水库初步设计研究报告.docx
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水库初步设计研究报告
水库初步设计
(修订稿)
水电勘测设计有限公司
1.1工程概况
水库属淮河流域沣河水系,地理坐标为东经116°3′41″,北纬32°7′25″,位于安徽省六安市霍邱县河口镇高峰村境内,系国家在册的小
(2)型水库。
集水面积0.08km2,水库枢纽由大坝、2座放水涵及2座进水闸组成。
大坝为均质土坝,大坝长604m,最大坝高约3.0m,坝顶高程41.68~43.23m,顶宽2.2~5.1m。
防洪标准为20年一遇设计,设计水位41.80m(1985国家高程,下同),50年一遇校核,校核水位42.00m,正常蓄水位41.50m,死水位39.00m,水库总库容11.3万m3,兴利库容10.3万m3。
水库设计灌溉面积1200亩,目前实际灌溉面积1000亩,保护耕地1200亩、人口800人。
长岗水库建成后未进行有效管理和养护,致使工程存在较多的不足和安全隐患,如大坝下游坝脚湿软,涵闸均为砖砌圬工结构,且损毁相当严重,无启闭设备,大坝一直带病运行。
以上险情的存在,造成水库一直低于设计的兴利水位运行,对下游的灌溉产生不利影响,水库安全无保障,因此长岗水库急需除险加固。
1.2水文
1.2.1流域概况
长岗水库位于霍邱县河口镇高峰村境内,地理坐标为东经116°3′41″,北纬32°7′25″,属淮河流域沣河水系,集水面积0.08km2。
(1)气象
长岗水库属北亚热带和暖温带半湿润季风气候,为我国南北气候的过渡地带。
具有气候温和、四季分明、雨量适中,但年际变化大、日照时数多、温差大、无霜期长、季风气候明显等特点。
表现为夏热多雨、冬寒晴燥、秋旱少雨。
冷暖和旱涝的转变往往很突出。
该区年平均气温14~16℃,最高月平均气温在28℃左右,最低月平均气温1℃,无霜期一般年份在220天左右,本区域多年平均降雨量为978mm,多年平均径流深为342mm。
(2)水文
水库坝址以上及邻近流域无实测径流资料,因而无法用直接法推求水库的入库洪水,只有通过雨量站降雨资料或查暴雨参数等值线图,根据《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》(以下简称“84办法”)间接计算。
1.2.2历次设计洪水计算方法与成果
水库自建成以来从未进行过除险加固,无洪水复核成果,本次设计根据现场调查,对原规划资料进行核实。
1.2.3本次设计洪水复核
本次洪水复核采用“84办法”由暴雨间接推求设计洪水,根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》,水库属于Ⅴ等枢纽,大坝、放水涵主要建筑物5级,下游消能防冲设施为次要建筑物5级。
本次复核设计洪水标准为:
20年一遇设计、50年一遇校核;下游消能设施按10年一遇设计。
根据“84办法”查暴雨等值线图得:
;
,再根据流域特征参数值,采用《安徽省小型水库设计洪水计算程序》进行入库洪水计算。
入库洪水计算成果为:
20年一遇入库洪峰0.70m3/s,1日洪量6.49万m3;50年一遇洪峰1.10m3/s,1日洪量6.55万m3。
1.2.4成果合理性分析
本次洪水复核采用“84办法”进行计算,由于缺乏实测降雨资料,无法进行合理性分析,但“84办法”理论计算洪峰流量偏大,对工程安全是有利的。
1.2.5施工期洪水
长岗水库总集水面积0.08km2,根据施工组织设计安排,主体工程施工安排在10月~次年5月,水库水下部分主要工程有2座放水涵、2座进水闸及建筑物迎水面两侧砼护坡(下部),根据施工组织进度安排,该部分工程水下部分施工工期2~3个月。
施工导流方案为:
