曲让水库大坝设计资料word版.docx
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曲让水库大坝设计资料word版
1综合说明
1.1工程概述
曲让水库位于青海省共和县切吉乡境内,地理坐标为东经99°38′10″,北纬36°26′04″,系黄河一级支流——沙珠玉河支沟——曲让沟上一座以灌溉为主的拦河式水库,距共和县恰卜恰镇85km,距省会西宁市235km。
交通条件便利。
坝址区海拔高程3000——3050m之间。
该水库修建于上世纪60年代,主要水工建筑为均质土坝、放水管、溢洪道。
坝顶宽度不一,大部分宽度为3m左右,局部仅有1.8m,局部最宽处有4.4m。
上游坝坡有块石护坡,但大多已经脱落、移位,坝坡不平整。
溢洪道位于水库右岸,自右岸至右岸坝脚一带布置。
目前已经无成型的建筑物存在,地表高程为3035.80-3039.24m,相对高差3.44m左右,地形较平缓。
放水管位于主坝左侧的坝下（桩号0+054.0左右）,直径400mm,全长24m左右。
放水涵管启闭设备锈蚀漏水,陈旧老化,无法正常开启。
水库自蓄水以来发挥了较好的社会效益和灌溉效益,在保障当地水资源供应和发展当地经济中发挥着重要作用,但在运行过程中大坝等主要建筑物暴露出的一些工程缺陷及管理问题,逐渐使水库无法正常运行、不能按设计标准发挥效益,而安全隐患日趋严重,现已成为病险库。
2008年12月受共和县水务局委托,青海省水利水电勘测设计研究院（下称我院）承担了曲让水库大坝安全鉴定的技术工作。
本次安全评价工作以《水库大坝安全鉴定办法》（水管[1995]86号）、《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的规定及其它有关标准、规范为依据,于2009年元月20日编制完成了《青海省共和县水库大坝安全鉴定曲让水库安全评价报告》。
2009年2月,青海省水利厅曲让水库大坝安全鉴定专家组依据《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》的规定对曲让水库进行了大坝安全鉴定,并做出曲让水库工程质量为“不合格”的评价。
2011年2月,受共和县水务局的委托,青海省水电设计院根据水利厅安全鉴定意见,进行共和县曲让水库除险加固工程的初步设计工作,于2011年4月底完成《青海省共和县曲让水库除险加固工程初步设计报告》。
2013年5月,青海省水利厅对《青海省共和县曲让水库除险加固工程初步设计报告》进行审查,并提出了审查意见,针对审查意见,于2013年9月完成《青海省共和县曲让水库除险加固工程初步设计报告》（报批稿）。
1.2气象及水文
曲让水库位于青海省海南藏族自治州共和县切吉乡,地理坐标为东经99°38′10″,北纬36°26′04″,距共和县城85km,距省会西宁市235km。
工程区地处四周高山环绕、土质肥沃、地势平坦的共和盆地,平均海拔3070m左右,年平均风速3．5m/s,属大陆性气候,气温变化较大,多年平均约2.39℃,夏季最高达28.5℃,冬季最低–34.5℃,无霜期50～70天,全年日照数达2776h,适于农作物生长,为该县农业生产的主要基地之一。
本地区多年平均降水量为251.6mm,年蒸发量1761.2mm,属干旱地区。
经洪水合理性分析,设计洪水成果如下表。
洪水成果采用推荐值。
表1-1本次成果与安鉴成果比较表单位:
m3/s
设计阶段
不同频率（%）设计洪峰流量
0.33
0.5
1
2
3.33
5
10
安鉴成果
34.5
28.7
20.9
14.7
11.1
8.85
本次成果
36.7
32.4
25.7
20.1
16.7
14.1
10.7
推荐采用
36.7
32.4
25.7
20.1
16.7
