乐家水库初设评测报告.docx
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乐家水库初设评测报告
1综合说明
1.1水库简况
1.1.1地理位置、流域水系以及水文气象
乐家水库位于江西省余干县南部,坝址位于社庚乡李梅村,所在水系为鄱阳湖-润溪水;距余干县城65km,地理座标为东径116038/48//,北纬28023/02//。
水库坝址以上控制流域面积1.39Km2。
本流域属亚热带多雨区,气候湿润,四季分明,雨量充沛,降雨主要受季风影响。
流域内主要气象要素根据余干县气象站资料为:
气温:
流域多年平均气温17.9℃,极端最高气温发生在1971年7月31日,达40℃;极端最低气温发生在1973年2月21日,为-9.1℃。
湿度:
流域内多年平均相对湿度为78%,流域多年平均日照小时数为1887.7h。
无霜期:
流域内多年平均无霜期265d。
蒸发量:
流域内多年平均蒸发为1366.8mm。
风向与风速:
流域内风向、风速受季风影响而变化,夏季多为偏南风,冬季多为偏北风,多年平均风速为2.4m/s,多年平均最大风速15m/s,最大风速20.7m/s,相应风向为北风,发生在1976年4月22日。
1.1.2水库建设与运行情况
水库自1965年10月开工建设,由原坂上公社等村委会成立指挥部参加建设,大坝为均质土坝,坝基进行了简单清基处理,当时坝基接触处由风化料填筑形成,建坝时层夯层实,但因为因为坝基处理不当,完工后蓄水时,坝脚就有渗漏。
当年修建时未设灌溉涵管,只预留出水沟渠灌溉,1966年12月才埋设φ200砼预制涵管,持续到1968年12月项目才达到现有规模。
溢洪道位于坝左山体开挖而成。
建成后大坝坝高约为17M。
1966年3月开始蓄水以来,坝坡有散浸和多处集中渗水点,坝脚漏水严重。
1968年大坝坝右涵管处决口宽4M,同年由社庚、坂上村修复,并新建斜卧涵及拆除重建坝下涵管,改用φ500砼预制管。
1997年对上游坡培土加固。
因坝体渗漏,2002年进行局部灌浆处理,效果不佳。
最高水位发生在1998年7月,水位84.3m。
2018年,余干县水利局根据江西省小<2)型病险水库应急除险实施方案的通知,对乐家水库进行了紧急除险,对溢洪道控制段降低底板高程,将底板进行了衬护处理,水库达现有规模。
1.1.3项目枢纽现状
乐家水库枢纽建筑物由由一座大坝、开敞式溢洪道、大坝灌溉涵管等组成,是一座以灌溉为主,结合防洪、养殖等综合利用的小<二)型水库。
枢纽项目各建筑物特性如下:
大坝为均质土坝,最大坝高17m,现状坝顶为泥质路面,高程为85.5m,坝顶长约150m,坝顶宽3.5m~5.1m。
上游坝坡坡为1:
2.33,未护坡;下游坝坡坡比为1:
1.57、1:
1.97,为杂草坡面。
坝脚处未设置任何排水设施。
开敞式溢洪道位于左岸山体,沿线为全~强风化千枚岩,底板砼衬护,两侧边坡陡,跌水消能段,冲坑无衬护。
灌溉涵管位于右坝端,为坝下涵管。
进口采用斜涵取水,斜涵为砼结构。
平涵为Φ500预制管,全长59m,平涵进口底高程72.6m,出口底72.55m。
1.1.3项目任务及规模
乐家水库的兴建是按水利开发规划的要求,以服务农业生产任务为中心,满足1600亩农田用水的要求,后期在满足实际灌溉1000亩农田的基础上,利用水库库面发展水产养殖。
本项目的任务是以灌溉为主,结合防洪、养殖等综合效益。
本次设计根据《水利水电项目等级划分及洪水标准》SL252—2000和《防洪标准》GB50201—94的规定,本项目等别为Ⅴ等,因乐家水库大坝坝高超过了15m,且上下游最大水位差超过了10m,所以设计洪水标准取20年一遇,所以主要建筑物按山区,丘陵区标准确定,设计洪水标准确定为20年一遇,校核洪水标准确定为200年一遇。