水下部分施工时,同期降雨产生的径流量全部蓄在水库中,采取围堰挡水施工;当水下工程施工结束后,且放水涵能过流时,拆除围堰,通过放水涵导流。
施工期洪水标准采用5年一遇。
根据施工洪水计算成果,灌溉涵及砼护坡水下部分施工宜在11月~次年2月进行,此段时间水库集水面积内降水产生的径流量最少,围堰高程最低。
1.3工程地质
水库位于霍邱县河口镇高峰村境内,地面高程一般在39.72~42.43m。
由于该库未进行地质勘探,比照同一个乡镇邻近七塘小
(1)型水库地质资料,库区周边地貌为冲积平原地貌,场地地貌单元为沣河一级阶地地貌单元。
1.4工程任务及规模
1.4.1工程概况
水库属淮河流域沣河水系,地理坐标为东经116°3′41″,北纬32°7′25″,位于安徽省六安市霍邱县河口镇高峰村境内,系国家在册的小
(2)型水库。
集水面积0.08km2,水库枢纽由大坝、放水涵及进水闸组成。
大坝为均质土坝,大坝长604m,最大坝高约3.0m,坝顶高程41.68~43.23m,顶宽2.2~5.1m。
防洪标准为20年一遇设计,设计水位41.80m(1985国家高程,下同),50年一遇校核,校核水位42.00m,正常蓄水位41.50m,死水位39.00m,水库总库容11.3万m3,兴利库容10.3万m3。
水库设计灌溉面积1200亩,目前实际灌溉面积1000亩,保护耕地1200亩、人口800人。
1.4.2水库加固洪水标准
水库为小
(2)型水库,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物级别为5级,原无设计资料。
本次洪水复核根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《安徽省小型水库除险加固设计指导意见》相关规定,确定防洪标准为:
20年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。
1.4.3水库洪水调节计算
水库原无设计资料,通过调查和现场勘测,本次设计将该库兴利水位定为41.50m。
汛限水位同兴利水位。
由于水库为反调节水库,区间来水较小,主要从电灌渠引水充库,集水面积主要为库区,故本次设计调节计算的主要按照相应频率暴雨产生的径流量全部入库,利用叠加法推算水库20年一遇设计洪水位为41.80m,相应V设=11.0万m3;50年一遇校核洪水位为42.00m,相应V校=11.3万m3。
1.4.4水库除险加固工程措施与建设内容
根据水库安全评估意见及实际情况,本次水库加固工程的主要内容包括:
1.水库大坝按设计坝顶高程及标准断面加培;
2.拆除重建2座放水涵;
3.拆除重建2座进水闸;
4.新建建筑物两侧大坝护坡工程;
5.新建进水渠砼衬砌及砼防汛道路
6.增设必要水文观测设施等。
1.5除险加固工程设计
1.5.1工程等别、枢纽建筑物级别及防洪标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)、《防洪标准》(GB50201-2014)和《水库大坝安全评价导则》(SL258-2017)的规定,长岗水库属小
(2)型水库,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物级别:
大坝为5级,穿坝建筑物的等级为5级,次要建筑物的等级为5级,临时建筑物的等级为5级。
依据《防洪标准》(GB50201-2014)和水库枢纽工程等级,该工程设计洪水标准为20年一遇设计,即P=5%,校核洪水标准为50年一遇,即P=2%。
1.5.2主要项目加固设计
根据水库安全评估报告及实际情况,长岗水库加固工程的主要内容包括:
(1)大坝土方加固长604m。
设计坝项高程43.00m,顶宽4.0m(弯道处6.0m),内外坡1:
2.5,采取背坡不动,坝前帮土方案进行加固;
(2)新建大坝砼预制块护坡长160m。