14.1
10.7
1.3工程地质
1.3.1地质概况
库区位于共和县切吉乡西北部的山前倾斜平原中,距离南部基岩山区12km左右,整体地势为南高北低。
北部沙珠玉河谷呈北西-南东向展布,一般高程为3050-3100m,最低点为沙珠玉河床,高程为3000m左右；南部为鄂拉山区,基本走向为北西-南东向,一般高程为3500-4200m,最高点为鄂拉山顶海拔5256.0m；水库区地形开阔,较平坦,坡度为3°-5°,一般高程3100-3200m,地表植被较不发育。
水库区出露的主要地层有:
奥陶-志留系、二迭系下统变质岩、三叠系中统变质岩以及第四系松散堆积物。
另外还有印支期侵入岩、加里东期侵入岩。
根据《中国季节性冻土标准冻深线图》及青海省有关气象资料,坝址区标准冻深在1.85m左右。
根据国家质量技术监督局2001年2月2日发布的《中国地震动峰值加速度区划图》（见图2-1）,工程区地震动峰值加速度为0.10g；根据《中国地震动反应谱特征周期区划图》（见图2-2）,工程区地震动反应谱特征周期为0.45s,相应的地震基本烈度为7度。
1.3.2库区主要工程地质问题
库区周边地形平缓,相对高差不大,无库岸稳定问题。
入库水平时较清,含泥量小,只有洪水时含泥量较大,库区有淤积,但总体淤积量不大。
右坝肩分布1.0m左右的第四系冲洪积砾石层（属强透水层）,存在绕坝渗漏,范围在0+319.15~0+332.3处,总长13.15m。
根据钻孔揭露,左坝肩上部覆盖层厚度为1.3m,下部为第四系下更新统冲积-湖积（Q1al-l）粉砂岩、泥岩,属弱透水层。
由于将粉砂岩作为相对隔水层,因此,左坝肩不存在绕坝渗漏问题。
1.3.3坝体质量
坝顶宽度不一,大部分宽度为3m左右,局部仅有1.8m,局部最宽处有4.4m。
上游坝坡有块石护坡,但大多已经脱落、移位,坝坡不平整。
坝体填筑土为粉土,土质不均,部分含砾石并有砾石层,大坝碾压分层层面发育,总体填筑质量较差。
坝体填筑土属大多为弱透水、中等压缩性土,作为均质土坝时达到渗透系数1.0×10-4cm/s的要求,但密实度不够,属于中等密实。
1.3.4坝基工程地质条件
坝基普遍分布冲洪积砾石层,一般分布厚度为1.5-2.0m,最大厚度为3.0m。
其渗透系数k＝17.34-32.85m/d,平均23.56m/d（2.72×10-2cm/s）,透水性等级为强透水。
根据对坝基冲洪积砾石抽水试验及工程地质类比,建议允许承载力320Kpa,变形模量24Mpa,渗透系数2.0×10-2cm/s,内摩擦角32°-34°,允许水力坡度0.11-0.13。
坝基底部为第四系下更新统（Q1）冲积-湖积粉砂岩、泥岩等,厚度较大,一般在15.6m以上。
砂岩干密度为1.65-1.74g/cm3,平均1.67g/cm3左右,属弱透水层。
根据工程地质类比,砂岩、粉砂岩允许承载力260Kpa,渗透系数1.0×10-5cm/s,内摩擦角24°-26°。
1.3.5溢洪道工程地质条件及评价
溢洪道位于水库右岸,目前无成型的建筑物存在,溢洪道地表高程为3038.50-3038.80m,相对高差0.3m左右,地形较平缓。
溢洪道自溢流堰至下游35m左右上部地层岩性上部为冲积（部分为坡积）粉土或粉砂,结构松散-稍密,一般厚度为1.0-1.2m；下部地层为第四系下更新统冲积-湖积（Q1）粉砂岩,分布连续,允许承载力为200kpa。
以其为溢洪道地基时,地基稳定。
35m以下为冲洪积砾石层,一般粒径1.5-3.5cm,最大可见7.5cm,含泥量为3-5%左右,结构中密,一般厚度为1.5-2.0m,底部地层为第四系下更新统冲积-湖积（Q1）粉砂岩。
1.3.6放水管工程地质条件及评价
放水管位于主坝左侧的坝下（桩号0+054.0左右）,直径400mm,全长24m左右。
放水涵管启闭设备锈蚀漏水,陈旧老化,无法正常开启。
