庄浪县城区橡胶坝工程设计报告.docx

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庄浪县城区橡胶坝工程设计报告

1综合说明

1.1概述

1.1.1流域概况

水洛河属渭河二级支流，上游分为南洛河和北洛河两条支流,两支流于庄浪县城处汇合，汇合后称下洛河。

北洛河发源于宁夏回族自治区隆德县苏台乡马鹿沟和黄草沟，由东北流向西南，于庄浪县通边乡佛崖湾峡流入庄浪县境，流经通边乡、通化乡、良邑乡和水洛镇，河长31Km，流域面积278km2，年均径流量2974万m3，年均流量0.943m3/s。

1.1.2气象

庄浪县位于内陆腹地，属大陆性季风气候区，全年盛行西北风，最大风速20m/s。

气候干燥，昼夜温差大，夏季气温高，多冰雹、雨洪，夏秋季雨水集中。

全年平均气温7.9℃，最热月为7月，月平均气温19.9℃，历年最高气温34.8℃，最冷月为1月，平均气温－5.5℃，极端最低气温－23℃，最大冻土深63cm，多年平均无霜期142天，多年平均降水量547.8mm，年蒸发量1310.2mm（口径20cm）。

1.1.3年径流

北洛河庄浪县城区橡胶坝坝址控制流域面积278km2，河床平均比降1%，平均径流量0.943m3/s，年均径流量2974万m3。

1.1.4暴雨洪水特性

水洛河流域年径流多由降雨补给，大多以暴雨形式出现，年内分配极不均匀，多集中在7－9月。

全年可分为3－5月为春汛期，由上游冰雪融水和降雨补给，6－9月为夏秋洪水期，以降雨补给为主，10－11月为秋季枯水期，以地下水补给及河槽储蓄量为主，12月至次年3月为冬季枯水期，以地下水补给为主。

橡胶坝坝址处二十年一遇洪峰流量为420m3/s，五十年一遇洪峰流量为570m3/s。

1.1.5泥沙

北洛河多年平均侵蚀模数为5000t/km2，坝址处多年平均输沙量为166.8万吨。

1.1.6水面蒸发

橡胶坝坝址多年平均水面蒸发深度为287.52mm。

1.1.7工程地质

⑴地质概况

①地形地貌地质构造

北洛河（城区段）河谷地貌以河漫滩、Ⅰ级阶地为主，Ⅱ级阶地零星发育。

现代河床漫滩经河堤治理后稳定河宽100～108m，平均高程1616.5～1639m,左岸Ⅰ级阶地宽300～350m,平均高程1619.6～1642m，Ⅱ级阶地缺失；右岸Ⅰ级阶地宽500～550m，平均高程1619.8～1642m,Ⅱ级阶地宽50～100m，平均高程1638～1650m。

庄浪县城位于庄浪断陷盆地中心，区域地层呈平缓倾斜，无断裂无褶皱。

②地层岩性

主要地层有第四系全新统粉土质砾、低液限粉土（低液限粉土）、新第三系（N）棕红色、浅黄色泥岩、砂质泥岩石、泥质砂岩。

③水文地质条件

工程区浅层地下水资源贫乏，浅层地下水属第四系松散堆积物砂砾孔隙潜水类型；主要分布于北洛河干流河漫滩地及Ⅰ、Ⅱ级阶地底部。

现代河床及河漫滩地地下潜水位埋深0.5～1.5m，Ⅰ级阶地潜水位埋深3.5～5.50m，Ⅱ级阶地潜水位埋深大于15.0m，含水层岩性为含细粒土砾，厚度0.5～1.50m，渗透系数K＝15～35.0m／d；下垫面第三系红色泥岩属于相对隔水层。

