石塘水库除险加固工程初步设计报告书Word文件下载.docx
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年平均降水量为1493mm，降雨年内分配不均，降雨年际变化也较大。
暴雨主要发生在4~6月。
暴雨类型主要分为锋面雨和台风雨。
1.1.4洪水
本流域洪水由暴雨形成，由于控制流域面积比较小，因此暴雨汇流时间比较短。
洪水季节有明显的规律性，一般6月份中旬进入汛期，到8月下旬结束。
此后汛期基本结束进入枯水期。
由于本流域地处丘陵山区，故洪水陡涨急落，洪水单峰型多，复峰型少。
一次洪水历时一般为1天左右。
本次设计采用了查《江西省暴雨洪水查算手册》推理公式法法、实测降雨资料推理公式法计算，经比较选用查手册推理公式法计算成果，其洪峰流量成果为：
设计水洪峰流量（P=5%）Qm=18.13m3/s；
校核洪水洪峰流量（P=0.5%）Qm=28.31m3/s；
消能防冲设计洪水（P=10%）Qm=15.22m3/s.
1.1.5工程建设过程
石塘水库大坝始建于1975年冬，由原横塘公社调集全公社劳动力兴建，至次年春基本建成并开始蓄水运行，经对大坝进行多次续建加高，工程达到现在坝高14.33m。
石塘水库是一座边施工边设计的工程，同时施工中没有明确的质量标准要求，未进行清基及碾压，大坝填筑质量差，建成后大坝就有渗漏现象。
1980年10月对大坝进行了加高加固，同时将原有的坝下涵管改建成坝后式闸阀控制砼涵管，至此枢纽工程基本达到了现有规模。
由于石塘水库主要建筑物大坝、溢洪道、坝下涵管等均存在安全隐患并先后出现了险情，迫使水库一直限制水位运行，不能正常蓄水。
1.2除险加固的必要性
工程投入运行后已为当地工农业生产发挥了巨大的经济效益和社会效益，但因历史原因和资金不足，大坝填筑采取了分段到队，包干完成的办法，片面图快，工程质量较差，运行中暴露出不少影响水库安全的严重隐患，主要表现在：
（1）、大坝填筑质量差，下游坝坡有明显渗漏点，坝体存在渗漏问题及渗透破坏隐患；
上游坝坡护坡质量差，下游坝坡未护坡，坡面杂草丛生，坝脚无反滤排水设施。
（2）、坝基、坝肩存在渗漏问题。
（3）、溢洪道无消能设施，不能正常泄洪。
（4）、坝下涵管管身断裂、变形，漏水严重；
出口闸阀锈蚀严重，不能正常使用。
（5）大坝无变形和渗流观测设施。
进库公路路况差，无管理设施。
为确保工程安全，恢复水库正常运行，根据《江西省小
（2）型水库大坝安全评估技术规定（试行）》的规定和要求，星子县水利局于2009年11月成立了“石塘水库大坝大坝安全评估小组”，通过对石塘水库大坝现场检查，与水管人员（含参与建坝人员）的访谈记录及大坝历年运行资料和管理现状，编写了石塘水库大坝现场安全检查报告、现场访谈记录报告和大坝安全综合评估报告表，大坝安全类别评定为三类坝，需尽快对工程进行除险加固。
受星子县水利局委托，我公司承担了《星子县石塘水库除险加固工程初步设计报告》编制工作。
根据《石塘水库大坝安全评估报告》的结论和建议，组织设计人员于2011年3月对该工程重新进行了现场勘查、工程复核计算和工程加固设计等工作，编制完成了《星子县石塘水库除险加固工程初步设计报告》及有关图纸，现一并上报，敬请审批。
1.3除险加固的主要内容
1.3.1工程除险加固的必要性及任务
石塘水库是一座以灌溉为主，兼有养殖、防洪等综合效益的小
（2）型水库，1975年建成以来为地方国民经济发展发挥了重要作用。
但大坝运行过程中一直存在较多安全隐患，使工程不仅不能发挥设计规模效益，而且对其下游人民的生命和财产安全形成很大威胁。
因此，对石塘水库进行除险加固非常必要。
根据石塘水库设计标准及存在的问题，拟定的石塘水库枢纽建筑物除险加固的主要任务是：
