前进水库除险加固设计说明书 精品.docx
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前言
前进水库位于桦甸市八道河子镇二道屯东北500m处，坝址地理坐标：
东经126°33′45″，北纬43°10′10″；水库坐落于金沙河支流上，是一座以灌溉为主，结合防洪、养鱼等综合利用的小
（2）型水库。
水库于1981年竣工，水库的设计防洪标准为10年一遇洪水，校核洪水标准为50年一遇，总库容20.42万m3。
水库枢纽工程由土坝、溢洪道、泄洪灌溉洞三部分组成，大坝为均质坝。
该水库自1981年以来，由于维护资金短缺，2004年仅对溢洪道进行了除险加固，整个大坝及附属建筑物（泄洪灌溉洞等）存在多处严重的安全隐患，近年来多次发生险情，每次都是发现及时，再加上村民的奋力抢险，才勉强度汛，现大坝不能正常运行，是一座病险水库。
土坝为均质坝，坝长203m，坝顶宽4.0m，最大坝高13.6m，原设计坝顶高程为299.94m，现有坝顶高程为299.77m～300.0m,上游坝坡为1：
2.5，下游坝坡为1：
2.25；上游坡面为干砌块石护坡，下游为植物护坡。
溢洪道设在右岸，为开敞式，堰顶高程297.94米，堰顶宽度5米。
泄洪灌溉洞承担着灌溉与泄洪作用，洞身断面为1.0×0.8m方洞，洞底高程为289.5m，泄洪灌溉洞位于桩号0+013m处，与坝轴线成86°角。
由进口段、洞身段、竖井段、出口段及消力池段组成。
前进水库是吉林省病险水库之一，该水库自1981年以来，由于维护资金短缺，2004年仅对溢洪道进行了除险加固，整个大坝及附属建筑物（泄洪灌溉洞等）存在多处严重的安全隐患，近年来多次发生险情，每次都是发现及时，再加上村民的奋力抢险，才勉强度汛。
水库除险加固后，将从根本上解决水库现存的病险问题，切实保障水库所在地人民群众的生命财产安全，提高对下游灌区的供水能力，为加快该地区的经济发展起到重要作用。
基于以上情况，开展前进水库除险加固工程是势在必行的。
设计者：
赵哲鹏
2013年6月
第一部分
设计说明书
1水文
1.1流域概况
前进水库位于吉林省桦甸市二道沟村境内，第二松花江水系辉发河左岸一级支流金沙河的支流上。
流域属于半山区河流，植被覆盖良好。
坝轴线基本呈西北～东南走向，是一座以防洪、灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小
（2）型水库。
该水库控制流域面积2.9km2，河道长度3.42km，河道平均坡度47‰。
辉发河发源于清源县龙岗山脉中段的滚马岭，于桦甸县头道沟汇入松花江。
流域形状呈扇形，河长240km，河道平均坡降0.53‰，流域内地形变化很大，上游为山区，中下游为丘陵及火山、岩溶、台地。
土壤分布：
坡地为粘土，平地为壤土，河谷两岸多为农田。
工程所在金沙河为辉发河左岸一级主要支流。
发源于哈达岭山脉桦甸县境内黑风顶子山西北侧，出源后由北向南流，在桦甸县八道河子镇兴隆山村转向东南流直奔河口。
河长70.3km，流域面积1209km2，河道平均坡度2.0‰。
金沙河上游为低山区，坡度较陡，植被较好，中下游为丘陵区，植被较差，两岸生长灌木杂草，沿河有冲积平原，其中50％左右被开成水田。
水库坝址以上主要是山地，次生森林茂密，杂草丛生。
1.2气象
本地区属于大陆季风气候区，春季干燥风大，夏季湿热多雨，秋季晴暖，冬季漫长寒冷，四季温差较大。
本次设计以桦甸站作为参证站进行气象资料统计：
桦甸气象站多年平均降水量为754.6mm，降水量年内分布不均匀，主要集中在6～9月份，占年降水量的71.2％，多年平均蒸发量为658.6mm（E601），多年平均气温4.1℃，极端最高气温36.3℃，极端最低气温-45℃，多年平均风速为2.2m/s，最大风速为20m/s，多年平均日照时数为2343h。
各项气象要素统计详见表表1-2-1～表1-2-3：
表1-2-1桦甸气象站气象资料统计表
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
多年平均降水（mm）
8.9
9.7
17.2
42.6
65.8
111.9
191.8
160.2
73.4
39.4
22.3
11.3
754.6
多年平均蒸发（mm）φ（20cm）
