某水库初步设计(完整版).doc

- 1 - 1 1 综合说明综合说明 1.1 简述 东方红水库位于安徽省马鞍山市当涂县太白镇永宁行政村境内，座落于长江流域姑溪河 支流上。大坝始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水库。 水库位置见图 1.1-1。 东方红水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵洞等组成。水库集水面积 0.485 km2，总 库容 16 万 m3，调洪库容 2.9 万 m3，兴利库容 11.1 万 m3，死库容 2.0 万 m3。校核洪水位 39.5m（假定高程系统，下同） ，设计洪水位 39.2m，正常蓄水位 36.5m，汛期限制水位 37.5m，死水位 32.0m，大坝坝顶高程 40.5m 。 2011 年 12 月由当涂县水利局组织专家对东方红水库进行了安全复核，确定水库防洪标 准为 20 年一遇洪水设计、200 年一遇洪水校核。2012 年 2 月，当涂县水利局组织专家对初 步设计进行评审（评审意见附后） 。 本次除险加固在万分之一的地形图上对水库流域参数重新进行了量算。东方红水库坝址 以上集水面积 0.49km2，干流河道长 0.81km，河道平均坡度为 57.95，流域平均宽度 0.60km。20 年一遇的设计水位为 39.11m，200 年一遇的校核水位为 39.57m。坝体、泄洪设 施及管理设施等存在一定的安全隐患，主要是： （1）大坝始建于上世纪 70 年代，为均质土坝，主要由人工挑筑而成。由于当时施工条 件、技术落后，大坝只进行了部分清基。大坝施工质量均达不到现行规范及设计要求，输、 泄建筑物现状存在一定的安全隐患，放水涵洞及溢洪道等工程质量差；放水涵洞漏水；放水 涵为 200 铸铁管，启闭机已损坏，并未建启闭机房。下游消能防冲设施有部分损坏。 （2）坝基出现渗漏、两坝肩出现绕渗现象，影响大坝安全运行，需进行截渗处理。 （3）大坝迎水面护坡为砼预制块护砌，目前护砌至 39.5m 高程，由于湖面广，风浪较大， 需将护坡砌至坝顶。 （4）大坝背水坡无排水系统，大坝无反滤排水设施，并且缺少必要的大坝安全监测设施， 防汛防汛交通、通讯及管理设施不完善。 综上所述，东方红水库大坝存在比较严重病险，主要包括工程质量差、渗流不满足要求； 溢洪道、放水涵洞存在安全隐患；缺少必要的大坝安全监测设施等，应属“三类坝”，必须 尽快除险加固。 图 1.1-1 水库位置图 - 2 - 图 1.1-2 东方红水库大坝上游护坡 图 1.1-3 东方红水库大坝上游护坡 图 1.1-4 东方红水库放水涵 图 1.1-5 东方红水库坝顶道路 图 1.1-6 东方红水库溢洪道 图 1.1-7 东方红水库溢洪道 图 1.1-8 东方红水库背水坡 1.2 水文 东方红水库位于安徽省马鞍山市当涂县太白镇永宁行政村境内，座落于长江流域姑溪河 支流上。大坝始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水库。 东方红水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵洞等组成。水库集水面积 0.49 km2，总库 容 16 万 m3，调洪库容 2.9 万 m3，兴利库容 11.1 万 m3，死库容 2.0 万 m3。校核洪水位 39.5m，设计洪水位 39.2m，正常蓄水位 36.5m，汛期限制水位 37.5m，死水位 32.0m。溢洪 道进口高程 38.5m 。 水库流域内降水季节性强，时空分布不均，59 月降雨约占全年降雨的 70%左右。据 历年气象资料，多年平均降雨量 1127.3mm，最大年降雨量 1995mm（1991 年） ，最小年降雨 量 463mm（1978 年） ，最大 24h 降雨量太平口站 235mm（1969 年） 。每年 6 月中旬至 7 月下 旬，都会出现一段降水量大，降水日数多的梅雨天气；梅雨期最长达 43 天（1974 年） ，梅 雨量最多达 530.9mm（1969 年） ，占全年降雨量的 45%。 本地区多年平均气温 16.7，年极端最高气温 39.4（1959 年 8 月 23 日） ，最低气温- 13.5（1969 年 2 月 6 日） 。一年中最热为 7 月，平均气温 28.2；最冷为 1 月，平均气温 2.7。全年积温累计平均值为 5792.2。历年平均初霜日为 11 月 16 日，平均年蒸发量为 1095.91mm（1961 年） ，最少年为 774.1mm（1985 年） 。年平均日照时数 2105 小时，日照百 分率为 48%。冬季多北风，夏季多南风，年平均风速 3.3m/s，最大风速 24.3m/s（1991 年 9 - 3 - 月 1 日） 。 东方红水库坝址无实测洪水资料，来水面积较小，考虑流域气候与自然地理条件、地区 洪水特性等，本次按“84 年办法”计算设计洪水过程线，推求设计洪水。经分析计算，计算得 水库 20 年一遇设计洪峰流量 9.26m3/s，200 年一遇校核洪峰流量为 17.8m3/s。 根据施工组织设计需要，分析东方红水库施工期 10 月次年 3 月、11 月次年 4 月、 11 月次年 3 月入库洪峰流量进行分析。