天长山水库初步设计09成稿Word文档格式.docx
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左坝肩有明显漏水现象,但通过水库多年运行观察,漏水点水流清澈,无颗粒浮动和流出,渗漏部位和流量稳定,无明显变化。
水库大坝渗流观测设备及大坝位移、沉降观测等设施已破损,对水库安全运用监测数据产生一定影响。
2、溢洪道
溢洪道位于大坝左端,开敞式无闸控制正槽结构,总长135.5m。
进口宽30米,长8米,设有交通桥;
陡槽渐变段长80米,宽由30米渐变到8米;
陡槽段长40米,比降1/8,宽8米;
挑流段7.5米。
由于水库无重复利用库容,溢洪道堰顶高程与兴利水位齐平,不需设闸控制。
溢洪道采用少筋砼衬砌,挑流消能,尾端设有消力坎及海漫与下游河道连接。
目前,溢洪道控制段较为完整,进口与堰体完好,与大坝连接处无损毁现象。
陡槽段为钢筋混凝土结构,抗冲刷能力较好,但由于当年底板混凝土标号较低,经多年运行,底板冲蚀破坏严重,局部出现多处空洞,钢筋裸露。
消能段挑流鼻坎砼剥落露筋,消力坎和海漫段损毁严重,已无消能能力,影响行洪安全。
3、输水洞
输水洞位于0+164断面处,由取水塔、输水涵洞及工作桥组成。
取水塔为坝肩竖井式,塔内设工作闸门和检修闸门。
输水涵洞身长51.8m,洞身为1.6m×
2.0m的矩形断面,进口洞底高程为499.20m。
主洞旁并行一相同洞径的廊道,供用水管道安装检修使用。
输水洞出口设一明槽段,后接扩散段,扩散段后设筛网跌水。
输水洞洞身质量良好,个别处出现小的剥蚀,不影响正常运行使用。
对剥蚀处采用高标号水泥砂浆进行处理。
输水洞出口消力池完好。
输水洞取水塔进水闸门及启闭机经多年运行,锈蚀严重。
工作闸门及轨道已出现变形,工作闸门止水封闭不严,有漏水现象。
启闭机为手摇螺杆式启闭机,启闭不灵活,原生产厂家停产,缺少零配件,启闭机老化无法维修。
输水洞工作桥墩沉陷变形,墩台倾斜,工作桥发生断裂。
1.1.2设计依据及除险加固的必要性
1.1.2.1设计依据
1、工程建设过程及历次维修情况
天长山水库是1976年冬季正式开始动工兴建,原名“庆大水库”,绥芬河市政府抽调了150多名民工及部分机关干部进行施工,由于当时受施工机械,运输设备,技术力量等施工能力条件限制,至1979年连续干了3年,水库规模也没有达到设计要求,1980年6月水库宣布正式下马。
1985年,绥芬河政府决定对“庆大水库”进行续建并更名为“天长山水库”,由牡丹江市水利勘测设计院对天长山水库重新进行了勘察、设计。
1986年由黑龙江省水利第四工程处进行施工,至1988年7月工程全部竣工。
1991年7月的洪水对水库造成了一定的破坏:
主要是大坝迎水坡护坡、溢洪道底板及消力池破损严重。
2006年由绥芬河市财政出资对迎水坡干砌石护坡进行了维修,但运行至今,受冬季冰冻影响,脱坡现象严重。
天长山水库保护着下游绥芬河市区的安全,更为市区居民提供工业用水和居民生活用水。
如果水库始终带病运行,将带来极大隐患,不利于城市的规划、发展及社会稳定,且一旦出险,后果严重。
2、安全鉴定情况及主要结论意见
2008年10月,受绥芬河市水务局委托,牡丹江市水利勘测设计研究院对天长山水库进行了大坝安全分析评价。
2009年3月,由牡丹江市水务局出具了《绥芬河市天长山水库大坝安全鉴定报告书》。
水库主要存在以下问题:
1、上游坝坡护坡块石受冰毁出现脱落、沉陷等破坏现象,坝顶防浪墙局部断裂、倾斜。
2、设计、校核水位情况下坝基渗流不稳定,且下游坝基及左坝肩漏水严重。
3、溢洪道陡坡底板冲蚀破坏严重,消能段损毁严重。
4、放水洞取水塔工作桥支墩下沉、倾斜,工作桥断裂,闸门锈蚀严重,止水不严漏水,不能正常运行。
5、无水文和大坝监测设施。
2010年8月,经黑龙江省水利厅进行安全鉴定复核,核查单位意见如下:
经书面及现场核查,水库工程质量综合评价为不合格、大坝运行管理综合评价为差、大坝防洪安全评价为A级、大坝结构安全性综合评价为B级、大坝渗流安全综合评价为C级、金属结构安全评价为C级,该水库大坝评价为三类坝。
1.1.2.2除险加固的必要性