限于投资,本次设计未进行全坝段护坡,护坡主要位于穿堤建筑物两侧各20m;
(3)拆除重建φ1.0m进水闸2座;
(4)拆除重建φ0.6m放水涵2座;
(5)1#进水闸引水渠砼预制块衬砌长114m;
(6)新建砼连接道路长130m(路面宽3.0m)。
1.6电气与金属结构
1.6.1金属结构
水库现有2座放水涵和2座进水闸,均为圬工结构,未设闸门及启闭设备。
本次设计共配备3付闸门:
2#进水闸配双向止水铸铁闸门1付,2座放水涵各配铸铁闸门1付,配套的启闭设备选用QL型手动侧摇螺杆式启闭机,一门一机。
1.6.2电气设计
水库用电主要为库区照明用电,鉴于库区内各涵闸配套的启闭机,因启闭力不大,均采用手动启闭,且低压照明用电已接至现场,无需进行专项电气设计。
1.7施工组织设计
水库属小
(2)型水库,枢纽由大坝、2座进水闸和2个放水涵等组成。
本加固工程规模为Ⅴ等,主要建筑物为5级,相应导流建筑物为5级。
通过分析各时段的来水量可知,3月份以后的来水量明显增多,施工导流时段安排在11月至次年2月。
根据本工程的施工特点,水下工程施工期安排在枯水期,可采取放空水库,各涵闸施工中不考虑导流。
1.8水库淹没处理及工程占地
水库属除险加固项目,不改变原有工程规模,库区淹没征地在建库时已经征用,故本次加固设计不考虑水库淹没征地。
本次水库除险加固大坝采取迎水侧加培,无永久征地。
临时占地主要为在水库管理范围以外取土、弃土、施工场地布置占地,其中土料场规划在库内,无临时占地,弃土由乡村指定地点堆放,其费用已纳入主体工程中,施工布置临时占地1.5亩。
本次除险加固临时征地年限按1年计。
本工程征地及地面附属物补偿总投资3.19万元。
1.9环境保护与水土保持设计
1、水库除险加固后可使水库充分发挥综合效益,水库防洪标准进一步提高,水库下游群众和农田等免受洪灾损失,下游农田适时灌溉、养鱼等经济效益可观,同时可以改善区域水环境,社会效益非常显著。
工程对环境的有利影响是主要的、长远的;不利影响是次要的、暂时的,在落实具体保护防范措施的基础上,可将工程潜在的不利影响降到最低限度,从环境保护角度,本工程的建设是可行的。
项目工程的兴建,对当地农业生产和自然系统的改善有重要作用。
可充分利用当地水资源,美化环境,改良土壤,促进农业生态环境协调发展,有利于生态系统的良性循环。
2、项目区为丘陵区,工程施工容易引发新的水土流失。
因此,本工程项目重点要作好水土保持预防监督,有效地防止新的水土流失,在施工期内,必须采取相应的林草措施和工程措施进行恢复植被、稳定边坡,增强土壤的抗蚀性,从而防止水土流失。
本工程水保及环保费用为1.0万元。
1.10工程管理设计
水库目前没有专门的管理机构。
加固后本着谁受益谁负担的原则,主管部门为河口镇政府,受益村组直接管理,其管理费用可通过上级财政补贴、租赁或承包等多种运管方式解决,达到以库养库的目的。
水库现无管理设施,限于投资,本次设计不设管理设施。
但为确保该库的安全运行,使工程发挥应有的效益,按照“产权有归属,管理有载体,运行有机制,工程有效益”的要求,受益乡镇必须落实好工程管理主体和管护责任,在确保工程安全和公益属性的前提下,可采取承包、租赁、托管等方式,引入竞争机制,择优选择经营管理主体,签订管护合同,落实管护责任,保障工程运行。
1.11设计概算
本工程总投资107.49万元;其中工程基本预备费5.07万元;水土保持工程投资0.5万元;环境保护投资0.5万元;建设及施工场地征用费总投资3.19万元。
1.12经济评价
本工程总投资为107.49万元,剔除属于国民经济内部转移的计划利润和税金后投资88.14万元。
水库除险加固后年均新增防洪效益12.0万元,灌溉效益9.60万元,养殖效益1.72万元,年运行费0.22万元。