通过用面积比法分析 10 年一遇、5 年一遇及 3 年 一遇入库洪峰流量成果见表 1-1。 表 1-1 东方红水库施工期洪峰流量频率计算成果 单位: m3/s 施工时段 项目 重现期 （年）10 月次年 3 月11 月次年 4 月11 月次年 3 月 100.110.140.11 50.100.110.07 流量 （m3/s） 30.040.040.04 1.3 工程地质 1.3.11.3.1 坝身工程地质条件坝身工程地质条件 水库大坝主坝为均质土坝。主坝勘察段坝长 251 米，坝顶高程 40.5 米，顶宽平均 3.5 米。水库大坝主坝坝身为人工填土（q4ml） ，工程地质剖面图上标识为层素填土。现描述如 下： 层素填土，粘土及壤土（q4ml）：层厚 2.208.50 米，层底标高 31.6738.08 米， 褐黄色为主，褐、黄、灰等色。结构松散，湿。该层由大坝人工填土及耕土两部分组成。大 坝填土主要位于大坝坝基以上，以壤土及粘土为主要成分，颜色较为杂乱，呈松散稍密状 态，湿。耕土主要分布于大坝填土与坝基之间以及大坝以外范围，主要由壤土组成，灰色， 松散状态，湿。含大量植物根茎等杂物。此层土属高压缩性土。 坝身填土的物理力学性质详见土工试验报告及物理力学性质指标统计表。 1.3.2 坝坝基工程地基工程地质质条件条件 （1）坝基工程地质条件概况 水库大坝主坝主要座落于第四系上更新统（q3al+pl）沉积冲积地层。 层粘土（q3al+pl）层厚 4.1 米，主要分布在南侧大坝,层底标高 31.6736.24 米。 褐黄、黄褐、黄色，湿，硬塑坚硬状态，含铁锰氧化物、铁锰结核、少量灰白、青灰色高 岭土团块。摇振无反应，切面光滑，干强度高，韧性高。此层土属于中等偏低压缩性土。 （2）坝基岩土层分述 - 4 - 水库大坝坝基岩土层在本次勘探范围揭露为上更新统（q3al+pl） 。现叙述如下： 层中风化砂岩 (j)：此层未钻穿，最大钻遇厚度 8.50 米。黄褐、灰黄色，结构致密。 岩芯呈短柱状，密实状态，原岩风化成砂土状，遇水易软化，含泥质、云母片等，裂隙发育。 以上各地层分布详见工程地质剖面图。各岩土层的物理力学性质详见土工试报告及分层 物理力学性质统计表。 。 1.3.3 水文地水文地质质条件条件综综述述 勘探区内第四系上更新统及第四系全新统地层广泛分布，地下水主要分布为类型主要为 上更新统粘土（q3al+pl）中的孔隙潜水，受大气降水和库水补给。地下水位的动态明显受大 气降水、库水及蒸发影响。 根据区域地质资料和库区附近的水质分析资料，水库大坝的水对混凝土无腐蚀性。 1.4 工程任务与规模 根据 2011 年安全复核，东方红水库总库容 16 万 m3，属小（2）型水库，工程等别为五 等，大坝及主要水工建筑物为 5 级。大坝为均质土坝，原设计标准为 20 年一遇设计，200 年一遇校核。本次根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （sl252-2000）的有关规定， 结合安徽省小水库除险加固设计指导意见的精神以及评审意见，复核洪水标准仍采用 20 年一遇设计，200 年一遇校核。 根据水利水电工程等级划分及洪水标准 （sl252-2000） ，溢洪道消能防冲建筑物的洪 水标准按 20 年一遇洪水设计。 本次水库除险加固，以不改变水库设计正常蓄水位和汛限水位，不改变水库以灌溉为主 兼有防洪与村镇供水等综合功能，不降低水库工程效益，不增加库区淹没范围为原则。东方 红水库本次洪水复核仅考虑溢洪道泄洪，现状溢洪道为开敞式宽顶堰，进口底板高程为为 38.5m，底宽 7m。 加固改造后的东方红水库正常溢洪道水位、泄量关系分别列于表 1.4-1。 表 1.4-1 溢洪道水位泄量关系表 库水位（m） 38.539.039.239.540.040.5 泄量 (m3/s) 03.716.1510.519.329.7 本次调洪演算的起调水位采用 38.5m，泄洪设施为溢洪道，当库水位超过 38.5m，水库 自由泄洪。调洪演算成果见表 1.4-2。 - 5 - 表 1.4-2 东方红水库洪水调节计算成果表 频率p（%） 0.505 洪峰流量（m3/s） 17.89.26 最高洪水位（m） 39.5739.11 相应总库容（万m3） 23.4621.66 相应滞洪库容（万m3） 7.465.66 最大下泄流量（m3/s） 11.54.6 根据安全评估结论，结合工程现状，本次水库除险加固，以不改变水库设计正常蓄水位 和汛限水位，不改变水库以灌溉为主兼有防洪与养殖等综合功能，不降低水库工程效益，不 增加库区淹没范围为原则。加固任务主要有： （1）大坝坝体防渗采用截渗墙； （2）更换放水涵启闭机和闸门，并新建启闭机房； （3）大坝背水坡做排水系统和排水棱体； （4）将迎水面砼预制块护坡接长至坝顶； （5）在东侧修建约 50m 长的挡土墙； （6）修建坝顶砂石路。 1.5 加固工程设计 根据现场检查报告、安全复核报告，东方红水库存在渗流及坝坡稳定等安全问题，其主 要加固内容有：大坝坝体防渗采用截渗墙；更换放水涵启闭机和闸门，并新建启闭机房；大 坝背水坡做排水系统和排水棱体；将迎水面砼预制块护坡接长至坝顶；在东侧修建约 50m 长 挡土墙；修建坝顶泥道路。 