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中小型水库运行管理

 

中小型水库运行管理

(题目可以自己拟定!

 

第一章水库及其主要建筑物的基本知识

第一节大坝

第二节溢洪道

第三节水闸

第二章中小型水库的工程管理

第一节工程检查

第二节土石坝的养护和修理

第三节溢洪道的养护和修理

第四节水闸的养护和修理

第三章防汛与抢险

第一节洪水漫顶的抢护

第二节散浸的抢护

第三节漏洞的抢护

第四节管涌的抢护

第五节滑坡的抢护

第一章水库及其主要建筑物的基本知识

水是一切生命不可缺少的物质,人类的生活和劳动都离不开水。

通常我们把地面水和地下水这种自然资源称为水资源,我国的水法对此作了明确的规定,水资源具有水利和水害两重性,其分布具有区域性,时间分配上具有周期性和随机性等。

如何利用水资源,以达到兴利、除害的目的,最有效的工程措施就是兴建水库,把部分洪水和多余水量暂时存蓄,一则控制下泄水量,减轻洪水对下游的威胁,再则做到蓄洪补枯,以丰补缺,为灌溉、发电、供水、养殖等提供条件。

中小型水库一般由大坝、溢洪道、水闸等水工建筑物组成,如图1-1所示。

图1-1水库枢纽平面布置图

从图1--1可以看出,水库是在适宜筑坝的河谷拦河筑坝而形成的

蓄水工程,通过坝这种挡水建筑物把来水拦蓄起来形成水库,通过水库的调蓄作用,使自然界不规则的天然来水,通过放水设备的控制,有计划的下泄,为滥溉、养殖、防洪、发电等国民经济的各部门服务。

根据国家规范,水库工程规模按总库容可分为5个等级,而水库的主要建筑物按其作用或重要性可分为5级。

在进行水工建筑物设计时,须按建筑物级别确定防洪标准,可分为设计标准和校核标准,一般用洪水重现期表示,如表1—1所示。

表1-1水库等级及土石坝防洪标准

水库总库容(亿m3)

>10

10-1

1-0.1

0.1-0.01

0.01-0.001

工程规模

(1)型

(2)型

中型

(1)型

(2)型

主要建筑物(土石坝)级别

1

2

3

4

5

洪水重现期(年)

设计

1000-500

500-100

100-50

50-30

30-20

校核

10000-5000

5000-2000

1000-500

500-200

200-100

注:

重现期是指运行期间,洪水平均多少年出现一次,如设计标准为100年一遇,是指可能平均100年出现一次该标准的洪水,这指的是大致的概率,可能头一百年发生两次,后一百年一次也没有发生。

在中小型水库工程中,主要建筑物为大坝、溢洪道和水闸等。

下面我们分别对其结构和构造给予介绍。

第一节大坝

一、大坝分类

坝是挡水建筑物,它的作用是拦截河流,储蓄水量,抬高水位,以满足灌溉、供水、发电及国民经济其它部门的需要,它是水库的主体工程。

它的失事不仅使水库效益不能发挥,而且将危及下游的安全。

因此,其设计、施工、运用管理都必须坚决贯彻确保大坝安全这一基本原则。

坝的类型很多,根握坝高及型式分类如下:

(一)按坝高进行分类:

可分为低坝、中坝、高坝三类:

低坝:

坝高小于30米。

售上游库水位

中坝:

坝高为30---70米。

高坝:

坝高大于70米。

(二)按结构与受力特点分类:

可分为重力坝、拱坝、支墩坝及土石坝。

1、重力坝

重力坝是利用坝体本身的重量来维持稳定的挡水建筑物,它的坝体断面一般比较庞大,材料强度得不到充分发挥。

根据重力坝的筑坝材料,重力坝可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝,中小型水库的重力坝一般为浆砌石重力坝。