绥芬河市是我国对外开展贸易的重要陆路口岸城市,有铁路、公路与俄罗斯相通,素有“国际商都”之名。
天长山水库位于绥芬河市以北的北大河上,水库拦截北大河及录磊齐胖子沟来水,下游距绥芬河市区仅有大约4.5km。
由于水库正对绥芬河市,素有“头顶一盆水”之称,且北大河下游在绥芬河市区内汇入洛河,一旦发生险情,洪水顺山势下泄,骤然涌入洛河,直接威胁绥芬河市边贸保税区及滨绥铁路、哈绥公路的安全,产生极为严重的后果。
因此,水库的安全运行至关重要。
同时,天长山水库是为绥芬河市提供工业用水和居民生活用水的重要供水水源工程,缓解了绥芬河市长期严重缺水状况,在发展市区经济以及美化环境方面都发挥了积极的作用。
一旦发生险情,将会严重影响绥芬河市人民正常的生产和生活。
天长山水库始建于上世纪七十年代,几经周折,于八十年代建成。
由于当时的施工条件及技术水平有限,且又经多年运行,年久失修,存在很大的安全隐患。
如不能及时消险,水利工程就成为水患工程,严重影响下游人民的生命财产安全,也不利于城市的规划、发展及社会的稳定。
因此,对天长山水库进行除险加固,可以从根本上解除水患,保护和改善区域防洪安全,保障城市供水,为促进社会稳定发展、加快区域地方政治、经济、文化等发展发挥积极作用。
1.2水文
1.2.1径流
天长山水库集雨面积经复核为23.3km2,坝址处无实测水文资料。
根据水库的地理位置和坝址以上流域面积,查1996年版《黑龙江省水文图集》年径流深及Cv值等值线图确定Cv值,Cs=2.0Cv,采用图集法计算坝址处设计年径流。
设计年径流及统计参数见表1.2-1。
1.2.2洪水
由于工程地点处缺乏实测水文流量资料,本次设计通过二种途径推求设计洪水:
一是利用本流域道河站单站系列延长后的洪水参数对CV、CP进行修正;
二是采用1996年编制的《黑龙江省水文图集》中的径流和暴雨途径计算设计洪水。
两种途径计算洪峰流量进行比较后。
采用对本流域道河站洪水参数CV、CP值修正法求得的成果。
成果详见表1.2-2。
表1.2-2设计洪水成果表
项目
Cp、B
Cv
Cs/Cv
设计值
0.1%
0.2%
0.5%
1%
2%
5%
最大流量
(m3/s)
8.37
1.95
2.25
264.73
227.48
178.96
143.79
110.25
69
最大一日洪量
(104m3)
126.44
1.72
681
589
471
385
301.35
197
最大三日洪量
209.8
1.43
914
802
654
545
439.87
305
最大七日洪量
245.1
1.13
981
872
730
623
514.97
379
1.3地质
天长山水库地处北大河中、下游,北大河属绥芬河右岸一级支流,窜流于山间沟谷。
地貌单元是侵蚀剥蚀低山丘陵区,切割深度小于200m,坡度多为<45º
。
区内低山纵横,沟壑众多,河流发育,植被左岸较好,林木密布;
右岸植被一般,耕地相对较多。
本区地层分区属于兴凯湖—布列亚山地层区(Ⅱ),张广财岭—太平岭分区(Ⅱ1)、共和小区(Ⅱ
)。
区内出露的地层有:
上元古界、中生界和新生界地层。
区内侵入岩大面积出露,主要为晚元古代张广财岭期花岗闪长岩(
)和印支期二长花岗岩(
),其产状为以岩基为主,部分为岩株和岩盘状产出。
1.4工程任务和规模
1.4.1工程任务
天长山水库工程任务是以防洪为主,兼顾供水和美化环境等综合利用的小(Ⅰ)型水库。
防洪:
保护绥芬河市边贸保税区及滨绥铁路,哈绥公路的安全。
供水:
作为绥芬河市第一净水厂的水源地,缓解绥芬河市区人民长期严重缺水状况。
1.4.2设计标准
本次设计中,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),对水库的设计标准进行了复核:
天长山水库为小(Ⅰ)型水库,工程等别为Ⅳ等,设计标准为50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核。
1.4.3工程规模复核
本次工程复核结论见表1.4-1。
1.5工程布置及主要建筑物
1.5.1工程等别和标准
天长山水库设计总库容386×
104m3,最大坝高17m,上下游最大水头差13m。
