四川省某水库枢纽除险加固工程初步设计 推荐.docx
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四川省某水库枢纽除险加固工程初步设计 推荐.docx
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四川省某水库枢纽除险加固工程初步设计推荐
四川省XX县XX水库枢纽除险加固工程
初
步
设
计
四川省XX市XX县水电勘测设计队
附:
设计图纸
附:
设计概算
前言
XX水库位于XX县城长江以北XX乡境内,距XX县城5km,属长江水系二级支流,地理坐标为东经105°08′,北纬28°43′。
XX水库大坝以上控制流域面积0.31km2。
总库容22.68万m3,有效库容10.8万m3,是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖的小
(二)型水利工程。
设计灌溉面积400亩,目前实际灌溉面积380亩。
XX水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水设施组成。
大坝为均质土坝一座。
最大坝高5.2m,坝顶高程298.9m,坝顶长96.8m,坝顶宽3.0m。
溢洪道位于大坝左岸200米处,为开敞式岸边溢洪道,堰顶高程297.6m,净宽2.5m。
放水设施在大坝右侧,采用涵卧管放水,净空尺寸0.7×0.9m(b×h),底板厚0.3m。
最大放水流量0.04m3/s。
XX水库于1956年1月动工兴建,当年12月竣工完成。
由于当时社会、政治、经济等多种因素的影响,该工程在设计和施工上,都存在较大的缺陷,据该库多年运行,观察,存在:
内外坝坡较陡,坝体单薄,内坡浪蚀严重,无风浪石,外坡抗滑稳定不足,无排水棱体,无排水沟;溢洪道未衬砌;放水设施淤塞;无观察设施;近年白蚁危害严重等现象,不能充分发挥功能,影响水库的正常运行。
2008年5月,XX县水库大坝安全鉴定专家组对《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》进行审查,根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》,XX县XX水库大坝安全性评定为三类坝,属于病险水库。
为确保下游居住人口2500多人,耕地面积3500余亩,在下游有“XX县天源工业园区生产基地”,其安全与大坝密切相关。
故尽快对XX水库大坝病险进行整治具有十分必要和迫切。
本次初步设计针对XX水库存在的病险情况,进行了整治设计,工程预计总工期4个月,即从2009年9月开工,当年12月底全面完成。
工程总投资17.65万元。
XX水库工程特性表
编号
工程名称
单位
数量(整治前)
数量(整治后)
一
水文
1
流域面积
工程坝址以上
km2
0.31
0.31
2
多年平均年径流量
万m3
3
代表性流量
正常运用(设计)洪水标准
P(%)
3.33
3.33
及流量
m3/s
5.6
5.6
非常运用(校核)洪水标准
P(%)
0.33
0.33
及流量
m3/s
9.15
9.15
施工导流标准
P(%)
及流量
m3/s
4
洪量
设计洪水总量
万m3
5.38
5.38
校核洪水总量
万m3
8.56
8.56
二
水库
1
水库水位
校核洪水位
m
297.5
297.5
设计洪水位
m
297
297
正常蓄水位
m
297
297
死水位
m
295
295
2
水库容积
总库容(校核洪水位以下库容)
万m3
22.68
22.68
正常蓄水位以下库容
万m3
15.3
15.3
调节库容(正常蓄水位至死水位)
万m3
10.8
10.8
死库容
万m3
4.5
4.5
3
库容系数
%
4
调节特性
年调节
年调节
5
水量利用系数
%
95.0
95.0
三
下泄流量及相应下游水位
1
设计洪水时最大泄量
m3/s
2
校核洪水位时最大泄量
m3/s
四
工程效益指标
1
灌溉效益
保证灌溉面积(P=75.0%)
亩
400
400
其中:
田
亩
300
320
土
亩
0
0
新增灌面
亩
0
五
主要建筑物及设备
1
挡水建筑物及设备
均质土坝
均质土坝
地基特性
泥岩、砂岩
泥岩、砂岩
地震基本烈度/设防烈度
度
Ⅵ
Ⅵ
坝顶高程
m
298.9
298.9
最大坝高
m
5.2
5.2
坝顶长度
m
96.8
96.8
坝顶宽度
m
3
3
2
泄水建筑物型式
明渠式
明渠式
堰顶高程