单井出水量100～300m3／d。

北洛河河谷浅层地下和北洛河河水水化学类型属HCO3－—Na＋—Ca2＋。

对普通硅酸盐水泥及其金属结构无侵蚀性。

④地震设防烈度

根据《中国地震动参数区划图》GB18306－2001。

庄浪县地震动峰值加速度为0.20g，相应地震设防烈度为Ⅷ度。

另据探孔揭露及土工试验资料，坝基、堤基位于泥岩之上。

⑵坝址工程地质条件

1#橡胶坝、2#橡胶坝、3#橡胶坝分布段地层岩性可划分为２层，表层为第四系全新统（al--plQ41--3）河谷冲洪积含细粒土砾，厚度０.2～0.6m，天然状态下呈松散状，河漫滩零星分布．向下为坝基第三系（N）红色泥岩，呈厚层状分布，岩体产状近似水平，层状分布。

岩体无断裂，节理裂隙较发育，呈软塑～硬塑状，无地下水活动，不存在坝基渗漏水问题，地基承载力标准值为２６０Kpa。

坝基开挖边坡，粉土质砾1：

0.75；红色泥岩1：

0.5。

⑶天然建筑材

①细骨料场

根据地质勘探及混合料颗分试验资料，北洛河混凝土细骨料资源量贫乏，细骨料料场选在南洛河南坪砂厂，砂厂细骨料资源总量大于10万m3，5mm以下细骨料占31.96%，但0.075mm以下泥成分贪量较低，平均值3.28%，细度模数2.45，天然状态下呈淡红色泥质、砂、卵石、碎石混合状，需采筛，采筛率为24.68%，因此，细骨料选在南坪砂厂集中购买，平均运距10km。

②粗骨料场

粗骨料料场选在南洛河南坪砂厂，总资源量大于20万m3，平均采筛率达64.7%，砾石母岩为石英岩、花岗岩等坚硬岩石，砾石干密度19.0KN／m3，比重2.65，但含泥量为2.61%，不宜分散采筛，需在砂厂集中购买，平均运距10km。

1.2北洛河庄浪县城区橡胶坝开发方案

1.2.1建设条件

北洛河上游为六盘山土石山林区，植被较好，属轻度水土流失区，河水常年不断流。

在庄浪县城区段修建橡胶坝，河道泥沙淤积量小，水质良好，能达到观光游览、净化空气、提高地下水位等综合效益的目的。

1.2.2开发方案比选

（1）坝型确定

经综合分析，比较合适的挡水闸（坝）型式是橡胶坝和翻板闸。

翻板闸管理不便，对行洪有一定影响，且投资较高；橡胶坝不影响河道行洪，且该坝型节约投资，运行安全，管理方便。

故确定本次设计坝型为橡胶坝。

（2）开发方案

根据《庄浪县城区段开发治理方案》，庄浪县北洛河城区段橡胶坝的范围确定在徐碾大桥至河马大桥之间，自上而下呈阶梯型排列在庄浪县北洛河城区段，全长2435m。

总体规划设计10级橡胶坝,其中2007年计划建设1#～3#坝。

1#坝坝址位置:

以自来水公司截水廊道河床基础提高0.1m的水平线与右岸堤顶线降低0.7m的斜线相交处作为1#坝的坝址位置。

2#坝坝址位置:

以1#坝的基础淹没0.2m的水平线与右岸堤顶线降低0.7m的斜线相交处作为2#坝的坝址位置。

以自来水公司截水廊道为0+000桩号，按照以上坝址确定原理，推出1#～10#橡胶坝坝址桩号。

十级开发方案：

1#坝坝底板高程1638.126m，坝高3.0m，坝长91m，回水长度300m；2#坝坝底板高程1635.826m，坝高2.5m，坝长94m，回水长度202.5m；3#坝坝底板高程1632.926m，坝高3.0m，坝长95m，回水长度282m；4#坝坝底板高程1630.986m，坝高2.5m，坝长112m，回水长度283.5m；5#坝坝底板高程1627.500m，坝高2.5m，坝长106m，回水长度325m；6#坝坝底板高程1625.200m，坝高2.5m，坝长101m，回水长度193.5m；7#坝坝底板高程1622.900m，坝高2.5m，坝长99m，回水长度230.5m；8#坝坝底板高程1620.600m，坝高2.5m，坝长97m，回水长度227.5m；9#坝坝底板高程1618.300m，坝高2.5m，坝长108m，回水长度180.5m；10#坝坝底板高程1616.000m，坝高2.5m，坝长102m，回水长度225m。

