某水库大坝安全复核报告.docx
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某水库大坝安全复核报告
XX市XX区
SS水库大坝安全复核
报告
XX市XX区水利勘测设计队
二OXX年X月
批准：
审查：
校核：
编写：
1工程概况
1．1工程概况
SS水库位于XX区金鼎山镇SS村，距XX市30千米，松林至毛石公路通过此地，交通较为方便。
工程于一九五八年动工修建，由于那时的历史条件差，工程仅完成坝高3米，底宽114米，水库不能蓄水受益，经一九七七年和一九八五年两次续建后，坝高达13.6米，新修溢洪道，改建放水闸门，改造渠道66.4千米，修建渠道2千米，倒虹管4座。
工程浇灌农田3700亩。
SS水库坝址以上集雨面积为3.07km2，为粘土心墙坝；总库容为万m3，兴利库容万m3,死库容为万m3；加高后，最大坝高为13.6m，坝顶宽15m，坝顶长150m，坝顶高程1025.40m，在高程有一马道宽8m，背水坡1：
，在有一马道宽34m，反滤层高2m，迎水坡在以上为块石护坡，原有坝顶右高左低，不规整。
上游坝坡1:
3，下游坝坡1:
2。
溢洪道位于左坝端，为岸边溢洪道，长80m，其中入口引渠段长6m,底部高程为1024.75m，首部宽6m,结尾宽5m，底板采用浆砌石护面。
放水涵洞位于右坝段，长105m,入口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
本次复核结果，坝址以上流域面积3.05km2，复核后校核洪水位（P=%）1027.72m，设计洪水位（P=%）1026.84m，正常蓄水位1024.70m，死水位1016.80m。
总库容万m3。
大坝为均质土坝，坝顶高程1025.0m，最大坝高12.7m，坝顶长200m，坝顶宽5.0m。
水库溢洪道为侧槽式溢洪道，位于左坝端，长80m，其中溢流净宽5.50m，陡槽段宽度～5.0m。
放水涵洞位于右坝段，长105m,入口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
1．2枢纽布置及建筑物现状
水库枢纽包括大坝、溢洪道及放水隧洞。
1．2．1大坝
大坝为均质土坝，坝顶高程1025.0m，最大坝高12.7m，坝顶长200m，坝顶宽5.0m。
上游坝坡为1:
，下游坝坡（按测量轮廓线反算）在1:
至1：
之间。
1．2．2溢洪道
溢洪道为侧槽式溢洪道，位于左坝端，长80m，其中溢流净宽5.50m，陡槽段宽度～5.0m。
1．2．3放水隧洞
放水涵洞位于右坝段，长105m,入口用φ200mm双向转动闸控制放水,采用卧管放水涵洞放水,出口高程1015.62m。
工程特性见表1-01。
工 程 特 性 表
表1-01
指标名称
单位
数 量
备 注
原设计
复核后
一、水文
1、坝址以上流域面积
km2
2、设计洪峰流量
m3/s
（P=%）
3、校核洪峰流量
m3/s
（P＝％）
二、水库
1、正常蓄水位
m
2、死水位
m
3、设计洪水位
m
4、校核洪水位
m
5、总库容
万m3
6、兴利库容
万m3
7、死库容
万m3
三、大坝
1、坝型
均质土坝
均质土坝
2、最大坝高
m
3、坝顶高程
m
4、坝顶宽
m
15
5、坝顶长度
m
150
200
6、上游坝坡
1:
1：
7、下游坝坡
1:
1：
工 程 特 性 表
续表1-01
指标名称
单位
数 量
备 注
原设计
复核后
四、溢洪道
1、堰型
宽顶堰
宽顶堰
2、堰顶高程
m
3、溢流堰净宽
m
4、安全泄量
m3/s
（P＝％）
五、放水建筑物
放水隧洞
型式
放水卧管
放水卧管
断面（宽×高）
m
取水口中心高程
m
放水设备
φ200双向转动闸
φ300吸型闸阀
2 工程品级及洪水标准复核
2．1工程等别及建筑物级别
SS水库大坝为均质土坝，最大坝高12.7m，原设计总库容万m3，复核后总库容74.5m3。
