雷泽湖水库规模论证报告.docx
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雷泽湖水库规模论证报告
菏泽市雷泽湖水库工程规模
论 证 报 告
菏泽市水利勘测设计院
二○一四年一月
菏泽市雷泽湖水库工程规模
论 证 报 告
菏泽市水利勘测设计院
证书级别：
水利行业 乙级
证书编号：
A137014859
二○一四年一月
编制单位人员名单：
院长：
宋太魁
总工：
房殿京
项目负责人：
马朝晖
参加人员：
张磊高婷
张博盛楠
吴志博张垅
韩方方
目 录
附件：
1、鲁建设[2004]10号山东省建设厅《关于菏泽市雷泽湖水库工程初步设计的批复》；
2、菏泽市雷泽湖水库除险加固工程建设管理处《菏泽市雷泽湖水库除险加固后现场观测及成效分析》。
1工程概况
1.1工程位置
雷泽湖水库工程属于城市供水工程，总库容1290万m3，调节库容1165万m3，死库容125万m3，设计日供水量为15万m3/d。
水库位于菏泽市区西4.5km处，菏东公路以南，兖新铁路以北，东西以七里河两侧的村庄为界，水库基本以废弃的七里河南支故道为中心，利用原老河道，结合现有地形布置。
沉沙池于菏刘公路以北、屈庄以南、石人刘村以东、抗旱沟以西的区域，距离水库15km。
1.2工程总体布置
雷泽湖水库工程位于菏泽市城区的西部，包括沉沙工程、输水工程及调蓄工程。
水库自黄河右岸的刘庄引黄闸引黄河水，自流至沉沙池，沉沙后由入库泵站提水经输水管道送至雷泽湖水库调蓄，然后由出库泵站加压经输水管道至净水厂。
水库枢纽工程包括围坝、截渗沟、入库涵洞、出库泵站、水库周边控制性建筑物等附属工程。
1.3工程建设情况
雷泽湖水库（原名丁坑水库）原为农业灌溉水库，位于菏泽市城西废弃的七里河处，水库设计总库容980万m3，死库容125万m3，坝轴线长6313m，库底高程47m，最高蓄水位55.5m。
水库于1993年建设，1995年建成投产，农田灌溉面积4.5万亩，为促进水库周边农业生产发挥了重要作用。
后为解决菏泽市区地下水资源不足、城市供需水矛盾日益突出的问题，通过专家论证，菏泽市委、市政府决定对原丁坑水库进行改造，作为城市供水水源地。
1998年10月山东省计委鲁计投资字[1998]1213号文同意丁坑水库兼顾农业灌溉和城市供水功能。
2004年6月山东省发改委鲁计投资[2004]571号文对该工程可研报告予以批复、山东省建设厅鲁建设审[2004]10号文对该工程初步设计予以批复。
同意引用黄河水，建设雷泽湖水库作为城市供水的水源地。
项目建设规模为日供水能力15万吨，水库库容为1290万m3。
雷泽湖水库于2007年9月完成改造，目前每年供水2870.8万m3。
由于该工程主要是为菏泽市供水，距离菏泽市仅4.5km，且水库座落在活动断裂带上，工程位置比较重要，依据标准确定本工程为大（Ⅱ）型工程，工程等别为Ⅱ等。
水库蓄水对缓解菏泽市区水资源紧张的局面，发挥了重大作用，但由于水库前身由城建部门管理，水库在初建和改建过程中，对坝基渗漏与安全问题认识程度不够，水库坝基渗漏严重，只能一直限制蓄水，水库最高调蓄水位控制在55.0m，水库库容893万m3，不能按设计正常运行，严重了水库功能的发挥。
2009年1月菏泽市水利局以菏水函[2009]6号下发了《关于明确雷泽湖水库管理级别的函》，根据当时水库的的实际蓄水情况，明确雷泽湖水库规模为小⑴型，并据此进行了水库注册登记工作。
为解决水库运行中出现的渗漏问题，2010年7月菏泽市引黄供水中心委托山东省水利勘测设计院进行了菏泽市雷泽湖水库除险加固工程的初步设计。
2010年10山东省水利厅、山东省财政厅以鲁水管字[2010]53号文对菏泽市雷泽湖水库除险加固工程初步设计予以批复。
雷泽湖水库除险加固工程于2011年1月开工，2011年9月28日竣工。
