某县水库除险加固工程实施方案设计报告.docx

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某县水库除险加固工程实施方案设计报告

某县水库除险加固工程

实施方案设计报告

资　格　证　书

工程咨询资格证书　　　　　　　乙级　　

工程设计证书　　　　　　　　　乙级　　

工程总承包资格证书　　　　　　乙级　　

水文水资源调查评价证书　　　　乙级　　

水土保持调查评价证书　　　　　乙级　　

全面质量管理达标合格证书　　　

目　　　录

1、综合说明-2-

1.1　工程概况-2-

1.2、工程运行管理现状-3-

1.3、工程特性表-3-

1.4、水文及复核-7-

1.5　洪水及复核2

1.6泥沙淤积计算13

1.7.水文地质及工程地质16

1.8　渗流及稳定分析29

1.9大坝安全鉴定结论及存在的主要问题37

2、　除险加固设计37

2.1水库及枢纽37

2.2大坝39

2.3溢洪道54

2.4　坝体、坝基、坝肩渗漏处理59

2.5　放水设施66

2.6　金属结构68

2.7自动化监测系统68

2.8交通通讯工程68

2.9房屋工程73

3、施工组织设计73

3.1施工总布置73

3.2　施工导流设计75

3.3施工工艺和施工质量标准76

3.4施工安全81

3.5　施工总进度81

4、工程建设及运行管理82

4.1　管理机构82

4.2　工程运行管理方案82

4.3　工程监测与运行管理83

5、环境影响评价及水土保持方案83

5.1　环境影响评价83

5.2　水土保持方案84

6、社会经济综合评价84

6.1　工程概况84

6.2社会影响分析84

6.3可能带来的社会负面影响85

6.4对项目区不同利益相关者的影响85

6.5项目与所在地的互适性分析85

6.6社会风险分析86

6.7结论86

7、概　　算（见另册）86

8、工程招标投标方案设计86

参加工作人员名单

批　　准：

王与民

审　　定：

杨恩其　杨胜强

项目负责人：

何运龙

测　　量：

杨祖军　梁永亮

勘　　察：

罗洪银

水　　文：

刘爱芳　李自平

水　　工：

何运龙

概　　算：

李宽江　许朝会

报告整编：

何运龙　罗洪银　刘爱芳

印　　装：

李婉琴　顾玉琴

1、综合说明

1.1　工程概况

XX水库位于贵州省XX县瓮溪镇境内，距县城70km，距石阡县本庄镇12km。

地理位置东经107°58′－107°59′，北纬27°35′－27°36′30″。

XX至石阡本庄公路从XX水库库尾通过，XX水库大坝距思－本公路0.5km，交通方便。

XX水库集雨面积2.0km2，水库蓄水主要靠引两岔河洪水入方家沟水库调节后，再引入本水库。

大坝为均质土坝，坝高32m，正常库容185×104m3，总库容210×104m3，属小

（一）型蓄水工程，是一座以灌溉为主，兼顾人畜饮水的多功能水库。

设计灌溉面积5391亩，设计保证率80%。

XX水库枢纽建筑物有：

（1）主坝为均质土坝，坝高32m，顶宽4.0m，底宽182m，坝顶长144m；坝顶高程719.00m.坝顶设防浪墙，墙高1.0m，厚0.6m，墙顶高程720.00m。

上游坝面为干砌石护坡，在710.0m高程上设置宽2m的马道，坝坡从上至下为1:

2.5、1:

3.0。

下游坝坡分别在710.00m高程和700.00高程上设置马道，马道宽2.0m，马道上设0.3×0.2m的排水沟，坝坡从上至下分别为1:

2.5、1:

2.5和1:

2.75，为草皮护坡，坝趾处为堆石排水棱体，排水棱体上游坡1:

1，下游坡1:

2.75。

（2）付坝为均质土坝，坝轴线长50m，最大坝高22m，坝顶高程720.0m，上游坝坡1：

2，下游坝坡1：

2.5。

（3）溢洪道布置在右岸，为正堰式，堰型为实用堰，堰顶高程716.85m。

堰高1m，堰宽6m，侧墙高2.0m，右侧墙厚0.6m，左侧墙厚1.0m，总长162.6m，其中过坝段（平段）长34.88m，陡坡段长127.72m，底板为100＃砼浇筑，平段厚0.2m，陡槽段厚0.3m。