按照SL252－2000《水利水电工程品级划分及洪水标准》和GB50201－94《防洪标准》规定，本工程品级为Ⅴ等，工程规模为小
（2）型，大坝及溢洪道为5级水工建筑物。
2．2洪水标准及设计洪水
2．2．1洪水标准
SS水库原设计采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
按照GB50201－94《防洪标准》规定，原设计的洪水标准符合要求，故本次复核仍采用原设计洪水标准，即：
校核洪水标准300年一遇（P=%），设计洪水标准30年一遇（P=%）。
2．2．2设计洪水
1．流域地理参数复核
本次复核，按照1:
10000地形图量算，SS水库流域面积F＝3.05km2（原设计资料流域面积3.07km2，相差小于3％，采用原设计资料功效），主河道长L＝2.49km，主河道平均比降J＝‰，部份汇流系数δ＝，坡流影响系数K坡＝，暴雨点面系数∮＝，流域形状系数f＝。
2．设计洪水复核
（1）流域概况、气象及暴雨洪水特性
SS水库位于XX区金鼎山镇SS村，距XX市30千米，松林至毛石公路通过此地，交通较为方便。
坝址地理位置东经106º44′49″，北纬27º45′42″。
SS水库位于洛江左岸一级支流螃蟹河河左岸一级支流——高枧沟。
流域内地形属于山间丘陵谷地或缓丘地形。
流域内海拨在1020m～1330m之间，最高点高程1327m。
水库所在区域属北亚热带季风型气候，冬无酷寒，夏无盛暑，四季分明，降水较丰沛。
按照临近的XX市气象台资料统计：
年平均气温15.2℃，极端最高气温38.7℃，极端最低气温-7.1℃，连年平均无霜期天，连年平均降水量1086.2mm。
实测最大日暴雨1995年为183.9mm，连年平均日照，连年平均相对湿度80%，连年平均最大风速11.8m/s。
SS水库属一般暴雨区，一般5月份进入汛期，10月份结束，暴雨多发生在5～8月；受山区地形地貌影响，易发生强度及量级大而历时短的灾害性暴雨。
受暴雨特性及流域特性的影响，设计流域洪水具有陡涨陡落、峰高量集中及洪水历时短的山区特小河流洪水特性，其洪水进程尖瘦，洪量主要集中在12小时内。
（2）设计暴雨
SS水库流域内无水文站、气象站和雨量站。
按照临近XX市气象站年最大一日暴雨统计，然后换算成年最大二十四小时暴雨，进行频率计算，其计算功效如表2－1。
参照《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图》和《贵州省暴雨洪水计算用手册》之有关等值线图，设计流域24小时设计暴雨均取98.0mm，Cv值取。
其功效如下：
H24=98.0mm，Cv＝，Cs＝；Sp＝42.0mm，Cv＝，Cs＝。
不同设计频率的暴雨量如表2－2。
参证站年最大二十四小时暴雨量频率分析功效表
表2－1
站名
H24（mm）
Cv
Cs/Cv
XX市气象站
SS水库设计暴雨功效表
表2－2
项目
均值（mm）
Cv
Cs/Cv
各频率设计暴雨（mm）
20%
10%
%
%
%
%
%
24小时暴雨
1小时暴雨
（3）设计洪水的推求
由于流域面积较小，而临近又无特小流域水文资料，故在本流域的洪水计算中采用专门用于特小流域洪水计算的产、汇流简析公式（贵州省水利学会，1990年，史学政）和《贵州省暴雨洪水计算实用手册》修订公式（《贵州省水力发电》，1995年）别离计算后综合取值。
SS水库流域面积小于10km2，植被一般，属于开垦度较高的低山深丘区，河槽较为顺直，故修订公式采用特小（3）式，简析公式采用特小
（2）式，公式如下：
简析公式（特小2式）：
Qmp=坡·（δ·∮）····
修订公式（特小3式）：
Qmp=（C1Sp）
洪量公式：
Wmp=0.1F·α·（∮H24p）
Qmp－某设计频率之洪峰流量（m3/s）；
Wmp－某设计频率之洪水总量（万m3）；
δ－部份汇流系数；
∮－暴雨点面系数；
K坡－坡流影响系数；
L－主河道长度；
J－主河道平均坡降；
f－流域形状系数；
F－流域面积；
Sp－某设计频率暴雨雨力；