1.5.1 大大坝坝加固加固设计设计 1）大坝存在的主要问题 大坝为均质土坝，现状坝顶高程 40.5m，最大坝高 8.5m，坝长 251m，坝顶宽 3.5m，坝 上游坡约 12.5，下游坡比 12.5。 （1）大坝始建于上世纪 70 年代，为均质土坝，主要由人工挑筑而成。由于当时施工条 件、技术落后，大坝只进行了部分清基。大坝施工质量均达不到现行规范及设计要求，输、 泄建筑物现状存在一定的安全隐患，放水涵洞及溢洪道等工程质量差；放水涵洞漏水；下游 消能防冲设施有部分损坏。放水涵为 200 铸铁管，启闭机已损坏，并未建启闭机房。 （2）坝基出现渗漏、两坝肩出现绕渗现象，影响大坝安全运行，需进行截渗处 - 6 - 理。 （3）大坝迎水面护坡为砼预制块护砌，目前护砌至 39.5m 高程，由于湖面广，风浪较 大，需将护坡砌至坝顶。 （4）大坝背水坡无排水系统，大坝无反滤排水设施，并且缺少必要的大坝安全监测设 施，防汛交通、通讯及管理设施不完善。 2）坝顶路面 坝顶防汛道路是大坝防汛的主要通道，现状坝顶未设防汛道路，致使坝顶杂草丛生，平 整度较差，不能满足防汛抢险期的交通要求，也不满足规范要求。为完善坝顶交通，设计于 大坝坝顶铺设路面。采用混凝土路面，路长 251m，宽 2.5m。路面设置外侧 3%的横坡，以利 排水。 3）大坝防渗加固设计 水库大坝自建成运行以来未出现大的安全事故，说明大坝总体是稳定安全的，但水库大 坝坝区现状存在的主要问题为：0+000-0+040 坝基出现渗漏、两坝肩出现绕渗现象。影响大 坝安全运行，需进行截渗处理。 4）上游护坡 现状大坝上游 39.50m 以下为预制混凝土板护坡，39.50m 至坝顶 40.5m 无护坡，坝坡不 平，杂草丛生，不利于大坝管理，也不利于防汛查险。因此，本次设计对大坝上游坡混凝土 护坡以上部分进行护砌。采用生态护坡形式。 5)下游护坡 下游坡采用框格草皮护坡。混凝土框格面积 3000x3000。格埂为 c20 现浇混凝土，断面 400x400m。框格中填种植土并植草皮。 6)下游坝底设贴坡反滤及新建排水系统。 1.5.2 溢洪道工程加固溢洪道工程加固设计设计 溢洪道位于大坝右坝肩，进口设开敞式宽顶堰，堰顶高程 38.5 米，溢洪道宽 7 米，堰 下接长约 60m 的泄槽段，泄槽以下为天然冲坑和下游老河道。 洪道堰体为浆砌块石结构、泄槽底板以及两侧边坡均用浆砌块石护砌，现状堰体结构已 遭破坏，泄槽底板与两侧边坡浆砌块石挡墙护砌冲刷严重，普遍存在勾缝砂浆局部脱落，砌 筑砂浆局部被淘空等现象，另外下游无消能设施，下泄洪水对老河道冲刷严重。 本次设计拟对溢洪道浆砌块石墙重新勾缝，对损坏的部分进行修复，并在溢洪道与下游 河槽连接处设置堆石防冲槽。 由于溢洪道无原设计图纸，本次设计 - 7 - 按溢洪道斜坡段维修长度 10m，堆石防冲槽长 6m，宽 20m，厚 1m 列工程量。 1.5.3 放水涵工程加固放水涵工程加固设计设计 放水涵为 200 铸铁管，启闭机已损坏，并未建启闭机房。本次设计拟对放水涵更换启 闭机和闸门，并新建启闭机房。 1.5.4 观测设计观测设计 东方红水库现状无观测设施，为了解坝身渗流情况，为工程管理、防汛抢险提供决策依 据，在坝身埋设 2 组测压管。 第一组测压管布置在最大坝高处，第二组测压管布置在坝左侧，与第一组相距 40m。每 组测压管布置 3 根，防渗墙后下游坡中间一根，坡脚一根，测压管底高程为坝基(基岩)下 2m，测压管顶露出坝坡，管顶用 c20 混凝土做 0.3m 宽0.3m 长0.3m 深方形井保护，井 壁、底厚度 0.2m，井顶设混凝土盖板。 1.6 金属结构设计 本水库放水涵更换启闭机和闸门。 1.7 施工组织设计 东方红水库位于安徽省马鞍山市当涂县太白镇永宁行政村境内，座落于长江流域姑溪河 支流上。大坝始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水库 东方红水库除险加固工程主要建设内容：迎水坡砼预制块护坡，背水坡排水系统和排水 棱体，坝顶防汛道路，溢洪道修复，修建挡土墙，更换放水涵启闭机和闸门，并新建启闭机 房。 东方红水库除险加固工程主要工程量：土方开挖 5671m3，土方回填 2203m3，堆砌石 572m3，砼及钢筋砼 152m3。 本工程所需水泥、钢筋、柴油、木材、黄砂等均从当涂县物资市场购进，运距约 15km；碎石、块石从附近石料场采购，运距约 5km。 施工生产用水可就近抽取水库水，生活用水从附近居民生活用水水源取用或打井解决。 施工用电可直接从附近 10kva 线路“t”接，在施工区范围内架设临时供电线路。 本工程施工时受水库水位影响的主要为上游放水涵更换闸门及启闭机工程，溢洪道施工 不受库水影响。2012 年 10 月，开始填筑放水涵进口围堰并进行放水涵的施工安装工作，其 间水库来水均蓄在库内。 本工程施工总工期共 3 个月。 - 8 - 主体工程施工期 3 个月。自第一年 10 月初至 12 月底，完成大坝、溢洪道、放水涵洞等 所有加固工程的施工。 本工程施工总工日 0.18 万个，施工期平均上工人数 20 人，高峰上工人数 40 人。 本工程施工占地主要为施工工厂及管理生活用房占地，占地面积 3 亩，按临用 2 年考虑。 1.8 水库淹没处理及工程占地 东方红水库除险加固工程实施后，不抬高水库各标准洪水位，因此不增加淹没损失，不 存在增加移民和淹没赔偿问题。 