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),水库规模为小(Ⅰ)型,工程等别为Ⅳ等,主要建筑物4级,次要建筑物5级。
当水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度高于15m,且上下游最大水头差大于10m,其洪水标准宜按山区、丘陵区确定。
本次设计确定水库设计标准为50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核。
1.5.2工程总布置
天长山水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水洞三部分构成。
工程按50年一遇洪水设计,500年一遇洪水校核。
104m3,兴利水位509.35m,相应库容260.07×
1、大坝
天长山水库土坝的结构形式为粘土心墙碎石混合土坝。
本次设计中,为消除土坝工程存在的险情隐患,对大坝上游高程在506.00以上干砌石护坡进行拆除,修建混凝土护坡和镇脚;
对发生开裂并倾斜的防浪墙0+120-0+160段要拆除重建,恢复坝顶路面381米;
加长坝前粘土铺盖;
对原有局部破损的排水棱体进行维修;
在左坝肩0+095-0+155处新建贴坡排水;
在左坝肩新建量水堰,对原坝后量水堰进行维修。
溢洪道位于大坝左端,开敞式无闸控制正槽结构。
本次设计中,对溢洪道陡坡段两侧边墙保留,底板拆除重建。
挑流段的底板和边墙均破坏严重,全部拆除重建。
输水洞由取水塔、输水涵洞及工作桥组成。
本次设计中,更换取水塔的工作闸门及启闭机;
对发生沉陷变形而断裂的工作桥及桥墩拆除重建。
1.6金属结构及电工
1.6.1闸门
输水洞的工作闸门孔口尺寸为1.6m×
2.0m,动水启闭。
闸门采用PGZ铸铁闸门。
启闭设备采用LQ-10t螺杆式启闭机。
1.7施工
1.7.1施工条件
天长山水库位于绥芬河市以北4.5km处,坝址处有乡级公路通过,交通十分方便。
施工用水可直接从水库取水,施工用电可利用水库现有用电。
本次工程所需的钢筋,可由绥芬河市采购,水泥由温春水泥厂购入,块石由北寒采石厂购入,砂砾料由东宁采砂场购入,其他材料均可就近采购。
1.7.2主体工程施工
天长山水库除险加固工程主要为土石方工程、砼工程、钢筋砼工程和金属结构制作安装工程。
1.7.3施工总布置
施工的临建设施设在大坝右岸空地处,施工道路利用原有坝顶路及坝后路,到输水洞、溢洪道、坝体施工都很方便。
1.7.4施工总进度
天长山水库除险加固工程计划工期9个月,即2011年8月投入前期准备工作,2011年9月正式开工至同2012年5月末结束。
主体工程施工时,首先利用输水洞导流,进行溢洪道工程的施工;
大坝前坡护坡工程修建时,可利用溢洪道进行施工导流。
底部护坡修建时,可暂时降低水库水位,待底部护坡修筑完成,即可恢复水库正常蓄水位。
1.7.5主要技术供应
本工程施工总用工8.50万工时。
主要材料用量:
钢材49.86t,水泥867t,粗砂3043m3,碎石2961m3,块石1766m3,木材7.95m3,柴油83.51t,汽油1.22t。
1.8工程占地
本工程临时占地由料场占地和施工临时用地组成,共9400m2。
料场占地7400m2,占地类型为耕地。
在施工过程中,是坝前粘土铺盖的取料场,施工结束后进行复垦。
施工临时用地2000m2。
其中,弃渣场占地200m2。
除粘土料场外,临时占地全部位于工程管理范围或淹没区内,故本次设计中不再另外给予补偿。
1.9工程管理
1.9.1管理机构与编制
天长山水库消险后由天长山水库管理站管理,隶属于绥芬河市水务局。
水库定员编制为4人,
1.9.2工程管理范围
工程管理范围为:
坝轴线向上50m,坝脚线向下100m。
溢洪道工程由两侧轮廓线向外50m,消力池以下50m,输水洞工程从工程外轮廓线向外10m。
工程保护范围:
在工程管理范围边界线外延,主要建筑物不少于100m,一般不少于30m。
水库保护范围:
由坝址以上,库区两岸土地征用线以上至第一道分水岭脊线之间的陆地。
1.10设计概算
