初步设报告书.docx
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初步设报告书
1综合说明
拟建官沟引水拦河坝位于龙川江元谋河段,距元谋县城内3公里,坝型为橡胶坝,坝轴线距铁路200米,拦河坝以上径流面积931平方公里,多年平均来水量60234万m3。
设计坝袋高2米,长度为76米,经计算,当堰上水深为0.5米(允许堰上最大水深)时,堰上过水流量为42.85m3/s,(本工程仅在枯期蓄水,汛期坍坝泄洪,拦河坝对洪水位、泥沙淤积等无明显影响,不致改变河流特性)壅水长度为1094.03米,蓄水量为15万立方米。
2水文和气象
2.1流域概况
龙川江发源于楚雄州姚安县和南华县交界的天申堂,流经南华、楚雄、禄丰,于元谋的江边汇入金沙江。
径流面积1410平方公里,干流河长80公里,元谋县境内长60公里,河床平均比降4.5‰,河宽30~120米,流域内水系发育,有大小支流60余条,其中径流面积大于10平方公里的支流有22条。
龙川江自甸头水文站起自东北向西南穿越勐勐坝至石门坎进入峡谷,该河段称为勐勐河,全长13.5公里,河道最大坡降3.72‰,最小坡降1.53‰,平均坡降2.16‰,河流基本上顺直,河道弯曲系数仅为1.05。
河道全程汇入支流多,河岸为松散沙质土,防洪性能脆弱,加之水土流失严重,在各支流交汇处形成泥沙淤积,阻塞河道,致使河床逐年淤高,造成河水壅高漫堤,从而造成灾害。
2.2气象特征
流域位于北回归线附近(北回归线横穿流域南部),又受季风控制,所以形成“冬无严寒、夏无酷暑、干湿季分明的热带、亚热带季风气候”。
但因地形复杂的影响,又出现流域内气温、降水随海拔高程而变化的立体气候特点。
流域内降水量北部大于南部、山区大于河谷平坝区,多年平均降水量最大为坝卡(1929.4mm)、最小为勐峨(707.7mm)。
2.3径流分析
2.3.1径流系列代表性分析
经点绘元谋、甸头
(二)、勐省历年同期年降水量及径流深过程对照图2-2分析,甸头
(二)与勐省径流深丰、枯大趋势基本一致,但元谋单站降水与径流过程对应较差,说明该地区单站降水土流域面降水有一定差异、需作各设计断面的面雨量分析。
用本流域具有较长系列的元谋气象站年降水系列、甸头
(二)站径流系列,分别进行各站累进平均值、Cv值及差积曲线等分析,可见元谋站降水系列中丰、枯、平水年交替出现,水文周期性不明显。
但从甸头
(二)站径流系列的周期变化及参数的稳定性分析可见,1993~1962年基本属一个较完整的丰、平、枯水文周期,且系列长达32年,均值、Cv值等参数基本趋于稳定。
为此本流域水文计算系列宜采用流域内实测径流系列较长的甸头
(二)站1962~1993年作为代表段。
2.3.2各站系列插补延长
根据系列代表性分析,采用1962~93(水文年度)系列作为本流域代表段系列。
而流域内15个雨量站中除元谋气象站(有1957~93年)。
甸头
(二)站(有1962~93年)外,其余13个站系列长度仅有4~5年,都达不到代表段长度,需作系列插补延长。
经点绘具有10年以上实测系列的甸头
(二)、勐库、大浪坝、大丫口、坝卡站与元谋气象站相关图分析,除甸头
(二)与元谋相关关系较好,相关系数Y=0.817,其余四站点据散乱相关关系不好,为此,只能按元谋站同期降水均值比值法修正求得各站多年平均降水量。
根据规划工程位置及水文站分布情况,流域平均降水量按南等水库坝址以上、嘎告站、甸头
(二)站、韭菜坝水库坝址以上、南等水库坝址至甸头
(二)站区间等五块计算。
根据雨量站位置用泰森多边形法算得各块流域平均降雨量分别为1918.2、1865.7、1545.4、1465.7、1421.6mm。
龙川江流域各断面年径流特征值表
断面
F(km2)
流域平均降水(mm)
W_0
(万m3)
径流模数
(万m3/km2)
径流系数
南等
177
1918.2
17960
101.5
0.53
嘎告
223
1865.7
22012
98.7
0.53
甸头
(二)
711
1545.4
60234
84.7
0.55
韭菜坝
16.2
1465.7
1325
81.8
0.56
2.3.3径流计算
①设计年降水H
通过以上泰森多边形计算法得出甸头
(二)站的流域多年平均降水量H=1545.4mm,变差系数取用甸头
(二)站CV=0.17,Cs=2CV。
设计成果见下表2.3.