根据出口高程,放水管地基主要在坝体填筑土中。
坝体土具有中-高压缩性,地基稳定性较差,容易产生地基变形,允许承载力为160Kpa、压缩模量6.2Mpa。
经调查并与水库管理人员了解,放水管控制阀位于出口处,放水基本正常,未发现管道有断裂现象。
1.4安全鉴定结论
（1）曲让水库为小
（二）型拦河式水库工程,属V等工程。
主要建筑物为5级,根据国家《防洪标准》（GB50201-94）,防洪标准复核按20年一遇设计,100年一遇洪水校核。
经调洪计算,考虑坝顶超高后,水库坝顶高程满足规范要求,溢洪设施基本满足泄洪要求,但溢洪道结构损坏严重,不能安全泄洪。
水库防洪安全性为“B”级。
（2）大坝坝体、放水涵管现状下质量达不到现行规范及设计要求,运行过程中暴露出严重质量问题及安全隐患。
工程质量属“不合格”。
（3）曲让水库由于工程建设初期质量控制不严,运行后出现坝面凹陷和渗漏等情况,且由于经费短缺,险情得不到及时和彻底治理,目前工程存在坝面沉陷、渗漏等安全隐患,并缺少必要的大坝安全监测设施,防汛抢险设施也不完善,大坝运行管理综合评价为“差”。
（4）经坝坡抗滑稳定分析,在各种工况下,大坝上、下游坡的抗滑稳定性满足规范要求,大坝结构安全性为“A”级。
（5）现状下大坝防渗体系不完善,库区、坝基渗漏严重,渗透稳定性不满足安全运行要求,大坝渗流安全性为“C”级。
（6）根据《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001）,水库坝址区地震动峰值加速度为0.1g,经抗震稳定复核,大坝上下游坡抗震稳定性满足规范要求,抗震安全性为“A”级。
（7）放水管整体结构稳定,但放水涵启闭设施存在明显缺陷和严重结构安全隐患,影响安全运用,放水管结构安全性为“B”级。
（8）缺乏必要的大坝安全监测设施和通讯设施。
大坝安全鉴定结论详见附件《曲让水库大坝安全鉴定报告书》。
综上所述,曲让水库存在较为严重的病险情况,大坝库盘和坝基渗流异常,渗流作用下坝体稳定无法保证,输泄水建筑物也存在一定安全隐患,水库不能正常运行,加上缺乏必要的监测和抢险设施,总体评价应属三类坝,需尽快立项予以除险加固,充分发挥水库的社会经济效益。
1.5工程加固设计
1.5.1设计依据
本报告主要是依据《青海省共和县水库大坝安全鉴定曲让水库安全评价报告》（青海省水利水电勘测设计研究院,2009年元月）、《共和县曲让水库大坝安全鉴定报告书》（青海省水利厅,2009年2月20日）、《曲让水库病险加固处理工程地质勘察报告》、《共和县曲让水库除险加固修改意见》（水利厅审查意见）、《重点小型水库除险加固工程初步设计指导意见》（讨论稿）及现行有关技术规范和规程进行初步设计工作。
1.5.2工程等别
曲让水库总库容为12.6×104m,正常蓄水位下库容为9.29×104m。
曲让水库属Ⅴ等小
（2）型工程,主要建筑物按5级设计,次要建筑物按5级设计。
地震设防烈度按Ⅶ度设计。
1.5.3除险加固设计内容
本次水库除险加固设计的主要内容有:
根据《曲让水库大坝安全鉴定报告》和现场调查,曲让水库除险加固的主要内容有:
（1）新建坝基及坝体防渗；
（2）新建右坝肩防渗；
（3）重修溢洪道；
（4）整修大坝上下游坝面；
（5）新建排水盲沟；
1.5.4大坝防渗设计
曲让水库大坝设计防渗处理采用复合土工膜防渗。
坝体在拆除原干砌石护坡后,平整坝坡,自下而上依次铺设复合土工膜（300g/0.5mm/300g）、30cm厚砂石垫层（粒径0.1-40mm）、40cm厚块石护坡（利用原护坡块石）。
防渗方案工程内容简单,施工布置方便,防渗效果好。
1.5.5坝肩防渗设计
坝体处理后总长为319.2m,桩号为0+000~0+319.15之间。
坝体采用土工膜防渗处理。