m
297
297
溢流段长度
m
250
250
单宽流量
m3/s.m
消能方式
无
无
设计泄洪流量
m3/s
校核泄洪流量
m3/s
3
放水建筑物型式
右放水涵卧管
右放水涵卧管
设计引用流量
m3/s
0.04
0.04
最大引用流量
m3/s
进水口型式
地基特性
砂岩
砂岩
槛底高程
m
闸门型式
闸门尺寸
m
闸门数量
套
启闭机型式
启闭机容量
kN
启闭机数量
台
放水底孔闸门型式、尺寸
m
底孔底板高程
m
启闭机型式、容量、数量
kN
输水管道型式、尺寸
m
净宽0.7mx高0.9m
净宽0.7m×高0.9m
设计水头
m
主管长
m
25
25
条数
条
最大水头
m
4
输水建筑物
设计流量
m3/s
加大流量
m3/s
输水道型式
输水渠道
输水渠道
地基特性
干渠长度
m
8.6
8.6
断面尺寸1矩形(宽×高)
m
0.5×0.6
0.50×.6
2梯形(底×高)
m
衬砌型式
干渠主要建筑物
渡槽
座/长m
倒虹吸管
座/长m
隧洞
座/长m
干渠建筑物长度与干渠长度比例
8
其他建筑物
永久性房屋
m2
七
施工
1
主体工程
明挖土石方
m3
洞挖土石方
m3
填筑土石方
m3
浆砌石方
m3
混凝土和钢筋混凝土
m3
帷幕灌浆
m
加压加压式充填灌浆
m
2
主要建筑物材料
水泥
t
钢材
t
柴油
t
砂
m3
碎(卵)石
m3
块石
m3
3
所需劳动力
总工日
工时
169718
高峰月工人数
人
120
4
施工临时房屋
m2
450
5
施工动力及来源
供电设备容量
kw
200
6
对外交通
公路
公路
距离
km
10
10
7
施工导流
8
施工占地
亩
5
9
施工期限
4
准备工期
月
0.5
投产工期
月
3.5
总工期
月
4
八
经济指标
1
静态总投资
万元
17.65
2
总投资
万元
17.65
建筑工程
万元
15.08
机电设备及安装工程
万元
金属结构设备及安装工程
万元
临时工程
万元
其他费用
万元
5.09
3
综合利用经济指标
水库单位库容投资
元/m3
灌区单位灌溉面积投资
元/亩
396
经济内部收益率
%
8.96
贷款偿还年限
a
30
经济净现值
万元
31.15
经济效益费用比
1.08
综合说明
1.1序言
XX水库位于XX县城长江以北XX乡境内,距XX县城5km,属长江水系二级支流,地理坐标为东经105°08′,北纬28°43′。
海拔高程在294—298.9m左右。
XX水库大坝以上控制流域面积0.31km2。
总库容22.68万m3,有效库容10.8万m3,是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖的小
(二)型水利工程。
设计灌溉面积400亩,目前实际灌溉面积380亩。
根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》(SL252-2000)、《防洪标准》(GB50201-94)的规定,XX水库工程等别为Ⅳ等,小
(二)型水库,主要建筑物级别为4级。
设计洪水为20年一遇(P=3.33%),校核洪水为200年一遇(P=0.33%)。
2008年5月,受XX县水务局的委托,XX县水电勘测设计队承担XX水库枢纽除险加固工程初步设计任务。
根据《水利水电工程初步设计编制规程》(DL5020-93)的规定,我队相关技术人员对工程的水文、工程地质、工程枢纽除险加固任务、工程枢纽除险加固设计、金属结构、施工组织设计、工程管理、环境影响评价和水土保持、工程概算、经济评价和改革方案等项目,经过大量的室内外工作,完成了《四川省XX县XX水库枢纽除险加固工程初步设计报告》。
1.1.1社会经济简况
XX县是四川省较贫困县之一,幅员面积为911.7km2,人口51.66万人,其中农业人口46.15万人,耕地面积60.8万亩,2008年全县工农业总产值153094万元,其中农业产值70163万元,工业产值82931万元。
XX水库设计灌溉面积0.04万亩,目前实际灌溉面积仅为0.038万亩,粮食年平均亩产350kg
1.1.2工程现状
XX水库枢纽由大坝、溢洪道、放水设施等组成。
1、大坝
大坝为均质土坝,最大坝高5.2m,坝顶长为96.8m,坝顶宽3.0m,坝顶高程为298.9m。
内外坝坡较陡,坝体单薄,内坡浪蚀严重,无风浪石,外坡从2007年始出现滑坡,且至今仍在滑动,无排水棱体,无排水沟,坝体不规范,大坝无观察设施,近年白蚁危害严重。