每6m设伸缩缝一道。

堰顶高程716.85m。

尾端底流消能没有施工完成。

（4）放水建筑为坝下涵洞，布置在坝体内，进口高程692.29m，放水设施布置在右岸，为斜卧管，建于页岩强风化层和F1断层影响带上，消力池建在F1断层上，斜管两侧为浆砌石砌筑，由于基础岩石破碎，未彻底处理，渗漏严重。

斜管设φ400mm双向转动闸门放水，由于施工时磨盘底座打磨不平，转动不灵活，关闭不严，漏水严重。

放水涵洞前20m由于受断层影响，洞体开裂，底板沉陷，渗漏严重。

1.2、工程运行管理现状

该工程于1966年动工兴建，1973年完成主体工程并蓄水，发现坝身漏水，1976年县水电局进行安全加固设计，但由于资金不足等原因，坝身渗漏仍然严重，1988年经省、地批准列入险病库处理计划，同年4月6日动工除险，虽然对坝身进行土工膜防渗，对涵管进行了处理，但由于种种原因，还是没有从根本上解决渗漏问题。

2002年9月，我院受XX县水利局委托，对该工程进行了实地勘察，并同时进行除险加固初步设计。

该水库从1973年全面完工至今已运行近30年，虽经两次整治，但两坝肩、坝身、斜卧管、涵洞及基础渗漏仍然严重。

水库无运行、维护、监测等设施，也未作水位、降雨、漏水、沉降等运行记录，该水库运行管理达不到要求。

1.3、工程特性表

工程特性表

项目及名称

单位

数　量

备　　　注

一、水文

加固前

加固后

1.坝址以上集雨面积

km2

2.利用水文系列年限

年

1939年～2001年

3.多年平均径流量

104m3

107.33

4.多年平均流量

m3/s

0.034

5.最枯流量

m3/s

0.006

6.设计洪水标准及流量

m3/s

29.8

QP＝2%

7.校核洪水标准及流量

m3/s

43.1

QP＝0.2%

8.设计洪水总量

104m3

36.7

QP＝2%

9.校核洪水总量

104m3

52.1

QP＝0.2%

二、水库

1.校核洪水位

718.50

2.设计洪水位

718.02

3.正常蓄水位

716.85

4.死水位

694.50

5.总库容

104m3

210

6.兴利库容

104m3

181.3

7.死库容

104m3

3.7

8.淤沙高程

688.00

9.调节性能

多年调节

10.校核洪水位时最大下泄流量

m3/s

25.2

P＝0.2%

11.设计洪水位时最大下泄流量

m3/s

15.2

P＝2%

三、工程效益

1.灌溉面积

亩

5391

2.保证灌溉面积

亩

4313

工程特性表

项目及名称

单位

数　量

备　　　注

加固前

加固后

3.设计保证率P

4.人畜饮水

　人口

万人

0.765

　牲畜

万头

0.468

5.防洪保护面积

亩

5300

6.防洪保护人口

人

7560

四、主要建筑及设备

1.挡水建筑物

　型式

均质土坝

　地基特性

砂页岩

　地震基本烈度

6度

坝顶高程

719

　最大坝高

　坝顶长度

144

　防浪墙高程

720

防浪墙高1.0m

　坝顶宽

2.泄洪建筑物

　型式

正堰式溢洪道，实用堰

　堰顶高程

716.85

　溢流堰宽

3.消能设施

　型式

底流消能，原无

4.渠道及渠系建筑物

　引洪渠2条

5.45

工程特性表

项目及名称

单位

数量

备　　　注

加固前

加固后

干渠1条

9.02

设计流量0.4m3/s

　支渠11条

28.28

　陡槽

m/座

365.5/2

引洪渠上

　隧洞

m/座

90/1

　倒虹管

m/座

976/5

5．放水设施

　型式

隧洞

　放水隧洞

279

隧洞断面为1.4×1.8m

　进水闸

设φ400双向转动闸启闭

五、施工

1、工程量

土石方开挖

4689

土石回填

　砼及钢筋砼

1426.6

　帷幕及充填灌浆

2730.4

砌　石

2890

复合土工膜

8564

回填灌浆

778