表2.3.1甸头
(二)站设计年降水量表
现期N
丰水年(P=20%)
平水年(P=50%)
枯水年(P=80%)
均值(mm)
1545.4
1545.4
1545.4
CV
0.17
0.17
0.17
CS=2CV
0.34
0.34
0.34
模比系数KP
1.14
0.99
0.86
设计年降水(mm)
1761.76
1529.95
1329.04
②设计年径流W
通过以上泰森多边形计算法得出甸头
(二)站的流域多年平均径流量W=60234万立方米,变差系数取用甸头
(二)站CV=0.17,Cs=2CV。
设计成果见下表2.3.
表2.3.2甸头
(二)站设计年径流总量表
重现期N
丰水年(P=20%)
平水年(P=50%)
枯水年(P=80%)
均值(万m3)
60234
60234
60234
CV
0.23
0.23
0.23
CS=2CV
0.48
0.48
0.48
模比系数K_P
1.185
0.98
0.80
设计年径流(万m3)
71377
59029
48187
③设计年径流的年内分配
同样根据典型年的选取原则,在甸头
(二)站中选取P=20%、P=50%、P=80%典型代表年90~91年、70~71年、81~82年,采用同倍比进行年内分配,分配成果见下表2.3。
表2.3.3甸头
(二)站设计年径流量年内月分配表
设计标准
P=20%
P=50%
P=80%
月
分配比(%)
90~91年
设计月分配
(万m3)
分配比(%)
70~71年
设计月分配
(万m3)
分配比(%)
81~82年
设计月分配
(万m3)
6
9.46
6752.26
6.26
3695.22
9.51
4582.58
7
24.5
17487.37
28.9
17059.38
16.8
8095.42
8
15.8
11277.57
17.6
10389.10
18.3
8818.22
9
12.1
8636.62
8.96
5289.00
15.2
7324.42
10
15.0
10706.55
8.00
4722.32
9.23
4447.66
11
8.3
5924.29
9.55
5637.27
9.34
4500.67
12
4.45
3176.28
7.04
4155.64
6.71
3233.35
1
2.90
2069.93
4.31
2544.15
4.76
2293.70
2
2.21
1577.43
3.28
1936.15
3.80
1831.11
3
1.25
892.21
2.46
1452.11
2.5
1204.68
4
2.41
1720.19
1.77
1044.81
2.46
1185.40
5
1.62
1156.31
1.87
1103.84
1.2
578.24
合计
100
71377
100
59029
100
48187
2.4洪水
2.4.1暴雨洪水特性
龙川江流域洪水由暴雨产生、经坡面汇流形成,洪水峰形属山区尖瘦型、洪峰滞时短,一般10多分钟到几个小时。
洪水涨势较猛。
由于流域受季风控制,暴雨洪水多发生在携带水汽充沛的海洋峰(西南、东南暖湿气流)盛行的6月至10月,其中80%暴雨又集中在7、8两个月。
2.4.2洪水分析
龙川江洪水由暴雨产生,洪水发生季节与暴雨基本一致,多发生6~10月,其中80%以上年最大洪水集中在7、8两个月。
洪水峰形属尖瘦型,以单峰为主,洪水历时甸头水文站约五天。
1964年10月,甸头水文站实测洪峰流量为423m3/s,这是至今实测的最大流量,根据水文计算成果,频率达6.41%。