本次除险加固工程包括土坝、溢洪道和输水洞三部分。
工程总工程量2.42万m3,其中土方开挖0.07万m3,土方填筑1.54万m3,石方0.38万m3,清基0.18万m3,混凝土0.25万m3。
工程所需主要材料:
施工总用工8.50万工时。
工程总投资466.13万元。
其中建筑工程费297.64万元,占一至五部分投资的68%。
金属结构设备及安装工程费4.94万元,占一至五部分投资的1%。
临时工程费10.27万元,占一至五部分投资的2%。
独立费用(包含材料价差)126.67万元,占一至五部分投资的29%。
预备费21.98万元。
1.11工程效益
天长山水库除险加固后,兴利水位509.35m,兴利库容260.07×
104m3,死水位502.00m,死库容31.0×
天长山水库保护下游的绥芬河市边贸保税区及滨绥铁路、哈绥公路的安全。
同时,作为绥芬河市第一净水厂的水源地,缓解绥芬河市区人民长期严重缺水状况。
2水文
2.1流域概况
2.1.1基本情况
该区植被覆盖较好,森林覆盖率达70%,草地覆盖面积达26%,耕地及其它为4%。
流域水系图见图2.1-1。
2.1.2气象
绥芬河市城区有绥芬河气象台,始建于1978年,实际采用观测资料系列为1978年-2008年,共30年,资料完整准确。
天长山水库地处寒温带,属大陆季风气候,春季干旱多风,夏季温热多雨,秋季降温急骤,冬季严寒干燥。
多年平均气温2.3℃,冬季最低气温-37.5℃,一月最冷,月平均气温-12.0℃;
夏季最高气温35.7℃,七月份最热,月平均气温20℃。
多年平均日照时数2072小时。
冬季漫长,达6个月之久。
多年平均最大冻深1.8m。
天长山水库多年平均降水量570mm,年最大降水量700mm,最小降水量320mm。
降雨多集中在6月--9月,占全年降水量的70%以上,大雨和暴雨多集中在7月-8月,日最大降雨量137.4mm。
流域内冬季多西风和西北风,夏季多西南和东南风,年内风速3月--5月较大,月平均值3.5m/s--4.0m/s,7月--9月较小,月平均值为2.56m/s--4.9m/s,最大风速达22m/s。
2.1.3上下游水利工程
天长山水库所在河流为北大河。
截至目前阶段,该水库上、下游并无其他水利工程。
2.2水文基本资料
2.2.1测站分布
我国境内绥芬河流域共有4处水文站,22处雨量站。
小绥芬河下游设有道河水文站,大绥芬河设有太平沟、奔楼头2处水文站,绥芬河干流设有东宁水文站。
测站分布见图2.1-1。
道河水文站位于东宁县道河镇下游,距河口5.7km处,地理坐标为东经130°
50′,北纬44°
02′,控制流域面积3420km2,1958年7月1日设站观测水位、流量、降水和冰清。
流量测验除大水年高水部分采用浮标测流外,其他均由流速仪测流,具有1959年--2006年水位、流量、降水等实测资料,测验资料由黑龙江省水文局整编刊印。
太平沟水文站位于吉林省汪清县罗子沟镇境内大绥芬河上游,控制流域面积1338km2,地理坐标为东经130°
20′,北纬43°
38′,1958年6月设立,1962年7月改为水位站,1966年1月改为水文站。
观测项目有水位、流量、降水、泥沙、蒸发、水温和冰清。
具有1959年--1961年、1966年、1968年--2006年水位、流量、降水、泥沙等观测资料,由吉林省水文局整编刊印。
奔楼头水文站位于东宁县老黑山乡大绥芬河下游,地理坐标为东经130°
46′,北纬43°
52′,控制流域面积4359km2,1958年7月11日设立,观测项目有水位、流量、降水、蒸发、水温和冰清。
流量测验除大水年高水部分采用浮标测流外,其他均由流速仪测流,1970年后改为汛期水位站,1996年以后水位站撤销。
奔楼头具有1958年--1970年连续13年的水位、流量资料,1971年--1996年只有汛期水位资料,由黑龙江省水文局统一整编。
东宁水文站位于东宁镇绥芬河干流,地理坐标为东经131°
06′,北纬44°
04′,控制流域面积8374km2,1950年设立为水位站,1957年3月9日将基本水尺断面上移5230m,改为水文站,控制面积8254km2,1980年1月1日将基本水尺断面及各项测验设备下迁3600m,改名为东宁
