武大毕设涧沟水库除险加固设计.docx

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武大毕设涧沟水库除险加固设计武大毕设涧沟水库除险加固设计学号：

密级：

武汉大学本科毕业论文论文标题：

涧沟水库出现加固初步设计院（系）名称：

水利水电学院专业名称：

农业水利工程学生姓名：

指导教师：

BACHELORSDEGREETHESISOFWUHANUNIVERSITYTitle：

JiangouReservoirPreliminarydesignofreinforcementCollege：

InstituteofWaterConservancyandHydropowerSubject：

AgriculturalWaterName：

Directedby：

郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名：

_日期：

_摘要关键词：

涧沟水库；调洪演算；渗流稳定；除险加固涧沟水库位于竹山县溢水镇涧沟村，处秦巴山区腹地，十堰市西南部，涧沟水库枢纽属等工程，小

（1）型规模，其挡水、泄水、取水建筑物为4级建筑物。

本工程自建成以来，受到历史条件及当时经济限制的影响，当前存在的主要问题有以下几个方面：

（1）河床中存在强风化透水岩层，没有清除，没有进行防渗灌浆；大坝粘土心墙、截渗槽的渗透系数比较大，存在渗漏隐患。

（2）上、下游坝坡变形严重。

由于大坝施工时土石料填筑碾压不密实，坝体受到严重淘蚀变形。

（3）反滤坝坝脚较乱，反滤坝部分失效，排水不畅。

（4）溢洪道无任何衬砌、护砌、护坦和边墙等防护措施，且无消能防冲设施和行洪道，开挖宽度也不够，属于未完建工程。

（5）大坝没有任何观测设施。

（6）防汛道路标准低、路况差，交通工具缺乏，通讯设施不齐备本设计针对本工程出现的问题，本次设计初步有五章内容。

第一章交代涧沟水库的基本情况。

第二章水文计算。

第三章阐述工程区域的地质状条件及评价。

第四章讲述工程的任务和规模，说明工程建设的必要性。

第五章详细说明大坝和溢洪道的除险加固设计。

ABSTRACTKeywords:

Streamchannelreservoir;FloodRouting;seepagestability;reinforcementOverflowstreamchannelreservoirislocatedinthetownofZhushanStreamVillage,atthehinterlandofQinlingMountain,southwestofShiyanCity,streamchannelandotherprojectsReservoirComplexisasmall

（1）-typescale,theretaining,discharge,waterintakestructureforthefourbuildings.Sincethisprojecthasbeencompleted,bythehistoricalconditionsandeconomicconstraintsoftime,thecurrentmainproblemsinthefollowingareas:

（1）riverfloodingintheweatheredrockexists,thereisnoclear,noseepagegrouting;damclaycorewall,thepermeabilitycoefficientcutofflargetank,thereisleakagerisk.

（2）,thedownstreamdamslopedeformed.Constructionofthedamfillingcompactedsoilisnotcompactedstone,severescouringerosiondamdeformation.（3）feetmorechaosfilterDam,partofthefilterdamfailure,poordrainage.（4）noliningofthespillway,embankment,apronandthesidewallsandotherprotectivemeasures,andnoenergydissipationfacilitiesandfloodchannel,excavationwidthisnotenough,areunfinishedbuildingworks.（5）thereisnoobservationofdamfacilities.（6）floodcontrolandlowroadstandards,poorroadconditions,lackoftransportationandcommunicationfacilitiesarenotavailableThedesignproblemsforthisproject,thispreliminarydesignhasfivechapters.Thefirstchapterexplainthebasicsituationofstreamchannelreservoir.Chapterhydrologicalcalculations.Thethirdchapter-likeconditionsofthegeologicalengineeringandevaluation.Thefourthchapterdescribesthemandateandsizeoftheproject,indicatingtheneedforconstruction.ChapterVdetailsreinforcethedamandspillwaydesign目录第第1章章基本情况基本情况1.1工程地理位置工程地理位置竹山县地处秦巴山区腹地，十堰市西南部，东邻房县，西连竹溪、陕西旬阳，南抵神农架林区、重庆巫溪，北接郧县、陕西白河。

县城距十堰市城区158km。

全县南北长123.5km，东西宽81.8km，国土总面积3586km2，总人口43.87万人。

涧沟水库位于竹山县溢水镇涧沟村，距离竹山县城32km。

水库大坝拦截东川河一级支流涧沟来水，水库坝址以上承雨面积3.1km2，主河道长4.88km，河道平均比降35.4。

1.2工程概况工程概况涧沟水库枢纽于1979年9月动工兴建，1981年底工程竣工，坝轴线处最大坝高32m，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、养殖等综合效益的小