2、拱坝和支墩坝

拱坝和支墩坝属于轻型坝,相对重力坝而言,它们的坝体断面小,材料强度能得到充分发挥,但对基础及两岸山体的要求都比较高。

根据筑坝材料,拱坝可分为混凝土拱坝及浆砌石拱坝。

支墩坝是利用一系列的支墩和挡水盖板组成的,一般由混凝土或钢筋混凝上做成。

3、土石坝

土石坝是由当地土料、石料或混合料,经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。

当坝体材料以土和砂砾为主时,称土坝、以石渣、卵石、爆破石料为主时,称堆石坝;当两类当地材料均占相当比例时,称土石混合坝。

二、土石坝

目前,这种坝普遍性较高,其主要原因是:

(1)筑坝材料可以就地取材;

(2)较能适应地基变形;(3)结构简单,工作可靠,便于维修加高或扩建;(4)施工技术较简单,工序少,便于组织机械化快速施工。

(一)土石坝工作特点

1、土石坝不允许水流漫顶

由于土石坝是由松散的固体颗粒碾压而成,防冲性能很差,一旦漫顶溢流,坝体土料就会被冲出缺口,导致溃口跨坝。

因此,土石坝必须有足够坝高,才能抵御洪水漫顶。

坝顶高程应满足三个基本要求:

(1)高于最高洪水位;

(2)考虑风浪壅高及波浪爬高;(3)预留安全加高。

坝顶高程=坝前设计(或校核)洪水位+设计(或校核洪水位的坝顶

超高

坝顶超高=洪水位壅高(风浪壅高)+波浪爬高+安全加高

设计坝顶高程时,要分别按设计和校核两种情况考虑,取其中的大值作为坝顶设计高程。

2、土石坝边坡必须稳定

土石坝经常受到水的作用,必须能在各种情况下维持自身稳定,

防止滑坡事故。

土石坝迎水的一面称作迎水坡或上游坡,背水的一面称为背水坡或下游坡。

坝坡的陡缓一般用坡度表示,如1:

3表示高1米水平3米的一个倾斜面的坡度。

土石坝边坡应根据坝高、坝体土料、地基情况等考虑。

其一般规定是:

底部坝坡缓于上部坝坡,迎水坡缓于背水坡(因为迎水坡长期浸在水中,土体经常湿润饱和,库水位涨落交替,并受风浪冲击,尤其是在水库放水时比下游坡更易产生滑波)。

坝高大于15米,应采用多级坝坡,并在变坡处设置平台(又叫马道),其作用是增加坝坡稳定,截取雨水以防冲刷坝坡。

平台的宽度一般为1.5--2.0米,内设排水沟。

一般中小型水库的土石坝坡度如表1-2所示。

 

表1-2土石坝坡度表

坝高(m)

均质土坝

粘土心墙坝

迎水坡

背水坡

迎水坡

背水坡

<10

1:

2.5

1:

2.25

1:

2.5

1.2.0

10-20

1:

2.5-1:

2.75

1;2.25-1:

2.5

1:

2.5-1:

2.75

1:

2.25

20-40

1:

2.75-1:

3.0

1:

2.5-1:

3.0

1:

2.75-1:

3.0

1:

2.5

3、要妥善处理好土石坝渗漏问题

土石坝坝身及坝基都有渗流通过,当渗流压力超过允许压力时,将引起坝体、坝基的渗透变形,如管涌、流土等,严重的可导致土石坝失事,因此,土坝应设置防渗和排水设备。

4、土石坝要抗风浪冲击和雨水冲蚀

为了保护土石坝坝坡坡面不受波浪、雨水、冰冻及穴居动物的破坏,上下游坡面均应设置护坡,坝项也要满足交通、抗雨水冲刷等要求。

(二)土石坝结构型式

根据坝体土料的组合及防渗体设置位置的不同,土石坝常见坝型有:

1、均质土坝

坝体是用同样性质的土料筑成坝体全断面起防渗作用,坝的边坡较缓,横断面较大,最佳的土料是壤土或粉质壤土,粘土含量占10-30%左右。

粘性土料,透水性虽小,但施工碾压困难,干时容易龟裂且易产生滑破;砂性土料,透水性太强,所以二者都不适宜做均质土坝。

均质土坝横断面如图1-2所示。

图1-2均匀土坝

在兴建过程中,坝基如有砂粒层便盖,应在坝体中部(略靠前)加做防滲槽与不透水基础相接,以切断坝基渗流。

2、粘土心墙坝

这种坝型是用透水性较小的粘土或粘壤土做防渗心墙,在心墙两侧用透水性较大,抗滑能力较强的当地土料,如砂土、砾质土、风化石等材料作坝壳,心墙位于坝体中部或稍偏上游,心墙与坝壳之间应做一定宽度的过渡带,过渡带应按反滤要求设置,如果坝基漏水,可将心墙做成截水槽插入岩基中,与其紧密结合,以防产生集中渗漏而破坏心墙。