从《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》结构安全分析评价得出:
大坝上游坡无风浪石,浪蚀严重。
下游坡工况一、二、三的抗滑稳定最小安全系数均不能满足规范要求。
因此,上、下游坡均存在不安全隐患。
2、溢洪道
溢洪道位于大坝右侧,为明渠式溢洪道。
堰顶高程为297.00m,进口净宽4.0m。
经本次洪水复核,水库大坝现状能满足重现期20年一遇设计洪水,200年一遇校核洪水标准,相应P=0.33%的下泄流量为2.07m3/s。
溢洪道全程未衬砌。
3、放水设施
放水设施位于大坝右侧,采用涵、卧灌放水,底板厚0.3米,断面(宽0.7米×高0.9米),目前放水卧管淤塞严重,放水流量仅为正常流量的一半(为0.02m³/秒)。
1.1.3工程建设简况
XX水库于1956年12月动工修建,1956年底竣工完成,受条件限制,设计和施工前未进行工程地质勘察工作。
设计深度不够,施工条件较差,主要是人力施工,工程质量难保证。
XX水库至1956年竣工以来,未进行过工程整治,大坝、溢洪道、放水实施都存在许多病害。
水库设计灌溉面积400亩,有效灌溉面积380亩。
1.1.4大坝安全鉴定结论
2008年5月,XX市水库大坝安全鉴定专家组、XX县水库大坝安全鉴定专家组及四川省重点小
(二)型水库大坝安全鉴定专家组对《四川省XX县XX水库大坝安全鉴定评价报告》进行审查,根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》,XX县XX水库大坝安全性评定为三类坝,属于病险水库。
1.2水文
XX水库位于长江水系二级支流河,坝址以上主河道1.12km,河道平均坡降17.86‰,控制流域面积0.31km2,总库容22.68万m3,是一座以灌溉为主,兼有防洪、养殖的小
(二)型水利工程。
XX水库所在流域属于四川盆地湿润气候,具有气候温和、降水丰富、四季分明、季风气候明显的特征。
多年平均气温18.1℃,极端最高气温40.6℃,极端最低气温-1.5℃;多年平均降雨量为1130mm,多年平均径流深为455mm。
由于工程流域无实测的洪水资料,根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》适宜采用小流域暴雨洪水推理公式推求设计洪水。
经计算该工程20年一遇设计洪水洪峰流量Q3.33%=5.6m3/s,洪水总量为5.38万m3,溢洪道下泄流量为0.0m3/s;200年一遇校核洪水洪峰流量Q0.33%=9.15m3/s,洪水总量为8.56万m3,溢洪道下泄流量为2.07m3/s。
1.3工程地质
XX水库始建于1956年1月,当年12底竣工完成。
设计坝高5.2m。
实际完成坝高5.2m,坝顶长96.8m,坝顶宽3.0m,大坝为均质土坝。
XX水库属典型的“三边”工程。
由于资金及时间关系,本次XX水库初步设计未做地勘,设计地勘资料采用2.5公里外的玛瑙滩水库地勘资料,即为:
工程区所处大地构造部位为:
扬子准地台四川台坳中的川中台拱和川东凹褶束交替带,具体为万岭向斜北翼、老翁背斜的南翼西南端。
本区地层属于平缓,地层为侏罗系上统蓬莱镇组(J3P):
暗紫红色钙质泥岩夹厚层块状钙质长石石英砂岩。
1.4工程任务及规模
XX县XX水库在兴建过程中,由于设计和施工等多方面原因,存在严重的病险。
2008年5月,根据水利部、省水利厅要求,XX县水库大坝安全鉴定小组组织有关技术人员对XX水库进行了全面的测量复核,分析和论证水库存在的病险,提交了《XX县XX水库大坝安全鉴定综合评价报告》。
根据XX水库大坝安全鉴定报告上结论,该工程大坝主要存在如下几方面病险情况:
(1)内、外皆坡较陡,坝体单薄。
内坡浪蚀严重;外坡无排水棱体,排水沟,且滑坡严重;
(2)、溢洪道未衬砌,无消力池。
(3)、放水设施淤塞严重;(4)、白蚁危害严重;(5)、无观测设施,管理设施不完善。
XX水库病险主要原因在于,该工程在设计和施工上,都存在一些缺陷,施工中安全质量控制不严,坝坡不稳定,坝身和坝基渗漏量增大现象等。
经专家组鉴定,该工程大坝安全鉴定为三类病险水库大坝。
为确保下游沿河两岸居住人口2500多人,耕地面积3500余亩,在下游有XX县的“天源工业园区”,其安全与大坝密切相关。
尽快对XX水库大坝病险进行整治具有十分必要和迫切性。
1.5工程总布置及主要建筑物
1.5.1工程等别及设计标准
XX水库总库容22.68万m3,大坝高5.4m,设计灌溉面积400亩,属小
