刘家湾治沟骨干扩大初步设计说明书 推荐.docx

1、刘家湾治沟骨干扩大初步设计说明书 推荐陕西省榆林市米脂县刘家湾治沟骨干坝扩大初步设 计 说 明 书 规划设计院米脂县水利水保局二OO年月批 准：核 定：审 查：校 核：编 写： 参加设计人员： 米脂县刘家湾治沟骨干坝主要技经指标表第一章 概述第二章 流域概况第三章 水文计算第四章 工程设计第五章 工程施工第六章 工程管护第七章 施工组织设计第八章 效益分析第九章 工程概算刘家湾治沟骨干坝主要技术经济指标简表河 系无定河主要工程量土 方86000m3建设地点米脂县姬家峁流域石 方445m3建设性质新建混凝土8.6m3工程规模控制面积3.0km2合 计86454m3总 库 容93万m3投 工121

2、00(工日)拦泥库容72万m3投资总 投 资42.62万元淤地面积180亩中央补助淤积年限24年地方匹配拦河坝型 式均质土坝群众自筹最大坝高24m效益防洪保护60坝 顶 长104m灌 溉坝体方量8.01养 鱼施工方式水坠单位库容投资0.46元/m3投 资单位拦泥投资0.6元/m3输水洞型 式拱涵单位工程量投资4.9元/m3洞身长度93m单位淤地投资2300元/亩断面尺寸宽高0.81.2m单位工程量换库容10.76m3/m3直径单位淤地面积拦泥4000m3/亩放水设备型式卧管主要材料用量水 泥45t总高度14.6m钢 材0.25t每台高度0.65m木 材4m3断面尺寸宽高0.60.6m炸 药直径

3、柴 油40.3t溢洪道型 式计划施工时开工日期年月总长度竣工日期年月断面高宽总 工 期一年第一章 概述第一节 目的意义控制和防治水土流失，充分利用水沙资源，是改变黄土高原地区农业生产条件，减少入黄泥沙，促进退耕还林还草和封山育林，改善生态环境的根本措施。刘家湾骨干坝是米脂县姬家峁流域狮子沟内的一座控制性治沟骨干坝，工程建成后，前期可拦蓄洪水径流，为刘家湾村提供饮水水源，解决山区人畜饮水不足问题，并保护下游60多亩坝地的安全生产；后期可拦泥97.2万t，新增坝地180亩，上拦下保作用十分显著。同时，工程可抬高沟道侵蚀基准点，防治沟头下切，促进流域内坡耕地退耕还林还草，坝顶可兼做乡村道路，带动本地

4、经济的发展。第二节 编制依据一、水土保持治沟骨干工程暂行技术规范二、陕西水土保持治沟骨干工程技术手册三、陕西省榆林地区水文手册四、黄河水土保持生态工程设计概算编制办法及费用标准五、黄河水土保持生态工程概算定额六、水坠坝设计及施工暂行规定七、米脂县姬家峁流域坝系工程可行性研究报告八、1:10000库区地形图，1:1000坝址实测地形图，1:500坝址实测横断面图第三节 工程主要技术参数一、坝体参数1、最大坝高24m，坝顶长104m，总库容93万m3。2、水位及库容死水位119.00m，拦泥库容72万m3。校核洪水位102.00m，滞洪库容21万m3。坝顶高程124.00m。二、放水工程参数1、卧

5、管最低放水孔高程108.4m，卧管最高放水孔高程122.00m，卧管长度32.6m。2、涵洞进水口高程107.00m，涵洞出水口高程106.07m，涵洞长度93m。三、主要工程量及建筑材料1、主要工程量计有：土方开挖0.59万m3，水坠土方8.01万m3，浆砌块石445m3，砼8.6m3。2、主要材料用量：需用水泥45t，木材4m3，砂子180m3，柴油40.3t。四、工程总投资42.62万元。五、工程效益：拦泥、淤地、防洪保护、解决交通和人畜饮水、改善生态环境等。第二章 流域概况第一节 自然条件刘家弯骨干坝位于米脂县城关镇姬家峁流域，距县城15公里，属无定河的二级支流，该流域为典型的黄土丘陵