据2011年12月菏泽雷泽湖水库除险加固工程建设管理处的工程建设工作情况报告，工程竣工投入使用后，据初期运行观测，工程实施前水库水位达到黄海54.00m时，防渗段截渗沟外侧地下位为50.80m；工程实施后，当水库水位达到黄海57.60m时，防渗段截渗沟外侧地下位50.50m，水库防渗状况明显改善，可达到设计的蓄水要求。
由此可见，在除险加固后，水库运行正常，在正常蓄水位为57.60m时，总库容为1290万m3，雷泽湖水库蓄水运行可满足设计要求。
因此为方便雷泽湖水库的下步运行管理，让其更好的发挥工程效益，其工程规模应恢复其原设计标准，为大（Ⅱ）型水库，工程等别为Ⅱ等。
2工程初步设计情况
2.1初设编制批复情况
菏泽市雷泽湖水库工程初步设计由山东省水利勘测设计院于2004年1月编制完成，山东省建设厅鲁建设审[2004]10号文对该工程初步设计予以批复。
2.2工程等别
雷泽湖水库属于城市供水工程，距离菏泽市仅4.0km，且水库坐落在活动断裂带上，工程位置比较重要。
山东省水利勘测设计院编制雷泽湖水库初步设计时根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000及《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL/T5180-2003，确定本工程为大（Ⅱ）型工程，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，包括围坝、放水洞、入库泵站、出库泵站及入库涵洞，其它建筑物级别为3级，临时建筑物为4级。
2.3地质情况
2.3.1地震动参数
1、根据《中国地震动参数区划图》GB18306－2001，确定雷泽湖供水工程地震动峰值加速度0.15g，地震动特征周期为0.35s。
2、根据山东省地震工程研究院2001年10月编制的《菏泽市引黄供水中心雷泽湖水库工程场地地震安全性评价工作报告》，雷泽湖水库供水工程场区地震动峰值加速度为0.1596g，地震动特征周期为0.60s。
依据山东省地震工程研究院提供的《菏泽市引黄供水中心雷泽湖水库工程场地地震安全性评价工作报告》（鲁震安[2001]26号文），工程场区位于菏泽隆起和东濮凹陷的接合部，聊考断裂南段即第四纪活动段附近，通过工程场区附近的成武-东明断裂和小宋～解元集断裂在第四纪时期有过不同程度的活动，具有发生强震的活动构造和深部条件构造，小宋～解元集断裂已错断中更新世地层。
这两条断裂均属第四纪早期活动断裂，没有发生近地表的破裂，可以进行水库建设。
15m以上的土层剪切波速平均值均大于140m/s而小于250/sm，场地土的类型为中软场地土，场地类别为Ⅲ类，地震烈度Ⅶ度条件下地基土具有液化可能性。
2.3.2调蓄水库围坝
1、坝基下伏土层有7层，除①层壤土、①-1层裂隙粘土、②-2层及②-3层软粘土属软弱粘性土外，其余各层工程地质条件一般或较好；围坝表层分布的①层壤土、①-1层裂隙粘土，具高压缩性、力学强度较低、易产生渗透破坏，具液化可能性，工程地质条件差，对坝基稳定不利，应清除。
②层砂壤土结构松散，具高压缩性、中等透水性、力学强度较低、易产生渗透破坏，具液化可能性，是主要的持力层，坝基的沉降变形也主要来源于该层，工程地质条件差，应进行工程处理。
②-3层软粘土分布广泛，层位较为稳定，具高压缩性、力学强度较低，分布范围广，工程地质条件差，不利于抗滑坝基稳定，应进行工程处理。
2、①～⑦层土具中等～强透水性，水力联系密切，没有稳定、统一、连续的相对隔水层。
建议采取有效的防渗截渗措施。
3、一年按365天计，在估算深度（无限深透水坝基）为30m时，围坝年渗漏量为2339万m3，占设计年供水量的（5475万m3）的42.7%，渗漏严重，应采取有效的防渗截渗措施。
4、水库蓄水后，桩号1+800～2+300段因坝后现有较深的抗旱沟，坝后的农田及村庄不会受到浸没危害；其他坝段坝后将会产生较大范围的浸没危害，应采取截渗措施，尤其桩号2+700～3+215坝段、4+050～5+150坝段、5+900～6+200坝段地势低洼，坝后浸没会更严重，会产生淹没危害。
水库的建设会打破原有的排灌系统，应加以恢复。
