流域坝系干坝建设项目可行性研究报告.docx
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流域坝系干坝建设项目可行性研究报告
流域坝系干坝建设项目
可行性研究报告
第一章概况
第一节基本情况
xx2#骨干坝位于xx县城东北部17.5km处的xx镇xx村境内,属xx小流域,坝址位置为东经111°37′07″,北纬39°29′02″。
属黄河二级支流——关河的三级沟道,坝控面积为6.19km2,该区属黄土丘陵沟壑第Ⅰ副区,境内植被稀少,地形支离破碎,沟壑纵横,水土流失较为严重,年侵蚀模数为10000t/km2,折合7407.407m3/km2。
坝址所在沟道的主沟长2000m,有大小支毛沟5条,沟壑密度为3.5km/km2,沟道比降为1.0%,平均沟深76m,平均沟宽68m,沟岸坡度为右岸1∶1.35,左岸1∶1.7,沟道底部为出露基岩,两岸坡10m以下为夹有卵石的土混石,上部被黄土覆盖。
第二节社经情况
xx2#坝控制面积6.19km2,涉及新关镇的2个自然村,共有84户,353口人,88个劳力,人口密度57人/km2,农耕地261hm2,人均耕地0.74hm2,2004年粮食总产量为14.8万kg,人均产粮420kg,人均纯收入644元。
第三节综合治理现状及规划情况
xx2#坝控制面积6.19km2,水土流失面积5.7km2,当地群众经过多年的努力,共完成水土保持综合治理面积78hm2,其中基本农田26hm2,水保林52hm2,治理度达13.7%。
为了有效地控制水土流失,规划新增水土保持综合治理面积320hm2,其中基本农田30hm2,水土保持林275hm2,经济林5hm2,种草10hm2,治理度累计达到70%。
根据《李海沟小流域坝系工程建设可行性研究报告》,该控制面积内规划新建骨干坝1座(即xx2#坝),中型淤地坝2座,2座中型淤地坝均在骨干坝控制范围内。
第四节兴建该工程的目的和作用
该工程的兴建,对于流域内开发利用沟坝地、防止沟岸扩张,沟底下切,有效地防治水土流失都将起到巨大的作用,对减少入黄泥沙起到积极的作用,同时也为周边村庄解决人畜饮水困难和发展交通、改变生产条件奠定基础。
第五节建筑材料
工程所需石料、砂子、水泥、钢材、木材、柴油、汽油等均在本县境内购买,平均运距在17.5km之内,坝址处筑坝土料充足,质地良好,平均运距80m。
第六节水文及气象
流域内没有水文、气象观测站点,且流域距县城较近,气象资料参照偏关县气象站的观测资料、水文泥沙资料参照偏关河水文站资料。
流域地处季风型温带大陆性气候区,其气候特点为:
冬季受蒙古高压气流控制,寒冷多雪;春季温暖干燥多风沙;夏季受海洋性季风影响,炎热而雨量集中;秋季凉爽短促。
年平均气温变化在5℃~8℃之间,全年太阳辐射量为135~144千卡/cm2,年平均大于等于10℃的积温为3290℃,全
年日照变化在2600~3700h,年平均风速2.0m/s。
该区域每年11月中旬封冻,次年3月中旬解冻。
该区域内多年平均降水量为419.20mm,最大量571mm(1969年),最小降雨量275mm(1971年)。
年内降雨降水分布情况为1~3月份,在大陆气团的控制之下,空气干燥,降水很少,仅占全年降雨量的3.3%;4~6月份,受南方热带暖温空气北上影响,带降水量占全年降水量的11.6%;7~9月份,受季风影响,降水历时短且强度大,占全年降水量的76%;10~12月份,受北方干冷空气影响,降水减少,降水量占全年降水量的9.1%。
第二章水文计算
第一节设计依据及设计标准
坝址地形图通过实地勘测绘制而成,水位~库容~面积曲线经实地勘测,在库区内打横断面而求得,工程设计参考资料:
《李海沟小流域坝系工程建设可行性研究报告》,水利部SL289─2003《水土保持治沟骨干工程技术规范》,企业标准晋Q834~85《淤地坝工程技术规范》,《忻州地区水文水利计算手册》,中华人民共和国国家标准GB/T16453.1~1996《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》等。
根据中华人民共和国国家标准《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》GB/T16453.1─1996及水利部《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL175─2003确定洪水重现期按30年一遇设计,300年一遇校核,设计淤积年限为20年。
第二节水文计算
一、设计暴雨量的计算
采用公式:
H24P=KP×24晋Q834-85《规范》
式中:
H24P──频率为P的24小时暴雨量(mm);
KP──频率为P的皮Ⅲ型曲线模比系数;
24──最大24小时暴雨均值(mm)。
查《忻州地区水文水利计算手册》得:
24=51mm,又由Cv=0.50,Cs=3.5Cv,查晋Q834-85《规范》表得:
P=3.3%时,KP=2.22;P=0.33%时,KP=3.24,则:
H24,3.3%=2.22×51=113.22(mm)
H24,0.33%=3.24×51=165.24(mm)
二、设计洪峰流量的计算
采用公式:
QP=C1×H24P×F2/3晋Q834-85《规范》
式中:
QP──频率为P的洪峰流量(m3/s)
C1──洪峰地理参数
F──产流面积(km2)
查晋Q834-85《规范》表得:
C1=0.17,又F=6.19km2,则:
Q3.3%=0.17×113.22×6.192/3=64.89(m3/s)
Q0.33%=0.17×165.24×6.192/3=94.7(m3/s)
三、设计洪水总量的计算
采用公式:
WP=K×RP×F晋Q834-85《规范》