针对现状泄洪设施,经调洪演算,水库设计洪水位83.32m(P=20%>,相应库容为54.53万m3,相应最大下泄流量11.21m3/s;校核洪水位为84.04m(P=0.5%>,总库容为60.37万m3,相应最大下泄流量20.37m3/s。
1.2除险加固的必要性
2018年07月,江西省余干县水利局主持召开了乐家水库大坝安全评估会议,并提出了乐家水库大坝安全评估报告书。
安全评估结论如下:
1、水库按20年一遇的洪水标准设计,200年一遇的洪水标准校核,相应库水位分别为83.32m和84.04m。
大坝现状坝顶高程满足规范的要求。
2、据《中国地震动参数区划图》 3、大坝 大坝坝顶宽度约3.5m~5.1m,上游坡未护坡,淘刷严重。 下游坝坡杂草坡面,坡面不规则,坝坡有散浸,坝脚存在渗水点(高程73.20m~72.60m,桩号0+044、0+128>,已沼泽化。 大坝存在白蚁危害。 4、溢洪道 溢洪道位于大坝左侧,沿线为全~强风化千枚岩,底板砼衬护,两侧边坡陡,跌水无消能保护设施,冲坑无衬护。 5、灌溉涵管 灌溉涵管位于大坝右坝端,坝脚灌溉斜涵砼老化严重,接头漏水严重;平涵渗漏量大,导致左坝脚农田沼泽化。 6、其他 水库无水、雨情观测设施;无上坝公路,不能满足防汛抢险期间材料运输的需要;无管理房。 综上所述,根据“水库大坝安全评估办法”第六条大坝安全状况分类标准,乐家水库大坝属第三类坝。 大坝安全类别评定: 三类坝 水库地理位置非常重要,水库下游是社庚乡李梅村等几个村,水库灌溉面积1600亩;保护人口2000人,保护耕地1300亩。 项目一旦失事,将给下游造成严重的洪涝灾害。 因为乐家水库存在诸多危及大坝安全的因素,影响了项目的应有效益正常发挥,给国家造成了经济损失。 对乐家水库项目进行除险加固,不仅是对水库本身产生经济效益,而且也有社会效益,同时解除了洪水对下游的威胁,人民群众更能安居乐业,对社会稳定大有好处。 为此,应尽快进行项目的除险加固实施,以保证项目安全运行,充分利用水资源,发挥项目的经济效益和社会效益。 1.3除险加固的主要内容 根据《江西省重点小<2)型病险水库除险加固初步设计及审批导则》,本次设计的方针针对重点病险问题进行除险加固设计。 确定大坝除险加固设计的主要内容如下: <一)大坝 1、大坝防渗处理加固设计: 因为现状坝体较规则,坝脚有渗漏,本次设计在坝轴线处设置冲抓套井回填粘土均质对大坝坝体进行防渗加固处理,冲抓套井粘土防渗墙中心线布置在大坝加固后坝轴线上,造孔布置坝顶高程85.50m,单排布孔,冲抓钻孔自桩号0+000—0+145,冲抓孔径为1.1m,孔距0.75m,有效墙厚0.80m,均质粘土心墙顶部高程为84.04m,底部伸入强风化基岩面以下0.5~1.0m,粘土均质最大深度约为18.00m。 2、坝顶加固处理: 现状坝顶高程满足设计要求,坝顶宽度宽窄不一不满足设计要求,本次设计待坝中防渗、上下游坡加固施工完后,先对坝顶进行挖填整平,坝顶高程在现状上新建砼路面至85.80m高程,坝顶宽5m。 路面结构为底部先铺设一层15cm砂卵石垫层,并碾压整平,后铺一层18cm的C25砼面层。 3、上游护坡设计: 本次结构设计上游坝坡由两部分组成,高程42.60m以上为1: 2.5,对塌陷、洼凹处进行填补修整后先铺筑10cm厚度的砂垫层,再铺设10cm厚的C15砼预制块。 