2、施工期

月

3、总工日

万工日

3.76

4、最高峰上工人数

人

160

六、经济指标

1、工程总投资

万元

497.7

静态

1.4、水文及复核

1.4.1　流域概况

XX水库位于贵州省XX县文家店区瓮溪镇境内，乌江一级支流黑滩河的支流上，距县城70公里。

根据1：

5万地形图量算得坝址以上集雨面积2平方公里。

多年平均流量0.032m3/s，多年平均径流量101.6万立方米。

主河道长2.6km，河流比降25.66‰，流域的几何特征值7.4。

XX水利工程是一个以灌溉为主的小

（1）型蓄水灌溉工程，其总体枢纽由两岔河引洪渠首（浆砌石重力坝），方家沟滞洪、蓄水灌溉水库（浆砌石拱坝）和XX蓄水灌溉水库组成。

XX水库蓄水需引两岔河的基流及洪水入方家沟水库滞留调节后，再引入XX水库。

方家沟水库位于方家沟和上游，两岔河与方家沟河同属孔家河支流，但与XX水库不在同一分水岭内。

由此，可得引洪及区间要参与径流计算，但不参与洪水复核计算。

引洪及区间集雨面积合计4.11km2，引洪渠两条，一条是从两岔河引入方家沟水库，长2.3km，设计过水流量为2.0m3/s，且无闸阀控制；另一条引洪渠是从方家沟水库引入XX水库，长为3.15km，设计过水流量为1.5m3/s，且有闸阀控制。

本流域地处贵州省东北部、XX地区西部、地势地貌属贵州高原自东向西的三级阶地的第一阶梯上和贵州高原东北边缘向湘西丘陵及四川盆地过渡的斜坡地带，地势西北高，东南低，地貌为岩溶山原，河谷多以峡谷形成嵌入山原，岩溶丘陵洼地分布较广。

森林面积小，植被差，水土流失严重。

1.4.2　气象

境内属亚热带温暖季风湿润气候区，季风交替明显，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，流域水气主要来自印度洋孟加拉湾，由于地形变化较大，导致气候垂直变化明显，小范围由于地形形成小气候，对水文要素的地区分布规律有一定影响。

多年平均气温17.5℃，极端最高气温40.7℃，最低气温－5.5℃，年日照时数1169.5小时，无霜期286.4天。

全年以南风为主，多年平均风速1.9m/s。

流域内湿润多雨，雨量在时空分布上不均匀，多年平均降雨量1080.0毫米。

灾害性气候主要有干旱、暴雨、倒春寒、秋季低温、冰雹、大风等。

1.4.3　暴雨洪水资料及其特征

采用XX水文站最大一日降雨资料，应用雨洪法进行洪水计算。

该站始建于1939年，1939年～2001年共有63年的降雨观测系列资料。

该站观测系列较长，精度较高，能够代表本流域的降雨特征。

XX水库的洪水多由暴雨所致，属山区雨源性河流，其洪水特点历时短，雨强大，洪水陡涨陡落。

据XX水文站实测最大一日暴雨多发生在每年的5～9月份，其中5～8月出现的暴雨次数占发生次数的84.12％，以6、7月份发生的机率最大，其中6月份占30.16%，7月份占20.63%，4月份、10月份偶有发生，流域形成暴雨的主要天气类型是冷锋低槽和两高切变类，暴雨区的主轴方向多与山脉走向一致，其洪水特点历时短，强度大，洪水陡涨缓落。

XX水文站历年最大一日暴雨出现机率

统计年限

项目

四月

五月

六月

七月

八月

九月

十月

十一月

合计

1939—2001年

出现次数

出现机率

3.17

17.46

30.16

20.63

15.87

6.37

3.17

100

1.4.4径流计算

1.4.4.1平均年径流计算

XX水库流域内无任何实测降水径流资料。

采用XX水文站实测资料，具有1951～2005年的降水观测成果。

经分析，经对XX水文站历年年降水资料进行频率分析计算，将XX水文站1951～2005年（水文年）历年年降雨量进行统计和频率分析计算，结合《贵州省地表水资源》手册，并以P－Ⅲ型曲线适线得：

＝1080.0mm、Cv＝0.18、CS/CV=2。

查《贵州省地表水资源》手册得工程所在地区域内径流系数为a0=0.47,查《贵州省水文实用手册》得枯流模数M＝0.003m3/s.km2,各种特征值计算见表1.4－1。