H24p－某设计频率最大24小时暴雨量；
r1－汇流系数；
C1－洪峰径流系数；
α－洪量径流系数；
在计算中，汇流系数r1按照流域情形取，C1取值范围为～，a取；SS水库坝址处各频率设计洪峰流量、最大24小时洪量功效见表2－3。
SS水库设计洪峰、洪量功效表
表2－3
频率P（%）
20
10
5
洪峰流量
（m3/s）
简析公式
修订公式
均值（采用成果）
最大24小时洪量（万m3）
设计洪水进程线按照《贵州省暴雨洪水计算实用手册》之“概化进程线”推求，功效见表2－4。
SS水库设计洪水进程线
表2－4
时间
t（h）
流量（m3/s）
P=%
P=%
P=%
P=5%
P=20%
2．2．3调洪计算
1．调洪计算的条件
（1）调洪复核计算洪水资料采用本次复核功效。
（2）水库调洪计算的起调水位采用（本次复核的）水库堰顶高程1024.70m，相应库容万m3。
（3）水库溢流道为侧槽式溢洪道，溢流堰型式属明槽式，溢流方式按开敞式自由出流考虑。
（4）调洪演算库容曲线采用复核后的库容曲线。
（5）水库溢洪道为岸边开敞式无堰溢洪道，溢流净宽5.50m，陡槽段宽度～5.0m。
泄流流量采用公式：
q＝M·B·（m3/s），综合流量系数经分析计算后采用M=。
2．水库库容曲线复核
SS水库（原设计资料）面积～库容曲线与本次复核功效相差甚微，采用原功效。
SS水库容曲线功效见表2－5及附图。
SS水库库容曲线
表2－5
高程（m）
库容（万m3）
高程（m）
库容（万m3）
3．调洪计算
依据前面论述之调洪条件，SS水库调洪计算采用单辅助曲线法计算。
经计算，SS水库调洪功效如表2－7，调洪进程线见表2－6及附图。
SS水库调洪进程线表
表2－6
P=%
P=%
时段
Qt
qt
时段
Qt
qt
Δt=
（m3/s）
（m3/s）
Δt=
（m3/s）
（m3/s）
SS水库调洪计算功效表
表2—7
频率
（%）
Qmp
（m3/s）
qmp
（m3/s）
起调水位
（m）
最高洪水位（m）
相应库容（万m3）
备注
校核洪水
设计洪水
20年一遇
5年一遇
说明：
调洪计算中不考虑坝顶泄洪，溢洪道泄洪按开敞式自由溢流计算。
经计算，SS水库现有溢洪道泄流关系曲线如表2－8。
SS水库现有溢洪道泄流曲线功效表
表2－8
水库水位（m）
溢流水深（m）
泄流量（m3/s）
3工程地质复查
坝基坝址地质
3.1.1地形地貌
坝址河流流向S15°E，坝址区两岸地形较平缓，河谷形态为大体对称形“U”形，左岸山体最高点高程1230.00m，右岸山体最高点高程1369.00m，坡角左岸15～20º，右岸15～25º,河床宽80～100m，岩层倾左岸，偏下游，为斜交向河谷结构。
坝址区全数为第四系残坡积砂质粘土、风化黄粘土伏盖，厚约3～15m，大坝下游河床全数为人工耕耘区覆盖，河床高程1015.00m，左坝肩山堡高程1100.00m；右坝肩山堡高程1125.00m，为侵蚀构造类中切谷地台状低至低中山地形地貌。
2.5.1.2地层岩性
坝址地层单一，出露震旦系上统灯影组（Zbdn），中厚至厚层浅灰色块状白云岩。
厚约220m，岩层走向杂乱，大致北东，偏向北西∠2°至10°。
上伏第四系：
（Q）洪积、残坡积物（Qel-dl）：
黄色杂色亚粘土和砂砾，夹孤石，厚3-15m。
人工堆积物（Qr）：
厚-3m。
2.5.1.3地质构造
坝址区大的断裂发育，为单斜岩层，岩层产状平缓，构造以断层为主。
①N20～30°E/ES∠70～80°，为陡倾角张性断层，充填物主要为断层角砾及残坡积物，为近顺河向断层。
②N30～50°W/WN∠70～80°，为陡倾角张性断层，充填物主要为断层角砾及残坡积物。
为斜切河向断层。
以上两组断裂彼此切割，严峻破坏了岩体的结构，使本区岩体完整性极差。
工程下游河床主要种植水稻，检查中未发觉明显渗漏点，据耕耘下坝坡外耕地的农人介绍，未发觉有出水点，，其它地方方已未发觉与库水有关的渗漏。
4大坝渗流稳固复核