预制块平面为六边形,边长30cm,护坡范围从死水位高程72.60m至设计洪水位高程83.32m,设计洪水位高程83.32m至坝顶采用草皮护坡,坡脚采用0.6×0.8mC15砼护脚,与岸坡交接处采用0.4×0.5mC15砼岸坡固脚,死水位72.60m高程以下采用填筑风化料固脚处理。 4、下游护坡设计 下游坡为杂草坡面,无坡面排水系统,表面凹凸不平,设计将原有杂草、小树全部清除至坝体土并对其夯实,采用风化料填筑至坡比1: 2.5。 在坝坡坡面整平后重新铺设新草皮(植草皮>,草皮护坡范围为贴坡排水体顶高程以上的整个下游坝面<坝面排水沟除外)。 为防止下游坝坡雨水集中冲刷而形成雨淋沟,根据《规范》SL274-2001要求,在下游坡面设置纵向排水沟和岸坡排水沟。 纵向排水沟在贴坡排水体顶内侧布置,采用C15砼预制块浆砌。 纵向排水沟断面尺寸为0.3m×0.4m;岸坡排水沟断面尺寸为0.5m×0.5m,采用C15砼预制块浆砌。 5、下游反滤排水体设计 现状大坝下游无反滤排水设施,本次设计新建贴坡排水体,排水体顶长117m,顶宽1.45m,根据校核水位下坝体浸润线出逸点高程,确定排水体顶高程为73.96m,坡比1: 2.5,反滤层由砂砾料综合组成,反滤层由一层20cm厚砂垫层,一层20cm厚卵石垫层,最后为40cm厚干砌石体。 在大坝贴坡排水体顶设纵向排水沟,排水沟底宽0.4m,排水沟衬砌用C15砼预制块浆砌;另在排水体脚设纵向导渗沟,沟底宽0.5m。 <二)溢洪道 溢洪道除险加固内容包括进水渠、控制段、消力池段等部分,现将溢洪道各部分建筑物结构布置及设计计算分述如下: 1、进水渠 现状进水段部分衬砌,为改善进流条件,本次设计对原进水段拓宽后采用300mm厚的C15砼衬护<桩号0-030~0+000),底板由进口的10m宽渐变为5m,边墙采用C20砼重力式挡土墙。 因满足交通需求,桩号0-020~0-016段设计一座4.1m×4m的板式桥。 2、控制段 现状溢洪道为无闸控制的明渠,底板为素砼衬砌,右侧山体高陡,经经济比选,本次加固设计溢洪道控制段为长18m的2.5m×2.5m的C25钢筋砼箱涵结构,箱涵底板、边墙和盖板均为500mm厚,加固后控制段底板高程仍保持82.10m不变。 3、泄槽段 设计在控制段后新建一座弧形泄槽段<桩号0+018~0+079),底宽2.5m,桩号0+018~0+068纵坡i=0.0897,桩号0+068~0+079纵坡i=0.727,本次加固设计将原底板开挖后,采用400mm厚的C25钢筋砼衬护,底板底面设10cm厚C10砼垫层。 边墙采用C20砼重力式挡土墙,边墙、底板分别每10m处设伸缩缝,缝宽20mm,内填沥青杉板,并采用橡胶带止水。 在底板两边各设置一道40×40mm的纵向排水沟,横向每10m设一道30×30mm的横向排水沟,沟内填充砂卵石。 4、消力池段 设计溢洪道消能设施为底流式消能,全长7.0m,池深0.85m,池宽2.0m。 设计消力池为C20钢筋砼底板,消力池底板厚40cm,边墙采用砼重力式挡土墙结构,池后接12.0m长的水平防冲段连接泄洪渠,底板高程为45.00m,为减轻扬压力,本次设计在消力池护坦上设φ100PVC排水管纵横间距1.0m,呈梅花形布置。 <三)输水建筑物加固 乐家水库输水建筑物为灌溉涵管,针对涵管存在的主要问题,本次设计输水建筑物加固如下: 本次设计对坝下涵管进行挖除原址重建处理,涵管由进口段、管身段、出口消能段组成。 进口段采用斜涵取水口,中间接消力井,后接灌溉涵洞,斜涵以0.5m一级,管口口径0.2m,采用C20钢筋砼结构,斜涵基础座落在坝体上,底板下设C10砼垫层。 管身段桩号0+000~0+051,平涵管身采用现浇C20钢筋砼涵管,单根管长9m,采用铜片止水,管身下垫0.1m后C10砼垫层,涵管尺寸为1.0×1.6m,管壁厚0.3m,底坡I=0.005,进口底高程42.60m,出口底高程42.35m。 