特征值计算表

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1.4－1

项　目

单　位

数　量

备　注

径流系数a0

0.47

平均年降雨量

1080.0

平均年径流深

508.0

平均年径流模数

m3/（s.km2）

0.0016

集雨面积F

XX水库

km2

引洪及区间

4.11

平均年径流总量

XX水库

104m3

101.6

引洪及区间

208.8

平均年流量

XX水库

m3/s

0.032

引洪及区间

0.066

平均年基流量

XX水库

m3/s

0.006

引洪及区间

0.012

平均年基流总量

XX水库

104m3

18.92

引洪及区间

38.89

1.4.4.2设计径流水文特征值计算

XX水库流域内无任何实测降水径流资料。

采用XX水文站实测资料，具有1951～2005年的降水观测成果。

经分析，经对XX水文站历年年降水资料进行频率分析计算，将XX水文站1951～2005年历年年降雨量及水稻生长期（4～9）月降雨量进行统计和频率分析计算，并以P－Ⅲ型曲线适线，根据《贵州省地表水资源》中的公式以及“年径流变差系数等值线图”综合确定。

1）年降雨参数计算：

　　　降雨变差系数

通过适线得

=1080.0mm,CV＝0.18，CS＝2CV，查皮Ⅲ型曲线得模比系数。

P=20%XP=20%=1238.8mm

P=50%XP=50%=1068.1mm

P=80%XP=80%=913.7mm

径流变差系数根据《贵州省地表水资源》中的公式以及“年径流变差系数等值线图”综合确定为：

Cv=0.30，Cs=2Cv。

计算公式为：

Cvy=γ·Cvx/（αm+βLgF）

式中：

Cvy—年径流变差系数

Cvx—年降水变差系数

F—集水面积，F﹤100km2时取F=100km2

α—年径流系数

m、β、γ—地区性经验参数

各设计水文特征值计算见表1.4-2。

各设计水文特征值

表：

1.4－2

保证率（％）

模比系数KP

1.24

0.97

0.743

年径流深YP　mm

629.9

492.8

377.4

年径流总量WP　104m3

XX水库

125.98

98.56

75.48

引洪及区间

258.89

202.54

155.11

年径流模数MP　t/s.km2

XX水库

19.97

15.62

11.97

引洪及区间

19.97

15.62

11.97

平均年流量QP　m3/s

XX水库

0.040

0.031

0.024

引洪及区间

0.082

0.064

0.049

基流模数M基P10-3（m3/s·km2）

XX水库

3.72

2.91

2.23

引洪及区间

3.72

2.91

2.23

基流W104m3

XX水库

23.46

18.35

14.1

引洪及区间

48.22

37.72

28.91

1.4.4.3典型年的选取

根据典型年选取的原则，选取年径流量与设计值接近的年份，且年内分配对工程较为不利的年份作为典型年。

将XX水文站历年年降雨量、水稻生长期（4～9）月降雨量进行统计和频率分析计算，并以P－Ⅲ型曲线适线。

综合确定选出的典型年份如下：

丰水年p=20%1999.4-2000.3

平水年p=50%2003.4-2004.3

枯水年p=80%1956.4-1957.3

径流分配采用代表年法，该工程的设计保证率P=80%，其缩放系数为

K=966/989.7=0.976。

P＝80%设计年年径流分配计算见表1.5-3。

p=80%设计年年径流分配

表1.5-3

4月

5月

6月

7月

8月

9月

典型年1956.4-1957.3（mm）

89.8

227.6

117.6

100.8

113.3

117.2

80%设计年（mm）

82.9

210.1

108.6

93.1

104.6

108.2

分配系数Fx

0.091

0.230

0.119

0.102

0.114

0.118

径流总量（104m3）

6.74

15.29

8.47

7.43

8.20

8.44

10月

11月

12月

1月

2月

3月

典型年56.4-57.3（mm）

49.6

6.7

54.9

30.8

32.4

80%设计年（mm）

45.8