(二)型水库,按《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,水库枢纽工程等别为Ⅳ等工程,其主要建筑物大坝、溢洪道、放水设施为4级建筑物。
根据《防洪标准》(GB50201-94)的规定,工程设计洪水重现期采用20年,相应洪峰流量为5.6m3/s;校核洪水重现期采用200年,相应洪峰流量为9.15m3/s。
工程区域内地震烈度为Ⅵ度,地震动反应谱特征周期为0.4s;地震动峰值加速度为0.05g。
根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97),仅考虑抗震措施,可不进行抗震分析计算。
1.5.2工程枢纽除险加固设计
1、大坝
大坝枢纽除险加固是本次整治工程的主体部份,根据大坝病险及其原因分析,采取下列方案进行整治。
(1)内坡C20混凝土板(厚8cm);
(2)外坡滑坡体整治,新建排水棱体,新建排水沟;(3)规范坝顶大坝;(4)白蚁治理。
2、溢洪道
本次设计,将溢洪道延伸至下游河沟中,底板采用C20现浇混凝土(厚20cm);侧墙采用M7.5沙浆砌卵石。
3、放水设施
本次设计,降低库水位,对卧管进行翻安。
4、其它项目
增设、完善大坝观测设施。
1.6金属结构
本次XX水库病险整治,不涉及金属结构。
1.7工程管理
XX水库是一座以农业灌溉为主,兼防洪、养殖为一体,隶属于XX县水行政主管部门,实行事业单位企业管理的小
(二)型水利工程。
管理机构及人员:
设有XX水库管理所,在岗职工3人。
根据水库管理现状,工程整治后,除继续采用原有的管理制度和人员配置外,临时工作人员视具体情况自行决定。
该工程管理范围包括水库主要建筑物(大坝、溢洪道、放水设施)的运行和维护管理,灌溉渠道及渠系建筑物的运行和维护管理,水库管护范围以内的所有场地的管理,水库灌溉用水与供水的管理以及财务经营管理。
经本次枢纽除险加固后,落实事企分开,实行综合经营部门推行企业管理,改革其水费征收制度,计量收费,逐渐变福利性供水转变为经营性供水,实行“自主经营、自负盈亏、自我发展、自我约束”的经营模式。
并大力推行计划用水、节约用水、科学用水,提高灌溉效益。
本次设计按照工程管理原则,制定了水库控制运行管理制度,大坝管理制度、放水设备管理制度、灌区用水和供水管理制度以及水库经营管理和财务管理建议等。
1.8施工组织设计
XX水库总工期为4个月,其中准备期半个月,主体工程施工期3个半月环境保护和水土保持设计,计划从2009年9月动工,当年12月底完成。
XX水库属于四川省盆地亚热带季风性湿润气候,具有冬暖夏凉、干湿季分明的气候特征。
工程区海拔高程在700~820m之间(黄海高程),地属低中丘。
多年平均降雨量为1130mm,多年平均径流深为485mm,多年平均蒸发量1127.3mm;多年平均气温18.1℃,最高气温40.6℃,最低气温-1.5℃。
多年平均风速2.0m/s,最大风速16.0m/s。
工程区水土流失平均侵蚀模数2641t/km2.a,根据中华人民共和国《土壤侵蚀分类分级标准》SL190—96,属中度侵蚀区。
1、环境影响
XX水库枢纽除险加固工程主要项目有:
大坝整治、溢洪道及放水设施整治等。
根据工程特点,工程建设过程中永久占地的开挖破坏、弃碴堆放、施工临时占地扰动等是造成建设区新增水土流失的主要因素,水土流失的预测时段为工程建设期。
2、水土保持措施
弃碴场采取必要的植物措施和复耕措施,主体工程采取混凝土、浆砌石等工程措施予以保护,对其余零星坡面以及改建、新建公路两侧,分别采取种植草皮护坡和栽植行道树等植物措施予以保护。
结合本工程特点,对堆碴进行监测。
3、投资概算
本工程为水库病险加固工程,水库主要建筑物已建成,仅需对病险进行整治修复。
施工中破坏扰动原生地貌少,弃碴量、新增水土流失量也小,根据有关文件规定及当地水土保持措施概算收费标准,参照类似工程,XX水库环境保护和水土保持概算总投资为5.0万元。
4、方案实施保证
根据《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国水土保持法实施条例》等有关法律法规的要求,按“谁开发、谁保护、谁造成水土流失、谁负责治理”的原则,本工程水土保持防治费应纳入工程基建费中统筹安排,列入工程总投资。
并建立完善的监督实施机制,保证资金及时到位,专户储存,专项管理,专款专用,严禁挪用和占用。
1.9工程投资概算
本次XX水库枢纽除险加固工程静态总投资17.65万元,其中:
建筑工程投资15.08万元,独立费用1.73万元,基本予备费0.84万元.