总之，库址区位于雷泽湖洼地，属地下水汇集处，水库建成蓄水后，应重视对坝后浸没、盐渍化等次生灾害的防治处理。
5、坝基渗透变形
坝基表层土一般有两种土：
砂壤土和壤土。
砂壤土、壤土的渗透变形一般表现为流土破坏形式。
建议砂壤土的允许比降采用0.20、壤土采用0.22。
坝基表层的冲积堆积层中多有层理结构，既上层为①层或①-1层裂隙粘土、下层为②层砂壤土，可能会产生接触流失破坏。
6、水库围坝需要筑坝土料240万m3，勘察期间，库区地下水埋深不大于0.3m,计算储量均属水下取土。
适宜筑坝的土料仅34.22万m3。
工程施工若采用砂壤土作为均质坝土料，应采取工程处理措施并进行现场碾压试验，并根据现场碾压试验所得数据进行设计复核。
若采用粉砂作为筑坝材料，须做专项研究。
勘察筑坝土料储量不满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）初步设计阶段不少于设计需要量的两倍要求，应另辟料场并进行料场勘察，并在技施阶段作专题勘察。
7、小宋～解元集断裂穿越围坝设计桩号为2+210、3+390，建议该桩号两侧筑坝土料选用壤土。
2.3.3水库附属建筑物
1、出库泵站
出库泵站底板置于②砂壤土中上部，该层砂壤土为新近堆积层，结构松散,力学强度低，工程地质条件差，不能作为建筑物天然地基。
建议采用钻孔灌注桩，桩端可置于32.0m高程以下，钻孔灌注桩的有关参数见表5-6-3。
2、入库涵洞
入库涵洞底板开挖高程约为47.5m，位于②层砂壤土中，该层结构松散，厚度大，力学强度低，因此不宜用作建筑物天然地基；考虑建筑物荷载较小，可以采用预压法处理地基，待地基沉降稳定后再进行建筑物施工。
若采用钻孔灌注桩基础，桩端可置于32.0m高程以下，钻孔灌注桩的有关参数见表5-6-3。
2.3.4沉沙池
1、沉沙池围堤荷载较小，地基土承载力可以满足要求。
开挖过程中在水位以下的②层砂壤土易产生流土现象，施工时应引起注意。
2、沉沙池运营时，勘探桩号0+697～1+991堤后的农田存在浸没危害，应采取相应的工程措施。
3、沉沙条渠筑堤土料局部为砂壤土，该类土抗冲蚀能力、抗渗稳定性均较差，设计宜应根据工程运用的实际情况对渠堤适当进行衬护处理。
建议①层壤土出口无保护条件下允许比降采用0.22，②层砂壤土的出口无保护条件下允许比降采用0.20。
4、筑堤土料壤土、粘土土料储量（平行断面法）总计为41.7万m3，设计需要量约为25万m3，勘察储量基本满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）初步设计阶段不少于设计需要量的两倍要求。
2.3.5沉沙池附属建筑物
1、入库泵站
入库泵站主厂房底板置于置于②-1层壤土或②层砂壤土中，该层土力学强度低，工程地质条件差，不能用作基础持力层。
建议采用钻孔灌注桩基础，桩端可置于31.0m高程以下，钻孔灌注桩的有关参数见表5-6-3。
2、抗旱沟节制闸
抗旱沟节制闸底板位于②层砂壤土中，该层厚度大而稳定，但力学强度较低，工程地质条件差，不宜作为建筑物天然地基。
若采用桩基，可采用钻孔灌注桩，桩端宜置于高程36.0m以下。
闸底板与②层砂壤土的摩擦系数f值建议采用0.25。
3、引水闸、排水闸
引（排）水闸底板置于②层砂壤土中，②层为新近堆积层，结构松散,力学强度低，抗冲刷能力差，工程地质条件差，不宜用作为建筑物天然地基。
考虑建筑物荷载较小，可以采用预压法处理地基，待地基沉降稳定后再进行建筑物施工。
闸底板与②层砂壤土的摩擦系数f值建议采用0.25。
2.3.6输水管线
输水管线开挖深度一般为3.5m，沟底位于②层砂壤土、②-2层粘土中，地基承载力均能满足设计要求，但为新近堆积的欠固结土，设计应注意跨越不同土层、以及同一土层厚度差别较大段，防止出现不均匀沉降。
由于地下水位埋深较小，须进行施工排水；建议开挖临时边坡值为1:
2.0～1:
2.5。
2.4设计标准
1、城市供水保证率为95%。
2、水流出沉沙池含沙量小于2kg/m3.