经济内部收益率(EIRR)=11.32%,经济净现值(ENPV)=28.31万元,经济效益费用比
=1.62。
在投资增加15%及效益减少15%两种情况下,国民经济评价指标仍然是合理的,说明项目抗风险能力比较强。
从上述分析评价指标可以看到,该项目经济上合理的,建议尽快实施,以利发挥工程的经济效益和社会效益。
1.13工程特性表
表1-1长岗水库除险加固工程特性表
项目名称
指标名称
单位
数量
备注
水
库
特
性
集水面积
km2
0.08
校核洪水位
m
42.00
设计洪水位
m
41.80
正常蓄水位
m
41.50
死水位
m
39.00
总库容
万m3
11.3
兴利库容
万m3
10.3
死库容
万m3
0.5
主要建筑物
1、大坝
坝型
均质土坝
坝长
m
604.0
坝顶宽
m
4.0(弯道处加宽至6.0m)
设计坝顶高程
m
43.00
2、1#进水闸
型式
钢筋砼管涵结构
底板高程
40.00
断面尺寸
m
φ1.0
3、2#进水闸
型式
钢筋砼管涵结构
底板高程
40.00
断面尺寸
m
φ1.0
4、3#放水涵
型式
钢筋砼管涵结构
底板高程
m
39.00
断面尺寸(宽×高)
m
φ0.6
5、4#放水涵
型式
钢筋砼管涵结构
底板高程
m
40.50
断面尺寸(宽×高)
m
φ0.6
施工
1、主要工程数量
含阶段系数
土方开挖
m3
4756
土方填筑
m3
5431
砌石
m3
261.8
含拆除量
砼及钢筋砼
m3
603.2
含拆除量
2、主要建筑材料
水泥
t
152.7
钢筋
t
3.4
3、所需劳动力
总工时
工时
16341
高峰人数
人
45
4、总工期
个月
5
经济指标
1、总投资
万元
107.49
其中:
建筑工程
万元
71.91
机电设备安装
万元
0.00
金属结构设备及安装
万元
2.81
临时工程
万元
3.92
独立费用
万元
22.78
基本预备费
万元
5.07
水保及环保
万元
1.00
2、综合利用经济指标
加固工程多年平均效益
万元
23.32
经济内部收益率
%
11.32
效益费用比
1.62
经济净现值
万元
28.31
1.14工程枢纽平面布置图
详见初步设计附图。
2水文
2.1流域概况
长岗水库位于霍邱县河口镇高峰村境内,地理坐标为东经116°3′41″,北纬32°7′25″,属淮河流域沣河水系,集水面积0.08km2。
2.1.1气象
长岗水库属北亚热带和暖温带半湿润季风气候,为我国南北气候的过渡地带。
具有气候温和、四季分明、雨量适中,但年际变化大、日照时数多、温差大、无霜期长、季风气候明显等特点。
表现为夏热多雨、冬寒晴燥、秋旱少雨。
冷暖和旱涝的转变往往很突出。
该区年平均气温14~16℃,最高月平均气温在28℃左右,通常出现在7月份,极端最高气温超过40℃.最低月平均气温1℃,通常出现在1月份,极端最低气温低于-20℃。
无霜期一般年份在220天左右。
受季风影响,本地区风向多变。
冬季多偏北风,夏季多偏南风,春秋季多东北风,年均风速在2~3m/s,平均风力3级左右,最大风力在8级以上。
根据资料分析,本区域多年平均降雨量为1008.9mm,降水量年内和年际变化都很大,降水最多的2003年1436mm,最少的1976年仅为581mm,年最大降雨量为最小降雨量的2.5倍,一般汛期(5~9月份)降水占全年的70%左右,区内观测到的最大日降雨量为248mm,3日降雨量为294mm,多年平均径流深为342mm,年径流系数约为0.35。
2.1.2水文
长岗水库坝址以上及邻近与之相似流域无实测径流资料,因而无法用直接法推求水库的入库洪水,只有通过雨量站降雨资料或查暴雨参数等值线图,根据《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》(以下简称“84办法”)间接计算。
2.2历次设计洪水计算方法与成果