心墙尺寸:

心墙高度应高出最高洪水位0.5米以上,顶宽不小于1-1.5米,与基岩结合槽底宽不小于2.0-2.5米,边坡不小于1:

0.2。

粘土心墙坝横断面如图1—3所示。

图1-3粘土心墙坝

3、粘土斜墙坝

这种坝型是用透水性小的粘土或粘壤土在迎水面做防渗斜墙。

斜墙后面的坝体则采用砂性土壤或砂砾石填筑。

为了减小斜墙与地基接合部位的渗漏水,斜墙应插入岩基,用截水槽与岩基相结合,斜墙上游应设置保护层,以防冰冻和机械破破坏,斜墙兩侧应设置过渡带。

粘土斜墙坝横断面如图1—4所示

图1-4粘土斜墙坝

3、多种士质坝

当坝址附近的土料种类很多,而每种土料的数量又有限,则可用多种土料组合来做坝,叫多种土质坝。

各种土料的填筑部位,一般要按照士壤渗透性的大小依次序排列,透水性小的土料填放在坝体的上游,透水性大的土料填放在坝体下游。

对用粘性土做的防渗体可以放在坝的上游侧,也可以放在坝的中间,但不能放在坝的下游侧。

(二)土石坝排水设备

土石坝虽有防渗设备,但仍有一定水量渗入坝内。

设置坝体排水设备,可以将渗入坝内的水有计划地排出坝外,以达到降低浸润线及孔隙水压力;增加坝坡稳定性和保护坝坡土;防止渗透变形与冻胀破坏的目的。

排水设施一般设在坝体下游,坝体和坝基相接的地方,并要考虑便于观测或检修。

排水设施应具有充分的排水能力,上游面不允许发生堵塞现象,同时还应防止渗水将坝体的土料骨课颗粒带出(即应遵守排清不排浑的原则)。

坝体排水设施常用的有棱柱排水体和贴坡排水体(又称表面式排水体)两种形式。

1、棱柱排水体

这种排水体就是在下游坡脚用堆石做成棱柱体形状,周边做有反滤层,棱柱排水体顶宽不小于1.5米,棱柱体内坡采用1:

1,外坡1:

1.5。

靠近土或土基一面设置三层反滤料,排水体顶部应高出渗流逸出点和下游最高水位,并不得低于0.5-1.0米。

图1-5棱柱排水体

2、贴坡排水体

其砂石层构造与棱柱排水体相类似,铺设厚度应大于当地冰冻厚度,并使其顶部高出浸润线的逸出点1.0--2.0米,贴坡排水构造简单,需要石料较小,容易检修,适宜缺少石料地区筑坝。

贴坡排水特别适用于当原有排水设施失灵,而要另做排水设施的老库改造工程。

缺点是不能降低浸润线,这种排水设备适用于浸润线较低的坝型和下游污水的中小型土石坝。

图1-6贴坡排水体

土石坝防渗漏的原则是“上截下排”。

在坝的上游部位,应尽量防止水流浸入坝体,在坝的下游部位,则用导渗的方法,把已经进入坝体的渗水安全排出,保证坝坡稳定。

在管理上,一方面要注意维修养护好土石坝的防渗设施、定期观测坝体和坝基的滲流变化情况,另一方面要维修养护好排水设施,发现堵塞损环,要及时翻修,保障排水畅通。

第二节溢洪道

溢洪道是水库枢纽中的主要建筑物之一,它承担着宣泄洪水,保护工程安全的重要作用。

溢洪道可以与拦河坝相结合,做成既能挡水又能泄水的溢流坝型式—河床式溢洪道;也可以在坝体以外的河岸上修建溢洪道—河岸式溢洪道。

当拦河坝的坝型适于坝顶溢流时,采用前者常是经济合理的;但当拦河坝为土石坝时,几乎都采用河岸溢洪道。

河岸溢洪道按水流进入溢洪道的进水方式不同可分为正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道,正槽式溢洪道应用最为广泛,如图1-7所示。