12.0
22.1
60.6
136.7
211.8
177.9
159.6
140.2
112.1
81.5
33.7
14.6
1162.9
K
0.50
0.50
0.50
0.53
0.55
0.56
0.60
0.61
0.61
0.60
0.50
0.50
多年平均蒸发（mm）E601
6.0
11.1
30.3
72.5
116.5
99.6
95.8
85.5
68.4
48.9
16.9
7.3
658.6
分配比（%）
0.9
1.7
4.6
11.0
17.7
15.1
14.5
13.0
10.4
7.4
2.6
1.1
100
多年平均日照（h）
160.4
181.4
219.1
217.5
244.9
227.4
201.4
197.4
206.4
196.5
154.1
136.5
2343
平均风速（m/s）
1.8
2.0
2.6
3.0
2.9
2.2
1.8
1.7
1.7
2.1
2.3
1.9
2.2
最大风速（m/s）
14
18
18.0
20.0
18.0
17.7
18
15.7
14.7
16
18
16.3
20
风向
w
WSW
WSW
≥3个
WSW
NE
SW
WSW
WSW
WSW
WSW
WSW
≥3个
平均气温（℃）
-18.7
-14.3
-3.5
6.6
14.3
19.1
22.3
21.1
14.1
6.1
-4.1
-14.0
4.1
极端最高气温（℃）
4.9
9.2
18.8
28.5
33.6
34.9
36.3
34.1
31.2
29
19.5
9.6
36.3
极端最低气温（℃）
-45
-40
-34.2
-17.4
-5.3
3.7
11.9
4.6
-3.4
-13.1
-29.2
-40.5
-45.0
表1-2-2桦甸站历年各月最大冻土深度及地中10、30cm处冻结、解冻日期单位：
cm
年份
月份
全 年
项 目
冻结日期
解冻日期
10
11
12
1
2
3
4
5
10cm
30cm
10cm
30cm
极值
9
67
133
171
190
197
197
189
197
平均
22/11
5/12
29/3
8/4
日期
22
30
31
31
27,28
19天
4天
1，2
23天/3,4
最早
5/11
22/11
15/3
19/3
年份
1980
1967
67,75
1975
63,69
1969
1969
1969
1969
最晚
6/12
31/12
10/4
20/4
表1-2-3桦甸站历年各月无霜日数及初、终期单位：
d
年份
月份
全 年
初 日
终 日
初终间日数
9
10
11
12
1
2
3
4
5
平均
2.8
19.3
25
28.3
28.2
25.0
24.3
15.7
3.5
175.2
25/9
14/5
232.8
最多（早）
8
26
28
30
31
27
29
21
9
188
10/9
27/4
255
最少（晚）
0
11
21
24
22
22
20
10
0
160
11/10
31/5
214
1.3水文基本资料
前进水库始建至今没有水文观测资料。
相邻流域水文站主要有辉发河流域的民立水文站、漂河流域的横道子水文站等。
1.4径流
本次设计采用《吉林省水资源》（吉林科学技术出版社2008.1）中“吉林省1956~2000年平均年径流深等值线图”的查算结果，得工程所在地平均年径流深为300mm，Cv=0.48，Cs=2Cv。
多年平均径流量为87万m3，五年一遇径流量118.8万m3。
选择辉发河流域金沙河上的民立水文站为典型站，1964年为典型年，对径流进行年内分配。
表1-4-1前进水库P=20%径流量年内分配表单位：
104m3
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
合计
民立站
分配比
0.38
0.2
0.93
10.3
4.26
3
11
56.4
9.42
2.1
1.51
0.5
100
（%）
前进水库
0.45
0.24
1.10
12.24
5.06
3.56
13.07
67.00
11.19
2.49
1.79
0.59
118.80
1.5洪水资料
1.5.1暴雨成因