2.5设计指标
主要建筑物的特征水位和流量
1、沉沙池进口引水闸
闸上设计水位为54.5m，闸下水位为54.4m，设计流量为8.5m3/s。
2、沉沙条渠
设计流量为8.50m3/s，设计水位为54.1m～54.5m。
3、沉沙池出水闸
闸上游设计水位54.1m，闸下游设计水位为53.80m，设计流量为8.0m3/s。
4、沉沙池排水闸
闸上游设计水位54.1m闸下游设计水位为54.0m，设计流量为4.0m3/s。
5、抗旱沟节制闸
闸上游设计水位54.5m，闸下游设计水位为54.40m，设计流量为25.0m3/s。
6、输水管道
设计流量为8.0m3/s。
7、调蓄水库
满足日供水15万t的要求，库底高程为47.0m，设计水位为57.60m。
8、入库泵站
前池设计水位为54.1m，设计流量为8.0m3/s。
9、出库泵站
前池设计水位57.60m，平均水位为52.26m，日供水15万t/d。
2.6水库调节计算
2.5.1库容曲线
根据水库库区地形及边界形状，求出水库水位～水面面积～水库库容关系曲线（见图2-1），水库水位、面积、库容指标见表2-5-1。
表2-5-1雷泽湖水库水位～面积～库容关系曲线
水位
（m）
47.0
47.5
48.0
49.0
50.0
50.8
50.8
51.0
52.0
53.0
54.0
55.0
56.0
57.0
57.6
面积
（104m2）
87.2
87.9
88.5
89.9
91.2
92.5
144.6
144.9
146.8
148.6
150.5
152.3
154.2
157.3
158.4
库容
（104m3）
0
31
63
140
218
280
280
306
450
595
743
893
1045
1200
1290
2.5.2死库容的确定
引进的黄河水经过沉沙池沉沙后，仍有少量的细粒泥沙进入水库，为满足电厂供水水质要求，为尽量不影响供水，水库需预留一定的库容，接纳这都分的细沙，以保证水库有效的调节库容，水库连续运行保证30年不清淤。
另外，当水库低水位运行时，为防止微生物繁殖，影响水库水质，应保证水库水深不小于1.0m，拟定水库死库容为125万m3，相应死水位48.80m。
2.5.3用水过程
根据需水预测，到2010年需为城市增加引黄供水量14.61万m3/d，考虑净水厂、出库泵站自用水量及输水管道损失，其损失量按需供水量的3.0%计算，则水库日均出库水量为15.0万m3,年供水量5475万m3，供水保证率为95%。
2.5.4蒸发损失
因水库库址处没有测站，故采用附近测站的蒸发、降雨资料。
选取相应黄河可引水保证率95%的2001年作为典型年，采用该年的蒸发量、降雨量、径流深及年内各月分配，计算水库水面蒸发损失，典型年各月扣除降雨后的蒸发增损见表6-1-2。
表2-5-2 典型年各月蒸发增损成果表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
蒸发深（mm）
15.7
19.2
42.5
55.3
78.2
88.6
81.5
69.3
57.2
47.0
17.0
12.7
584.2
2.5.5渗漏损失
根据水库库址处的地质条件，参照类似工程的实际渗漏量，考虑采取防渗、截渗工程措施产生的效果，雷泽湖水库月渗漏量按月蓄水量的2%计。
2.5.6水库调节计算
根据黄河保证率95%的典型年充库过程及菏泽市用水量、水库蒸渗损失水量，按完全年调节的方法，进行水量平衡计算，成果见表2-5-3。
由调节计算可知，由于可引水过程年内分配不均匀，在充库流量5m3/s，充库天数133d时，即能满足工程用水要求，相应水库总库容1290万m3，其中调节库容1165万m3，死库容125万m3。