图1-7河岸正槽式溢洪道

本节主要阐述正槽式溢洪道的基本形式。

中小型水库正槽溢洪道一般为开敝式,这种溢洪道具有结构简单,施工管理方便,水流平顺等优点,其组成是:

引水渠、溢洪堰、泄水槽、消力池、尾水渠等,如图1-8所示。

如图1-8正槽式溢洪道纵断面图

一、引水渠

它的作用是将洪水平顺引到溢流堰,引水渠应平顺畅通,不宜太长,引水渠前库面亦应宽畅,不能有阻挡水流进入引水渠的卡水地形。

二、溢流堰

溢流堰是溢洪道的咽喉,由它来控制水库的水位和下泄流量,所以又叫控制堰或控制段。

溢流堰的位置是溢洪道纵断面图的最高点,在平面上常设于坝轴线附近以利于上坝交通的布置,同时还应注意使整个溢洪道的工程量最少。

对溢流堰设计的基本要求是要有足够的泄水能力。

溢洪道上的溢流堰与溢流坝相比,其堰体高度很低;与泄水闸相比,则其闸后落差较大。

三、泄水槽

泄水槽紧接溢流堰之后,多为陡槽形式,又称为陡坡段。

作用是将洪水安全地排泄到水库下游,槽中水流流速很大,冲蚀力强,因此,泄水槽应做在挖方中,并作好衬砌。

四、消力池

泄水槽末端水流速度很高,如不作消能处理,就会冲刷下游河床,危及水库工程的安全,因此要设置消能设施。

中小型水库一般采用消力池消能。

五、尾水渠

尾水渠的作用是把消力池中的水,平顺引入下游河床,防止洪水任意漫流、淹没和冲刷下游农田,尾水渠段的水流流速也较大,因此,常作简单的护砌。

 

第三节水闸

水闸是输水工程(如渠道、涵管和渡槽等)的首部建筑,其作用是从水库(河流)引取水量,再通过输水工程将水流送到用水部门。

水闸是一种低水头的水工建筑物,兼有挡水和泄水的作用,用以调节水位、控制流量。

水闸由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成。

如图1-9所示。

图1-9水闸的组成

一、上游连接段

上游连接段主要作用是引导水流平稳地进人闸室,同时起防冲、防渗、挡土等作用。

一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。

上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。

铺盖主要起防渗作用,其表面应满足抗冲要求。

护坡、护底和上游防冲槽(齿墙)保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。

二、闸室段

闸室段是水闸的主体部分,通常包括底板、闸墩、胸墙、工作桥及交通桥等。

底板是闸室的基础,承受闸室全部荷载,并较均匀地传递给地基,此外,还有防冲、防渗等作用。

闸墩的作用是分隔闸孔并支撑闸门、工作桥等上部结构。

闸门的作用是挡水和控制下泄水流。

工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。

交通桥的作用是连接两岸交通。

三、下游连接段

下游连接段具有消能和扩散水流的作用。

一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。

下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。

护坦具有消能防冲作用。

海漫的作用是进-步消除护坦出流的剩余动能扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。

下游防冲槽是海漫末端的防护设施,避免冲刷向上游扩展。

 

第二章中小型水库运行管理

前面我们介绍了水库的基本知识,对水库工作人员而言,学习水库的基本知识是为了更好地管理、运行水库。

水库工程管理的任务就是为了确保工程安全,充分发挥工程的效益。

第一节工程检查

检查应分为日常巡视检查、年度检查和特别检查。

日常巡视检查每月不宜少于2次,汛期应视汛情相应增加次数。

库水位首次达到设计洪水位前后或出现历史最高水位时,每天不应少于1次。

如遇特殊情况和工程出现异常时,应增加次数。

年度检查宜在每年的汛前、汛后、高水位、死水位、低气温及冰冻较严重地区的冰冻和融冰期进行,每年不宜少于2次。

特别检查应在坝区遇到大洪水、有感地震、库水位骤升骤降,以及其他影响水库安全的特殊情况时进行。

一、检查项目和内容

(一)大坝检查

土石坝日常巡视检查应以裂缝、异常变形、渗漏、沉陷、滑坡、淤堵以及影响枢纽正常运行的外界干扰等检查为主;年度检查除日常巡视检查的内容外,还应根据枢纽实际情况适当增加白蚁危害检查、坝下埋涵(管)检查、水下检查、淤积检查等内容;特别检查应以专项检查为主,兼顾日常巡视检查的内容。