（1）型水利枢纽工程。

水库承雨面积3.1km2，总库容142万m3，其中兴利库容101.5万m3，死库容6.6万m3（加固后总库容136万m3，其中兴利库容101.2万m3，死库容6.6万m3）。

水库承担着涧沟村、华家湾村1500余亩农田灌溉任务，提供溢水镇4个村2500余人畜饮水，保护溢水镇4个村、田家坝镇4个村共7000余人的生命和财产安全，保护下游农田8500亩，水产养殖面积55.7亩。

涧沟水库枢纽属等工程，小

（1）型规模，其挡水、泄水、取水建筑物为4级建筑物。

本次除险加固设计，洪水标准依据防洪标准（GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），采用30年一遇设计，300年一遇校核。

相应地，正常蓄水位428.93m，设计洪水位430.52m，校核洪水位431.14m，相应水库总库容136万m3。

水库枢纽工程现有建筑物包括：

（1）大坝。

大坝坐落在东川河一级支流涧沟主河床上，为粘土心墙坝。

坝区出露地层主要为白垩系及第四系。

坝顶长度96.0m，坝顶宽4.5m，坝顶高程432.00m，最大坝高32.00m。

上游坝坡从上至下依次为1：

2.66、1：

2.64、1：

3.00；下游坝坡从上至下依次为1:

1.99、1:

2.80、1:

1.501：

2.86。

上游坡分别在421.47m和410.00m高程处各设有宽2m的平台；下游坡分别在421.84m和412.35m高程处设有平台，平台宽度分别为0.2m和2.8m。

（2）溢洪道。

溢洪道由右坝肩山坡开挖而成，地基为砾岩。

溢洪道为无闸控制宽顶堰型，由控制段、泄槽段组成，无任何衬砌、护砌。

控制段长度58.70m，过流底面高程428.53429.16m，宽度5.905.10m，控制断面宽度5.29m，控制断面底部高程（即无护砌溢流堰顶部高程）428.93m；泄槽段长111.70m，纵坡1/8.37。

泄槽末端无消能设施，洪水直接向水库下游农田渲泄，出水口远离大坝。

（3）灌溉取水涵管。

灌溉取水管位于大坝左岸，进口分级式斜卧管采用预制钢筋混凝土方形管，卧管孔口尺寸0.50m0.50m，；卧管下为消力水箱，钢筋混凝土结构，净空尺寸长宽高=1.31.32.0m；取水管为承插式圆形预制混凝土管，直径为0.4m，设计输水流量0.35m3/s，纵坡1/100，全长117m。

1.3水库存在的主要问题水库存在的主要问题目前涧沟水库存在的主要问题有以下几个方面：

（1）河床中存在强风化透水岩层，没有清除，没有进行防渗灌浆，仅仅依赖1m厚的粘土齿墙防渗；大坝粘土心墙、截渗槽的渗透系数比较大，存在渗漏隐患。

（2）上、下游坝坡变形严重。

由于大坝施工时土石料填筑碾压不密实，经过20多年运用，大坝上、下游坝坡局部变形严重，多处出现严重凹陷、凸起现象变形、凹陷等问题；上游干砌块石护坡已严重松动、缺失、破损、风化，坝体受到严重淘蚀变形。

（3）反滤坝坝脚较乱，反滤坝部分失效，排水不畅。

（4）溢洪道无任何衬砌、护砌、护坦和边墙等防护措施，且无消能防冲设施和行洪道，开挖宽度也不够，属于未完建工程。

（5）取水管的进水建筑物（斜卧式分级进水管）进水孔口的混凝土盖板十分笨重，启闭不方便，水中手工启闭不安全，盖板不能密实封盖孔口，漏水严重；原取水涵管为直径0.4m的承插式圆形预制混凝土管，管身抗裂不满足要求，管径太小，无法检测渗漏等运行问题和进行维修管理。

（6）大坝没有任何观测设施。

（7）防汛道路标准低、路况差，交通工具缺乏，通讯设施不齐备。

1.4本次毕业设计的主要依据（略）本次毕业设计的主要依据（略）有关规范、文献、标准：

水工建筑物（第5版，陈德亮）、水力学（2009，赵昕，张晓元，赵明登，童汉毅）、河流水文学（2008.7雒文生）、防洪标准（GB50201-94）、水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）、水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）、水利工程水利计算规范（SL104-95）、湖北省暴雨径流查算图表、水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）、碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）、水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997）、水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）、溢洪道设计规范（SL253-2000）、水利水电工程进水口设计规范（SL253-2000）等设计规范和标准等。