1.3设计成果概述

1.3.1防洪标准及工程等级

根据国家《防洪标准》（GB50201-94），确定其设计防洪标准为二十年一遇，校核洪水标准为五十年一遇，临时工程洪水标准为五年一遇。

该枢纽工程定为四等工程，橡胶坝、控制室分别为4级建筑物。

1.3.2设计洪水

坝址处无实测洪水资料，洪水采用地区经验公式法、面积比法和历史洪水调查值三种方法进行计算。

经分析，本次可研设计采用地区经验公式法计算的成果。

故橡胶坝坝址处二十年一遇洪峰流量为420m3/s，五十年一遇洪峰流量为570m3/s。

1.3.3工程设计

本工程主要分为以下几个部分：

橡胶坝工程；边墙工程；控制室工程；河道疏浚工程。

（一）橡胶坝工程

根据庄浪县2007年建设计划，本次暂做1#～3#橡胶坝设计，以后逐步实施。

根据北洛河城区段总体规划要求，尽量增加水深和蓄水量，1#橡胶坝控制水面洄水至自来水公司截水廊道，2#橡胶坝控制水面洄水至1#橡胶坝，3#橡胶坝控制水面洄水至2#橡胶坝。

经综合考虑，确定1#～3#橡胶坝均为单跨，1#橡胶坝坝底板高程1638.126m，坝顶高程1641.126m，坝高3.0m，净长91m；2#橡胶坝坝底板高程1635.826m，坝顶高程1638.326m，坝高2.5m，净长94m；3#橡胶坝坝底板高程1632.926m，坝顶高程1635.926m，坝高3.0m，净长95m。

1#～3#橡胶坝基础均置于新鲜岩石上，底板厚度0.8m，采用C20钢筋砼现浇，底板以下为C15混凝土基础，坝底板顺水流方向长度分别为10m、9m、10m，坝底板分缝间距分别为9.1m、9.4m、9.5m，采用651型止水带止水，伸缩缝采用2cm厚闭孔泡沫板。

该橡胶坝坝袋采用双锚固形式锚固，锚固槽为暗槽设置，坝袋上下游锚固线采用外锚固，端部堵头锚固线采用内锚固。

（二）边墙工程

左、右岸边墙结构型式完全相同，上下游边墙长分别为10.0m、14.0m，基础座于基岩上，1#橡胶坝左右岸基础高程均为1636.926m，顶部高程分别为1642.230m、1641.826m；2#橡胶坝左右岸基础高程均为1634.626m，顶部高程分别为1640.243m、1639.486m；3#橡胶坝左右岸基础高程均为1631.586m，顶部高程分别为1637.427m、1637.186m；边墙结构为重力式挡土墙结构，采用C20钢筋混凝土现浇。

（三）河道疏浚工程

根据实测河道中心线纵断面图及橡胶坝设计指标，本次河道疏浚长度为785m，其中：

1#橡胶坝以上疏浚长度为300m，设计河床高程为1637.926m，河道设计比降为1/72；1#～2#橡胶坝之间疏浚长度为282m，设计河床高程为1635.626m，河道设计比降为1/86；2#～3#橡胶坝之间疏浚长度为203m，设计河床高程为1632.586m，河道设计比降为1/94。

（四）控制室工程

控制室是操纵橡胶坝充胀和排空坍落的机电设备及附属设施的维护结构。

为了节约投资和方便交通，控制室布置在3#橡胶坝的右岸坝端，矩形结构，平面轴线间尺寸为13.2×6.0米，共三层，一层为壁厚为0.5米的钢筋混凝土结构，二层为墙厚为0.37米的砖混结构，三层为墙厚0.24米砖混结构，在第三层设1.2米宽室外走廊。

一层位于台地下，为设备层，主要放置充排坝袋的水泵、电机及测压设备等，地板为0.65米厚的钢筋混凝土结构；二层为配电层，主要放置配电柜等设备；三层管理层，为操纵及看护橡胶坝人员的住所。