表2-5-3雷泽湖水库调节计算成果表
月份
可引水天数
（天）
充库天数
（天）
充库流量
（m3/s）
充库水量
（万m3）
用水量
（万m3）
损失水量（万m3）
月末库容
（万m3）
用末水位
（米）
蒸发
渗漏
合计
9
23
14
5
620
450
5
3
8
162
49.28
10
12
11
5
475
465
4
3
7
165
49.32
11
10
10
5
432
450
2
3
5
142
49.03
12
31
11
5
475
465
1
3
4
148
49.10
1
28
11
5
475
465
1
3
4
154
49.18
2
14
10
5
432
420
2
3
5
161
49.27
3
31
11
5
475
465
4
3
7
164
49.31
4
30
22
5
950
450
12
19
31
633
53.32
5
27
27
5
1166
465
14
30
44
1290
57.60
6
2
2
5
86
450
10
12
22
903
55.11
7
0
0
5
0
465
9
5
14
425
51.83
8
6
4
5
173
465
6
2
8
125
48.81
合计
214
133
5751
5475
70
89
2.7规模论证
根据水库调节计算，雷泽湖水库的死库容为125万m3，相应死水位48.80m，调节库容1165万m3，相应水位57.60m。
根据可引水天数分析结果，保证率95%的可引水天数为214d，由于可引水天数在典型年内分配不均匀，实际充库天数为133d。
由于是采用1997年的典型年，小浪底水库运用后，高村站来水应趋于均匀，水库充库保证程度应有所提高，水库近期充库水量是有保证的。
基于前述选取高村站最小流量为200m3/s的原因，水库的远期运用应做好用水预测工作，在用水规模达到日供水15万t/d后，应根据实际情况扩大工程的输水规模，确保满足供水目标用水需求。
2.8设计批复情况
2004年6月山东省发改委鲁计投资[2004]571号文对该工程可研报告予以批复、山东省建设厅鲁建设审[2004]10号文对该工程初步设计予以批复。
同意引用黄河水，建设雷泽湖水库作为城市供水的水源地。
建设内容包括：
沉沙池工程，建设沉沙渠及进水闸、排水闸、抗旱沟节制闸；输水工程，建设送水泵站1座，输水管道15km；水库工程，建设围坝、入库涵洞、出库泵站及放水洞。
项目建设规模为日供水能力15万吨，水库库容为1290万m3。
雷泽湖水库于2007年9月完成改造，目前每年供水2870.8万m3。
3工程运行情况
3.1水库建设情况
雷泽湖水库于2007年9月建成。
水库枢纽工程包括围坝、截渗沟、入库涵洞、出库泵站、水库周边控制性建筑物等附属工程。
水库围坝坝型为非土质材料防渗体的复合土工膜防渗体坝。
坝顶高程59.40m，防浪墙顶高程60.20~60.55m，坝顶宽度8.0m，上下游边坡1:
3.0，上游坝坡在50.80m高程设平台，宽90m，下游边坡在50.80m高程设平台，宽30m，库底高程47.0m。
大坝上游采用复合土工膜防渗，其上设厚0.25m干砌方块石，其下设碎石和中粗砂垫层；封堵库内水井；库底全断面铺设复合土工膜，其上覆土0.5m（在建设施工过程中，由于工期及资金方面的原因，只在库底靠近坝脚120m范围内铺设土工膜水平防渗）；在围坝堤外脚设置截渗沟，截渗沟底宽2.0m，边坡1:
2.5，底高程为47.6~48.0m。
水库建设中及建成后出现以下险情：