45.2

6.2

50.7

28.4

29.9

分配系数Fx

0.050

0.007

0.055

0.031

0.033

径流总量（104m3）

4.25

4.21

1.59

4.58

3.09

3.18

1.4.5引洪来水量估算

1.4.5.1引洪概括

XX水库是一个以灌溉为主的小

（1）型蓄水灌溉工程，由于XX水库规模已经审定，加之灌区需水量大于来水量，故在运行调节时，尽可能将方家沟水库的水引入XX水库，保证XX灌区的需水。

根据《XX县XX水利灌溉引洪枢纽完善及灌溉渠道配套设计说明书》，XX水库蓄水需引两岔河的水入方家沟水库滞蓄调节后，再引入XX水库。

引洪及区间集雨面积合计为4.11km2。

方家沟水库，集雨面积为1.2km2，浆砌石拱坝，最大坝高27.1m，正常高水位798.30m，设计洪水位798.63m，校核洪水位798.75m，总库容31.8万m3，正常库容29.6万m3。

方家沟水库位于方家沟和上游，两岔河与方家沟河同属孔家河支流，但与XX水库不在同一分水岭内。

由此，可得引洪及区间要参与径流计算，但不参与洪水复核计算。

1.4.5.2引洪水来水量估算

本次引洪水来水量估算，采用XX水库P=50%、P=20%及P=10%的洪水过程线进行估算，根据洪水过程线与时间所围成的面积来进行分析，由于本次引洪主要引两岔河的水，且两岔河至方家沟水库的引洪渠设计过水流量为2.0m3/s，虽然方家沟水库至XX水库的引洪渠设计过水流量为1.5m3/s，但方家沟有一个滞蓄库容，可以对两岔河引洪的水进行滞蓄调节，所以本次分析估算采用流量小于2.0m3/s围成的面积与总的面积之比来确定引洪水的比例，经计算得，P=50%，Q＜2.0m3/s所围成的面积占总面积的51.55%；P=20%，Q＜2.0m3/s所围成的面积占总面积的39.08%；P=10%，Q＜2.0m3/s所围成的面积占总面积的31.54%；经综合分析计算得出本次洪水有40%引入XX水库。

1.4.5.3引洪来水量估算

根据各月份降雨量占全年降雨量的百分比以及洪水期间4、5、6、7四个月总降雨量占全年降雨的65.2%，综合分析得出洪水期间主要在4、5、6、7这四个月中，有三分之二的降雨量来至于洪水。

其余几个月全部引入XX水库，经分析计算引洪来水量估算计算结果见表1.5-4。

引洪来水量估算计算结果表表1.5-4

月份

4月

5月

6月

7月

8月

9月

引洪来水量（104m3）

8.32

18.86

10.44

9.16

16.86

17.35

月份

10月

11月

12月

1月

2月

3月

引洪来水量（104m3）

8.73

8.66

3.26

9.41

6.34

6.54

1.4.5.4设证保证率

灌区地处多雨区，农作物以水稻为主兼人畜饮水，根据《灌溉与排水工程设计规范》GB50288－99，并考虑社会经济的发展和本区的水资源条件取保证率为80%。

1.4.5.5需水量计算

XX水库总灌面积5391亩，保证灌溉面积4313亩，人口0.765万人，牲畜0.468万头，人畜饮水600m3/d,及下放环境生态用水。

根据流域的实际情况确定采用的节水灌溉沟农作物净灌溉定额为：

水田灌溉净定额360m3/亩，旱作物净定额110m3/亩，该区为小型灌区，渠系利用系数0.45，复种指

数1.8。

1.4.5.6　调节计算

即该水库为多年调节水库，多年调节计算见表1.4-5。

经水库调节计算，水库总灌溉面积5391亩，其中水田为4205亩，旱地1186亩，解决人口0.765万人，牲畜0.468万头的用水，水库还缺水308.10万m3。

鉴于本水库是多年调节水库，有较大的滞蓄能力，则可通过引洪和本水库丰水年满蓄予以解决。

P=80%水平年水量调节计算表表1.4-5

工程名称：

XX水库

时段

（月）

时段初水库库容（万m3）

天然来水量（万m3）

引洪来水量（万m3）

各部门用水量（万m3）

灌溉用水量（万m3）

河道生态用水量（万m3）

时段水库水量损失（万m3）

水库需变水量

缺水（万m3）

弃水（万m3）

时段末水库库容（万m3）

备注

蓄水（万m3）

放水

（万m3）

0.00

6.74

8.32

1.8

17.27

0.53

0.00

4.53

0.00

1.兴利库容为181.3万m3

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