1990年7月,龙川江出现大洪水,甸头水文站实测洪峰流量为380m3/s,频率为9.24%。
下表2.4.2.1为勐勐河段天然现状下的设计洪峰流量。
表2.4.2.1勐勐河段天然现状下的设计洪峰流量
P(%)
5
10
20
QP(m3/s)
523.37
436.58
347.16
2.4.3分期洪水
根据工程实际,分期洪水标准采用P=10%。
利用甸头
(二)站洪水资料分析分期洪水。
通过洪水分布特性并结合设计、施工等专业要求,推求11月至次年5月的频率洪水。
根据甸头
(二)站的分期(11月至次年5月)洪水与年洪水的洪峰流量比值关系。
由设计断面的年洪水推求其分期洪水。
成果见表(2.3.3—1)。
表(2.3.3—1)勐勐河拦河坝工程分期洪水成果表
站名
频率
P(%)
甸头
(二)站
设计断面
Qm.年
Qm.分
a
Qm.年
Qm.分
甸头
(二)
10%
372
119
0.32
436.58
139.7
2.5泥沙
泥沙实测资料只有嘎告站1993年实测悬移质输沙量资料,年悬移质输沙量14.6万吨,平均含沙量0.64kg/m3,输沙模数655T/km2。
与邻近勐省站比较嘎告站所测泥沙资料合理。
移用嘎告站含沙量推求龙川江流域勐勐河段悬移质输沙量,推移质输沙量我省无实测资料分析,按推移质占悬移质输沙量的20%计算,成果见下表2.5.1。
表2.5.1多年平均输沙量表单位:
万吨
工程名称
悬移质
推移质
官沟引水拦河坝
60.98
12.2
2.6蒸发
本流域内观测蒸发较长的战有元谋气象站Φ20cm(1956~1994年)、甸头
(二)站E601(1986~1994年)。
经点绘元谋Φ80cm月蒸发量与甸头
(二)站E601月蒸发量相关分析,相关关系较好,相关系数0.937。
可通过点群重心目估定相关线,推得Φ20cm与E601折算系数为0.55(见图2-8)。
由此推求得元谋气象站多年平均E601蒸发为1244.1mm,甸头
(二)站为1224.4mm。
本工程选用元谋气象站多年平均1244.1mm。
3工程地质
3.1区域地质条件
3.1.1地层岩性
流域内地层发育不全,自元古界至新世界第四系仅出露中元古界澜沧群(Pt2Ln)和中上泥盆统(D2—3)、石炭系下统斑歪组(C1b)、上三迭统三岔河组(T3sc)、侏罗系中统税房街组(J2s)、上第三系中新统(N1)及第四系(Q),其余大部分地层均缺失。
流域东部大面积为印支期临沧花岗岩体(ηγ)和燕山期勐库花岗斑岩群(ηγ)所占据,有较多石英岩脉(q)和酸性岩脉(γ)穿插。
受区域构造控制,地层呈北北东向或近南北向展布。
3.1.2地质构造
龙川江流域位处勐库~元谋断裂褶皱带上。
主要构造为走向北北东向或近南北向的直线状断裂和褶皱,此外,尚有北西向和东西向断裂,且它们常错断北北东向或近南北向断裂。
3.1.3地形地貌
流域地势北高南低,四周高,中间低。
河流、山脉走向与区域构造线方向一致,呈近南北向。
分水岭海拔高程一般在2400m以上,最高点在流域西北部的大雪山,海拔高程3233m,最低点为龙川江与小黑江交汇口的小黑江大桥,海拔高程仅905.3m。
龙川江发源于临沧县南楞田,由北向南纵贯区内中部,流经南美、冰岛、南等、嘎告、勐库坝、勐勐坝、尔后流向转为南西,于小黑江桥处同小黑江汇合,全长约80km,河宽50~20m。
根据地貌的成因类型,可将本区地貌划分为侵蚀构造地貌、构造剥蚀地貌、侵蚀堆积地貌三种类型。
3.1.4水文地质
区内虽沉积岩、变质岩、火成岩三大岩类均有出露,但其岩性单一,其水文地质条件也简单,有极少赋存孔水外,其余均为裂隙含水层。