出口消能段桩号0+051~0+061.5,底板采用C20钢筋砼,边墙采用C15砼结构。 附录A: 乐家水库项目特性表 序号及名称 单位 加固前 加固后 备注 一、水文 1.集雨面积 km2 0.54 2.多年平均年降雨量 mm 1739.7 3.设计洪水标准及流量 P<%) 2% m3/s 2.73 4.校核洪水标准及流量 P<%) 10% m3/s 1.63 二、水库 校核洪水位 m 49.42 设计洪水位 m 49.21 正常蓄水位 m 48.50 死水位 m 42.60 总库容<校核洪水位以下库容) 万m3 27.83 正常库容 万m3 21.65 死库容<死水位以下) 万m3 1.40 三、项目效益 保护人口 万人 0.14 保护耕地 亩 3200 灌溉面积 亩 600 四、主要建筑物及设备 1.主坝及副坝 坝型 均质坝 均质坝 坝顶高程 m 51.39~52.20 51.00 最大坝高 m 12.0 12.0 坝顶长度 m 200 200 坝顶宽度 m 3.1~3.5 5.0 2.泄水建筑物<溢流堰、溢洪道、隧洞、底孔、闸孔等) 型式 开敞式明渠 开敞式 宽顶堰 各建筑物分别列出 堰顶高程 m 48.5m 48.5m 溢流段净宽 m 2.0 2.0 设计泄洪流量 m3/s 5.60 校核泄洪流量 m3/s 8.23 闸门型式 3.输水建筑物 设计流量 m3/s 0.06m3/s 长度 m 51.0 断面尺寸 m 矩形1.0*1.6 2水文 2.1基本资料 2.1.1流域简况 乐家水库位于江西省余干县南部,坝址位于社庚乡李梅村,所在水系为鄱阳湖-润溪水;距余干县城65km,地理座标为东径116038/48//,北纬28023/02//。 水库坝址以上控制流域面积1.39Km2,河道长度1.75km,河道比降25.1‰。 水库正常蓄水位82.1m<黄海高程,下同),设计洪水位(p=5%>83.32m,校核洪水位(p=0.5%>84.04m,水库总库容60.37×104m3。 设计灌溉面积1600亩,实际灌溉面积1000亩,是一座以灌溉为主,结合防洪、养殖等综合利用的小<二)型水库项目。 乐家水库水库下游有李梅等几个自然村,保护人口2000人,保护耕地1300亩。 项目一旦失事,将给下游造成严重的洪涝灾害。 2.1.1水文基本资料 流域内无水文测站,相邻及相近流域有信江水系的铅山河铁路坪水文站,铅山河项源水文站、泸溪水柏泉水文站、白塔河耙石水文站、信江干流梅港水文站和昌江流域支流荷塘水文站。 这六个水文站均进进行流量观测,但相对流域面积较小的只有荷塘水文站。 荷塘水文站有流量、水位、降雨观测资料; 荷塘水文站位于翻阳县荷塘垦殖场路家岭村,地理坐标为东径117°09′,北纬29°10′,集水面积为16.3Km2,主河长5.35km,加权平均坡降为18.01‰。 荷塘水文站有1978年至今的实测流量和降水资料。 2.1.3乐家水库库容曲线 乐家水库的库容曲线是1958年根据库区实测地形图量算所得,其曲线摘录如表2.1-1。 表2.1-1 G(m> 72.60 73.00 74.00 75.00 76.00 77.00 78.00 V(104M3/S> 2.20 3.06 4.86 6.79 9.02 11.93 16.34 G(m> 79.00 80.00 81.00 82.00 83.00 84.00 85.00 V(104M3/S> 22.89 29.62 36.52 44.06 51.97 60.04 68.59 2.2设计暴雨 2.2.1、实测暴雨资料推求设计暴雨 乐家水库库区河流域内没有设置雨量观测站,邻近流域且距离本水库最近的是信江干流上的梅港雨量站。 