从现场检查情形看，本大坝为一均质粘土坝，但粘土施工质量较差，从土样实验结果看，其渗透系数与坝体大体一致。
1．计算模型及工况
按照大坝现状肯定的计算模型为：
有限深透水地基下游没有排水设施的均质土坝的渗流计算；肯定计算工况为：
①上游正常蓄水位1024.70m及下游有必然水深的情形；②测图时水位1021.00m及下游有必然水深的情形。
2．渗流稳固分析
（1）通过坝身的单宽流量计算公式：
式中：
k－坝体渗透系数，取k＝×10－5cm/s；
H－上游水深；
a0－出逸点高度；
t－下游水深；
m2－下游平均坝坡坡率，m2＝；
（2）计算结果及分析
①水库正常蓄水位1024.70m时渗流稳固计算结果：
坝身单宽渗流量q1=×10-4m3/s·m。
浸润线方程：
计算下游出逸点高程1014.30m。
②测图时水位1021.00m时渗流稳固计算结果：
坝身单宽渗流量q1=×10-5m3/s·m。
浸润线方程：
计算下游出逸点高程1012.93m。
由渗流计算结果可知，各断面的渗透系数均采用最大值，正常蓄水位工况下的最大渗透坡降均小于允许坡降，不会发生渗透变形。
5 坝体材料及填筑质量评价
SS水库大坝投入运行以来，由于大坝施工期的质量控制、质量检测等档案资料较缺乏，难以准确复查评价工程的实际施工质量。
按照《水库大坝安全评价导则》的有关规定要求，本次大坝质量评价，主如果以结合现场检查及大坝坝体材料取样的实验资料为依据。
5．1坝址取样
为了解大坝填筑质量、坝体的渗透系数等，我队委托遵义水利水电勘测设计研究院检测实验中心别离对大坝上下游左、右坝肩及上下游中部坝面取样进行了土工实验，取土样6组。
5．3岩土物理力学参数实验
按照实验功效报告分析，6组土样含水量为～%，孔隙比为～，塑性指数为～。
坝体填筑材料干容重为～m3，定名为含碎石粉质粘土。
5．4填筑质量评价
按照现场检查及实验资料，大坝坝体材料为含碎石粉质粘土，填筑质量差。
6坝体结构安全复核
6．1坝顶高程复核
6．1．1大体参数
（1）风速：
连年平均最大风速为11.8m/s，正常运用条件下风速W＝×12＝17.7m/s；超级运用条件下风速W＝11.8m/s；
（2）风区长度：
按照库区地形图量测，D＝0.71km。
（3）地震：
按照GB18306—2001《中国地震动参数区划图》该区地震动反映谱特征周期为，地震动峰值加速度≤0.05g，地震大体烈度小于Ⅵ度；
（3）本次复核后的洪水功效：
校核洪水位1027.72m（P=%）,设计洪水位1026.84m（P=%）。
6．1．2坝顶超高及坝顶高程复核
按照SS水库的工程品级及洪水标准，依照SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》附录中有关公式复核坝顶高程，采用公式如下：
坝顶在静水位以上超高Y＝R5%+e+A
安全超高：
正常运用情形，A＝0.5m，
超级运用情形，A＝0.3m。
波浪在大坝坝坡上平均爬高公式：
风雍高度：
e=Kw2D/（2gH）COSβ≈0
R5%/R=
坝顶超高复核功效见表6－1，坝顶高程复核功效见表6－2。
坝顶超高计算功效表
表6－1
运用条件
波浪爬高（m）
安全超高（m）
坝顶超高Y（m）
正常运用条件
非常运用条件
坝顶高程复核功效表
表6-2
运用条件
计算水位
（m）
坝顶超高
（m）
计算坝顶高程（m）
现状坝顶高程
（m）
正常运用
正常蓄水位
非常运用
校核洪水位
从表6－2中数据可知，现有坝顶超高不知足规范要求。
故大坝抗洪能力不能知足要求。
6．2上游坝面抗风浪能力复核
按照SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》附录中的公式计算砌石护坡质量和厚度:
当Lm/hp≤15时
式中：
D－石块的换算球形直径（m）；
Q－石块的质量（t）；
D50－石块的平均粒径（m）；
Q50－石块的平均质量（t）；
t－护坡厚度（m）；
m－坡度系数，m＝；
Kt－随坡率转变的系数，查表得Kt＝；