6、沟壑区二副区，地貌由梁峁、沟坡、沟床三个单元组成，以坡为主，沟壑纵横、梁峁林立、沟谷深切、地形破碎，沟壑密度4.01km/km2，其地理特点是西、北高，东、南低，最大高差为100多m，地表出露层为砂岩，两岸覆盖黄土，主沟道断面多呈“U”形，支沟沟道断面多呈“V”字形。刘家湾骨干坝控制流域面积3.0km2，主沟道长2.5公里，沟道比降2.2%，是姬家峁坝系上游左岸支沟狮子沟沟口的一座控制性工程，属刘家湾村所辖，该村是米脂县流域治理的重点村，群众对打坝淤地具有较高的积极性，并且积累了丰富的筑坝经验，兴建此坝即是流域坝系配套的需要，也是当地群众治穷致富、实现山川秀美的一项重要水保措施。第二节 社会经

7、济情况一、人口劳力：工程所在流域涉及刘家湾1个行政村，共有人口1071个，劳力382人，人口密度38人/km2，人均收入1120元。二、农业：工程控制流域内有水地30亩，坝地320亩，梯田830亩，坡耕地2100亩，主要农作物有玉米、小米、土豆等，其中粮食总产量83万斤，人均粮食产量380kg。三、林业：流域内共有林地786亩，其中经济林186亩，主要为枣树，其它林木600亩，主要为松树、柳树和灌木，种草252亩，流域治理度为39%。四、副业：主要有羊、猪、鸡等。表2-1 流域社会经济情况表人口总数(人)劳力总数(个)人口密度(人/km2)人均耕地(亩)人均基本农田(亩)产值纯收入总(万元)人

8、均(元)总(万元)人均(元)1071382383.061.127425601201120第三节 水文气象条件流域属中温带半干旱气候，其特征是四季分明，春季干燥多风，夏季炎热干旱，秋季秋高气爽，冬季寒冷少雨雪。多年平均气温8.0，绝对最高气温39.6，年均无霜期162天，多年平均降水量451.6mm，其中汛期69月份降雨量占全年降雨量的75%以上，最大年降雨量685mm，沟道有常流水，多年平均径流深140.6mm，多年平均侵蚀模数为1.35万t/km2a。表2-2 流域水文气象特征表气温10积温年日照时数h无霜期d大风日数d年降水量(mm)多年平均暴雨次数(次/年)年最高年最低多年平均最大最小多

9、年平均39.6-18.583286257416220765268451.68第四节 工程地质工程所在流域形状接近扇形，地势大致由西向东倾斜，地质构造属鄂尔多斯台地，坝址河床处岩石出露，岩性属沉积石灰质砂岩，容量为2600kg/m3，裂隙发育不明显，有利于坝基防渗。沟道两岩结构完整，上部覆盖着深厚的黄土，高约50m，为沟壑纵横、支离破碎的黄土丘陵梁、峁、沟地形，土质主要为轻粉质壤土，表层为砂壤土，可两岸取土，储量能够满足工程施工和今后加高的需要。根据以上地形地质条件，该坝址处适宜修建均质土坝，坝基、坝肩结构完整，无软弱带和裂隙发育，两岸边坡无冲沟，无倾向下游的滑动面，适宜布设放水工程，坝基可修建

10、齿墙，或开挖结合槽，不会引起坝基渗漏。第三章 水文计算第一节 水位库容、水位面积曲线由库区1:10000地形图，用求积仪量得各级水位下的淤地面积S，水位分级为2.5m，按下式计算各级水位下的库容。Vi=(Si-1+Si)/2Zi （3-1）V=Vi （3-2）式中：V某一水位下的库容（万m3）； Si第i级水位对应的淤地面积（万m2）； Zi水位分级高差（m）； Vi分级水位所增库容（万m3）。经量算，水位库容、水位面积关系表见表3-1，水位库容、水位面积曲线见图。表3-1 刘家湾骨干坝水位库容、水位面积关系表水位（m）淤地面积（万m3）库容（万m3）水位（m）淤地面积（万m3）库容（万m3）

