地台四川台坳中的川中台拱和川东凹褶束交替带，具体为万岭向斜北翼、老翁背斜的南翼西南端。
本区地层属于平缓，地层为侏罗系上统蓬莱镇组（J3P）：
暗紫红色钙质泥岩夹厚层块状钙质长石石英砂岩。
1.4工程任务及规模
XX县XX水库在兴建过程中，由于设计和施工等多方面原因，存在严重的病险。
2008年5月，根据水利部、省水利厅要求，XX县水库大坝安全鉴定小组组织有关技术人员对XX水库进行了全面的测量复核，分析和论证水库存在的病险，提交了《XX县XX水库大坝安全鉴定综合评价报告》。
根据XX水库大坝安全鉴定报告上结论，该工程大坝主要存在如下几方面病险情况:
（1）内、外皆坡较陡，坝体单薄。
内坡浪蚀严重；外坡无排水棱体，排水沟，且滑坡严重；
（2）、溢洪道未衬砌，无消力池。
（3）、放水设施淤塞严重；（4）、白蚁危害严重；（5）、无观测设施，管理设施不完善。
XX水库病险主要原因在于，该工程在设计和施工上，都存在一些缺陷，施工中安全质量控制不严，坝坡不稳定，坝身和坝基渗漏量增大现象等。
经专家组鉴定，该工程大坝安全鉴定为三类病险水库大坝。
为确保下游沿河两岸居住人口2500多人，耕地面积3500余亩，在下游有XX县的“天源工业园区”，其安全与大坝密切相关。
尽快对XX水库大坝病险进行整治具有十分必要和迫切性。
1.5工程总布置及主要建筑物
1.5.1工程等别及设计标准
XX水库总库容22.68万m3，大坝高5.4m，设计灌溉面积400亩，属小
（二）型水库，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）规定，水库枢纽工程等别为Ⅳ等工程，其主要建筑物大坝、溢洪道、放水设施为4级建筑物。
根据《防洪标准》（GB50201-94）的规定，工程设计洪水重现期采用20年，相应洪峰流量为5.6m3/s；校核洪水重现期采用200年，相应洪峰流量为9.15m3/s。
工程区域内地震烈度为Ⅵ度，地震动反应谱特征周期为0.4s；地震动峰值加速度为0.05g。
根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），仅考虑抗震措施，可不进行抗震分析计算。
1.5.2工程枢纽除险加固设计
1、大坝
大坝枢纽除险加固是本次整治工程的主体部份，根据大坝病险及其原因分析，采取下列方案进行整治。
（1）内坡C20混凝土板（厚8cm）;
（2）外坡滑坡体整治，新建排水棱体，新建排水沟；（3）规范坝顶大坝；（4）白蚁治理。
2、溢洪道
本次设计，将溢洪道延伸至下游河沟中，底板采用C20现浇混凝土（厚20cm）;侧墙采用M7.5沙浆砌卵石。
3、放水设施
本次设计，降低库水位，对卧管进行翻安。
4、其它项目
增设、完善大坝观测设施。
1.6金属结构
本次XX水库病险整治，不涉及金属结构。
1.7工程管理
XX水库是一座以农业灌溉为主，兼防洪、养殖为一体，隶属于XX县水行政主管部门，实行事业单位企业管理的小
（二）型水利工程。
管理机构及人员：
设有XX水库管理所，在岗职工3人。
根据水库管理现状，工程整治后，除继续采用原有的管理制度和人员配置外，临时工作人员视具体情况自行决定。
该工程管理范围包括水库主要建筑物（大坝、溢洪道、放水设施）的运行和维护管理，灌溉渠道及渠系建筑物的运行和维护管理，水库管护范围以内的所有场地的管理，水库灌溉用水与供水的管理以及财务经营管理。
经本次枢纽除险加固后，落实事企分开，实行综合经营部门推行企业管理，改革其水费征收制度，计量收费，逐渐变福利性供水转变为经营性供水，实行“自主经营、自负盈亏、自我发展、自我约束”的经营模式。
并大力推行计划用水、节约用水、科学用水，提高灌溉效益。
本次设计按照工程管理原则，制定了水库控制运行管理制度，大坝管理制度、放水设备管理制度、灌区用水和供水管理制度以及水库经营管理和财务管理建议等。
1.8施工组织设计
XX水库总工期为4个月，其中准备期半个月，主体工程施工期3个半月环境保护和水土保持设计，计划从2009年9月动工，当年12月底完成。
XX水库属于四川省盆地亚热带季风性湿润气候，具有冬暖夏凉、干湿季分明的气候特征。
工程区海拔高程在700～820m之间（黄海高程），地属低中丘。
多年平均降雨量为1130mm，多年平均径流深为485mm，多年平均蒸发量1127.3mm；多年平均气温18.1℃，最高气温40.6℃，最低气温-1.5℃。
多年平均风速2.0m/s，最大风速16.0m/s。
工程区水土流失平均侵蚀模数2641t/km2.a，根据中华人民共和国《土壤侵蚀分类分级标准》SL190—96，属中度侵蚀区。
1、环境影响
XX水库枢纽除险加固工程主要项目有：
大坝整治、溢洪道及放水设施整治等。
根据工程特点，工程建设过程中永久占地的开挖破坏、弃碴堆放、施工临时占地扰动等是造成建设区新增水土流失的主要因素，水土流失的预测时段为工程建设期。
2、水土保持措施
弃碴场采取必要的植物措施和复耕措施，主体工程采取混凝土、浆砌石等工程措施予以保护，对其余零星坡面以及改建、新建公路两侧，分别采取种植草皮护坡和栽植行道树等植物措施予以保护。
结合本工程特点，对堆碴进行监测。
3、投资概算
本工程为水库病险加固工程，水库主要建筑物已建成，仅需对病险进行整治修复。
施工中破坏扰动原生地貌少，弃碴量、新增水土流失量也小，根据有关文件规定及当地水土保持措施概算收费标准，参照类似工程，XX水库环境保护和水土保持概算总投资为5.0万元。
4、方案实施保证
根据《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国水土保持法实施条例》等有关法律法规的要求，按“谁开发、谁保护、谁造成水土流失、谁负责治理”的原则，本工程水土保持防治费应纳入工程基建费中统筹安排，列入工程总投资。
并建立完善的监督实施机制，保证资金及时到位，专户储存，专项管理，专款专用，严禁挪用和占用。
1.9工程投资概算
本次XX水库枢纽除险加固工程静态总投资17.65万元，其中：
建筑工程投资15.08万元，独立费用1.73万元，基本予备费0.84万元.