本工程新增取土区临时占地 3 亩，为耕地。 按照国务院颁布的471 号令及省内有关标准结合现行实行的有关方针、政策、规程、规 范， 结合当地的实际情况，本工程占地拆迁补偿总投资为2.16 万元。 1.9 环境保护与水土保持设计 本工程对环境带来的不利影响主要是施工中会产生废水、噪声、粉尘以及弃碴等，会对 施工区的水环境、声环境、大气环境以及植被等带来短时的不利影响，这种危害是局部的， 有限的，不存在制约工程实施的环境因素。有利影响是主要的，加固工程实施完成后可以确 保水库大坝防洪安全，对保护下游群众的生命财产安全有着重要作用，对促进地区经济发展、 保护经济成果有着重要意义。 施工期环境影响如交通噪声、施工废水等对环境的影响一般是短期的。在邻近居民区施 工时应注意控制噪声，施工时应避开人们的休息时间。施工废水中主要污染物是悬浮物，在 砼搅拌站建一个生产废水沉淀池，将生产废水经沉淀后排放。生活污水需经集中到污水池适 当处理后排放。严禁将生产废水与生活污水排入库区。 施工中应注意水土保持工作，工程开挖时应尽量保留表层土壤，用于取土后覆土，并尽 快恢复植被或改造成其它可利用的土地。应注意在汛期取土和弃土的保护，避免产生严重的 水土流失，尽量不占用和破坏绿地。坝坡防护和取土料场是水土流失防治的重点，应及时修 建挡土墙和护坡工程，并尽快采取措施恢复植被。施工弃碴应合理堆置在坝脚线下游附近低 洼地，但需堆放平整并应保持堆渣体稳定，表面用细石与泥土进行平整处理，种上树木。施 工结束后，应尽快拆除临时生产、生活建筑物、清理施工区废弃的砂石料，工程区应采用较 美观的草种、树种进行绿化，恢复植被以保持水土，美化环境。 本工程环保措施和水保措施施工简单，范围小，工程量少。参考类似工程进行估算，本 - 9 - 除险加固工程环保与水保投资 5 万元，其中环保投资 1.5 万元，水保投资 3.5 万元。 1.10 工程管理设计 水库管理隶属太白镇人民政府，无专业管理人员。日常管理由太白镇永宁行政村负责维 修、防洪、灌溉等工作；水库坝顶坑洼不平，汛期道路泥泞；防汛物资只能用人力运送到坝 顶；同时无管理设施。 按水库工程管理设计规范 （sl106-96）的要求，同时结合工程实际情况，确定管理 范围按大坝外缘线以外 20m 考虑，工程保护范围按大坝外缘线以外 50m 考虑，迎水侧及库 区均为工程保护范围，在工程保护范围内，禁止从事危及大坝工程安全的活动。 东方红水库现有管理设施不符合规范，根据水库工程管理设计规范 （sl106-96）和 水利部水计199113 号文关于新建水利工程有关管理编制、经费、用房等问题的通知 中的有关规定，需配置必要管理设施。 1.11 设计概算 （1） 工程概况 东方红水库位于安徽省马鞍山市当涂县太白镇永宁行政村境内，座落于长江流域姑溪河 支流上。大坝始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水库 东方红水库除险加固工程主要建设内容：迎水坡砼预制块护坡，背水坡排水系统和排水 棱体，坝顶防汛道路，溢洪道修复，修建挡土墙，更换放水涵启闭机和闸门，并新建启闭机 房。 主要工程量：土方开挖 5671m3，土方回填 2203m3，堆砌石 572m3，砼及钢筋砼 152m3。 主要材料量为：水泥 178t，碎石 164m3，块石 658m3，黄砂 102m3 ，柴油 11 t。 根据施工组织设计安排，本工程施工工期为 6 个月，主体工程所需人工 0.18 万工日。 （2）工程投资 本工程初步设计概算静态总投资：119.70 万元，其中：工程投资 109.24 万元（基本预 备费为 5.46 万元） ，水土保持和环境保护工程 5 万元。 （3）编制依据和原则 本工程概算根据水利部水总2002116 号文的有关规定编制，主要依据有： a) 水利部水总（2002）116 号文颁发的水利工程设计概（估）算编制规定 （以下简 称“116 号文”） 。 b) 建筑工程定额主要采用 2002 年水 - 10 - 利部 116 号文颁发的水利建筑工程概算定额 ，缺项子目参照其他相关定额。 c) 施工机械台时费定额采用 2002 年水利部 116 号文颁发的水利工程施工机械台时费 定额 ，其中第一类费用按台时定额所列费用计入；第二类费用根据本工程所采用的人工、 燃料等预算单价按实计算。 d)国家、省、地方其他有关规定和标准以及设计工程量和图纸等。 1.12 经济评价经济评价 本次除险加固工程总投资为 119.70 万元，新增工程年运行费用为 4.78 万元，年均效益 为 270 万元。计算期取 26 年，正常运行期取 25 年。 经过国民经济评价指标计算，经济内部收益率 eirr 为 18.25%，当社会折现率为 8%时， 经济净现值为 364 万元，经济效益费用比 ebcr 为 1.8，各项经济评价指标均能满足规范 要求，具有较显著的经济效益。 - 11 - 附表 1 东方红水库除险加固工程特性表 序 号名 称单 位数 量备 注 一水文 1控制流域面积km20.485 2多年平均年径流量万 m3 3水文气象特征 多年平均气温16.7 多年平均降雨量mm1127.3 多年平均最大风速m/s15 4代表性流量 正常运用（设计）洪水标准p(%)5 设计洪峰流量m3/s9.26 非常运用（校核）洪水标准p(%)0.5 校核洪峰流量m3/s17.8 二水库 1水库水位 校核洪水位(1%)m39.5 设计洪水位(5%)m39.2 正常蓄水位m36.5 汛期限制水位m37.5 死水位m32.0 2正常蓄水位时水库面积万 m26.37 3水库容积 总库容万 m316 正常蓄水位下库容万 m311.1 死库容万 m32.0 4库容系数 三主要建筑物 1大坝工程 坝型均质土坝 地基特性粘土、砂岩 地震基本烈度/设防烈度度6 地震动峰值加速度g0.05 - 12 - 序 号名 称单 位数 量备 注 坝顶高程m40.5 坝顶宽度m3.5 最大坝高m8.5 坝顶长度m251 上游坝坡坡比1:2.5 下游坝坡坡比1:2.5 2溢洪道工程 设计流量(p=5%)m3/s 校核流量(p=0.5%)m3/s 消能防冲洪水标准%10 消能型式水平光面护坦 地基特性粘土 侧墙结构型式浆砌块石侧墙 底板结构型式浆砌块石护砌 (1)控制段 堰流型式梯形宽顶堰 堰顶高程m38.5 堰顶宽度m7 (2)陡坡段 长度m60 宽度m107 底坡坡比平均 1：7 3放水涵座1 地基特性粘土、砂岩 设计流量m3/s0.18 涵底高程m32.50 涵洞长度m 涵洞型式斜卧涵 孔径m200铸铁管直径为 0.20m 主闸门1混凝土塞 启闭机台数台套1 四加固处理措施 - 13 - 序 号名 称单 位数 量备 注 坝后贴坡反滤，坝顶防汛道路，白蚁防治，溢洪道修复，上游护坡，放水涵维修。 五工程占地与拆迁 1永久占地亩0 2临时占地亩3 3拆迁房屋m20 4其他 六工程投资万元119.70其中预备费 5.46 万元 - 14 - 2 2 水水 文文 2.12.1 流域概况流域概况 东方红水库位于当涂县太白镇永宁村境内，坝址坐落于长江流域水阳江水系水阳江河支 流上。水库集水面积 0.49km2，原设计总库容 16.0 万 m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、 农村安全饮水的小（2）型水库，为村管水库。水库灌溉面积 2000 亩，保护着下游 0.02 万 人和当涂县太白镇及马芜高速的防洪安全。 2011 年 12 月，当涂县水利局对水库进行安全评估，该水库大坝为均质土坝，坝顶高程 40.5m，最大坝高 8.5 米，坝长 251 米，坝顶宽约 3.5 米，坝上游坡约 12.5。水库设计洪水 标准 20 年一遇，200 年一遇校核，总库容 16.0 万 m3，兴利库容 11.1 万 m3，死库容 2.0 万 m3。 本次除险加固设计 20 年一遇的设计水位为 39.11m，200 年一遇的校核水位为 39.57m， 正常蓄水位 36.5m，死水位 32.0m。泄水建筑物为岸边式溢洪道，溢洪道进口设开敞式宽顶 堰，现状堰顶高程 38.50 米，堰顶宽 7 米。放水涵洞为圬工箱涵内衬铸铁有压涵管结构，圬 工涵断面尺寸为 0.4m0.4m，铸铁涵管直径为 0.20m，出口设闸阀控制。 水库流域内降水季节性强，时空分布不均，59 月降雨约占全年降雨的 70%左右。据 历年气象资料，多年平均降雨量 1127.6mm，最大年降雨量 1955mm（1991 年） ，最小年降雨 量 463mm（1978 年） ，最大 24h 降雨量太平口站 235mm（1969 年） 。每年 6 月下旬至 7 月上 旬，都会出现一段降水量大，降水日数多的梅雨天气。梅雨期最长达 43 天（1974 年） ，梅 雨量最多达 530.9mm（1969 年） ，占全年降雨量的 45%。 多年平均气温 16.7，年极端最高气温 39.4（1959 年 8 月 23 日） ，最低气温-13.5 （1969 年 2 月 6 日） 。一年中最热为 7 月，平均气温 28.2；最冷为 1 月，平均气温 2.7。 全年积温累计平均值为 5792.2。 境内历年平均初霜日为 11 月 10 日，平均年蒸发量为 1095.91mm（1961 年） ，最少年为 774.1mm（1985 年） 。年平均日照时数 2105 小时，日照百分率为 48%。常年主导风向为东风， 年平均风速 3.3m/s，最大风速 24.3m/s（1991 年 9 月 1 日） 。 2.2 历次设计洪水计算方法与成果历次设计洪水计算方法与成果 东方红水库设计洪水无过去详细设计资料，其历次设计洪水计算方法与成果为无。 - 15 - 2.32.3 本次设计洪水复核计算本次设计洪水复核计算 东方红水库坝址无实测洪水资料，邻近流域也无实测洪水资料，根据现行的水利水电 工程设计洪水计算规范 （sl44-93） 、 小型水力发电站水文计算规范 （sl77-94）等规定， 考虑流域气候与自然地理条件、地区洪水特性等，按无资料地区设计洪水计算办法由设计暴 雨间接推求设计洪水。 本次采用由原水电部规划总院验收，水电部批准颁发使用的安徽省暴雨参数等值线图、 山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法 （以下简称“84 年办法” ） 进行水库设计洪水计算。 根据分析，东方红水库所在流域的洪水主要由暴雨形成，暴雨历时一般 13 天。