白石水库设计报告 精品Word文档格式.docx
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总库容
56
正常库容
35
死库容
8.25
四
工程效益
防洪效益
保护耕地面积
亩
7500
灌溉效益
灌溉面积
6000
其中:
水田
5600
旱地
400
养殖效益
养鱼水面
505
年产鲜鱼
kg
5000
五
主要建筑物
挡水建筑物
型式
心墙土坝
均质土坝
地基岩性
石英砂岩
地震基本烈度
度
Ⅵ
设防烈度
坝顶高程
58.5
最大坝高
16.7
坝顶长度
132
坝顶宽度
泄水建筑物
溢洪道
溢流堰型式
宽顶堰
堰顶高程
堰顶宽度
最大下泄流量
12.3
消能方式
无
有
输水建筑物
设计流量
启闭型式
斜拉
闸门型式
平板
闸门尺寸
0.6×
0.8
启闭机容量
t/台
涵洞结构型式
浆砌石箱涵
钢混
涵洞断面尺寸
0.5×
0.7
涵洞长度
81
进口高程
46.5
六
工程投资
总投资
建筑工程
机电设备及安装
万元
金属结构及安装
临时工程
其它费用
基本预备费
1工程概况
白石水库位于湘潭县白石乡天平村境内,属于湘江水系涓水上游,距离白石乡政府约7km。
临107国道,乡村公路通往坝区,交通较为便利。
水库控制流域集雨面积2.5km2,是一座以灌溉为主,兼防洪、养殖等综合效益的水利工程。
枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水涵洞等建筑物组成。
设计洪水标准按20年一遇,校核洪水标准按200年一遇,水库正常库容35万m3,死水位46.50m,死库容8.25万m3,工程等别为Ⅴ级。
大坝为均质土坝,坝顶高程58.50(黄海高程系,以下同),最大坝高16.7m,坝顶宽5m,坝底宽84m,坝顶轴线长132m;
上游坡比为1:
2.5,下游分2级坡,坡比分别为1:
2.0、1:
2.5,中间设1.5宽平台;
上游坝坡已有砼护砌,下游坝坡不规整,长有杂草。
溢洪道位于大坝左岸,为岸坡式宽浅式溢洪道,浆砌石结构,堰项高程55.15m,堰顶宽度3.0m。
输水涵管为浆砌石结构,断面尺寸为0.5×
0.7m(宽×
高),涵管进口采用斜拉闸放水。
由于当时的施工条件限制,土料、施工质量均未达到设计要求。
随着大坝的长期运行,坝体散浸、坝体与坝基接触界面散浸、坝基渗漏、输水涵结构老化渗漏等各种问题逐渐暴露出来,特别是汛期高库水位运行时险情不断,影响工程效益的正常发挥,工程运行状况差,险情隐患危及大坝的正常运行与安全。
2水文
2.1流域概况
白石水库座落在湘潭市湘潭县白石乡天平村,位于北纬27°
51'
,东经112°
50'
,属于湘江涓水支流,水库控制集雨面积2.50km2,坝址以上干流长3.90km,干流平均坡降14.9‰。
库区内山高坡陡,植被较好,水土流失较轻。
水库无外引。
白石水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水涵洞等永久性建筑物组成。
水库大坝为粘土心墙坝,坝顶高程58.50米,坝轴长132米,最大坝高16.7米,坝顶宽5.0米。
大坝右端设有箱涵,断面尺寸0.5×
0.7米,长66米。
大坝右端设有断面尺寸为3×
3.0米的宽顶堰式溢洪道,最大泄量为12.30m3/s。
2.2气象
水库所处工程地处亚热带季风区,多年平均气温17.2℃,温度年际变幅较大,极端最高气温为40.4℃,极端最低气温为-12.7℃。
多年平均降雨量1318mm,但分布极不均匀,4-8月雨量集中,降雨量占全年的46-53%。
秋初高温少雨,常有伏旱,多年平均蒸发量1178mm。
全年无霜期280天,年平均日照数为1586小时,多年平均风速16m/s。
2.3径流
根据湖南省水资源成果径流深等值线图查得白石水库库区多年平均径流深约791mm,则水库多年平均来水量约为197.8万m3。
2.4设计洪水复核
白石水库无实测洪水资料,洪水复核采用《湖南省暴雨洪水查算手册》(1984年版)由暴雨推求设计洪水。
2.4.1工程等级及洪水标准复核
白石水库设计正常库容43.0万方,死水位46.50米,死库容8.25万m3。
水库目前灌溉面积2400亩。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)第2.1.1条、2.1.2条、2.2.1条、3.2.4条及《防洪标准》(GB50201-94)第6.1.1条、6.1.2条、6.2.1条等相关条款的规定,该水库为小(Ⅱ)型水库,工程等别属Ⅴ等工程,主要建筑物级别为5级,次要建筑物级别为5级;