长岗水库自建成以来从未进行过除险加固,无洪水复核成果,本次设计根据现场调查,对原规划资料进行核实。
2.3本次设计洪水复核计算
本次洪水复核采用“84办法”由暴雨间接推求设计洪水,根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》,水库属于Ⅴ等枢纽,大坝、放水涵主要建筑物5级,下游消能防冲设施为次要建筑物5级。
本次复核设计洪水标准为:
20年一遇设计、50年一遇校核;下游消能设施按10年一遇设计。
2.3.1流域特征值
由1:
10000地形图量算得流域特征值如下:
集水面积F=0.08km2;
流域长度L=0.76km;
流域平均宽度
m;
流域形状系数
。
2.3.2设计洪水过程线推求
对于面积较小,缺乏资料的水库设计洪水计算,根据《水利水电工程设计洪水计算规范》规定可采用推理公式进行计算。
根据“84办法”查暴雨等值线图得:
;
,再根据长岗水库区间流域特征参数值,采用《安徽省小型水库设计洪水计算程序》计算长岗水库入库洪水过程。
计算成果见表2-1、表2-2和图2-1。
表2-1长岗水库20年一遇设计洪水过程
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
1
2.4
9
11.1
17
5.3
2
4.2
10
26.7
18
5.1
3
4.6
11
95.7
19
4.5
4
5.5
12
34.3
20
3.9
5
6.2
13
6.8
21
3.8
6
6.4
14
7.0
22
3.8
7
8.8
15
7.6
23
3.8
8
10.7
16
6.4
24
3.8
表2-2长岗水库50年一遇校核洪水过程
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
时段序号
(h)
来水流量
(m3/s.km)
1
2.7
9
11.1
17
5.3
2
4.4
10
27.0
18
5.1
3
4.6
11
101.5
19
4.4
4
5.7
12
29.8
20
3.9
5
6.3
13
6.4
21
3.8
6
6.4
14
7.2
22
3.8
7
9.1
15
7.6
23
3.8
8
10.8
16
6.2
24
3.8
入库洪水计算成果为:
20年一遇入库洪峰0.70m3/s,1日洪量6.49万m3;50年一遇洪峰1.10m3/s,1日洪量6.55万m3
图2-1长岗水库20年一遇及50年一遇入库洪水过程线图
2.4成果合理性分析
本次洪水复核采用“84办法”进行计算,由于缺乏实测降雨资料,无法进行合理性分析,但“84办法”理论计算洪峰流量偏大,对工程安全是有利的。
2.5施工期洪水
长岗水库总集水面积0.08km2,根据施工组织设计安排,主体工程施工安排在10月~次年5月,水库水下部分主要工程有2座放水涵、2座进水闸及建筑物迎水面两侧砼护坡(下部),根据施工组织进度安排,该部分工程水下部分施工工期2~3个月。
施工导流方案为:
水下部分施工时,同期降雨产生的径流量全部蓄在水库中,采取围堰挡水施工;当水下工程施工结束后,且放水涵能过流时,拆除围堰,通过放水涵导流。
施工期洪水标准采用5年一遇。
围堰挡水期间水库降雨径流量采用临近资料较长霍邱县雨量站资料推算。
根据建筑物施工进度安排情况,水下部分工程施工期约为2~3个月。
经计算,时段(2个月)降雨量统计参数及设计时段降雨量见表2-3。
水下部分工程施工时段定在10月~次年3月之间的枯水季节,为了便于施工时段选择,计算了10~11月、11~12月、12~1月、1~2月、2~3月共5个施工时段,时段洪量采用径流系数法估算,根据相关资料,径流系数采用0.35,各方案计算设计洪量及施工期水位见表2-3。
表2-3长岗水库各方案设计降雨量及洪量计算成果表
方案