在坝肩0+319.15以上至0+332.3段,分布1.0m左右的第四系冲洪积砾石层（属强透水层）,存在绕坝渗漏,总长13.15m,下部为第四系下更新统冲积-湖积（Q1al-l）粉砂岩、泥岩,属弱透水层。
右坝肩防渗设计采用粘土截水槽防渗。
在库区右岸上游,设13.15m长粘土截水槽,槽内以粘土料夯实充填。
槽底宽1.2m,边坡1:
1,槽底高程低于下部地层粉砂岩顶板50cm。
内容简单,施工布置方便,防渗效果好。
1.5.5溢洪道重修设计
溢洪道布置在右坝肩原位置,全部采用浆砌石结构,堰体段桩号为坝0+262.75~坝0+283.95,为开敞型式,堰面底板高程3038.50m,堰宽20m,墙高1.5m,经调洪计算其最大水深0.8m,相应校核洪水最大泄流量20.1m3/s；设计水深0.53m,相应设计洪水泄流量9.98m3/s。
溢洪道消能采用跌水式侧槽消能,消能段后接泄洪渠,断面为矩形,泄洪渠底宽5m,长101m。
泄洪渠末接土渠通入主河槽。
1.5.6整修上下游坝面
由于水库坝顶不平整,坝顶宽度不一致。
上游坝坡有块石护坡,但大多已经脱落、移位,坝坡不平整。
在加固时,将上游干砌石护坡拆除后,对上下游坝面整修,局部坝面培厚,使达到设计坝坡,坝顶宽度达到3m。
1.5.7新建排水盲沟
坝基渗漏现象较严重,坝基下游具沼泽化。
另外,溢洪道溢流堰至下游0+35之外段,地下水位埋深在0.5-1.5m左右。
为防止地下水危及溢洪道,降低坝体浸溶线出水高度,保证坝体安全,这次加固设计,新建排水盲沟纵横向各一条,纵向盲沟总长435,横向盲沟213m,纵横向交叉点处设集水井。
1.6工程施工
本次加固施工较为简单,施工道路、用电、用水、通信可利用现有设施和本次新增设施,施工条件十分便利。
土料场位于大坝左岸台地中,土质较均匀,干燥,一般厚度为2.2m左右,地下水位埋深大,开采不受地下水影响,运距近,一般距离坝体为200-500m,交通便利。
块石料可利用原上游坝坡的干砌块石,不足部分块石可在工程区南部的鄂拉山北麓有块石料分布,但运距较远,一般在12km左右,属简易公路。
总工期控制在六个月以内,具体时间为第一年5月至第一年10月,全部工程在第一年10月底基本完工,并蓄水,保证来年春灌用水。
1.7工程管理
曲让水库工程管理工作由切吉乡水管所负责,该单位为共和县水务局下属单位,现有专业技术人员1名,管理职工3名。
根据《水库工程管理设计规范》（SL106—96）的有关规定,工程完工后,水库管理人员编制满足要求。
1.8环境保护与水土保持
本工程主要是施工期的环境污染。
通过对施工加强管理、采取措施,可将施工期的环境污染降至最低。
同时通过库区绿化和上游区的水土保持工程,可改善当地生态环境。
1.9投资概算
曲让水库除险加固采用青海省水利厅[2009]875号文件颁发的《青海省水利水电建筑工程预算定额》扩大5%当概算定额使用。
曲让水库除险加固工程概算总投资255.84万元。
1.10综合评价
曲让水库除险加固工程通过本次部分实施后,可消除工程存在的安全隐患,使水库发挥正常效益,因此建议尽早实施,造福当地群众。
2水文
2.1流域概况
曲让水库位于青海省共和县境内切吉乡曲浪,地理坐标为东经99°38′10″,北纬36°22′9.41″。
曲浪沟上游又名鹿龙,是沙珠玉河的一级支流,发源于鄂拉山山脉的查浪岗,源头河流在左右两岸接受大量支流在龙玛尼沟汇入后形成树状水系,流向由南向北,在海拔3310m处出山口,河水开始大量渗入补给地下水,地下水在下游4km处以泉水形式分别渗出地面,在曲浪村、新村、乔夫旦村一带出露泉眼十余处,其中三处泉眼汇合后,注入曲让水库。
根据1:
10万地形图量得曲浪沟出山口以上流域面积为146km2,河长24.4km,平均比降为57‰。
曲让水库泉眼至坝址处汇水面积为2.26km2,河长为2.28km,平均比降为8.77‰。