1.10经济评价
本工程属病险水库除险加固项目,除险加固后,将在灌溉,水产养殖等多方面发挥较大的社会效益和经济效益。
经计算各项国民经济评价指标:
经济净现值ENPV=25.25万元(>0),经济内部收益率EIRR=8.72%>Is(=8%),经济效益费用比EBCR=1.06>1.0,说明此项目在经济评价上是合理可行的。
1.11结论
XX县XX水库大坝经安全鉴定为三类病险坝。
工程病险主要表现为:
大坝坝坡稳定不足;大坝白蚁危害严重;放水实施淤塞严重;溢洪道未衬砌;无观测设施。
该大坝的稳定直接关系着下游2500多人,3500多亩农田,因此,该大坝急需进行除险加固。
经过本阶段的分析论证,工程主要建筑物的设计和施工在技术上是可行的,从环境影响的角度评价整治该工程也是可行的,通过对本工程经济评价表明兴建该工程是经济合理的,不存在制约工程实施的不利因素。
综上所述,为保证工程正常运行,有效发挥水库效益,同时保障下游工农业生产及人民群众生命财产安全,建议将本项目作为近期建设项目,尽快审批开展下阶段工作。
2水文
1.12流域概况
1.12.1自然地理概况
XX水库位于XX县桐梓镇境内,属长江支流。
XX水库控制集水面积0.31km2,主河道长1.12km,河床平均坡度17.86‰。
1.12.2气象特征
XX水库地处亚热带四川盆地湿润气候区,具有气候暖和、降水丰富、四季分明、季风气候明显等特点。
据XX县气象局多年实测气象资料统计:
多年平均气温18.1℃,极端最高气温40.6℃(1972.8.27),极端最低气温-1.5℃(1977.2.9),多年平均相对湿度83%,多年平均风速2.0m/s,最大风速16.0m/s。
多年平均日照时数1224.8小时,多年平均蒸发量1127.3mm。
多年平均降水量1130mm。
降雨量年内分配不均,5-9月为雨季,占全年降水70%,又以7、8月为最多,7月平均降水198mm,占全年17.6%,8月182mm,占16.1%。
最大雨和暴雨发生的主要时期;最少月为1月,24.6mm;次为12月,25mm。
从头年11月至下年3月降水都在50mm以下,形成冬春偏旱、夏季偏涝的特点。
降水最多年达1529.3mm,最少年为784.1mm,最多年是最少年的1.95倍。
1.13洪水分析计算
1.13.1洪水特性
XX水库流域洪水主要由暴雨形成,水库控制流域面积较小,一般暴雨都能笼罩整个控制流域。
大洪水多发生在6~9月,多为单峰洪水,由于流域面积小,河道流程短,坡降较大,具有明显的陡涨陡落特征,年最大洪水过程一般持续0.5~1.0天,洪水的大小及过程与暴雨的大小及过程密切相关。
1.13.2防洪标准
根据水利行业《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),XX水库为小
(二)型水库,大坝为均质土坝,永久性水工建筑物级别为四级,其设计洪水标准采用20年一遇(P=5%),校核洪水标准采用200年一遇(P=0.5%)。
因此本次设计分析计算洪水标准采用:
设计洪水:
20年一遇;校核洪水:
200年一遇。
1.13.3洪水计算
由于水库所在流域属无资料地区,流域面积小,河道流程短,坡降较大,形成汇流的时间短,单位面积上形成的流量大。
根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》适宜采用小流域暴雨洪水推理公式推求设计洪水。
1.13.3.1流域特征参数
根据1:
10000航测图,测量得出水库大坝以上控制流域面积为0.31,河道长度为1.12km,河道平均坡度为17.86‰,流域特征系数θ=5.74。
1.13.3.2设计暴雨
XX水库所在流域及周边地区无实测暴雨观测资料,本次计算根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》暴雨及其统计参数等值线图,查得水库所在流域年最大24小时暴雨均值H24=105mm,Cv=0.5,Cs=3.50Cv。
由P-III型频率统计参数表查算出设计流域年最大24小时设计暴雨,见下表2-1。
XX水库年最大24小时设计暴雨计算成果表
表2-1
24小时暴雨平均值(mm)
Cv
Cs
24小时各频率暴雨计算值(mm)
P=5%
P=0.5%
105
0.5
3
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