该流域属于大陆季风气候区，是台风和华北气旋路经之地，暴雨发生频繁，造成该流域暴雨成因主要是气旋、冷涡和台风等天气系统影响，暴雨多集中在7~8月份，降雨强度大，雨量集中。
1.5.2洪水特性
本流域属于半山区性河流，河流一年两汛，即春汛和夏汛。
春汛又称桃花水，发生在3~5月，汛水来源于冰雪融化，造成洪灾的主要是夏汛，洪水多由暴雨形成，大洪水主要发生在7、8月份。
本流域河道比降较陡，流域汇流快，洪水历程短，洪水过程多为单峰，一次洪水历时一般为1~3天左右，基本是陡涨陡落。
1.6洪水过程线
洪水过程线采用阿列克谢也夫法过程线。
表1-6-1前进水库设计洪水过程线表
P=0.5%
P=5%
t
q
t
q
t
q
t
q
0.4
0.17
4.6
20.01
0.4
0.01
4.6
15.69
0.5
0.90
4.7
18.84
0.5
0.07
4.7
15.07
0.6
2.67
4.8
17.72
0.6
0.29
4.8
14.47
0.7
5.69
4.9
16.67
0.7
0.78
4.9
13.88
0.8
9.85
5
15.66
0.8
1.61
5
13.31
0.9
14.83
5.1
14.71
0.9
2.80
5.1
12.75
1
20.27
5.2
13.81
1
4.31
5.2
12.20
1.1
25.81
5.3
12.96
1.1
6.07
5.3
11.67
1.2
31.17
5.4
12.15
1.2
8.00
5.4
11.16
1.3
36.14
5.5
11.39
1.3
10.00
5.5
10.66
1.4
39.1
5.6
10.67
1.4
12.00
5.6
10.18
1.5
45.4
5.7
10.00
1.5
13.95
5.7
9.72
1.6
49.6
5.8
9.36
1.6
15.80
5.8
9.27
1.7
52.2
5.9
8.76
1.7
17.50
5.9
8.84
1.8
54.5
6
8.20
1.8
19.04
6
8.43
1.9
54.8
6.1
7.67
1.9
20.40
6.1
8.03
2
54.6
6.2
7.17
2
21.58
6.2
7.65
2.1
54.1
6.3
6.70
2.1
22.57
6.3
7.28
2.2
53.4
6.4
6.26
2.2
23.39
6.4
6.93
2.3
52.5
6.5
5.85
2.3
24.03
6.5
6.60
2.4
51.4
6.6
5.46
2.4
24.51
6.6
6.28
2.5
49.2
6.7
5.10
2.5
24.84
6.7
5.97
2.6
47.9
6.8
4.76
2.6
25.03
6.8
5.67
2.7
46.7
6.9
4.45
2.7
25.10
6.9
5.39
2.8
44.1
7
4.15
2.8
25.05
7
5.12
2.9
43.3
7.1
3.87
2.9
24.91
7.1
4.86
3
42.4
7.2
3.61
3
24.67
7.2
4.62
3.1
42.1
7.3
3.37
3.1
24.36
7.3
4.38
3.2
40.4
7.4
3.14
3.2
23.98
7.4
4.16
3.3
40.05
7.5
2.93
3.3
23.54
7.5
3.95
3.4
38.27
7.6
2.73
3.4
23.05
7.6
3.75
3.5
36.52
7.7
2.54
3.5
22.52
7.7
3.55
3.6
34.78
7.8
2.37
3.6
21.96
7.8
3.37
3.7
33.08
7.9
2.21
3.7
21.37
7.9
3.20
3.8
31.42
8
2.06
3.8
20.76
8
3.03
3.9
29.80
3.9
20.14
8.1
2.87
4
28.24
4
19.51
8.2
2.72
4.1
26.72
4.1
18.87
4.2
25.26
4.2
18.22
4.3
23.86
4.3
17.58
4.4
22.52
4.4
16.94
4.5
21.23
4.5
16.31
1.7分期设计洪水
1.7.1时段的划分
由于前进水库没有分期洪水资料，本次设计借用辉发河流域左岸富太河上的柳杨水库分期洪水成果。