加固大坝和溢洪道，加固或改建坝下涵管，完善工程运行、管理及防汛设施，提高水库蓄水和防洪能力，确保水库大坝安全，充分发挥本工程的经济和社会效益。
1.3.2洪水标准
石塘水库为重点小
（2）型水库，大坝为均质土坝，根据《防洪标准》（GB150201－94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，石塘水库工程等别为Ⅴ等，永久性主要建筑物为5级。
工程设计洪水标准为二十年一遇，校核洪水标准为二百年一遇。
1.3.3洪水调节及坝顶高程
水库加固后采用岸边开敞式无闸控制宽顶堰，起调水位为67.10m。
经计算，石塘水库设计（P＝5%）洪水位为68.30m，相应库容为22.11×
104m3，最大泄流量为12.57m3/s；
校核（P=0.5%）洪水位为68.78m，相应库容为24.20×
104m3，调洪库容为6.94×
104m3，最大泄流量为20.76m3/s，消能防冲（P=10%）最大泄量10.84m3/s。
1.4工程布置及建筑物加固设计
1.4.1工程等别及建筑物级别
石塘水库总库容24.20×
104m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）的规定，确定本工程为Ⅴ等小
（2）型工程，永久建筑物级别为5级，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，消能防冲建筑物洪水标准为10年一遇。
次要建筑物及临时建筑物级别为5级。
1.4.2除险加固工程总体布置
根据工程存在的问题，安全鉴定的结论、建议及有关工程设计标准和规范规程，拟对大坝采取以下措施进行除险加固：
（1）大坝：
对大坝坝体及坝基进行粘土斜墙结合截水槽方案防渗处理；
按规范要求拟定新的大坝断面；
治理坝坡及排水体；
（2）溢洪道：
对溢洪道进行改建，加固进口段、宽顶堰及陡槽段，完善消能设施；
（3）坝下涵管：
坝下涵管拆除重建，新建进口斜管控制；
（4）管理设施：
增设大坝安全观测设施；
改善进坝公路交通条件，修建扩宽现有防汛公路2km，修建上坝公路；
新建30m2值班用房；
划定水库保护范围，制订合理调度方案。
1.4.3大坝除险加固设计
（1）防渗处理总体方案
防渗处理总体方案：
为解决大坝渗透安全问题,总体上可考虑截渗和导渗两大方案进行处理，但本工程渗漏问题比较突出，渗流量较大，单纯用导渗的方法不能解决渗流量大、坝基及坝体渗透变形的问题。
本次加固设计考虑采用粘土斜墙+下游贴坡排水导渗的方案进行处理。
（2）除险加固设计
坝体防渗处理设计：
石塘水库大坝拟采用粘土斜墙防渗+截水槽方案对大坝进行防渗处理。
坝坡整治设计：
根据现状大坝复核计算成果，大坝坝顶高程满足要求，但是现状坝顶宽度狭窄不满足规范要求。
将坝顶整理至70.30m，坝顶宽5m，为改善大坝防汛交通条件，结合水库的运行管理要求，坝顶设置C20砼路面，路面向两侧各设2%的横坡。
本次设计上游坝坡采用粘土斜墙填筑至1:
2.75，下游坝坡基本保持现状，马道以上坡比为1：
2.25,马道以下坡比1:
2.25,马道宽为2m。
下游坝脚设贴坡排水体。
护坡设计：
现状上、下游坝坡均无护坡。
为避免雨水漫流冲刷坝坡，上游坝坡设计洪水位以下采用C15砼预制块护坡，下游坝坡采用草皮护坡。
下游排水设计：
下游采用草皮护坡，为避免雨水漫流冲刷坝坡，在下游坝坡面上设置纵、横排水沟，纵向排水沟设置于马道及下游坡脚处，横向排水沟设置于下游坝坡面与两岸交线处，排水沟断面尺寸为0.4×
0.4m。
1.4.4溢洪道除险加固
溢洪道总体上仍按现有轴线布置，保持溢洪道的泄流方式及规模不变，经各方案泄流能力计算及调洪演算后确定溢流宽度为6m，泄槽全线进行改建，根据计算水面线按规范要求确定边墙护砌高度，采用C25钢筋砼衬砌，厚度为0.35m；