11、100.00.00.0117.56.9462.0102.50.62.0120.08.9380.0105.01.335.0122.510.4100.0107.52.2611.5125.011.76123.0110.03.0720.0127.513.2148.0112.54.4635.0130.014.4180.0115.05.446.5第二节 设计洪峰流量计算刘家湾骨干坝控制流域面积3.0km2，其上游仅有两座70年代修建的小型淤地坝，按照水土保持治沟骨干工程暂行技术规范的有关规定，不考虑其减沙减洪作用，因此洪水计算时按工程实际控制面积计算。根据陕西水土保持治沟骨干工程技术手册和陕西省榆林地区水

12、文手册中推荐的公式，结合流域的实际情况，设计洪峰流量计算采用24小时暴雨资料推求。H24P=KP24P （3-3）式中：H24P频率为P的24小时暴雨量（mm）；KP频率为P的皮尔逊型曲线模比系数；24P多年最大24小时暴雨均值（mm）。QP=0.278h/F （3-4）式中：QP频率为P的设计洪峰流量（m3/s）；h净雨深（mm）；流域汇流历时（h）；F流域面积(km2)。由工程所在小流域，查陕西省榆林地区水文手册得多年最大24小时暴雨均值为57mm，变差系数CV为0.42，偏差系数CS与变差系数CV的比值CS/CV为2.0，从皮尔逊型曲线上查得相应频率的模比系数KP值分别为K10=1.83

13、，K20=2.3，K200=3.92，计算得不同频率的24小时暴雨量见表3-2。由=0.278L/（mJ1/3Qp1/4），已知沟道长L=2.5km，沟道平均比降J=2.2%，根据有关资料查得汇流参数m=1.2，与公式（3-4）联合求解，计算出不同频率的设计洪峰流量见表3-2。第三节 设计洪水总量计算采用水土保持治沟骨干工程暂行技术规范推荐的推理公式计算：WP=0.124PF （3-5）式中：WP频率为P的设计洪水总量（万m3）； 24小时暴雨径流系数；其它符号含义同前。由陕西省榆林地区水文手册查得，不同频率24小时暴雨径流系数分别为10=0.22，20=0.26，200=0.31，计算得不同

14、频率的设计洪水总量见表3-2。表3-2 不同频率24小时暴雨量、洪峰流量和洪水总量表洪水频率P（%）102020024小时暴雨量(mm)104.31131.1223.44设计洪峰流量(m3/s)50.468.6158.5设计洪水总量(万m3)6.910.221第四节 年输沙量计算由于工程所在小流域缺乏实测资料，因此在输沙量计算时，利用陕西省榆林地区水文手册中的输沙模数分区图，查得刘家湾骨干坝多年平均侵蚀模数为1.35万t/km2a。则工程控制流域年输沙量用下式计算：Ws=SF/ （3-6）式中：WS多年平均输沙量（万m3/）； S多年平均侵蚀模数，取1.35万T/km2； F流域面积（km2）

15、； 泥沙容重，取1.35t/m3。经计算，坝控流域年输沙量为3万m3。第四章 工程设计第一节 土坝设计一、坝型选择刘家湾骨干坝坝址两岸土料丰富，经现场查勘，土料储量和土料性质均满足筑坝要求，两岸取土运距不足50m，取土条件便利，按照因地制宜、就地取材的原则，将坝型确定为均质土坝。该流域沟道内有常流水，水量约为0.05m3/s，且土场的位置高出设计坝高20m以上，坝基和两岸满足防渗要求，因此施工方法采用水坠法筑坝。二、筑坝土料选择根据实地勘测，选择两岸坝肩以上的土料为冲填土料，经试验测定，土质为轻粉质壤土，其粘粒含量为13%，塑性指数为9，崩解速度为8min，渗透系数为2105cm/s，有机质含

16、量3%，水溶盐含量k=1.05施工坝高达到18m时不会发生滑坡。（2）计算竣工时（即坝高24m）稳定情况经验统计值，滑动区深度为Ht=0.47H=11.3m（坝高12.7m处），查暂行规定附表5.1，由调整次数n=11及n=15内插求n=12.5时坝高12.7m以上平均孔隙压力系数=0.318则：K=1.682-1.9320.318=1.07k=1.05达到设计坝高时坝坡是稳定的。经对不同施工坝高的稳定验算，原拟坝体断面符合要求，施工期不会发生滑坡。对于该坝，运用期不蓄水，随着坝体内不断脱水固结，坝坡更趋稳定，不另验算。七、基础处理1、清基在土坝填筑前，应清除坝基范围内的草皮、树根、耕植土和乱