楼板为整体现浇式板梁结构，板厚0.12米，各层之间采用内置悬臂式钢筋混凝土楼梯连接，梯宽0.7米。

供水水源为自来水，采用两台ISG80-125（I）型单级单吸管道离心泵，一台备用，用Φ150mm直缝卷制电焊钢管为供水管，经埋于坝底板下方的供（排）水管路，向坝体供水。

控制室内布置3台300S-12A型单级双吸中开式离心泵，经埋于坝底板下方的供排水管路，排放坝内水体。

控制室10KV电源引自，距离约150米，单回路供电，架空10KV线路选用LGJ-3×50电缆，室外柱上变压器选择S9-100/10一台，其容量为100KVA，水泥电杆长12米，档距为50米。

配电屏安装有GGD1-25（改）总控制屏（兼进线柜），宽度均为800mm，所有电气设备均在屏上操作。

1.4施工组织

该工程位于主河槽上，受气候条件限制较大，需在短期内突击完成，原则上以机械化施工为主，人工施工为辅；专业队伍施工为主，民工施工为辅，争取在2007年6月底以前竣工并投入运用。

工程在项目管理上严格按照基本建设程序，在本工程施工过程中，必须认真细致地严把质量关，建立项目管理责任制和质量管理保证体系，确保工程质量，力争工程按期顺利完工。

1.5工程管理

该工程属于Ⅳ等工程，根据中华人民共和国水利部《水利工程管理单位编制定员试行标准》（SLJ705—81），设管理人员6人，分设所长（股级），工程管理及水情调度，财务供应、行政办公及建筑物维修养护、护坝、水工观测、水库调度运行等人员。

工程管理机构为“庄浪县北洛河城区段橡胶坝工程管理所”，

该管理所由庄浪县政府领导，业务隶属于县水务局，管理所负责工程安全调度、工程维修、水工观测及资料整编等工作。

管理方法上实行定岗、定员、定责，该工程投资较大，必须保证工程自身及运行安全，需按照国家有关技术规范及操作规程的要求，制定工程管理细则，并进行专业技术和职业道德培训。

1.6环境影响评价

在庄浪县城区段修建橡胶坝，进行梯级开发，水量丰富，河道泥沙淤积量小，水质良好，环境优美。

工程建成后常年挡水，形成人工湖，兼有净化空气的作用，同时与紫荆公园风景区交相辉映，共同构筑一个小型景区，为当地发展旅游事奠定了良好的基础。

工程施工过程中，对施工现场的生态环境会有暂时的一定程度的破坏；施工后及时对环境进行保护和恢复，可以将其不利影响消除或降低到最低限度。

总之，工程建成后，具有较好的生态效益和社会效益，宜尽快实施。

1.7工程量及投资

本工程估算总投资为990.94万元，其中建筑工程为700.29万元，机电设备及安装工程25.75万元，金属结构设备及安装工程81.95万元，临时工程51.24万元，其他费用84.54万元，预备费47.19万元。

总工程量12.21万m3，其中土石方开挖及回填10.99万m3，砼及钢筋砼工程1.22万m3，共需劳力13.29万工日。

工程主要材料量：

水泥3416T，钢材144T，砂子0.73万m3，石子0.98万m3。

2基本资料

2.1流域概况

水洛河属渭河二级支流，上游分为南洛河和北洛河两条支流,两支流于庄浪县城处汇合，汇合后称下洛河。

南洛河发源于关山西麓庄浪县韩店乡的灶火沟，由东向西，流经韩店乡、南坪乡和水洛镇，河长30.5Km，流域面积325.7km2，年均径流量0.38亿m3，年均流量1.2m3/s；北洛河发源于宁夏回族自治区隆德县苏台乡马鹿沟和黄草沟，由东北流向西南，于庄浪县通边乡佛崖湾峡流入庄浪县境，流经通边乡、通化乡、良邑乡和水洛镇，河长31Km，流域面积278km2，年均径流量0.30亿m3，年均流量0.95m3/s；下洛河由东北向西南，流经朱店镇、万泉乡至徐家城纳入清水河，经静宁县周家峡口、出清水峡，至仁大川高沟村注入葫芦河。