第第2章章水文水文2.1流域概况流域概况涧沟水库位于竹山县溢水镇，距离竹山县城35km。

水库大坝拦截东川河一级支流涧沟来水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、生态等综合效益的小

（1）型水库。

水库坝址以上承雨面积3.1km2，主河道长4.88km，河道平均比降35.4。

流域海拔高程400640m，坝址以上河道两岸山势陡峻，山上森林茂密，山坡被开垦较少，水土流失不太严重；坝址以下山势较平坦，阳光充沛，气候温和，年平均气温15左右，无霜期246天，适宜水稻、小麦等农作物的生长，为全县重点产粮区之一。

2.2水文气象水文气象该流域属亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，多年平均降水量860mm，多年平均来水量140万m3。

流域内洪水主要由暴雨所形成，暴雨发生时间一般为710月，降雨量集中、强度大，洪水峰高量大、陡涨陡落。

多年平均最大风速为13m/s。

2.3设计洪水设计洪水2.3.1洪水标准洪水标准涧沟水库地处山区，原复核总库容为142万m3，是竹山县的重要水利工程之一。

根据防洪标准（GB50201-94）、水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）、水库大坝安全评价导则（SL258-2000）等文件，其工程等别为等。

因此拟定涧沟水库设计洪水标准为：

30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

本次洪水标准与安全评价阶段一致：

30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，消能防冲洪水为20年一遇。

2.3.2基本资料基本资料2.3.2.1流域特征参数1979年涧沟水库建库时采用流域承雨面积为3.1km2，主河道长4.88km，加权平均比降35.4。

安全评价阶段洪水复核对此作了审定，认为此成果准确可靠。

本次采用安全评价阶段对水库流域参数复核成果：

涧沟水库控制流域面积3.1km2，坝址以上主河道长4.88km，河道平均比降35.4。

2.3.2.2实测雨量资料由于涧沟水库流域内没有雨量站和水文站，无实测的洪水观测资料，本次采用图表中统计特征值作为涧沟水库设计洪水计算基础资料。

采用湖北省暴雨径流查算图表（以下简称图表）中瞬时单位线法推求设计洪水，进行水库洪水设计。

2.3.3由暴雨途径推求设计洪水由暴雨途径推求设计洪水2.3.3.1设计暴雨

（1）点、面设计暴雨查图表中的年最大1、6、24h暴雨均值等值线图和暴雨参数CV等值线图，得到相应历时的点雨量和CV值。

根据图表，本工程所在水文分区属第十一区。

由涧沟水库控制的流域面积查“湖北省暴雨面深系数表”，得设计暴雨点面换算系数。

水库集水面积小于100km2，故可直接采用图集中的暴雨面深系数计算设计面雨量，不需要作形状修正。

根据1、6、24h的面深系数可求得相应历时的设计面雨量。

涧沟水库1、6、24h相应频率的点、面设计暴雨成果见表。

其他历时的设计面雨量，通过1、6、24h设计面雨量间接推求，面递减指数以6h为转折点。

公式如下：

面递减指数：

（2.1）其中：

（2.2）设计面雨量：

（2.3）在图表中查的暴雨均值H和变差系数Cv。

即点雨量Hp点=H*Kp其中H为1.6.24h的暴雨均值，由Cv/Cs=3.5，查皮尔逊型曲线中对应频率下的Kp值。

相应的面雨量参数见下表。

表2.1涧沟水库设计暴雨成果表暴雨点雨量CVCV/CSKp历时均值（mm）P=0.33P=3.33P=51小时350.483.53.122.221.976小时560.523.53.632.332.0324小时790.523.53.632.332.03对应频率下设计点雨量（mm）1小时109.277.768.956小时203.28130.48113.6824小时286.77184.07160.37又由图表查得面深系数见下表.由公式Ht面=at*Hp点换算。

其面深系数无需做流域形状修改。

即得到如下各频率下的面雨量，成果见下表表2.2面雨量表时段面深系数对应频率下设计面雨量（mm）P=0.33P=3.33P=51小时1109.277.768.956小时1203.28130.48113.6824小时1286.77184.07160.37由公式（2.1）和公式（2.2）。

带入计算可算得参数B1，B2以及n1，n2。

其参数成果见下表2表2.3面雨量参数成果表参数P=0.33P=3.33P=510.5370.5950.60720.7090.7090.709n10.6530.7110.721n20.7520.7520.752

（2）雨型设计本次设计暴雨和设计雨型分别考虑6小时和24小时设计暴雨和雨型。

其中6小时设计暴雨不扣除初损只扣除稳损，采用图表中的6小时雨型（）作为设计雨型，推求设计雨量过程；24小时设计暴雨按初损后损法推求设计净雨，各时段设计毛雨量扣除初损、稳损为设计净雨过程，采用图表中24小时雨型作为设计雨型。