其设计洪水标准为20年一遇,校核洪水标准为200年一遇。
消能防冲建筑物按10年一遇设计。
2.4.2设计暴雨
水库所在的水系上没有设水文站,建库后,水库没有设立任何水文气象观测设施,水库管理单位也没有开展入库流量观测等项目,无实测降雨及洪水资料,属无资料地区。
根据白石水库的地理位置(北纬27°
)和集雨面积(2.50km2),在《查算手册》上查得该水库数湖南省暴雨一致区第七区,库区多年平均最大降雨量H24点为100.0mm,其它参数的查算结果见表2-1。
表2-1白石水库设计暴雨成果
P(%)
项目
0.5
5.0
备注
KP
2.94
1.95
F=1.44km2
L=1.41km
J=52.1‰
H24点=100mm
CV=0.48
CS=3.5CV
α=0.995
I0=30mm
H24点(mm)
294.0
195.0
H24面(mm)
292.5
194.0
n2
0.626
0.678
n3
0.704
0.728
H1(mm)
99.3
74.7
H3(mm)
149.8
106.5
H6(mm)
194.1
133.1
H12(mm)
238.3
160.7
R总(mm)
262.5
164.0
ψ
0.78
0.74
R上(mm)
204.8
121.4
2.4.3设计洪水
白石水库没有水文气象观测资料,本次洪水复核的洪水计算根据湖南省水利水电厅1984年编制的《湖南省暴雨查算手册》进行计算,以下简称《查算手册》,采用推理公式推求设计洪水。
1、洪峰流量及汇流时间根据下列公式计算:
m=0.145θ0.489(
≤25)
m=0.0228θ1.067(25≤
≤100)
净峰流量:
Qm=0.278*F*(R/t)
汇流时间:
τ=
地面径流总量:
ΣQp=R上F/(3.6
t)
峰量比:
Qmp/ΣQp
地下径流深R下p=R总p-R上p按等腰三角形关系求地下径流峰值Qm地p。
式中T为地下径流峰顶位置。
地下径流过程Qm地p~t用三角形分配法推求。
水库设计洪水参数及成果如表2-2。
表2-2水库设计洪水参数及成果
重现期(a)
200
20
Q上m(m3/s)
20.1
13.39
F=2.50km2
L=3.90km
J=14.9‰
=12.60
m=0.50
τ(h)
4.16
4.38
ΣQi(m3/s)
142.2
84.3
Q上m/∑Qi
0.14
0.24
Q下m(m3/s)
1.22
1.00
△Q下m(m3/s)
0.04
0.02
W(万m3)
66
41
洪峰模数(m3/s/km2)
8.10
5.40
洪量模数(万立方/km2)
26.4
2、设计洪水过程线的推求
参照《查算手册》,地面径流过程按径流分配系数法推求,地下径流过程按等腰三角形关系推求,各频率洪水过程线见表2-3。
表2-3白石水库设计洪水过程线(推理公式单位:
m3/s)
△t(1h)
200年一遇
20年一遇
0.04
0.03
9.29
6.19
1.64
1.09
7.91
5.27
3.38
2.25
10
6.80
4.53
11.95
7.97
11
5.99
3.99
20.24
13.49
12
5.31
3.54
16.15
10.77
13
4.78
3.19
13.20
8.80
14
4.25
2.83
10.96
7.31
…
图2-1白石水库20年一遇设计、200年一遇校核洪水过程线
3、洪水总量的计算
设计洪水总量Wmp=0.1R总*F,则Wm5%=41万m3,Wm0.5%=66万m3。
4、洪水成果的合理性检查
白石水库与湘江水系其它水库设计洪水成果比较见表2-4。
由表可见,二个水库所在H24点均(mm)点值相近,降雨、径流条件基本相同,求得的洪峰流量模数比较接近,符合湘江水系一般规律。
因此,白石水库设计洪水复核成果合理,可以作为调洪演算和设计的依据。
表2-4白石水库与湘江水系其它水库设计洪水成果比较
重现期(a)
水库名称
红卫水库
白石水库
H24点均(mm)
105
100
集雨面积(km2)
2.29
2.50
洪峰流量(m3/s)
13.36
13.49
20.30
20.24
洪峰模数(m3/s·
km2)
5.83
8.86
资 料 来 源
除险加固
工程初步
设计报告
本次复核
红卫水库除险加固
工程初步设计报告
2.4.4施工分期洪水
为了保证白石水库除险加固顺利进行,须进行围堰挡水,依据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和SL303-2004《水利水电工程施工组织设计规范》,本工程施工期使用的临时性挡水建筑物级别为5级,其洪水标准按施工围堰期5年一遇的重现期确定。