根据 该流域的暴雨及洪水特性，考虑本水库的来水面积较小，本次以最大 1h、24h 的设计暴雨量 进行设计洪水的峰、量控制。由于本水库流域内无雨量测站，周边相近流域也无完整不同时 段 降雨资料，本次设计暴雨采用暴雨等值线图推求。 1995 年 3 月安徽省水利设计院编制了 安徽 省长短历时年最大暴雨统计参数等值线图 ，该图包含了最大24h、3d 等暴雨均值及cv 等值线， 采用的暴雨系列较长，并进行了面上平衡，参数进行了必要的调整、修正， 能反映短历时暴雨 统计参数地区分布规律， 可以满足规划设计要求。 由“84 年办法”及安徽省长短历时年最大暴雨统计参数等值线图可查得本水库所 在位置年最大 1h、24h 点雨量均值分别为 45mm、110mm，相应 cv 值分别为 0.50、0.60。 考虑到等值线图上参数经过面上平衡，能反映短历时暴雨统计参数地区分布规律，偏安全考 虑，东方红水库年最大 1h、24h 点雨量均值采用值分别为 45mm、110mm。水库控制面积小 于 10km2，不计折扣系数，东方红水库面雨量均值也分别为 45mm、110mm。 （1） 点、面设计暴雨 点暴雨量 根据“84 年办法”降雨量等值线图查得流域中心处的、cv24、cv1，并根据 24h1h p-型曲线模比系数kp 值求出各种频率的点暴雨量h24、h1。计算成果见表2-1。 表 2-1 设计点、面暴雨量计算成果表 单位:mm 设计参数频率p（%） 暴雨 历时 均值 cvcs/cv0.330.5025 1h450.503.514613810990 24h1100.603.5425398304242 面暴雨量 - 16 - 根据流域面积查暴雨量点面关系折 算系数24=1=1.0，面暴雨量按下式计算： 242424 hp 111 hp 式中：24、1分别为24h、1h 暴雨点面折算系数； h24、h1分别为24h、1h 设计点暴雨； p24、p1分别为24h、1h 设计面暴雨。 计算成果见表2-1。 （3）面净雨量 面净雨量即地面径流，为面暴雨量扣除损失量和地下水。查 “84 年办法” ，皖南山区，重 现期50 年一遇产流部分总损失量为50mm，重现期20 年一遇产流部分总损失量为 70mm，30 年一遇产流部分总损失量为60mm。经扣损后，计算出各种频率面净雨量r24，再 根据值计算n 和 r3，见表2-2。 24 1 p p 表 2-2 n、k 值计算过程及成果表 频率（%） 内容 0.330.5025 p1(mmp24(mm)425398304242 p1/p240.340.350.360.37 r3/r240.490.500.510.52 r24(mm)375348254172 r3(mm(f/j)0.160.4650.4650.4650.465 0.55(f/j)-0.050.6990.699 0.699 0.699 k0.100.100.100.05 n0.660.670.680.69 （2）设计洪水 设计洪水过程线按“84 年办法”设计洪水流量模过程线进行推算。通过以上水库流域 净雨量的计算，根据水库流域特征参数进行洪水计算，计算得水库 20 年一遇设计洪峰流量 9.26m3/s，200 年一遇校核洪峰流量为 17.8m3/s。 汇流计算 根据“84 年办法” ，采用纳希线性瞬 - 17 - 时单位线模型进行汇流计算，分析并综合出计算出瞬时单位线参数 m1 值的地区经验公式如 下。 皖南地区：采用概化公式，当 n 采用 3.0 时 050 )(55.0 3 16.0 6 j f r j f k m1=nk 式中：m1瞬时单位线参数，h； f流域面积，km2； j主河道平均坡降，； r3最大 3 小时设计净雨量，mm。 各种频率 n、k 值计算过程及成果见表 2-2。 设计洪水过程线 因流域形状系数 f=b2/f=0.74，故洪峰流量不需要修正。根据 n、k 值，查“84 办法” 中“表 9”得不同频率洪峰流量模 qm。再根据 n 值和 qm 查“表 9”中洪峰流量模接近 qm 的过程，并将洪峰流量模差值在下一时段中消除，然后逐项乘以，即得地表径流设 1000 24 rf 计洪水过程线。地下径流设计洪水过程的总量不大，绝大部分的水量在地表径流的峰后泄出， 它对设计洪水的峰值或调洪演算来讲，影响很小，故将地下径流略去不计。 设计洪水过程线计算成果见表 2-3。 表 2-3 东方红水库各种频率设计洪水过程线 单位:m3/s 频 率 p（%）时段 t=1h0.330.5025 1 0.90.840.610.05 2 0.980.90.660.21 3 0.980.90.660.33 4 1.311.210.880.43 5 1.341.240.910.52 6 1.341.240.910.58 7 2.252.081.520.68 8 2.322.151.570.85 9 2.342.171.580.98 10 5.475.063.221.64 11 19.217.813.83.73 12 3.172.931.789.9 13 1.491.381.012.51 - 18 - 14 1.61.481.081.14 15 1.61.481.080.75 16 1.111.020.750.69 17 1.070.990.720.62 18 1.070.990.720.58 19 0.830.770.560.54 20 0.790.730.540.47 21 0.790.730.540.43 22 0.790.730.540.41 23 0.790.730.540.39 24 0.790.730.540.39 25 0.060.050.040.34 qmax（m3/s） 19.217.813.89.26 2.42.4 成果合理性分析成果合理性分析 根据我省多年来已做工程采用不同方法计算设计洪水成果的经验比较，认为采用“84 办法”计算的洪水，对于山丘区水库的洪水计算成果是偏安全的。 