新建消能池，护砌泄洪渠。
1.4.5坝下涵管除险加固
根据安全评估成果，涵管结构强度及抗裂不满足要求，涵管砼老化损坏严重，原坝下涵管拆除重建，新建进口斜管控制。
1.4.6安全运行及管理设施设
石塘水库大坝目前无安全监测设施，不满足安全运行管理及规范要求。
本次设计增加水位标尺及新建一座30m2值班房。
1.4.7施工组织设计
整个除险加固工程的主要施工项目有：
大坝防渗加固工程，大坝坝坡整治及贴坡排水工程，坝身排水改造工程，溢洪道加固工程，坝下涵管重建工程及管理设施建设工程等。
本工程项目工期安排为12个月，主要施工项目安排在枯水期进行。
1.4.8工程管理
1.管理机构
石塘水库现由星子县横塘镇水管站负责，参照SLJ705-81《水利工程管理单位定岗标准》规定，确定人员为2人。
2.主要管理设施
a工程管理范围
石塘水库工程管理范围包括工程区和生产区、生活区：
上游从坝脚线向上不小于100m，下游从坝脚线向下150m为界，右岸以溢洪道向右侧外延50m为界，左岸以左坝肩以外100m为界为管理保护范围。
b.主要管理设施
按照SL106-96《水库工程管理设计规范》，新增值班用房30m2，为水库防汛、工程管理方便，将现有的防汛公路进行加固改造。
大坝需改造公路长2Km，将宽度扩宽至4.5m，路基碾压密实，碾压密实度不小于0.96，碾压密实后面层设20cm泥结石路面。
3管理办法
水库调度原则：
为简化泄洪调度，当库水位低于正常蓄水位时不泄洪，当水位超过67.10m时由溢洪道泄洪，直至水位降至正常水位，坝下涵管不参与泄洪。
管理办法应根据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》、《水库大坝安全管理条例》和《江西省河道管理条例》等法律法规性文件，制订工程管理规程和条例。
1.4.9环境保护和水土保持
1.环境保护设计
环境保护设计主要包括水质保护、环境空气保护、噪声防治及施工期人群健康保护。
水质保护主要是对砂石料加工冲洗废水、混凝土拌制产生的废水进行处理。
环境空气保护主要是对混凝土拌合系统采取降尘措施，注意燃油机械尾气排放等。
噪声防治可通过调整施工时段及对直接受噪声影响严重的施工人员采取防噪声措施解决。
人群健康保护措施主要有施工区卫生清理和施工人员卫生防疫。
2.水土保持设计
水土保持设计主要措施包括土料场水保弃渣场水保措施。
土料场取料完成后修建排水设施，用推土机回填表土，平整压实并种草防止水土流失。
3环境监测
环境监测主要进行水质、环境空气、噪声监测及人群健康观察。
1.5石塘水库除险加固工程特性表
名称
单位
加固前
加固后
备注
一．水文
1.集雨面积
km2
0.95
2.多年平均降水量
mm
1493
3.设计洪水标准及流量
P（%）
5
m3/s
13.37
4.校核洪水标准及流量
0.5
21.93
二.水库
校核洪水位
m
39.4
41.23
设计洪水位
38.8
40.45
正常蓄水位
38.4
39
死水位
35.4
35.0
总库容（校核洪水位以下库容）
万m3
15
24.35
正常库容
10
10.43
死库容（死水位以下）
0.46
1
三.工程效益
保护人口
人
650
保护耕地
亩
460
360
灌溉面积
850
1200
四.主要建筑物及设备
1.主坝及副坝
坝型
均质坝
坝顶高程
41.30～41.93
41.70
最大坝高
7.54
7.7
坝顶长度
99.50
100
坝顶宽度
3.20
2.泄水建筑物（溢流堰、溢洪道、隧洞、底孔、闸孔等）
型式
宽顶堰
各建筑物分别列出
堰顶高程
39.12
溢流段长度（或泄洪洞尺寸及条数、闸孔尺寸及孔数）
设计泄洪流量
5.59
校核泄洪流量
10.62
闸门型式
无
3.输水建筑物
设计流量
1.64
长度