水洛河总河长99.5Km（庄浪县境内89.5km），总流域面积905.7Km2（庄浪县境内836.7Km2）,年均径流量0.84亿m3，年均输沙量395万t。

本次可研设计橡胶坝坝址位于北洛河末端，坝址以上控制流域面积278Km，年均流量0.943m3/s，年均径流量2974万m3。

2.2气象

庄浪县位于内陆腹地，属大陆性季风气候区，全年盛行西北风，历年最大风速为20m/s。

气候干燥，昼夜温差大，夏季气温高，多冰雹、雨洪，夏秋季雨水集中。

全年平均气温7.9℃，最热月为7月，月平均气温19.9℃，历年最高气温34.8℃；最冷月为1月，平均气温－5.5℃，极端最低气温－23℃，最大冻土深63cm，多年平均无霜期142天。

多年平均降水量547.8mm，年内分布极不平衡，冬春降水稀少，10月至翌年4月降水仅占全年降水的20％，全年降水量60％以上集中在7－9三个月。

年蒸发量1310.2mm（口径20cm）。

有关气象统计资料见表2－1。

2.3年径流

水洛河流域年径流多由降雨补给，大多以暴雨形式出现，年内分配极不均匀，多集中在7－9月。

全年可分为3－5月为春汛期，由上游冰雪融水和降雨补给，6－9月为夏秋洪水期，以降雨补给为主，10－11月为秋季枯水期，以地下水补给及河槽储蓄量为主，12月至次年3月为冬季枯水期，以地下水补给为主。