式中:
WP──频率为P的洪水总量(万m3)
K──小面积洪水折减系数
RP──设计暴雨的一次洪水模数(万m3/km2)
由晋Q834-85《规范》表中查得:
K=0.9,P=3.3%时,RP=2.99万m3/km2;P=0.33%时,RP=6.82万m3/km2,则:
W3.3%=0.9×2.99×6.19=16.66(万m3)
W0.33%=0.9×6.82×6.19=37.99(万m3)
四、设计洪水过程线计算
1、洪水总历时计算
采用公式:
T=12晋Q834-85《规范》
式中:
T──设计洪水总历时(h)
Wp──设计洪水总量(万m3)
Qp──设计洪峰流量(m3/s)
代入相关数据得:
设计情况:
T=12×=3.08(h)
校核情况:
T=12×=4.81(h)
2、洪水过程线计算
采用公式:
Qi=y·Qp
Ti=x·T晋Q834-85《规范》
根据晋Q834-85《规范》,代入相关数据列表计算如下:
设计情况:
分段
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Ti
(h)
0
0.15
0.31
0.46
0.62
0.77
0.92
1.23
1.54
1.85
2.16
2.46
2.77
3.08
Qi
(m3/s)
0
0.65
5.19
17.52
44.13
64.89
50.61
24.01
11.68
5.84
2.60
1.30
0.65
0.00
校核情况:
分段
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Ti
(h)
0
0.24
0.48
0.72
0.96
1.20
1.44
1.92
2.41
2.89
3.37
3.85
4.33
4.81
Qi
(m3/s)
0
0.95
7.58
25.57
64.40
94.70
73.87
35.04
17.05
8.52
3.79
1.89
0.95
0.00
五、年来沙量计算
用公式:
Vs=(1-Ks)×S×F晋Q834-85《规范》
式中:
Vs—年来沙量(m3);
F—坝控面积(km2);
Ks—坡面治理措施年平均拦蓄率,因坡面拦蓄率差,故不考虑
对洪水泥沙的折减,即:
Ks=0;
S—年平均侵蚀模数:
S=7407.407m3/km2。
则:
Vs=(1-0)×7407.407×6.19=4.585(万m3)
第三章工程设计
第一节枢纽组成
根据当地地形条件及从经济观点出发的原则,该坝选用两大件为宜,即工程由土坝和放水建筑物(涵卧管)组成。
坝址附近有适宜的土料供筑坝使用,其储量足以满足填筑坝体的需要,故坝型选为均质碾压土坝,因沟道内沟底下湿,为防止坝体侵润线,则下游坝脚设棱体排水。
第二节土坝设计
一、水位~库容~面积曲线的推求
通过实地勘测坝址地形及库区地形图,量算出各层等高线的面积。
利用公式:
Vn=Hn=·Hn
列表计算如下:
水位~库容~面积曲线计算表
水位
(m)
水面面积
(m2)
水层厚度
(m)
水层间体积
(万m3)
累计库容
(万m3)
km2
hm2
927
0.004
0.4
0.00
13399.35
5
6.70
932
0.026
2.6
6.70
38707.14
5
19.35
937
0.053
5.3
26.05
64155.51
5
32.08
942
0.076
7.6
58.13
102719.96
5
51.36
947
0.132
13.2
109.49
162008.33
5
81.00
952
0.194
19.4
190.50
二、坝高的确定
采用公式:
H=H拦+H滞+h安
式中:
H──总坝高(m)
H拦──拦泥坝高(m)
H滞──滞洪坝高(m)
h安──安全超高(m)
1、拦泥坝高的确定
根据以上年来沙量的计算结果Vs=4.585万m3和设计淤积年限N=20年计算得:
V拦=Vs×N=4.585×20=91.7(万m3)
查水位(H)~库容(V)~面积(F)曲线得设计淤积高程为945.5m,相应的淤积高度为H拦=18.5m,淤地面积为F淤=11hm2。
2、设计洪水位的确定
根据水文计算结果可知:
W设=WP设+V拦=16.66+91.7=108.36(万m3)
查H~V曲线,得设计洪水位为:
H设=946.9m。
3、校核洪水位的确定
根据水文计算结果可知:
W校=WP校+V拦=37.99+91.7=129.69(万m3)
查H~V曲线,得校核洪水位为:
H校=948.4m。
4、坝高确定
根据上述计算结果可知:
H校=948.4m,H拦=945.5m,由此得:
H滞=H校-H拦=948.4-945.5=2.9(m)。
安全超高据晋Q834-85《规范》表4─1,h安=1.5~2.0m,取1.6m。
则:
H=18.5+2.9+1.6=23(m)
三、施工期汛期拦洪坝高的确定
根据水文计算,考虑下游坝地的生产等各方面的因素,确定涵洞出口高程为928.0m,依此推求放水建筑物各部位的高程为:
涵洞进口高程928.94m,消力池盖板顶部高程为930.46m,卧管第一放水孔高程930.74m,即死水位为:
H死=930.74m,查H~V曲线,得相应的死库容为:
V死=4.27万m3。
为了保证大坝施工期安全渡汛,需计算汛期防洪坝高。
防洪坝高为汛期防洪库容(最低放水孔以上能拦蓄20年一遇洪水总量)所对应的坝高加安全超高之和,即:
H防=H防′+Δh
式中:
H防──防洪坝高(m);
H防′──防洪水位(m);
Δh──安全超高(m)。
由水文计算结果知防洪库容为:
V防=V死+WP设=4.27+16.66=2
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