43
断面尺寸
Φ25
0.8*1.2
2水文
2.1基本资料
2.1.1水库流域特征参数
石塘水库位于江西省星子县横塘镇故里垅村境内，座落在鄱阳湖水系横塘港支流上游，坝址以上主河道长0.84km，河道的平均纵比降为0.0347，控制流域面积0.96km2,水库控制流域属低山丘陵地貌，地势东高西低，由山区逐渐向滨湖平原过度，植被状况良好，库区无水利工程，人类活动影响小，水土流失影响不明显。
本次设计根据万分之一的航测图对流域面积、主河道长度、主河道比降进行了复核。
由于原设计资料无法找到，因而无法与原设计参数值进行比较，经过复核，水库、流域特征参数如下，比较后采用复核值。
表2.1.1石塘水库流域特征参数
类别
流域面积
（km2）
主河道长度
（km）
主河道比降
参数
1.63
0.071
由于原设计无水库水位～面积～库容曲线，本次设计在1:
10000地形图上重新圈量库区水面面积。
经量测，60m、65m、70m高程处的水面面积分别为0.57万m2、3.04万m2、5.31万m2。
根据库区实测地形成果，库区库底高程约为58m，以其为0库容点。
据此推求的水库水位～面积、库容关系见表2.1.2。
各水位的库容采用下列计算公式计算：
其中：
V2、V1-----相邻两条等高线所对应的库容。
S1、S2-----相邻两条等高线所对应的水面面积。
ΔH------相邻两条等高线的高差。
根据计算，水库库容曲线见下图表。
、
表2.1.2石塘水库水位～面积、库容关系表
水位
（m）
面积
（万㎡）
库容
（万m³
）
34.00
0.00
35.40
1.43
1.00
36.00
1.77
1.96
37.00
2.25
3.97
38.00
3.09
6.64
39.00
4.49
40.00
6.23
15.79
41.00
7.67
22.74
图2.1石塘水库水位～面积、库容关系曲线
2.1.2水文资料及测站情况
石塘水库所在的流域范围内没有水文站和雨量站，缺少入库实测洪峰流量及本流域暴雨资料，所以本次设计洪水主要采用《江西省暴雨洪水查算手册》推算，其设计暴雨采用查手册法及根据星子县气象站年最大短历时降雨资料进行计算，并对两种方法计算的洪水成果进行比较，取其较不利的洪水作为计算成果。
2.2设计洪水
2.2.1原设计洪水情况
石塘水库原设计是1975年星子县水利局编制的。
当时由于正是“文化大革命”时期，边设计边施工，原设计情况没有留下任何设计资料，采用的洪水标准不详，大坝及其建筑物设计情况不清楚。
本次洪水复核采用最新的洪水标准和洪水计算方法进行重新复核。
2.2.2复核依据
①《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）
②《水利工程水利计算规范》（SL104-95）
③《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）
④《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）
《江西省暴雨洪水查算手册》（江西省水文总站1986年）
2.2.3洪水标准
石塘水库为小
（2）型水库，大坝为均质土坝。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定：
本工程等别为Ⅴ等，水工建筑物级别：
永久性主要建筑物为5级，永久性次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。
工程的设计洪水标准为20～30年一遇，校核洪水标准为200～300年一遇，根据本工程的库容及实际情况，取设计洪标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。