由湘潭市水文资料统计计算,枯水期(10月~次年3月)的最大24小时平均降雨量为38.0mm,Cv=0.35,Cs=3CV,Kp=0.67,5年一遇枯水期降雨量为25.5mm,查降雨量与径流系数相关图得径流系数为0.50,水库24小时产水量为0.50×
25.5×
2.50×
0.1=3.19万m3,死水位46.50m,死库容8.25万m3;
产水量加死库容为11.44万m3,相应水位47.78m。
2.5调洪演算
2.5.1基本资料
1、入库洪水过程线
白石水库入库洪水过程线分别为前述20年一遇设计以及200一遇校核洪水过程线(见表2-3)。
2、库容曲线
白石水库库区植被较好,库尾各支流入库口淤积情况均较轻,本次洪水复核采用由白石水库提供原始水位~库容曲线。
见表2-4、图2-2。
表2-4白石水库库容曲线表
水位(m)
库容(万方)
42.0
52.0
27
44.0
3.0
54.0
36
46.0
7.0
43
48.0
12.0
56.0
49
50.0
18.0
57.3
58
图2-2白石水库水位库容关系曲线
3、泄流曲线
白石水库的泄水建筑物形式为宽顶堰式溢洪道,其泄流曲线按照《溢洪道设计规范》推荐的公式
计算。
其中B为3.0m,m——流量系数,取为0.38;
正常蓄水位55.15m以上水库水位与溢洪道泄流量的关系见下表2-6和图2-3。
表2-6白石水库库水位~下泄流量曲线
库水位(m)
55.45
56.35
56.65
56.95
下泄流量
(m3/s)
0.83
2.35
4.31
6.63
9.27
12.19
15.91
图2-3白石水库泄流曲线
4、起调水位
白石水库泄水建筑物为无闸门控制溢洪道,起调水位为正常蓄水位为55.15米。
2.5.2调洪演算
根据时段内水量平衡原理进行调洪演算计算,基本方程为:
式中:
Q—入库流量(m3/s);
q—出库流量(m3/s);
—蓄水变量(万m3);
—计算时段长(s);
水库调洪演算,就是通过水量平衡方程求得不同设计入库流量过程情况下的出库流量,从而求出相应设计入库流量情况下的最高库水位以及相应的库容和下泄流量。
根据白石水库的具体情况,并为了水库安全起见,调洪演算遵循以下两条原则:
第一,除溢洪道以外,其它输水设施(如灌溉输水涵洞)均不参与泄洪。
第二,起调水位(正常蓄水位55.15m)以上,以溢洪道的最大溢流能力泄洪。
其成果见表2-7。
表2-7白石水库调洪演算结果
频率P(%)
最高水位Zm(m)
相应库容Vm(104m3)
相应泄量qm(m3/s)
起调水位(m)
56.29
51.0
6.14
7.59
12.30
2.6水库抗洪能力复核
根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的有关规定,抗洪能力复核主要是对水库挡洪建筑物顶部高程进行复核。
2.6.1水库大坝顶部高程复核
根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001(以下简称《规范》),水库大坝的顶部(大坝上面设有防浪墙时为防浪墙顶部)应高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应的超高之和,静水位以上的超高参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000执行,具体计算式如下:
Z=Z0+Rp+e+A
Z——水库大坝顶部高程(m);
Z0——水库静水位(m);
Rp——波浪爬高,
;
KP——系数,按《规范》附表A.1.13确定;
Rm——波浪平均爬高,
——糙率渗透系数,取0.9;
KW——经验系数,按《规范》附表A.1.12-2确定;
hm——平均浪高(m),按莆田公式计算;
W——计算风速,设计取1.5×
16m/s,校核取16m/s;
D——风区长度,取200m;
Lm——平均波长(m),按莆田公式计算;
m——坝坡系数,取为2;
e——风壅水面高(m),
A——安全超高,正常运用取0.50m,非常运用取0.30m。
计算结果如下表2-8和表2-9:
表2-8白石水库大坝在静水位以上的超高
R(m)
e(m)
A(m)
y(m)
正常运用
0.75
0.007
1.257
非常运用
0.55
0.003
0.3
0.853
表2-9白石水库大坝坝顶所需最低高程
运用情况
静水位(m)