根据设计参证站柳杨水库历年各月最大洪水资料，点绘洪水年内分布图，描绘平顺外包线，根据来水趋势以及施工组织设计要求划分出春汛、秋汛。
春汛分期：
4月1日～5月31日，秋汛分期：
9月1日～10月31日。
分期洪水在施工中使用时可跨期使用，一般可以跨5天左右，最多不能超过10天。
1.7.2计算方法
根据分期洪水的划分时段，对柳杨水库春汛、秋汛两个时段进行洪水特征值统计，采用不跨期极值选样的原则进行峰量统计，按连序系列进行频率分析，理论频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线目估适线，统计参数按矩法公式计算。
1.7.3前进水库分期洪水计算
根据柳杨水库站的计算统计参数，用柳杨水库同频率下的分期洪水占主汛洪水的比例来推求前进水库的分期洪水。
成果见下表：
表1-7-1前进水库分期洪水成果表
项目
P（%）
主汛
春汛
秋汛
柳杨水库
Q（m3/s）
10
104
9.9
7.8
20
53
5.6
4.6
W1（104m3）
10
505
76
44
20
270
39.8
27.4
前进水库
Q（m3/s）
10
18.1
1.72
1.36
20
12.1
1.28
1.05
W1（104m3）
10
28.1
4.23
2.45
20
19.1
2.82
1.94
根据施工组织要求，计算P=20%时9、10、11月份的径流量为15.5万m3。
1.8坝下游水位流量关系
因本次设计没有实测的坝下水位流量关系，泄洪灌溉洞下游处水位流量关系采用曼宁公式推算，河道纵坡为0.01，糙率n=0.03。
公式：
式中：
C—谢才系数，
；
A－过水断面面积；
R—水力半径，R=A/X；
X—湿周；
i—底坡降，
泄洪灌溉洞出口处水位流量关系曲线见下表。
工程竣工后，建议加强对坝下水位流量的观测。
表1-8-1前进水库大坝下游水位流量关系表
水位
（m）
286.0
286.20
286.40
286.60
286.80
287.00
泄流量
（m3/s）
0
0.28
1.06
2.42
4.48
7.34
水位
（m）
287.20
287.40
287.60
287.80
288.00
288.20
泄流量
（m3/s）
11.08
15.81
21.61
28.57
36.76
46.27
1.9泥沙
由于前进水库无泥沙观测资料，本次设计采用《吉林省水资源》（吉林科学技术出版社2008.1）中“吉林省1980～2000年平均悬移质年输沙模数分区图”的查算结果，得水库多年平均悬疑质输沙模数为200t/a/km2，推移质输沙量按占悬移质输沙量的20%计。
1.10冰情
该地区多年平均初冰日期10月27日，封冻日期为11月15日，多年平均开河日期为4月1日，终冰日期为4月11日，封冻天数为142天，冻层深为1.70m，库区平均冰厚1.0m左右。
2工程地质资料
2.1工程概况
前进水库位于吉林省桦甸市八道河镇境内，坝址以上集雨面积2.94km2。
水库于1981年竣工。
总库容20.42万m3，兴利库容16.35万m3，正常高水位297.94m。
坝长为203m，坝顶宽4.0m，最大坝高13.6m，坝顶高程299.77m～300.00m。
前进水库是一座以灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小
（2）型水库。
前进水库枢纽主要由土坝、泄洪灌溉洞及溢洪道组成。
水库存在的主要问题
（1）库内淤积较严重；
（2）前坝坡护坡块石起伏不平，凌乱不堪，后坡冲刷严重；
（3）左坝肩渗漏严重；
（4）坝基渗漏，坝后有积水。
（5）泄洪灌溉洞右侧渗漏严重。
2.2勘察概况
水库修建至本次勘察间从未进行过勘察。
2011年2月18日～2月23日，对前进水库进行初步设计阶段的工程地质勘察工作，2011年10月14日又进行补充勘察，完成工作量见表2-2-1。
表2-2-1前进水库工程地质勘察工作量一览表
项目
工程位置
工程地质测绘
钻探
探坑及五米钻
标贯
触探
取样试验
工程测量
比例
面积
孔数
进尺
原状
扰动
击实样
水样
剖面
定位点
1/1000
km2
个
m
个
次
件
km/条
个
坝址区
地质调查0.28km2
4
41.2
6
2
6
库区及料场调查
地质调查15km2