17、石，清基厚度为0.5m，同时应清除岩石地基表面松动的石块、凹处积土和突出的岩石。基础开挖后要求轮廊平顺，避免地形突变，如开挖后发现破碎带，应视具体情况进行处理。2、削坡按照水坠坝设计及施工暂行规定的要求，坝体与岸坡结合应采用斜坡平顺连接，经现场查勘，坝址左岸陡坎坡度为1:0.5，应削坡至1:1.0，右岸部分冲沟应结合开挖涵洞基础予以处理。3、结合槽为防止坝体与坝基结合处形成集中渗流，保证坝体与基础紧密结合，在坝轴线及其上游30m处布设两道结合槽，采用梯形断面，底宽1.5m，深2.0m，边坡1:1.0。八、坝面护坡及排水工程竣工后，对土坝上游淤积面以上坝坡和下游坝坡设置护坡，护坡措施采用生物护坡

18、，即上下游坝坡处密植紫穗槐，坝顶两边栽植油松。在下游坝坡处设置纵、横向排水沟，即坝体与两岸交汇处顺坝坡布设纵向排水沟，在马道内侧布设一条横向排水沟，纵横向排水沟相互连通。排水沟采用浆砌石结构，断面尺寸取0.30.3m，详见坝体平面图。第二节 放水工程设计一、放水工程组成刘家湾骨干坝主要任务是拦泥排清，即在设计洪水情况下，沉淀泥沙，排出清水，因此，进水形式采用分级卧管。根据现场查勘情况，坝址右岸土质较坚硬，岸坡较缓，布置放水卧管开挖量较小，且下游淤地坝的排洪渠也在右岸，因此，卧管布置在上游右岸，坡度为1:2，采用浆砌石砌筑，卧管下接消力池，后经涵洞输水、陡坡泄水、消力池消能后输入河槽。二、设计放

19、水流量的确定按两天泄完10年一遇一次洪水总量计算。由水文计算知：W10=6.9万m3则：Q设=6.9104/（864002） =0.4m3/s三、卧管放水孔尺寸的确定卧管进水形式采用正面立孔进水，进水孔断面为半圆拱形，由平板闸门调节控制水量。按同时开启上下两孔放水设计，设卧管台阶高度为0.65m，则第一孔水头为0.5m，第二孔的水头为1.15m，按孔口出流公式计算：Q=w （4-5）式中：Q卧管放水流量（m3/s）； 流量系数，取0.62； W进水孔断面面积（m2）； g重力加速度，取9.81m/s2； H孔口中心至水面深度（m）。则第一孔流量为Q1=0.62d2/8(29.810.5)1/2

20、=0.76d2第二孔流量为Q1=0.62d2/8(29.811.15)1/2=1.15d2Q=Q1+Q2 即0.4=0.75d2+1.15d2则d=0.45m 取d=0.6mQ放=（0.76+1.15）0.62=0.68(m3/s)0.4m3/s，满足卧管放水要求。加大流量Q加=Q设（1+20%）=0.681.2=0.81m3/s四、卧管断面及结构设计卧管断面尺寸确定时，考虑到由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时的流量加大20%，即Q加=0.81m3/s。当卧管底宽0.6m、比降1:2、正常水深为0.2m时，由明渠均匀流公式计算放水流量。Q=WC（Ri）1/2 (4-6)式中：Q泄水流量（m3/s）； W过水断面面积（m2）； i卧管比降； C系数，C=1/nR1/6,n为糙率，取0.025，R为水力半径，R=W/X=0.60.2/（0.6+0.22）=0.12则Q=0.60.21/0.0250.121/5(0.120.5)1/2=0.83m3/sQ加考虑到放水孔水流跌落卧管时的水柱跃起，方形卧管高度取正常水深的3倍，即30.2=0.6m，故确定卧管断面尺寸为0.60.6m。卧管顶高程为123.00m，卧管最低放水孔高程在淤积高程以下0.5m，即108.4m