表2.4设计6小时雨型表（）时段123456789101112占1小时%3862占（H3-H1）%21.735.526.616.2占（H6-H3）%161718201514由公式（2.3）可算得各个频率下的H1，H3，H6.代入即可算得各个时段的雨量分布。

以P=0.33%为例，H1=109.20，H3=159.88，H6=241.47.即P=0.33%下的6h雨量过程如下：

表2.5设计6小时雨量过程时段123456789101112占1小时109.2041.5067.70占（H3-H1）50.6811.0017.9913.488.21占（H6-H3）38.196.947.387.8118.686.516.08同理可算得P=3.33%和P=5%下的6h雨量过程分布表2.6设计24小时雨型表时序时段时雨量雨型1234561（三）（4）（3）（5）（6）

（2）

（1）2

（二）（5）（6）（4）（3）

（1）

（2）3

（一）（5）（4）

（2）

（1）（3）（6）4（四）

（2）（3）（4）

（1）（5）（6）注：

（一）（四）为t=6h雨量的大小序号。

（1）（6）为t=1h雨量在各个6h内的大小序号。

由公式（2.3）可以算的各频率下的H1,H3.H6,H12,H24等。

代入24h雨型表即可算出雨量过程。

以P=0.33%为例，计算24h雨量过程分布。

计算过程如下：

表2.7设计24小时雨量过程H1H3-H1H6-H3H12-H6H24-H12时段109.250.6843.4138.245.2914.1224.3333.9343.7654.5764.8475.5285.1595.95106.47117.98127.111314.221416.781529.6916109.21720.981812.4193.46203.34213.22223.6233.11243.01（3）初损稳损计算初损：

I0=0.25Im=22.5mm；（2.4）稳损：

（2.5）稳损计算结果见表2.8。

表2.8稳损计算成果表单位：

mm稳损P=0.33P=3.33P=51.851.371.24（4）净雨过程推求根据表2.2的参数，计算得涧沟水库流域各频率的净雨过程见表2.6、表2.7。

6小时雨量分配过程（）按表2.3的暴雨雨型表排列。

24小时雨量分配过程（）按表2.4的暴雨雨型表排列。

6小时地面设计净雨不扣除初损，只扣除稳损。

其计算过程如下：

将各时段的毛流径深Ri减去稳损fc与t之积。

则Ii=Ri-fc*t。

其6h设计暴雨及设计净雨成果见下表：

表2.9涧沟水库6小时设计暴雨及设计净雨过程时段（t=0.5h）设计暴雨（mm）地面设计净雨（mm）P=0.33%P=3.3%P=5.0%P=0.33%P=3.3%P=5.0%16.943.803.206.023.122.5827.384.043.406.463.352.7837.814.273.606.893.592.9848.684.754.007.764.073.38511.006.305.3710.075.624.75617.9910.318.7817.079.628.16741.5029.5326.2040.5728.8425.58867.7048.1742.7566.7847.4942.13913.487.726.5812.567.045.96108.214.704.017.294.023.39116.513.563.005.592.882.38126.083.322.805.152.642.18合计203.28130.48113.68192.20122.27106.2324小时地面设计净雨要扣除初损，同时也扣除稳损。

其计算过程如下：

第一次暴雨积雨扣除初损。

初损：

I0=0.25Im=22.5mm。

再将各时段的毛流径深Ri减去稳损fc与t之积。

则Ii=Ri-fct。

其24h设计暴雨及设计净雨成果见下表：

表2.10涧沟水库24小时设计暴雨及设计净雨过程时段（t=1h）设计暴雨（mm）地面设计净雨（mm）P=0.33%P=3.3%P=5.0%P=0.33%P=3.3%P=5.0%14.122.642.300.000.000.0024.332.782.420.000.000.0033.932.522.200.000.000.0043.762.412.100.000.000.0054.572.932.560.000.000.0064.843.112.711.200.000.0075.523.543.093.670.000.0085.153.312.883.310.000.0095.953.823.334.112.450.00106.474.153.624.632.782.38117.985.124.466.143.753.22127.114.573.985.273.202.741314.227.736.5212.386.365.281416.789.257.8314.947.886.591529.6917.2314.7127.8515.8613.4716109.2077.7068.95107.3576.3367.711720.9811.8010.0219.1410.438.781812.406.765.6510.555.394.41193.462.221.941.620.850.70203.342.141.871.490.770.63213.222.071.801.370.700.56223.602.312.021.760.940.78233.112.001.741.260.630.50243.011.931.681.160.560.44合计286.77184.07160.37229.19138.90118.192.3.3.2瞬时单位线计算根据涧沟水库流域特征参数及所在水文分区第区，瞬时单位线参数采用下述公式计算：

（2.6），（2.7）式中流域面积（km2）；干流长