ρk－块石密度（t/m3），ρK取m3；
ρw－水的密度（t/m3），ρw取m3；
hp－积累频率为5％的波高（m），h5%/h=。
经计算，正常运用条件下t=0.20m、D=0.15m、Q=，超级运用条件下t=0.10m、D=0.07m、Q=。
按照计算功效和现场检查分析，大坝上游坝面无护坡，长期受库水的浪蚀、淘蚀作用，有必然沉陷。
故上游坝面抗风浪能力不能知足要求。
6．3坝体边坡稳固复核
6．3．1物理力学参数
坝体材料物理力学参数，在实验功效的基础上，类比其他工程综合取值，采用参数如表6-3。
坝体材料物理力学指标表
表6－3
部位
材料
天然容重（t/m3）
饱和容重（t/m3）
摩擦角（°）
粘聚力（Kpa）
渗透系数
（cm/s）
坝体
粘土
15
50
×10-5
坝基
6．3．2计算工况
由于SS水库大坝坝顶没有交通要求，本考虑坝体的工作情形拟定四种工况：
①1/3坝高水位（1610.80m）时上游坝坡；
②正常蓄水位（1024.70m）时的上、下游坝坡；
③坝顶齐平库水位（1025.00m）时的下游坝坡（由于本水库复核后坝顶高程低于校核洪水位）。
6．3．3计算方式
SS水库大坝为均质土坝，按照SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》规定，坝坡抗滑稳固计算应采用刚体极限平衡法。
对于均质土坝坝坡稳固计算方式采用计及土条块间作使劲的简化毕肖普法进行功效控制，采用不计条块间作使劲的瑞典圆弧法校核。
采用水利水电科学研究总院编制的土石坝坝坡稳固分析程序《STAB》（简化版）计算。
6．3．4最小安全系数
SS水库工程为Ⅴ等工程，大坝为5级水工建筑物，按照SL274－2001《碾压式土石坝设计规范》之规定，大坝坝坡抗滑稳固最小安全系数：
采用毕肖普法时，正常运用条件K≥，超级运用条件K≥；采用瑞典圆弧法时，K值减小8％。
6．3．5坝坡稳固分析
通过计算,四种计算工况的计算功效如表6-4。
坝坡稳固计算功效表
表6-4
计算
工况
库水位
（m）
计算
坝坡
复核坝坡抗滑稳定
安全系数（K）
规范规定
安全系数
（简化毕肖普法）
简化
毕肖普法
瑞典
圆弧法
①
上游坝坡
②
上游坝坡
下游坝坡
③
下游坝坡
按照计算功效分析，SS水库SS水库大坝在正常运用情形下上、下游坝坡抗滑稳固安全系数均知足规范要求；在超级运用情形下上、下游坝坡均知足规范要求。
综上所述，SS水库大坝坝坡知足规范要求。
7水库抗洪能力
7．3水库抗洪能力复核
2．3．1抗洪能力复核
SS水库本次复核采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
经调洪计算，从堰顶起调，当水库发生频率为P=%（300年一遇）洪水时，水库最高洪水位1027.72m，比现状坝顶最低点高程1024.90m高2.42m。
按照现状坝顶高程1025.00m，同时知足超级运用安全超高0.54m的要求，水库水位不该高于1024.46m，比水库（现状）堰顶高程还低，故水库（现状）溢洪道抗洪能力低于5年一遇洪水标准（发生5年一遇洪水时，水库洪水位为1026.24m）。
2．3．2泄流安全性复核
SS水库溢洪道为侧槽式溢洪道，溢流堰型式为实用堰。
溢流净宽为。
溢洪道侧墙高度不知足规定的要求，而溢洪道的水力条件较差，溢洪道出口水流会冲洗下游农田。
水库若发生溃坝，会对下游下游5000人和的4000亩耕地的生命和财产安全造成要挟。
2．3．3应急办法
松毛公路从SS水库大坝旁通过，交通较为方便。
但水库大坝无人值守且距离管理部门较远，因此发生险情时，不能及时通报汛情。
由于该水库属险库，在除险加固之前，必需限制蓄水。
该水库在防汛和抢险救灾的设施和办法等方面都不符合规定要求。
8结论与建议
8．1结论及建议
8．1．1结论
SS水库是一座以浇灌为主
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