2.2.4洪水推求方法
石塘水库所在流域区无实测的流量资料及实测暴雨资料，邻近流域内也无合适的参证水文测站，因此本次设计采用《江西省暴雨洪水查算手册》通过暴雨推求库区设计洪水，根据手册规定，对集雨面积小于30km2流域，一般采用推理公式计算设计洪水。
石塘水库的集水面积为0.95km2,宜采用推理公式法。
设计暴雨采用查手册法及星子县气象站暴雨资料统计计算法来推求，并对两者推算的洪水进行比较，取其较不利的洪水作为计算成果。
2.2.5设计暴雨计算
本次设计采用查《手册》法计算设计暴雨
石塘水库位于东经115°
，查《江西省暴雨洪水查算手册》,可得石塘水库各个时段的最大暴雨均值以及变差系数Cv值为：
24小时：
H24=130mmCv=0.55Cs=3.5Cv
6小时：
H6=82mmCv=0.47Cs=3.5Cv
1小时：
H1=45mmCv=0.45 Cs=3.5Cv
3小时点暴雨设计值按H3p=H1p.31-n2计算，式中1-n2=1.285lg（H6p/H1p）
由《手册》附表5-2可查得各时段的模比系数Kp见表2.2.1,从而求得各时段点暴雨量，由集雨面积0.95km2查《手册》附图5-1得点面折算系数近似a=1，将点暴雨量转化成整个流域的面暴雨量，结果见表2.2.2。
表2.2.1Kp值查算结果表
频率（%）
Kp
Kp1h
1.60
1.88
2.79
Kp6h
1.62
1.93
2.89
Kp24h
1.72
2.10
3.34
表2.2.2手册推算石塘水库不同暴雨历时设计雨量
项目频率（%）
24小时暴雨均值（mm）
130（点面折减系数a=1）
24小时点暴雨量（mm）
223.60
273.00
434.20
24小时面暴雨量（mm）
6小时暴雨均值（mm）
82（点面折减系数a=1）
6小时点暴雨量（mm）
132.84
158.26
236.98
6小时面暴雨量（mm）
3小时暴雨
点面折减系数a=1
3小时点暴雨量（mm）
104.81
124.20
185.34
3小时面暴雨量（mm）
1小时暴雨均值（mm）
45（点面折减系数a=1）
1小时点暴雨量（mm）
72.00
84.60
125.55
1小时面暴雨量（mm）
2.2.6查手册法推算洪水
本节根据手册查算的设计暴雨采用推理公式法推求设计洪水。
（1）暴雨计算及时程分配
利用表2.4.3.1计算出来各设计年份在1小时、3小时、6小时、24小时面暴雨量进行24小时的暴雨时程分配，采用控制时段Δt=1小时，按《手册》附表提供的暴雨时程分配，计算结果见表2.2.3。
表2.2.3手册推算石塘水库24小时暴雨过程分配表
降雨（mm）
时段（h）
4.5
5.7
9.9
2
3
4
6
7
8
9
9.1
11.5
19.7
11
12
13
5.6
6.8
10.3
14
11.2
13.6
20.7
16
23.8
35.9
17
72.0
84.6
125.6
18
13.1
15.8
23.9
19
8.2
17.7
20
21
7.3
9.2
22
23
24
3.6
4.6
7.9
合计
（2）设计净雨计算（产流计算）
由《手册》附图3-1产流分区知，石塘水库位于产流第Ⅳ区。
该区的设计前期雨量Pa=70mm,IM=100mm.。
根据不同频率的24小时暴雨时程分配，查《手册》附表3-2（Ⅳ），可得到相应各时段的累积径流总量，再根据24小时平均雨强查《手册》附表3-3可得稳渗强度fc，将各时段径流深R总减去地下径流深R下（R下=fc），即得设计净雨过程，计算见表2.2.4，表2.2.5。
fc（10%）=2.06mm/h
fc（5%）=2.20mm/h
f
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