3.2地震基本烈度
工程区稳定性差,按1/400万《中国地震动参数区划图》,工程区地震动峰值加速度为0.3g;地震动反应谱特周期为0.45s。
相应地震基本烈度8度。
3.2橡胶坝及河道堤防的工程地质条件
龙川江下游的勐勐坝属侵蚀堆积地貌盆地地形。
盆地受河道主流向支配而平坦,河道两侧是冲积、洪积、冲洪积砂砾岩、粘土、粘质砂土组成河漫滩。
盆地第四系覆盖之下分布有上三系半胶结的屑岩、粉砂岩及褐煤层。
该层一般厚150~350米,最厚达600~700米。
1997年重建元谋大桥,在桥址区进行了多个地质钻孔,桥址区地质条件岩性简单,表层为第四系冲积地层,以人工土、砾石土为主,人工土为杂色,以砂、砾石含砖片、玻璃为主,砾石土密实饱和,最厚3米,呈透镜体产出。
表层以下为第三系地层,双亚砂土为主,该地层深积较厚,钻孔深度30米未钻穿,岩性单一,为浅灰绿化亚砂土,硬塑状,胶结性强。
拦河坝坝轴线距位于元谋大桥上游45米,河道堤防工程离大桥的距离孔比较接近,因而其工程地质条件与元谋大桥基本相似,也是座落在洪积、冲积所形成的河漫滩上,基础多为密实中、粗砂砾石层,地基承载力完全能满足设计要求。
局部基础可能有少量淤泥和遇水软化的粘土,建筑物不能直接建在上面,又不宜开挖过深,故采取打桩加固处理来满足建堤要求。
4工程任务与规模
4.1地区社会经济状况
元谋县地处云贵高原西南部,地理位置:
东经99°35′15″至100°00′30″,北纬23°11′58″至23°48′50″之间。
是一个由拉祜族、佤族、布朗族、傣族四个自治民族组成的边疆少数民族自治县。
全县国土面积2160.2km2,其中山区占96.24%,坝区占3.76%;耕地面积26.6万亩,其中水田9.3万亩,旱地17.3万亩,辖五乡两镇两农场,73个村委会,总人口163797人,其中少数民族人口占44.4%。
农村贫困人口达56850人,占农村总人口144992人的39.21%,高于全省和全区平均水平。
县城地处国道214沿线,距临沧行署104公里,距临沧机场80公里,距省城昆明755公里。
县内最高海拔3233米,最低海拔670米,县城海拔1050米,北回归线横穿县境,被称为“太阳转身的地方”。
全县气候为南亚热带暖湿季风气候,年平均气温20.2℃左右,年均降雨量在1000毫米至1200毫米左右。
主要粮食作物有稻谷、玉米、小麦等,境内的勐勐坝和勐库坝是全县水稻主产区。
主要经济作物有茶叶、甘蔗、林化产品等。
蔗糖是全县经济的主要支柱。
2003年,全县完成国民生产总值46187万元,粮食总产量为56394吨,农民人均口粮329公斤。
4.2工程任务
实施官沟引水拦河坝及河道治理工程,主要是解决官沟灌区3000亩农田的农业生产用水,同时每年可向元谋糖业有限公司提供240万m3的工业生产用水,并具有装点城市、美化环境的功能。
4.4径流调节计算
4.4.1基本资料
(1)设计保证率及代表年年径流过程
官沟以农业灌溉为主,按规范规定设计灌溉保证率取P=80%。
经水文分析,P=80%的代表年为81~82年,来水量为48187万m3。
年径流过程见下表:
龙川江设计年径流过程(P=80%)
月份
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
合计
径流量
4582.58
8095.42
8818.22
7324.42
4447.66
4500.67
3233.35
2293.70
1831.11
1204.68
1185.4
578.24