梅港雨量站为国家基本雨量站,观测项目齐全完整,实测资料系列长,资料已通过整编,观测资料精度能满足设计要求。 梅港水文站有1h、6h、24h暴雨实测暴雨资料,本次设计采用梅港站的实测暴雨资料替代水库坝址以上流域中心的点暴雨。 根据梅港站1954~2002年49年的实测1h、6h、24h实测暴雨资料排频统计,以P—Ⅲ型理论适线、定线,求得各时段暴雨的统计参数,其成果见表2.2—1。 表2.2—l梅港站实测暴雨特征表 时段 项目 最大1小时 最大6小时 最大24小时 降雨量 (mm> 年、月、日 降雨量 (mm> 年、月、日 降雨量 (mm> 年、月、日 第一位 66.2 1992.6.25 235.8 1983.6.27 306.7 1983.6.2 第二位 65.3 1975.6.27 158.2 1967.6.15 280.1 1954.7.11 第三位 62.5 1983.6.2 147.6 1954.7.11 229.4 1997.7.7 第四位 6l_3 1999.8.26 135.5 1985.6.3 225.4 1967.6.15 第五位 60.4 2000.5.30 133.7 1964.6.18 2lO.9 1995.6.25 暴雨系列 1967~2002年共33年 1954~2002年共48年 1954~2002年共48年 暴雨特征 超过45mm的有19年 超过80mm的有25年 超过120mm的有27年 多年平均 45.0 84.8 136.5 Cv O.30 O.45 O.47 Cs/Cv 3.5 3.5 3.5 二、《江西省暴雨洪水查算手册》查算设计暴雨 1986年江西省水文总站编制的《江西省暴雨洪水查算手册》<以下简称《手册》)是为江西省水文资料短缺地区,作为中、小型水利水电项目进行安全复核及新建项目设计洪水计算的依据。 根据《手册》推求本项目的设计暴雨,成果见表2.5-1。 2、根据《手册》推求 《江西省暴雨洪水查算手册》是经水电部1983年(83>水电水建字第28号和(83>水电水规字第7号文件批准使用的,是为我省水文资料短缺的地区,作为中、小型水利水电项目进行设计洪水计算的依据。 根据《手册》提供的暴雨等值线图,可查算各时段的设计暴雨,其成果见表2.2—2。 乐家水库设计暴雨计算成果比较表 表2.2—2 计算方法 暴雨时段 均值 (mm> Cv Cs/ Cv 0.2% 1% 2% 3.3% 5% 10% 按实测资料推算 最大1小时 44.8 O.27 3.0 91.5 79.8 74.5 67.1 61.0 54.2 最大6小时 84.3 0.50 3.5 292.7 230.6 203.7 167.6 140.0 111.8 最大24 小时 136.1 O.45 3.5 427.1 342.7 305.8 256.1 217.6 177.7 按《手册》推算 最大l小时 45 0.45 3.5 125.5 113.4 101.2 94.0 84.6 72.0 最大6小时 84 0.54 3.5 275.5 244.4 214.2 194.0 173.9 143.6 最大24 小时 130 0.55 3.5 434.2 384.8 335.4 308.3 273.0 223.6 2.3设计洪水 2.3.1设计洪水计算 乐家水库无入库流量资料,项目附近也无流域面积接近的水文站,所以只能采用暴雨资料来推求入库洪水。 根据《手册》规定,集雨面积小于30km2的流域,一般采用推理公式计算设计洪水;乐家水库大坝坝址以上集雨面积为1.39km2,故此,乐家水库设计洪水计算采用推理公式法。 