2.3.1年径流的推求

由于北洛河无实测水文资料，故利用《甘肃省水文图集》进行年径流计算。

按图勾绘出流域分水线，并定出流域中心位置，用直线内插法求得北洛河流域多年平均径流深为107mm。

多年平均径流量：

用公式Q=（1000×F×Y）/T计算出平均流量，再由公式W=QT计算多年平均径流量。

式中：

Q——多年平均流量（m3/s）

F——流域面积，为278Km2

Y——多年平均径流深，为107mm

T——计算时段长，为31.54×106s

由以上数据计算得坝址处多年平均流量分别为0.943m3/s，并求得多年平均径流量分别为2974万m3。

庄浪县气象站各气象要素统计表

项目名称

单位

月份

全年

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

多年各月平均气温

˚C

-5.5

-2.7

3.5

9.4

14.2

17.8

19.9

19.1

13.8

8.4

1.6

-4.1

7.9

多年各月平均最高气温

˚C

1.2

3.7

9.7

16.1

20.6

24.5

25.9

24.9

19.3

14.1

7.4

2.2

14.1

多年各月平均最低气温

˚C

-10.6

-7.5

-1.3

3.5

7.8

10.8

14.4

13

9.4

4

-2.5

-8.7

2.8

多年各月极端最高气温

˚C

11.2

15.3

23.6

27.1

29.8

34.8

33.5

33.3

28

24.4

18.3

12.2

34.8

发生日期

日/年

7/79

27/78

26/73

24/73

28/69

20/66

9/74

3/73

3/77

9/59

1/72

3/72

6-20/66

多年各月极端最低气温

˚C

-23

-21.2

-13.7

-10

-3.3

1.6

5.7

4.4

-0.4

-6.3

-15.5

-22.6

-23

发生日期

日/年

28/64

8/72

14/78

4/69

9/62

2/80

2/73

30/62

29/70

26/60

17/69

15/75

1-28/64

多年各月平均降雨量

mm

3.1

4.7

11.7

41.2

45.4

55.5

117.1

113.3

92.5

45.4

15.3

2.8

547.8

多年各月一日最大降水

mm

4.9

5.8

12.4

85.4

45.9

42.3

94.7

80.3

46.6

26.4

14.8

4.8

94.7

发生日期

日/年

17/71

14/60

12/70

28/73

13/67

28/71

25/75

12/73

19/75

2/61

18/61

1/74

7-25/75

多年各月最大积雪深度

cm

8

9

19

11

4

15

11

19

发生日期

日/年

13/74

3/72

12/70

9/68

23/59

16/69

1/74

3-12/70

多年各月平均日照时数

17

172

149

173

194.9

220.2

246.3

216.1

199.9

144.4

148.6

148.4

133.6

2179

多年各月平均蒸发量

mm

38.4

51.1

105.3

153.9

181.9

192.3

174.4

161.7

101.2

72.5

46.2

31.6

1310

多年各月最大冻土深度

cm

63

61

58

6

5

20

46

63

发生日期

日/年

10/73

16/60

1/61

2/79

26/60

29/79

31/72

1-10/73

多年各月平均风速

m/s

1.8

2

2.2

2.4

2.2

1.8

1.7

1.8

1.5

1.6

1.7

1.7

1.9

多年各月最大风速

m/s

12

11

16

20

15

12

11

14

10

12

14

14

20

发生日期

日/年

17/79

19/70

22/77

27/74

8/70

4/69

11/73

22/61

49/69

22/68

20/79

20/73

4-27/74

相应风向

16方位

N

N

NNW

N

NNE

N

N

N

NS

N

N

NNE

N

年最大风速平均

m/s

13.5

相应风向

SE

2.4洪水

2.4.1洪水特性

水洛河洪水由暴雨形成，汛期一般为5－9月，主汛期为7－9月份，洪水多尖瘦，历时短，峰高量大，且洪水的年际变化较大。

该流域除上游南部地区为植被较好的土石山林区外，中下游属黄土高原丘陵沟壑区，植被差，山体破碎，小范围的突降暴雨强度大，冲刷力强，形成大量地表径流，对河道两岸冲刷严重，破坏性较大。

2.4.2洪水分析

由于当地无水文站，所以洪水采用地区经验公式法、面积比法和历史洪水调查值进行分析计算。

⑴地区经验公式法

①洪峰流量计算：

查阅《甘肃省水文图集》，水洛河流域洪峰流量经验公式为：

q=C/F0.496

Q=q×F

式中：

Q——相对于某一频率的设计洪峰流量（m3/s）

F——控制流域面积，为278Km2

q——相对于某一频率的洪峰流量模数（m3/s/Km2）

C——相对于某一频率的洪峰流量系数

计算结果见表2-2。

表2-2不同频率洪峰流量成果表

频率（%）

0.1

0.2

0.5

1

2

3

5

10

20

洪峰流量Q（m3/s）

1289

1056

854

696

570

490

420

304

185

②洪水历时计算：

亦用《甘肃省水文图集》推荐的经验公式计算：

T=7.63F0.344

式中：

T——洪水历时（h）

F——流域面积（Km2）

经计算，洪水历时为52.9h。

③洪水总量推求：

用下式计算，即

W=0.0038×Q0.956×（T+11）1.75

式中：

W——洪水总量（万m3）

Q——洪峰流量（m3/s）

计算结果见表2-3。

表2-3不同频率洪水总量成果表

频率（%）

0.1

0.2

0.5

1

2

3

5

10

20

洪水总量W（万m3）

5162

4266

3482

2864

2366

2048

1767

1297

807

⑵面积比法

在本次可研设计的橡胶坝上游有红崖湾水库调蓄工程，该水库30年一遇洪水115m3/s，100年一遇洪水190m3/s，500年一遇洪水265m3/s。

故以红崖湾水库洪水资料为参证值，采用面积比法推求坝址处的设计流量。

采用公式Qm设=（F设/F参）mQ

参计算，

式中：

Qm设、Qm参——设计断面和上游参证站的洪峰流量

F设、F参——设计断面和上游参证站的流域面积

m——指数，m取0.7

经计算，坝址处30年一遇洪水399m3/s，100年一遇洪水659m3/s，500年一遇洪水920m3/s。

经适线，求得20年一遇洪水320m3/s，50年一遇洪水490m3/