2.2洪水特性
曲浪沟的洪水特性与青海省一般河流的洪水特性一样,都有春汛和夏汛,年最大洪水大多发生在夏汛期间。
春汛是由冰雪融化而成,其流量大小决定于冬春季降雪积冰的多少和春汛期间的温度高低。
春汛来临的时间,决定于气温回升的早晚,洪峰流量一般较小,其径流量占年径流量的15%左右。
夏汛发生在6—9月,由暴雨形成,较大洪水都发生在这四个月,由于暴雨强度大、历时短、笼罩面积小,这就决定了洪水特性是陡涨陡落,历时短。
2.3设计洪峰流量
曲让水库于1969年由原切吉农场建设,通过40多年的运行,由于年久失修,水库出现的问题较多,特别是水库的防洪问题。
由于水库上游洪水由两部分形成,即一部分为泉眼至坝址处汇水面积内因暴雨形成的洪水,另一部分为沟台沟出山口后因地势平坦,除大部分的洪水从主河道下泄外,其余沿冲沟进入水库中的洪水。
而泉眼至坝址处汇水面积仅有2.26km2,汇水面积小,地势平坦,植被好,其产生的洪水很小,而从上游出山口下泄的洪水较大,对水库的运行安全造成很大威胁。
2010年12月,设计人员去曲让水库上游进行了调查。
通过询问当地村民,水库每年均受到上游出山口下泄洪水的影响。
当地村民介绍,水库的运行方式为:
每年冬季从11月中下旬开始水库蓄水,至次年4月底基本蓄满,5月开始放水苗灌,由于水库蓄水量有限,水库放空后,又组织人员去上游出山口处,利用铅丝石笼拦挡将上游来水引到水库,为了防止洪水影响,水库蓄满后,又利用铅丝石笼将上游来水阻挡,不再让上游来水进入水库。
但因采用措施较简单,在洪水季节上游洪水仍会通过冲沟进入水库。
根据工程设计和防洪的需要,本次设计洪水主要计算曲浪沟出山口处的洪水成果,经合理性分析后,确定曲让水库坝址处的设计洪水成果。
2.3.1曲浪沟出山口处设计洪水
对于无资料地区的设计洪水主要采用经验公式法、洪峰模数法和推理公式法等方法计算,通过合理性分析后确定设计洪水成果。
（1）经验公式法
该地区与青海湖地区相邻,地形地貌及气候较为相似,根据《青海省水文手册》中青海湖流域年最大流量～流域面积经验公式,可计算曲让水库坝址处及曲浪沟出山口处设计洪峰流量,计算结果见表2-1:
表2-1经验公式法推求设计洪峰流量成果表单位:
m3/s
P
0.33%
0.5%
1%
2%
3.33%
5%
10%
经验公式
Q=28.3×F0.40
Q=25.0×F0.40
Q=19.8×F0.42
Q=15.2×F0.43
Q=13.5×F0.44
Q=11.4×F0.45
Q=8.2×F0.46
曲浪沟出山口处
208
184
161
130
121
107
81.2
（2）洪峰模数法
由《青海省东部地区暴雨洪水图集》中多年平均洪峰流量模数m（
）等值线图”及其相应的CV等值线图,查得流域中心的多年平均洪峰流量模数m=1.4m3/s.km2,Cv=0.54,Cs=3.5Cv,再由公式:
即可推得不同频率设计洪峰流量,结果见表2-2。
表2-2洪峰模数法推算设计洪峰流量成果表单位:
m3/s
断面名称
P（%_）
0.33%
0.5%
1%
2%
3.33%
5%
10%
备注
曲浪沟出山口处
Kp
3.49
3.28
2.92
2.55
2.29
2.07
1.709
F=146km2
设计洪峰流量
97.4
91.6
81.5
71.2
63.9
57.8
47.6
（3）推理公式法
暴雨是形成洪水的主要因素,由设计暴雨推求设计洪水,是当前中小河流设计洪水的重要途径。
推理公式法是通过对洪水的成因分析,由设计暴雨间接推求设计洪水的方法。
因此,计算设计暴雨,是计算设计洪水至关重要的一个环节。
①点设计暴雨量:
由《青海省东部地区暴雨洪水图集》中的青海省年最大24小时、6小时、1小时点雨量均值和Cv值等值线图,查得曲浪沟出山口处和泉眼至坝址处流域中心的暴雨特征参数,根据流域特征和该地区的暴雨特性,采用如下公式,计算年最大3小时的点雨量均值。