信江古丁河流域属第IV产流区,计算中前期影响雨量取70mm。 根据所求得的设计暴雨,并以《查算手册》中的推理公式法计算洪水,公式参数为VII区,计算公式为: 1、地面洪峰计算公式: 式中 Q—坝址地面洪峰流量,m3/s; h—设计净雨,mm; F—坝址以上流域面积,F=1.39km2; L—坝址以上河道长度,L=1.75km; J—坝址以上河道坡降,J=25.1‰; τ—汇流时间; θ—地理指标系数, ,m=0.299。 2、地下径流峰值计算公式: 式中: Q下—为地下流量峰值; R下—为下渗总径流深; F—设计流域面积; T—地面径流过程线底宽。 由概化五点折腰多边形过程线推求洪水过程线,设计洪水过程线为同时刻的地面流量和地下流量的叠加。 经过计算,坝址各频率设计洪峰成果及洪水过程线见表2.3-1。 乐家水库计算洪水成果表 表2.3-1流量单位: m3/s,洪量单位: 104m3 频率 0.5% 1% 2% 3.30% 5% 10% 20% 洪峰流量 29.55 26.10 22.37 19.96 17.40 13.95 10.29 一次洪量 57.53 50.44 43.36 39.52 34.45 27.50 20.55 洪水过程线 时间 流量 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1T 3.05 2.70 2.33 2.08 1.83 1.48 1.11 0.25T 29.55 26.10 22.37 19.96 17.40 13.95 10.29 0.5T 6.47 5.77 5.02 4.52 4.00 3.29 2.53 T 1.24 1.23 1.20 1.17 1.15 1.12 1.04 备注 T=16.18h T=15.86h T=15.63h T=15.76h T=15.47h T=14.91h T=14.41h 2.3.2洪水成果合理分析 本次设计洪水成果在与周边地区其他水库设计洪水成果比较,在流域特征相近的情况下,乐家水库洪峰模数与邻近的八里源水库的洪峰流量、洪峰模数成有规律的变化,其主要原因是水库流域及暴雨特征相似,故乐家水库设计洪水采用《手册》推理公式法计算的成果是合理的。 设计洪水成果比较表 表2.3-2 水库名称 集雨面积 河道长度 加权平均坡降‰ 设计频率(%> 洪峰流量 洪峰模数 2 10 2 10 乐家水库 0.52 1.45 53.0 9.06 5.8 14.01 8.97 山东坞水库 0.57 1.62 12.4 7.51 4.60 10.92 6.69 2.4洪水调节计算 2.4.1泄洪设施 原溢洪道位于大坝右坝头,由山体开挖形成,由进口控制段、泄槽段和出水渠组成。 两岸边坡陡,为强风化千枚岩,底部高低不平,控制段溢流净宽2.0m。 泄洪渠出水渠弯曲,淤积严重。 现设计溢洪道为宽顶堰形式,净宽2.0m。 经计算,乐家水库加固后的泄洪能力见表2.4-1 表2.4-1 G(m> 48.4 48.6 48.8 49 49.2 49.4 49.6 49.8 q(M3/S> 0.00 0.46 1.31 2.36 3.52 4.76 6.06 7.39 2.4.2洪水调节计算 根据水量平衡原理,即在某一时段 t内,进入水库的水量与水库下泄水量之差,应等于该时段内水库蓄水量的变化值,并与水库下泄量与蓄水位的函数关系进行联解。 联解关系式为: 式中: Q1
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