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2011年3月14日～3月16日，进行内业整理及报告编写。
2011年10月16～19日进行报告补充修改。
工作依据及执行的有关规范规程
（1）《中小型水利水电工程地质勘察规范》SL55-2005；
（2）《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008；
（3）《水利水电工程地质测绘规程》SL299-2004；
（4）《土工试验规程》SL237-1999；
（5）《原状土取样技术标准》JGJ89-92；
（6）《水利水电工程钻探规程》SL291-2003；
（7）《水利水电工程注水试验规程》SL345-2007；
（8）《水利水电工程制图标准》SL73-95；
（9）《工程地质手册》第四版；
（10）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）。
2.3区域地质概况
本区地貌属吉林省东部山地的吉林低山丘陵区，吉林哈达岭和大黑山呈北东走向分别在本区的南东与西北通过。
以北西向发育的河流为主，北东向发育的河流次之。
河谷漫滩、阶地较发育。
本区地层属辽东分区吉林~延边分区中的吉林小区，发育地层主要有古生代沉积岩等，地表多由第四系冲洪积堆积及坡积层覆盖。
该区大地构造单元属天山兴安地槽褶皱区—吉黑褶皱系—吉林优地槽褶皱带—吉林复向斜—吉林—桦甸褶皱束。
据1:
50万吉林省构造体系图，本区构造以北东向构造体系为主。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。
根据《中国季节冻土标准冻深线图》，本区标准冻土深度1.70m。
2.4库区工程地质条件及评价
2.4.1库区工程地质条件
2.4.1.1地形地貌
库区地貌为低山丘陵，地形呈北东高、西南低，河谷呈不对称“U”型。
地貌形态按其成因类型可分为丘陵、山前坡洪积地形及河谷。
低山丘陵：
主要分布于库区右侧，山顶浑圆状，丘陵斜坡坡度20~30°，切割深度50~60m。
地表植被较发育，组成岩性主要为安山岩等。
山前坡洪积地形；主要分布于水库两岸，呈倾斜状，坡度较缓，一般25°以下。
组成岩性以碎砾石混土为主。
河谷：
主要为阶地，地势较低平。
组成岩性以灰色低液限粘土、砂及砂砾石为主。
2.4.1.2地层岩性
库区内出露岩石主要为海西期花岗岩及第四系松散堆积物，松散堆积物广泛分布在水库周边，岩性主要为坡洪积及河流冲积的碎砾石、粘性土、砂及砂砾石等。
2.4.1.3地质构造
根据1：
20万区域地质图及地质测绘，库区内未发现有大的构造通过。
2.4.1.4水文地质
库区地下水类型主要为基岩裂隙水及第四系松散层孔隙水。
基岩裂隙水赋存于岩体裂隙中，接受大气降水及第四系孔隙水补给，排泄于下游；第四系孔隙水赋存于第四系冲积、坡洪积的砂砾石层中，接受大气降水补给，排泄于河流及下游。
2.4.2库区工程地质评价
2.4.2.1库区渗漏
库区周边地势较高，地下水分水岭高于水库正常高水位，未见有通向邻谷的渗漏通道，不存在永久渗漏问题。
2.4.2.2库区塌岸及淤积
水库周边地形坡度较缓，植被发育较差，水库运行多年，未见有较大塌岸问题，库岸基本稳定，但固体径流量较大，存在较严重的淤积问题，淤积厚度3~4m。
2.4.2.3库区浸没
库区附近无厂矿、村屯，正常高水位附近较少耕地，一般不存在库区浸没问题。
2.5坝址区工程地质条件及评价
2.5.1坝址区工程地质条件
2.5.1.1地形地貌
坝址区地貌按成因类型可分为河谷阶地（I）及山前坡坡洪地貌（Ⅱ）。
河谷阶地（I）：
分布于坝址大部分地段，地形较低平，微向河床方向倾斜，宽约100~130m，地面高程286~288m。
地表岩性为不连续的低液限粘土及砂砾石。
山前坡洪积地形（Ⅱ）：
主要分布于河谷阶地两侧及两坝肩，发育宽度较大，100m以上。
地面高程290m以上。
表层岩性为碎砾石混土。
2.5.1.2地层岩性
坝址区地层岩性包括人工填土、第四系河流冲积层、坡洪积物及下部岩体等。
地层岩性由新至老分述如下：
（1）第四系全新
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