48187
(2)灌溉用水过程
灌溉用水过程按作物种植比例及用水定额确定。
官沟灌区用水过程线及列于下表。
从官沟用水过程中,可以明显地看出,灌溉用水量最大为3月份,灌溉需水量为40.71万m3,河道天然来水量为1204.68万m3,其余各月河道天然来水均远大于灌区需水量,由此可知,官沟的供水水源是充足和富裕的。
官沟灌区用水过程线(净)
作物
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
合计
早稻
3.8
7.16
34.5
20.7
19.9
8.2
3.6
97.86
玉米
0.6
0.6
0.6
1.8
甘蔗
6.24
5.76
6.72
8.16
8.16
4.8
39.84
蔬菜
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
3.6
其他
0.24
0.24
0.48
再生稻
7.5
7.5
小麦
1.2
1.2
1.2
3.6
油菜
0.4
0.4
0.4
1.2
大豆
0.84
0.84
0.84
2.52
冬蔬菜
0.45
0.45
0.9
合计
6.24
16.29
40.71
29.16
29.11
17.65
11.1
5.25
3.34
0.9
159.3
4.5河道提防工程
4.5.1河道现状防洪能力
首先推求水面线。
河道各断面的糙率根据调查资料和《水力学》等确定。
其糙率变化范围在0.029~0.040之间。
推算水面线时采用了曼宁公式和恒定渐变流运动方程式,经过分析比较,运用恒定渐变流动方程推求水面线的计算结果较为合理。
用恒定渐变流运动方程推求P=20%(五年一遇)的洪水水面线,与现状河岸高程进行比较,勐勐河的水位高程高于现状河岸高程,可见其防洪标准偏低,达不到五年一遇。
另一方面,推求P=30%的洪水水面线(甸头水文站洪峰流量194m3/s),通过计算比较后知洪水能顺畅通过。
其次,验证上述结论是否合理。
实际灾害调查表明,1983年甸头水文站流量256m3/s,频率为20.54%,不足五年一遇,该年洪灾损失严重,1995年甸头水文站宵测洪峰192m3/s,坝区无洪灾发生,由此可见,上述结论是合理的。
据此,推断现状河道甸头水文站断面的安全泄量为190m3/s。
结合龙川江区间入汇量大的特点,表4.5.1-1列出了现状河道各断面的安全泄量:
表4.5.1-1龙川江现状河道的安全泄量
断面
安全泄量
(m3/s)
备注
勐库上
131
勐库下
161
甸头水文站
190
忙袜河交口上
217
县大桥
234
沙河交口下
260
纸厂大桥
268
4.5.2防洪标准及保护对象
防洪标准根据防护区人口、耕地面积大小等因素确定。
根据《防洪标准》GB50201—94,龙川江防护区人口少于20万人,耕地面积少于30万亩,其防洪标准为P=5~10%之间。
防护区人口较少,元谋县城属一般小城镇,因此,龙川江元谋段的防洪标准定为P=10%(十年一遇)。
5工程布置及主要建筑物设计
5.1工程等级及规模
官沟引水拦河坝蓄水时的最大过坝流量为42.85m3/s,根据《水闸设计规范》SL265—2001的规定,工程等别为Ⅳ等,主要建筑级别为4级,工程规模为小
(一)型。
5.2工程总布置
5.2.1坝型选择
根据可行性研究报告,拦河坝坝型为橡胶坝。
5.2.2坝址选择
橡胶坝坝址应选择在河段相对顺直,水流流态平稳及岸坡稳定,便于工程布置的河段上,同进应考虑能满足官沟引水及元谋糖业公司抽水的需要。