2.52.5 施工期洪水施工期洪水 根据施工组织设计需要，需对东方红水库施工期 10 月次年 3 月、11 月次年 4 月、 11 月次年 3 月入库水量及洪峰流量进行分析。通过用面积比法分析本工程的施工期时段 的入库水量与洪峰流量，其中洪峰流量按指数法进行比拟，经计算，10 年一遇、5 年一遇及 3 年一遇入库洪峰流量成果见表 2-4。 表 2-4 东方红水库施工期洪峰流量频率计算成果 单位: m3/s 施工时段 项目 重现期 （年）10 月次年 3 月11 月次年 4 月11 月次年 3 月 100.110.140.11 50.100.110.07 流量 （m3/s） 30.040.040.04 - 19 - 3 3 工程地质工程地质 3.13.1 完成的工作量完成的工作量 依据有关水库大坝除险加固工程勘测任务书要求结合坝区的具体情况有针对性地对坝身 和坝基进行了勘察工作，勘察人员及有关设备于 2012 年 2 月 2 开展工作，于 2012 年 2 月 3 日完成外业工作，室内试验同步开展，累计完成工作量见下表。 表 3.1 水库大坝工程地质勘察工作量一览表 项 目单位工作量备 注 地形图测量km20.09 钻探m/孔59/6 取原状土样件3 常规土工试验组8 颗粒分析试验组8 渗透试验组8 标准贯入试验3 孔12 次 3.2 区域地质环境概况 3.2.13.2.1 区域地质区域地质 库区地处马鞍山断陷盆地的中南部，上覆地层为第四系松散岩，厚度 0.0020m，下伏 地层（局部有出露）为中代侏罗系巨厚层碎屑岩。在库区北部见有太古界霍邱群变质岩出露。 本区处在华北地台子与扬子准台两个地史发展特点迥然不同的二个地块的交接部位。燕 山旋回以前，两地块分别经历各自的相对活动和相对稳定的发展过程，燕山旋回以来，逐渐 趋于一致，共同进入以断块活动为特征的新的地史发展阶段，从而构成了本区复杂的地质构 造格局。 本次进行水库大坝大坝工程地质测绘和工程地质钻探工作中，没有发现大坝（包括两端 坝肩）及副坝等位置有断层发育现象。 3.2.23.2.2 地形地貌地形地貌 水库大坝处地貌单元为低山地貌，表现为冲沟与剥蚀残丘相间地形。该水库集水面积 0.49 平方公里，水库大坝为均质土坝，现状坝顶高程 40.587.6m，最大坝高 8.5，坝长 251m，坝顶宽 3.5m，坝上、下游坡均约 - 20 - 12.5，大坝上游坡为砼护坡，下游坡未护坡。库区和坝肩均未见坍岸、滑坡等不良的地质 现象，坝区的低洼地带及主坝南北两侧多为第四系冲洪积性重粉质壤土覆盖。 3.2.33.2.3 地震地震 根据防洪标准 （gb5020194）及水利水电工程等级划分及洪水标准 （sl2522000）的有关规定，工程等别为 5 类，主要建筑物等级为 5 级。 根据建筑抗震设计规范 （gb500112010）及中国地震动参数区划图 （gb183062001） （安徽省部分 1：400 万）等规范的有关规定，复核库区场地地动参数如 下：抗震设防烈度为 6 度，设计地震基本加速度值为 0.05g，设计分组为第一组，地震动反 应谱特征周期 0.35s。 库区基岩以上覆盖层属中软土，综合覆盖层性质及厚度判定库区内覆盖层厚度大于 3.00 米，为 ii 类场地。库区属抗震稳定性好地段。 3.33.3 水文地质与工程地质条件综述水文地质与工程地质条件综述 3.3.13.3.1 工程地质条件综述工程地质条件综述 1、坝身工程地质条件概况 （1）坝身工程地质条件概述 水库大坝主坝为均质土坝 主坝勘察段坝长 251 米，坝顶高程 40.50 米，顶宽平均 3.50 米。 （2）坝身土层 水库大坝主坝坝身为人工填土（q4ml） ，工程地质剖面图上标识为层素填土。现描述如 下： 层素填土，粘土及壤土（q4ml）：层厚 2.208.50 米，层底标高 31.6738.08 米， 褐黄色为主，褐、黄、灰等色。结构松散，湿。该层由大坝人工填土及耕土两部分组成。大 坝填土主要位于大坝坝基以上，以壤土及粘土为主要成分，颜色较为杂乱，呈松散稍密状 态，湿。耕土主要分布于大坝填土与坝基之间以及大坝以外范围，主要由壤土组成，灰色， 松散状态，湿。含大量植物根茎等杂物。此层土属高压缩性土。 坝身填土的物理力学性质详见土工试验报告及物理力学性质指标统计表。 2、坝基工程地质条件 （1）坝基工程地质条件概况 水库大坝主坝主要座落于第四系上更新统（q3al+pl）沉积冲积地层。 - 21 - 层粘土（q3al+pl）层厚 4.1 米，主要分布在南侧大坝,层底标高 31.6736.24 米。 褐黄、黄褐、黄色，湿，硬塑坚硬状态，含铁锰氧化物、铁锰结核、少量灰白、青灰色高 岭土团块。摇振无反应，切面光滑，干强度高，韧性高。此层土属于中等偏低压缩性土。 （2）坝基岩土层分述 水库大坝坝基岩土层在本次勘探范围揭露为上更新统（q3al+pl） 。现叙述如下： 层中风化砂岩 (j)：此层未钻穿，最大钻遇厚度 8.50 米。黄褐、灰黄色，结构致密。 岩芯呈短柱状，密实状态，原岩风化成砂土状，遇水易软化，含泥质、云母片等，裂隙发育。 以上各地层分布详见工程地质剖面图。各岩土层的物理力学性质详见土工试验报告及分 层物理力学性质统计表。 3.3.23.3.2 水文地质条件综述水文地质条件综述 勘探区内第四系上更新统及第四系全新统地层广泛分布，地下水主要分布为类型主要为 上更新统粘土（q3al+pl）中的孔隙潜水，受大气降水和库水补给。地下水位的动态明显受大 气降水、库水及蒸发影响。 根据区域地质资料和库区附近的水质分析资料，水库大坝的水对混凝土无腐蚀性。 1、坝身填土的渗透性 本次勘察除对坝身土各原状土进行了垂直及水平两种渗透系数的室内试验。现状试验结 果分述如下： 坝身土室内渗透试验成果见下表： 表 3.3.2-2 坝身土室内渗透试验成果表 室内渗透试验 岩土层垂直渗透系数 cm/s 水平渗透系数 cm/s 渗透性 层平均值 4.07e-57.38e-5 弱透水层 3.43.4 工程地质条件综合评价工程地质条件综合评价 水库大坝地形地貌单元属低山地貌，工程地质条件较为简单，未出现滑坡、沉陷及开裂 不良地质现象。现分段评述如下; （1）坝身工程地质评价 层素填土，主要由重粉质壤土夹粘土及粉质壤土（q4ml）组成，颜色杂乱，分布不均 匀，状态较差，物理力学性质不均一，孔隙比在 0.7880.889 之间，压缩模量在 5.275.96mpa 之间，平均为 5.68mpa，压缩系数平均为 0.33，为中等压缩性土。 - 22 - 坝身填土所选土料的土质较好，但填筑质量较差，压实不够密实。 （2）坝基工程地质评价 根据本次勘察揭露，水库大坝主坝坝基属单层结构，为粘性土类。其坝基土层从两侧到 中部变化较大，所存在的工程地质问题也所不同，现对其分述如下： 1、主坝及溢洪道 水库大坝主坝的坝基及溢洪道座落于层素填土上，坝堤分布范围地层为两残丘及其间 冲洪积层。堤基工程地质条件分类为 b 类。属中硬土，属微弱透水层。 （3） 、坝区各地基土的地基基础设计参数 根据本次勘察结果，结合我院岩土工程勘察工作经验，现提供有主坝及溢洪道地基土的 地基础设计参数如下表： 表 3.4 主坝及溢洪道地基土的地基础设计参数 层序 容许承载力 (kpa) 天然地基承载力特征值 fak(kpa) 压缩模量 es(mpa) 层 22020012.0 层 38035018.0 3.53.5 结论结论 1、水库大坝大坝自建成运行以来未出现大的安全事故，说明大坝总体是稳定安全的， 但水库大坝坝区现状存在的主要工程地质问题为可能产生渗透破坏，应针对此问题采取有效 的防治措施进行除险加固。 2、水库大坝坝区及近坝库区天然边坡未发生失稳现象。 - 23 - 表 3.1 东方红水库土工试验成果表 - 24 - 4 4 工程任务和规模工程任务和规模 4.14.1 工程概况工程概况 东方红水库位于安徽省马鞍山市当涂县太白镇永宁行政村境内，座落于长江流域姑溪河 支流上。大坝始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水库。 东方红水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵洞等组成。水库大坝为均质土坝，现状坝 顶高程 40.5m，最大坝高 8.5m，坝长 251m，坝顶宽 3.5m，坝上游坡约 12.5，下游坡比约 1:2.5，大坝上游坡部分为砼护坡，下游坡无护坡。 溢洪道位于大坝右坝肩，进口设开敞式实用堰，堰顶高程 38.5m，溢洪道宽 7m。 放水涵为 200 铸铁管，启闭机已损坏，并未建启闭机房。本次设计拟对放水涵更换启 闭机和闸门，并新建启闭机房。 水库设计灌溉面积 1000 亩，保护着下游 0.91 万人、0.76 万亩耕地和 s314 省道的防洪 安全。水库管理隶属太白镇永宁村，无专业管理人员。日常管理由村负责维修、防洪、灌溉 等工作，2002 年水库进行加固维修。但由于修建年代较长，加之受当时条件限制，坝基清 除不彻底，土料混杂，土层暗缝多，碾压不均等原因，造成水库蓄水运行后存在较大隐患。 大坝无观测设施，汛期只能凭借堰顶高程加滚流厚度推算水库水位。 4.24.2 工程存在的主要问题工程存在的主要问题 东方红水库始建于 1976 年 10 月，1977 年 4 月完工，是一座以灌溉为主的小（2）型水 库。水库集雨面积 0.485 km2。2011 年进行了安全复核，确定水库防洪标准为 20 年一遇洪水 设计、200 年一遇洪水校核。根据 2011 年安全复核计算，现状 20 年一遇设计洪水位 39.2m，200 年一遇校核洪水位 39.5m，坝体、泄洪设施及管理设施等存在一定的安全隐患。 （1）大坝始建于上世纪 70 年代，为均质土坝，主要由人工挑筑而成。由于当时施工条 件、技术落后，大坝只进行了部分清基。大坝施工质量均达不到现行规范及设计要求，输、 泄建筑物现状存在一定的安全隐患，放水涵洞及溢洪道等工程质量差；放水涵洞漏水；溢洪 道下游消能防冲设施有部分损坏。放水涵为 200 铸铁管，启