10~11月
11~12月
12~1月
1~2月
2~3月
降雨参数
均值(mm)
120
65
44
64
97
Cv
0.66
0.73
0.6
0.54
0.45
Cs
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
5年一遇设计雨量(mm)
172.3
94.4
62.2
89
129.3
径流系数
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
5年一遇设计洪量(104m3)
4.8
2.6
1.7
2.5
3.6
根据以上计算成果,灌溉涵及砼护坡水下部分施工宜选在11月~次年2月进行,此段时间水库集水面积内降水产生的径流量最少,围堰高程最低。
3工程地质
长岗水库位于霍邱县河口镇高峰村境内,地面高程一般在39.72~42.43m。
由于该库未进行地质勘探,比照同一个乡镇邻近七塘小
(1)型水库地质资料,库区周边地貌为冲积平原地貌,场地地貌单元为沣河一级阶地地貌单元。
据安徽省区域地质资料,工程区位于合肥断陷盆地西北部与淮河凹陷的结合部位,阜阳-淮南坳陷的南侧、寿县隆起西部;主要受断块构造作用控制,大多活动于燕山期至喜马拉雅早期,自石炭纪以来一直受下降运动的控制,到白垩纪沉降规模巨大,区内普遍发育了巨厚的第三纪和第四纪的沉积地层。
区内构造主要由近东—西向的断裂,坳陷和褶皱组成,它们对中新生代地层的发育与分布均起着一定的控制作用。
自新生代以来区内新构造运动以明显的间歇性沉降、不均匀抬升为主,运动强度小,振荡性显著,继承性明显。
区内岩浆岩不发育,根据区域地质资料,库区断裂构造不发育。
。
4工程任务及规模
4.1工程概况
长岗水库属淮河流域沣河水系,地理坐标为东经116°3′41″,北纬32°7′25″,位于安徽省六安市霍邱县河口镇高峰村境内,系国家在册的小
(2)型水库。
集水面积0.08km2,水库枢纽由大坝、放水涵及进水闸组成。
大坝为均质土坝,大坝长604m,最大坝高约3.0m,坝顶高程41.68~43.23m,顶宽2.2~5.1m。
防洪标准为20年一遇设计,设计水位41.80m(1985国家高程,下同),50年一遇校核,校核水位42.00m,正常蓄水位41.50m,死水位39.00m,水库总库容11.3万m3,兴利库容10.3万m3。
水库设计灌溉面积1200亩,目前实际灌溉面积1000亩,保护耕地1200亩、人口800人。
长岗水库建成后未进行有效管理和养护,致使工程存在较多的不足和安全隐患,如大坝下游坝脚湿软,涵闸均为砖砌圬工结构,且损毁相当严重,无启闭设备,大坝一直带病运行。
以上险情的存在,造成水库一直低于设计的兴利水位运行,对下游的灌溉产生不利影响,另外水库安全无保障,因此长岗水库急需除险加固。
长岗水库受当时施工条件影响及经过多年的运行,暴露了诸多问题,主要表现在:
1、大坝坝顶高程大多不满足要求,坝身单薄且宽窄不一,坝顶高低不平;
2、2座放水涵和2座进水闸均为砖砌圬工结构,且损毁相当严重,无启闭设备,无法正常使用,危及大坝安全;
3、水库无水文观测设施及交通设施。
综上所述,长岗水库急需除险加固。
4.2水库加固洪水标准
长岗水库为小
(2)型水库,工程等别为Ⅴ等,主要建筑物级别为5级,原无设计资料。
本次洪水复核根据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》及《安徽省小型水库除险加固设计指导意见》相关规定,确定防洪标准为:
20年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。
4.3水库洪水调节计算
4.3.1兴
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