2007年桩号0+600处，截渗沟外侧田间井出现溢水现象，2008年水库降至50.8m后发现0+800~3+800段库内部分施工降水井封堵不彻底，水库管理单位进行了进一步检查发现，库区共有78眼水井存在类似问题，水井封堵未完全达到设计要求。
3.2工程运行主要问题
水库运行后，在水位超过55.5m高程后，水库西北侧吴楼村南附近，（围坝设计桩号0+000~1+300范围），局部农田地下水位上升较快，出现返碱现象，造成农作物减产，当地群众意见很大，为此，水库最高运行水位一直控制在55.5m以下，不能充分发挥经济和社会效益。
根据菏泽市引黄供水中心提供的2007年10月和2010年7月的测压管观测资料，0+200和l+200断面4#测压管水位分别为50.79m、50.88m，基本平地面50.80m，截渗沟水位低于地面1.0m左右，说明该处基本形成稳定渗流，而平台下游减压井内水位为50.8~50.87m，略高于4#测压管水位，截渗沟外侧田间井内水位低于地面0.3m左右，说明减压井和田间井均为承压水，同时根据菏泽市引黄供水中心工作人员说明的施工过程、蓄水情况及运行中发现的渗漏问题，结合该段工程地质情况，综合分析认为，由于库区施工期降水井未完全按设计要求进行封堵及库底土工膜未全断面铺设等原因，水库和下游农田通过⑤层中细砂形成坝基下的深层渗漏通道，造成坝后农田浸没。
4工程除险加固情况
2010年10月山东省水利勘测设计院接受菏泽市引黄供水中心的委托承接了菏泽市雷泽湖水库除险加固工程设计。
4.1问题原因分析
山东省水利勘测设计院在《菏泽市雷泽湖水库除险加固工程初步设计报告》中对工程出现的问题进行了分析：
根据菏泽市引黄供水中心提供的2007年10月和2010年7月的测压管观测资料，0+200和l+200断面4#测压管水位分别为50.79m、50.88m，基本平地面50.80m，截渗沟水位低于地面1.0m左右，说明该处基本形成稳定渗流，而平台下游减压井内水位为50.8~50.87m，略高于4#测压管水位，截渗沟外侧田间井内水位低于地面0.3m左右，说明减压井和田间井均为承压水，同时根据菏泽市引黄供水中心工作人员说明的施工过程、蓄水情况及运行中发现的渗漏问题，结合该段工程地质情况，综合分析认为，由于库区施工期降水井未完全按设计要求进行封堵及库底土工膜未全断面铺设等原因，水库和下游农田通过⑤层中细砂形成坝基下的深层渗漏通道，造成坝后农田浸没。
4.2设计方案
由问题原因分析可知，库区水井和⑤层中细砂是水库主要渗漏通道，工程的主要任务是对坝基进行深层截渗。
首先对库区施工期降水井及水井进行封堵，采用水下浇筑C15膨胀砼的封堵措施；同时，对⑤层中细砂采取相应工程措施，根据相关工程处理经验，拟采取以下几种方案进行比选：
1、垂直截渗方案
垂直截渗主要有塑性砼防渗墙、高喷板墙、水泥土搅拌桩、垂直铺塑等方案。
（1）该渗漏段中细砂顶高程34.3~38.3m，底高程24.0~27.2m，砂层厚度7.1~14.8m，围坝上游平台高程为50.8m左右，截渗深度为23.6~26.8m，水泥土搅拌桩和垂直铺塑方案明显不合适；
（2）高喷板墙具有以下优点：
施工简便、设备简单、占地较少，临时工程费低，施工振动小、噪音低，处理细砂、粉细砂的效果较好。
但一般高压喷射高压区的有效半径不大于0.5m，0.5m以外为高喷扩散区，两区域材料差异巨大，有时因为孔距较大防渗处理效果不太理想，但可通过减小孔距、合理选择高喷方式等措施解决。
（3）塑性砼防渗墙方案具有以下一些优点：
施工时振动小，噪音低；防渗性能好；适用于多种地基条
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