H3p=H6p×2（n2-1）
式中:
H3p、H6p为年最大3小时、6小时的点雨量均值；
n2为暴雨强度递减指数,采用《青海省东部地区暴雨洪水图集》中的地区综合值（取0.67）。
采用Cs/Cv＝3.5,计算的点设计暴雨量成果见表2-3。
表2-3点设计暴雨量成果表单位:
mm
P
Cv24
kp
H24
H24p
Cv6
kp
H6
H6p
n2
H3p
Cv1
kp
H1
H1p
0.33%
0.5
3.57
25
89.3
0.55
3.93
19
74.7
0.67
59.4
0.55
3.93
10
39.3
0.5%
0.5
3.32
25
83.0
0.55
3.65
19
69.4
0.67
55.2
0.55
3.65
10
36.5
1%
0.5
2.92
25
73.0
0.55
3.17
19
60.2
0.67
47.9
0.55
3.17
10
31.7
2%
0.5
2.52
25
63.0
0.55
2.71
19
51.5
0.67
41.0
0.55
2.71
10
27.1
3.33%
0.5
2.23
25
55.8
0.55
2.31
19
43.9
0.67
34.9
0.55
2.37
10
23.7
5%
0.5
2.00
25
50.0
0.55
2.11
19
40.1
0.67
31.9
0.55
2.11
10
21.1
10%
0.5
1.69
25
42.3
0.55
1.73
19
32.9
0.67
26.1
0.55
1.73
10
17.3
②面设计暴雨量:
对于曲浪沟出山口以上流域面积大于100km2的沟道,对点设计暴雨成果应进行点面折算。
从《青海省东部地区暴雨洪水图集》中查得与流域面积对应的点面折算系数,可计算出面设计暴雨量,成果见表2-4。
表2-4面设计暴雨量成果表（100km2＜F≤200km2）单位:
mm
P（%）
面设计暴雨量H1p
面设计暴雨量H3p
面设计暴雨量H6p
面设计暴雨量H24p
ηp
点H1p
面H1p
ηp
点H3p
面H3p
ηp
点H6p
面H6p
ηp
点H24p
面H24p
0.33%
0.85
39.3
33.4
0.85
61.5
52.3
0.85
74.7
63.5
0.91
89.3
81.2
0.5%
0.85
36.5
31.0
0.85
57.1
48.5
0.85
69.4
58.9
0.91
83.0
75.5
1%
0.85
31.7
26.9
0.85
49.6
42.2
0.85
60.2
51.2
0.91
73.0
66.4
2%
0.85
27.1
23.0
0.85
42.4
36.0
0.85
51.5
43.8
0.91
63.0
57.3
3.33%
0.86
23.7
20.4
0.86
36.1
31.1
0.86
43.9
37.7
0.92
55.8
51.3
5%
0.86
21.1
18.1
0.86
33.0
28.4
0.86
40.1
34.5
0.92
50.0
46.0
10%
0.86
17.3
14.9
0.86
26.1
22.5
0.86
32.9
28.3
0.92
42.3
38.9
③面设计暴雨时程分配过程:
在《青海省东部地区暴雨洪水图集》,曲浪沟出山口处没有时程分配雨型,根据其气候特征及暴雨特性,曲浪沟出山口处采用脑山区三小时主雨峰对齐的典型24h时程分配过程,按照不同频率面设计暴雨成果,计算设计雨量的24h分配过程。
详情见表2-5。
表2-5不同保证率面设计暴雨时程分配表
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