(二)站,控制流域面积8374km2,新旧断面有对比观测资料。
具有1957年--2006年水位、流量、降水、泥沙等观测资料,均由黑龙江省水文局整编刊印。
2.2.2资料审查
天长山水库流域无水文站,洛河下游小绥芬河干流只有道河水文站,集雨面积3420km2,该站距工程地点最近,本次设计需借用该站水文资料。
2004年牡丹江市水利勘测设计研究院在绥芬河市寒葱河水库可行性研究报告和东宁县老黑山水电站初步设计工程中,对该站洪水系列进行了分析;
2008年黑龙江省水利水电勘测设计研究院编制“黑龙江省绥芬河流域近期治理建设规划报告”时对该站洪水系列进行了分析。
本次设计将道河站实测系列延长至2006年,在新增的1992年—2006年实测系列中没有发生较大洪水,对原系列影响不大。
前段洪水系列经省院和我院多次工作认为比较可靠,系列代表性较好。
故本次设计采用道河站实测系列为1959年—2006年,加之1932年以来历史特大洪水调查资料,不连续系列为1932年—2006年共75年。
2.3径流
2.3.1径流特征
天长山水库所在流域来水以地表径流为主,补给水源主要为大气降水,可分为降雨径流和融雪径流。
融雪径流一般发生在4月中旬、下旬,占径流比例较小。
降雨径流为主要来源,降水量主要集中在7、8两个月,约占全年径流量的50%以上。
天长山水库所在流域多年平均径流深为150mm,径流地区分布规律为流域上游山区较大,随着流域地势逐渐过渡到下游丘陵区,其径流深也相应减小。
变差系数变化趋势与年径流深一致,上游较大,下游较小。
径流年内丰枯变化较大,主要受降雨量影响,夏季雨量较丰,径流较大,冬季雨量较小,径流较枯。
径流年内分配极不均匀,大部分集中在夏秋汛期,6~9月径流量占全年的70%以上。
2.3.2径流系列
由于本流域无入库径流实测系列,故本次设计依据1996年版《黑龙江省水文图集》对径流进行分析计算,从而确定水库坝址处多年平均年径流深R0和年径流变差系数CV值。
2.3.3单站设计径流
由于本流域内无实测水文资料,故本节不做分析。
2.3.4坝址设计径流
2.3.4.1坝址设计年径流
1、多年平均年径流量的计算
依据公式:
W0=1000·
R0·
F
式中,W0:
多年平均年径流量(104m3);
R0:
多年平均年径流深(mm);
F:
流域面积(km2)。
天长山水库设计年径流及统计参数见表2.3-1。
2、90%供水保证率设计来水量计算
WP=KP·
W0
式中,Wp:
90%供水保证率设计来水量(104m3);
KP:
设计保证率90%的模比系数,KP=0.35。
经计算,90%供水保证率设计来水量为122.3×
3、年径流成果的比较与分析
本次设计的年径流成果与原初设成果进行对比,详见表2.3-2。
由上表可见,对比原初设成果,本次设计成果数值偏小,这主要是由于近十几年的连续枯水导致的。
2.3.4.2坝址设计年径流的年内分配
由于本水库流域范围内无水文测站及实测资料,故本次设计年径流的年内分配依据1996年版《黑龙江省水文图集》进行分析计算。
天长山水库所在的产流分区属2区,设计暴雨分区为Ⅲ2区,依此查其径流年内分配比例,计算水库设计年径流的年内分配,结果详见表2.3-3。
2.4洪水
2.4.1暴雨洪水特性
2.4.1.1暴雨特性
造成小绥芬河流域暴雨的天气系统主要是台风和气旋,由于地形抬升影响,暴雨中心往往在小绥芬河流域上游。
暴雨发生时间主要是8月份,其次是7月份。
一次降雨过程约为3天-7天,主要集中在1天-3天之内。
1天降雨占7天降雨的50%-60%,3天降雨占7天降雨的70%-80%。
2.4.1.2洪水特性
1、洪水的时空分布
小绥芬河流域年内洪峰多数发生在7、8两月份,洪峰出现在5月-6月或9月-10月份的极少。
流域年内洪峰出现次数平均为2次-5次。
小绥芬河流域洪水历时,以1956年、1957年、1960年、1991年大洪水来看,一次洪水过程集中洪量时间,支流为1天左右,干流为3天左右,一次较完整的洪水历时,支流
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