1、土石坝日常巡视检查应包括下列内容:

(1)大坝表面缺陷。

包括坝坡的塌陷、隆起、滑动、松动、剥落、冲刷、垫层流失、架空、风化变质等;坝顶的塌陷、积水、路面工作状况;混凝土面板的不均匀沉陷、破损、接缝开合和表面止水工作状况、面板和趾板接触处沉降、错动、张开等。

(2)大坝坝体、防浪墙、混凝土面板裂缝。

包括裂缝的类型、部位、尺寸、走向和规模等。

(3)大坝渗漏。

包括坝体、坝基渗漏,绕坝渗流,以及渗漏的类型、部位、渗漏量、规模、水质和溶蚀现象等,尤其应重点关注土石结合部的渗漏状况。

(4)大坝坝体滑坡。

包括滑坡引起的裂缝宽度、裂缝形状、裂缝两端错动;排水是否畅通,以及上部的塌陷和下部的隆起等;有渗流监测设施的还应观察坝体内的浸润线是否过高。

(5)排水与导渗设施工作状况。

包括截渗和减压设施有无破坏、穿透、淤塞等现象;排水反滤设施是否有堵塞和排水不畅,渗水有无骤增、骤减和浑浊现象。

2、土石坝年度检查还应包括下列内容:

(1)坝下埋涵(管)的裂缝、渗漏、破损、断裂、位错、沉降等。

(2)白蚁及其他动物危害。

3、土石坝特别检查应包括因大洪水、有感地震、库水位骤升骤降,以及其他影响大坝安全的情况发生后出现的下列险情和异常情况:

(1)已发生的较为明显的大坝坝体滑坡。

(2)大坝变化异常的裂缝。

(3)大坝、两岸坝肩变化异常的渗漏。

(4)大坝变化异常的变形。

(二)溢洪道的检查

溢洪道的检查应包括下列内容:

1、进水段(引渠)有无坍塌、崩岸、淤堵或其他阻水现象,流态是否正常。

2、内外侧边坡检查应包括以下各项:

(1)岸坡有无冲刷、开裂、崩塌及滑移迹象。

(2)岸坡护面及支护结构有无变形、裂缝及位错。

(3)岸坡地下水露头有无异常,表面排水设施和排水孔工作是否正常。

3、堰顶或闸室、闸墩、胸墙、边墙、溢流面、底板有无裂缝、渗水、剥落、冲刷、磨损、空蚀等现象;伸缩缝、排水孔是否完好。

4、消能工及工作桥(或交通桥)是否有不均匀沉陷、裂缝、断裂现象。

5、闸门及启闭机检查应包括以下各项:

(1)闸门有无变形、裂纹、脱焊、锈蚀及损坏现象;门槽有无卡堵、气蚀等情况;启闭是否灵活,开度指示器是否清晰、准确;止水设施是否完好;吊点结构是否牢固;栏杆、螺杆等有无锈蚀、裂缝、弯曲等现象;钢丝绳或节链有无锈蚀、断丝等现象。

(2)启闭机能否正常工作;制动、限位设备是否准确有效;电源、传动、润滑等系统是否正常;启闭是否灵活可靠;备用电源及手动启闭是否可靠。

(三)水闸的检查

水闸的检查应包括下列内容:

1、上游连接段有无堵塞、淤积、崩塌。

2、出水口在放水期水流形态、流量是否正常;停水期是否有水渗漏;出水口边坡检查内容参照溢洪道检查的第2条规定。

3、消能工有无冲刷、磨损、淘刷或砂石、杂物堆积等现象;下游河床及岸坡有无异常冲刷、淤积和波浪冲击破坏等情况。

4、工作桥是否有不均匀沉陷、裂缝、断裂等现象。

5、闸门及启闭机检查内容参照溢洪道检查的第5条规定。

二、 检查方法和要求

1、常规检查可采用目视、耳听、手摸、鼻嗅、脚踩等直观方法,或辅以锤、钎、钢卷尺、放大镜、石蕊试纸等简单工具器材。

2、特殊检查可采用开挖探坑 (或槽)、探井、钻孔取样或孔内电视、向孔内注水试验、投放化学试剂、潜水员探摸或水下电视、水下摄影或录像、超声波、雷达探测等方法,对工程内部、水下部位或坝基进行检查。

具备条件时,可采用水下多波束等设备对库底淤积、边坡崩塌堆积体等进行检查。

3、检查应符合下列规定:

(1)检查人员应为熟悉工程情况的专业技术人员。

(2)日常检查人员应相对稳定,检查时应带好必要的辅助工具和记录笔、簿,以及照相机、录像机等影像设备。

(3)年度检查和特别检查总负责人应为运行管理单位行政负责人或主管部门行政负责人。

年度检查和特别检查应成立检查工作组,组长应由经验丰富且熟悉本工程情况的水工专业工程师相任,成员应由相关专业技术人员和高级技术工人组成。

(4)年度检查和特别检在应制定详细的检查计划并做好准备工作。

三、检查记录(表格为推荐!

(1)每次巡视检查,要有专用检查记录本,如发现异常情况,除应详细记述时间、部位、桩号、高程、险情和绘出草图外,必要时应测图、摄影或录像。

(2)现场记录必须及时整理,要有检查人员及单位负责人签字,还应将本次巡视检查结果与以往巡视检查结果进行比较分析,如有问题或异常现象,应立即进行复查,以保证记录的准确性。

每次巡视检查均应按如下附表进行记录:

表2-1大坝检查记录表

表2-2溢洪道检查记录表

表2-3溢洪道检查记录表

 

表2-1大坝检查记录表

检查类别:

汛前、汛后、日常、特殊上次检查时间:

年月日天气:

库内水位:

米本次检查时间:

年月日间隔时间:

检查部位

正常

与否

异常及损坏情况

桩号

高程

m

面积

情况描述和初步分析

处理意见及时间

处理结果及时间

坝体

坝顶

防浪墙

迎水面

背水面

坝趾及坝区

坝趾及

坝趾近区

砼建筑物

连接处

左坝端

右坝端

坝端岸坡

导渗及排水系统

排水沟

导渗沟

反滤体

备注

注:

异常及损坏情况本表如填不下,请在背面填写。

检查人员:

负责人:

表2-2溢洪道检查记录表

检查类别:

汛前、汛后、日常、特殊上次检查时间:

年月日天气:

库内水位:

米本次检查时间:

年月日间隔时间:

序号

检查部位

正常

与否

异常原因

处理意见

处理结果及时间

水工

进水段(引渠)

堰顶及闸室

溢流面及翼墙

通气孔

工作及交通桥

消能工

金属结构及电力设备

闸门

门叶

行走支承

止水

锁定装置

门槽及埋设构件

动力

及启

闭机

指示系统

电动机

启闭系统

电力

系统

正常供

电电源

电源

线路

备用供

电电源

发电机

线路

其它

备用电源机房

观测设备

自控设备

下游河床及岸坡

水流流态

排水沟

备注

注:

异常及损坏情况本表如填不下,请在背面填写。

检查人员:

负责人:

表2-3水闸、输水洞(管)检查记录表

检查类别:

汛前、汛后、日常、特殊上次检查时间:

年月日天气:

库内水位:

米本次检查时间:

年月日间隔时间:

检查部位

正常

与否

异常原因

处理意见及时间

处理结果及时间

进水段(引渠)

闸室及洞(管)身

翼墙

通气孔

工作桥

消能工

金属结构及电力设备

门叶

止水

门槽及埋设

构件

动力

及启

闭机

指示系统

电动机

启闭系统

电力

系统

正常

供电

电源

电源

线路

备用

供电

电源

发电机

线路

其它

自控设施

观测设施

水流流态

备注

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