大坝静水位超高值(m)
大坝顶部所需最低高程(m)
大坝现有坝顶高程
超高(m)
57.72
58.50
57.81
0.69
经上述复核,根据《防洪标准》(GB50201-94)规定,白石水库大坝顶部现有高程58.50m,比本次复核高程57.81m高0.69m,白石水库大坝坝顶高程满足洪水的挡洪要求,不需要进行加高。
2.6.2溢洪道控制段顶部高程的复核
白石水库溢洪道无闸门控制,根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)2.3.7规定,控制段导墙顶部高程不得低于校核洪水位加安全超高0.3m,因此,白石水库溢洪道控制段导墙顶部高程不得低于57.26(56.96+0.3)m。
3地质
3.1区域地质概况
3.1.1地形地貌
工程区属丘陵地貌单元,山体呈近NE向分布,山脊较宽,两岸地形呈较对称的斜向“U”型谷。
两岸山体较雄厚,山顶高程70~75m,基岩多裸露。
谷底高程37m~39m,相对切割深33m~36m,两岸山坡坡角39~63°
。
坝顶高程62.5m,宽4.50~5.00m。
勘测期间库水位52.86m。
两岸山坡植被覆盖率较好。
3.1.2地层岩性
坝区地层岩性较简单,由老至新分述如下:
①泥盆系上统锡矿山组(D3x):
淡红色中厚层状石英砂岩。
强风化带厚度5~12m,强风化后呈粉黄色、粉红色,岩石风化节理裂隙发育。
②全新统冲积堆积(Q4al):
黄褐色粉质粘土,厚1~2m,可塑状态,结构较松散,分布于大坝下游。
③第四系残坡积堆积(Qedl):
以灰黄色、黄色粉质粘土为主,含碎石,可塑状,分布于山坡表层和坝后耕地,厚度0.5~3.0m。
第四系人工堆积(Qs):
为灰黄色含砾粉质粘土、干砌石等,最大厚度15.6m。
粘土含量不均一,结构松散,为中等透水;
碎石、块石的母岩为石英砂岩、砂岩风化碎块,砾的粒径一般2~5cm,个别达10cm以上,性脆,呈棱角状~次棱角状。
3.1.3地质构造及地震
工程区地处新华夏系构造带,湘潭凹陷盆地南侧。
附近历史上无破坏性地震记录。
根据1:
400万《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动反应谱特征周期区划图》(GB18306-2001),工程区附近地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s;
相应地震基本烈度值为Ⅵ度,工程区周边无大的自然地质灾害现象记载,场地整体稳定性较好,属相对稳定地块。
坝区岩层产状N44°
E,SE∠20°
,倾向右岸偏下游。
坝址区无区域性断层切割。
坝区主要发育两组节理:
第①组,产状N80°
E,NW∠65~70°
,倾向下游偏右岸,压扭性,面较平直,微张开,延伸长一般1m~3m,发育频率1~3条/m。
第②组,产状N45°
W,SW∠50~60°
倾向下游偏左岸,闭合~微张开,延伸长一般0.5m~2.5m,发育频率2~3条/m。
节理面上有铁锰质附汲。
3.1.4水文地质条件
坝区地下水类型有基岩裂隙水与松散土体的孔隙水。
基岩裂隙水分布于基岩的风化、构造裂隙中,接受大气降水补给,坝址区均以湿地泉的形式向河床排泄,动态随季节变化,枯水期干涸,含水量较贫乏。
松散土体的孔隙水主要赋存于第四系松散堆积层中,接受大气降水与库水补给,水量较贫乏。
据区域资料,地表水和地下水水化学类型均为HCO3·
Ca型,PH=7.85,属弱碱性,矿化度小于0.08g/L,侵蚀性CO2均小于15mg/L,对砼无侵蚀性。
坝区各钻孔注水试验成果见表3.1-1,各钻孔压水试验成果见表3.1-2。
表3.1-1坝区各钻孔注水试验成果汇总表
钻孔
编号
注水试段
深度
(m)
渗透系数
K(cm/s)
试段
位置
土体名称
渗透性
等级
ZK1
2.2~3.4
2.3×
10-4
坝体填土
粘土质砾
中等透水
5.5~7.5
9.5×
10-5
ZK2
4.8~6.0
3.3×
7.8~9.0
1.1×
13.5~15.0
2.1×
ZK3
2.3~4.1
4.5×
经统计:
坝体填筑土渗透系数K=(0.95~4.5)×
10-4cm/s均值K=2.37×
10-4cm/s
表3.1-2坝基钻孔压水试验成果汇总表
总段数
段序号
压水试
验孔深
透水率
(Lu)
P-Q曲
线类型
渗透等级
分带
试验段
岩体风
化程度
10.0~15.0
17.1
E(充填)型
中等透水带
强风化
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