橡胶坝建成蓄水后,将形成一个美丽的人工湖泊,成为元谋县城内一道靓丽的风景线。
因此坝址的选择应同时考虑橡胶坝建成后的实用性及其与城市建设的协调性。
经反复现场比较,橡胶坝坝址选择在元谋大桥上游,坝轴线距大桥45米。
5.2.4工程枢纽布置
本工程主要由三部分组成的:
①基础土建部分:
包括基础底板、边墩(岸墙)、上游截渗墙、下游消力池、海漫等;②坝体(即橡胶坝袋);③控制和安全观测系统:
包括充胀和坍落坝体的充排设备、安全及检测装置。
橡胶坝长76米,高2米。
右岸设置一道调节及冲砂闸,兼作官沟引水的控制闸门。
右岸修建一座泵站及控制室。
橡胶坝建成蓄水后,将使河道水面壅高,经用分段求和法进行水面曲线计算,当坝顶水深为0.5米(控制堰上最大水深)时,壅水长度为1094.03米,由于过去已治理的河堤尚未达到设计防洪标准,河堤低矮,为避免建坝后壅水对两岸农田及正在建设中的元谋城北小区的影响,对橡胶坝上游左右两岸已治理的390米堤防工程进行增高1米的处理,并在此基础上治理右岸河堤500米(右岸正在实施中的200米河堤已达到设计防洪标准),左岸河堤670米。
治理忙袜河右岸河堤70米。
5.3工程设计
5.3.1坝袋设计
坝袋采用充水式橡胶坝袋,坝体布置为单跨,长76米,高2.0米。
设计内外压比值а=1.35。
坝顶两端设排气阀,坝袋与底板的连接采用双锚线锚回,设置底垫片,坝体纵断面为矩形布置,采用坝袋与岸墙无锚固的堵头式结构。
为避免充坝时坝袋和边墩结合部位出现坍肩现象,引起局部溢流,影响橡胶坝的正常运行,左右两边墩与坝袋接触部位粘贴大理石墙砖,以保证接触部位的光滑平整。
锚固结构型式为螺栓压板式穿孔锚固,螺栓直径200mm,间距200mm,有效锚固长度400mm,详见设计图。
5.3.2控制系统
1、橡胶坝充、坍坝时间的选定:
根据《橡胶坝技技术规范》SL227—98条文说明的规定,结合本工程实际,充坝时间选定为2小时,坍坝时间选定为1.5小时。
2、坝袋的充排方式:
坝袋的充排方式采用动力式,即坝袋的充、坍完全利用水泵进行。
(1)水泵选型
选择2台单级单吸悬臂离心泵,型号:
6BA—12A,配Y160M—4(11KW)电动机。
扬程15米,允许吸上真空高度5.271米(修正值),流量41.7lm3/s,150m3/h,安装高度4.532米。
(2)官道选择
据厂商提供的资料,官道直径采用250mm。
(3)附属设备
a降压启动
由于该泵站需采用降压启动,以减少启动电流,采用降压启动器;
b电机保护
包括过电流保护、过负荷保护、低压保护、缺相运行保护;
c配电设备:
设置两块配电盘,便于运行官理。
d变电设备
根据动力设备负荷,设置30KVA变压器一台。
5.3.3安全与观测设备
为防止坝袋超压,在右岸闸墩上设置安全溢流官,官出口位置与坝袋设计内压水头齐平,出口高程为1016.90米,官径250mm,出口形式为弯曲式,官口面向下游,坝袋两端顶部装设排气帽。
5.3.4观测装置设置
(1)上、下游水位采用水位标尺进行观测;
(2)坝袋内压观测,采用连接官接至控制室从玻璃或塑料官读取。
5.3.5土建工程设计
基础土建部分包括:
基础底板、边墩(岸墙)、下游消力池、海漫等
5.3.6基础底板设计
基础底板为钢筋混凝土结构。
根据厂商提供的坝袋底垫片有效长度、坝袋坍落贴地长度、坝袋有效周长等技术参数;上、下游安装、检修通道取定为1米,经计算底板顺水流方向的长度为10米。
底顶高程为1014.2米(高于河床0
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