1.10经济评价
本工程属病险水库除险加固项目，除险加固后，将在灌溉，水产养殖等多方面发挥较大的社会效益和经济效益。
经计算各项国民经济评价指标：
经济净现值ENPV＝25.25万元（＞0），经济内部收益率EIRR=8.72%＞Is（=8%），经济效益费用比EBCR＝1.06＞1.0，说明此项目在经济评价上是合理可行的。
1.11结论
XX县XX水库大坝经安全鉴定为三类病险坝。
工程病险主要表现为：
大坝坝坡稳定不足；大坝白蚁危害严重；放水实施淤塞严重；溢洪道未衬砌；无观测设施。
该大坝的稳定直接关系着下游2500多人，3500多亩农田，因此，该大坝急需进行除险加固。
经过本阶段的分析论证，工程主要建筑物的设计和施工在技术上是可行的，从环境影响的角度评价整治该工程也是可行的，通过对本工程经济评价表明兴建该工程是经济合理的，不存在制约工程实施的不利因素。
综上所述，为保证工程正常运行，有效发挥水库效益，同时保障下游工农业生产及人民群众生命财产安全，建议将本项目作为近期建设项目，尽快审批开展下阶段工作。
2水文
1.12流域概况
1.12.1自然地理概况
XX水库位于XX县桐梓镇境内，属长江支流。
XX水库控制集水面积0.31km2，主河道长1.12km，河床平均坡度17.86‰。
1.12.2气象特征
XX水库地处亚热带四川盆地湿润气候区，具有气候暖和、降水丰富、四季分明、季风气候明显等特点。
据XX县气象局多年实测气象资料统计：
多年平均气温18.1℃，极端最高气温40.6℃（1972.8.27），极端最低气温-1.5℃（1977.2.9），多年平均相对湿度83%，多年平均风速2.0m/s，最大风速16.0m/s。
多年平均日照时数1224.8小时，多年平均蒸发量1127.3mm。
多年平均降水量1130mm。
降雨量年内分配不均，5－9月为雨季，占全年降水70%，又以7、8月为最多，7月平均降水198mm，占全年17.6%，8月182mm，占16.1%。
最大雨和暴雨发生的主要时期；最少月为1月，24.6mm；次为12月，25mm。
从头年11月至下年3月降水都在50mm以下，形成冬春偏旱、夏季偏涝的特点。
降水最多年达1529.3mm，最少年为784.1mm，最多年是最少年的1.95倍。
1.13洪水分析计算
1.13.1洪水特性
XX水库流域洪水主要由暴雨形成，水库控制流域面积较小，一般暴雨都能笼罩整个控制流域。
大洪水多发生在6～9月，多为单峰洪水，由于流域面积小，河道流程短，坡降较大，具有明显的陡涨陡落特征，年最大洪水过程一般持续0.5～1.0天，洪水的大小及过程与暴雨的大小及过程密切相关。
1.13.2防洪标准
根据水利行业《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000），XX水库为小
（二）型水库，大坝为均质土坝，永久性水工建筑物级别为四级，其设计洪水标准采用20年一遇（P＝5%），校核洪水标准采用200年一遇（P＝0.5%）。
因此本次设计分析计算洪水标准采用：
设计洪水：
20年一遇；校核洪水：
200年一遇。
1.13.3洪水计算
由于水库所在流域属无资料地区，流域面积小，河道流程短，坡降较大，形成汇流的时间短，单位面积上形成的流量大。
根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》适宜采用小流域暴雨洪水推理公式推求设计洪水。
1.13.3.1流域特征参数
根据1:
10000航测图，测量得出水库大坝以上控制流域面积为0.31，河道长度为1.12km，河道平均坡度为17.86‰，流域特征系数θ=5.74。
1.13.3.2设计暴雨
XX水库所在流域及周边地区无实测暴雨观测资料，本次计算根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》暴雨及其统计参数等值线图，查得水库所在流域年最大24小时暴雨均值H24＝105mm，Cv＝0.5，Cs＝3.50Cv。
由P－III型频率统计参数表查算出设计流域年最大24小时设计暴雨，见下表2－1。
XX水库年最大24小时设计暴雨计算成果表
表2－1
24小时暴雨平均值（mm）
Cv
Cs
24小时各频率暴雨计算值（mm）
P＝5%
P＝0.5%
105
0.5
3
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