石油煤炭天然气水土流失补偿费项目延长县黄窑科骨干坝维修加固工程扩大初步设计说明书.doc

石油煤炭天然气水土流失补偿费项目延长县黄窑科骨干坝维修加固工程扩大初步设计说明书（报批稿）延长县水土保持工作队二O一一年三月第一章 概述第一节 维修目的及意义控制和防治水土流失，充分利用水土资源，是改变黄土高原地区农业生产条件，减少入黄泥沙，促进退耕还林还草和封山育林，改善生态环境的根本措施。黄窑科中型坝工程，利用坝地85亩。同时，工程可抬高沟道侵蚀基准点，防治沟头下切，促进流域内坡耕地退耕还林还草，带动本地经济的发展。第二节 编制依据一、水土保持综合治理技术规范（沟壑治理技术GB/T16453.3-2008）；二、陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册；三、延安地区实用水文手册；四、水土保持工程概（估）并编制规定水利部（2003）；五、水土保持工程概算定额水利部（2003）；六、1:10000库区地形图，1:500坝址实测地形图，1:500坝址实测横断面图。第三节 工程主要技术参数 一、坝体参数1、原坝高16m，坝顶长175m，顶宽4m，总库容13.1万m 。2、水位及库容拦泥高程 100.0m，拦泥库容不计。校核洪水位 102.18m，滞洪库容13.1万m。坝顶高程 103.5m。二、溢洪道工程参数堰上水深1.44m，堰顶宽4.6m，堰长6m，宽顶堰进口高程100m，溢洪道长71m。三、主要工程量及建筑材料1、主要工程量：土方1.42万 m，石方876.5m，其中坝体土方0.49万m，浆砌块石91.5m。 2、主要材料用量：水泥10.99T，柴油1.21T。四、工程总投资76468元。五、工程效益：拦泥、淤地、改善生态环境等。第二章流域概况第一节自然条件黄窑科骨干坝位于延长县郑庄镇黄窑科村主沟道内，距延长县城18公里，属延河的二级支流，地处东径1094228,北纬362918，属黄土林区，地貌由梁峁、沟坡、沟床三个单元组成，以坡为主，沟壑纵横、梁峁林立、沟谷深切、地形破碎，沟壑密度2.4km/km，其地理特点是西、北高，东、南低，最大高差为59m，地表无砂岩裸露，两岸覆盖黄土，主沟道断面呈“U”形，支沟沟道断面多呈“V”字形。黄窑科骨干坝区间控制流域面积12.46km，主沟道长5.3km，沟道比降2.15%，属黄窑科村所辖，群众对打坝淤地有很高的积极性，加固此坝即是流域坝系配套的需要，也是当地群众致富、促进退耕还林的一项重要水保措施。第二节 社会经济情况一、人口劳力：工程所在流域涉及黄窑科行政村两个村1个自然村，共有人口315人，劳力98个，人口密度48/人.km，人均收入1600元。二、农业：工程控制流域内有坝地200亩，主要农作物有玉米、小米、土豆等。三、林业：流域内退耕还林还草945亩， 流域治理度为24.5%。四、副业：主要有羊、猪、鸡等。表2-1 黄窑科村社会经济情况表人口总数(人)劳力总数(个)人口密度(人/km2)人均耕地(亩)人均基本农田(亩)产值纯收入总(万元)人均(万元)总(万元)人均(元)31598483.21.174.03235050.41600第三节 水文气象条件该流域属大陆季风气候，其特征是四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽潮湿，冬季寒冷少雨雪。多年平均气温10.4C，绝对最高气温38.9C，最低气温为-22.3C，年均无霜期170天，多年平均降水量565.7mm，工作其中汛期69月份降雨量占全年降雨量的70%以上，最大年降雨量812.6mm，沟道内有季节性流水，多年平均侵蚀模数为1.10万t/ kma。表2-2 流域水文气象特征表气温C10积温C年日照时数h无霜期d大风日数d年降水量（mm）多年平均暴雨次数（次/年）年最高年最低多年平均最大最小多年平均38.9-22.510.435322553.918011812.6292.7565.78第四节 工程地质工程所在地流域形状接近扇形，地质构造属鄂尔多斯台地，坝址处左岸有岩石出露，沟道两岸覆盖着深厚的黄土，高约3060m，为沟壑纵横、支离破碎的黄土丘陵梁、峁、沟地形，土质主要为轻粉质壤土，表展为砂壤土，可两岸取土，储量能够满足工程施工。根据以上地形地质条件，该坝址处适宜修建均质土坝，坝基、坝肩结构完善，无软弱带和裂隙发育，两岸边坡无冲沟，无倾向下游的滑动面，适宜布设泄水工程，新旧坝结合处可修建齿墙，或开挖结合槽，不会引起坝基渗漏。第三章 水文计算第一节 水位库容，水位面积曲线由库区1：10000地形图，用求积仪量得各项坝高下的淤地面积S，水位分级为5m，按下式计算各级水位下的库容。Vi=（Si-1+Si）/2Zi （31）V=Vi （32）式中：V基水位下的库容（万m）。Si第三级水位对应的淤地面积（万m）。Zi水位分级高差（m）.Vi分级水位所增库容（万m）。经计算：水位库容、水位面积关系表见表3-1，水位库容、水位面积曲线线见图。表3-1 黄窑科骨干坝坝高库容、水位面积关系表水位淤地面积平均淤地面积层高层间库容累计库容（m）亩（m）mmmm万m1008556666.71051177800067333.35336666.7433834.243.3811021311200095000 5475000811666.781.17 第二节设计洪峰流量和设计洪水总量计算该工程区间控制流域面积12.46km，主沟道长5.3Km,纵坡比降 2.15%，根据陕西水土保持治沟骨干工程技术手册和陕西省延安地区实用水文手册中推荐的公式，结合流域的实际情况，设计洪峰流量计算采用洪水面积相关法，即QN=KNFn 公式，计算出不同频率的洪峰流量，然后洪水总量计算公式即W=0.18Qm1.27求得不同频率的洪水总量，见表4-1。洪峰流量和洪水总量成果表 4-1洪水频率P（%）50.5洪峰流量(m3/s)16.3633.89洪水总量(万m3)6.2615.79该工程不再淤积，因此，加高坝体只考虑滞洪坝高及安全超高，配套溢洪道。设计标准：按照“国标”的规定，黄窑科骨干坝设计洪水标准为20年，校核洪水标准为200年。 第三节调洪验算经设计该坝淤泥面高程为100.00m（即坝高12.5处），因沟内无常流水，采取溢洪道底与淤泥面（即坝地面）齐平。由于该溢洪道进口建一座过水桥，桥洞净宽为4.6m,为了不影响过水桥的正常运行，初步将溢洪道的宽拟定为4.6m进行调洪。该骨干坝上游有同样标准的李家台骨干坝为三大件组成，因此该工程调洪计算,除了考虑本工程控制面积范围内的洪量情况外，还应考虑上游骨干坝泄洪情况。以下调洪计算均以李家台骨干坝正常运行情况下计算得：上游坝设计Q20上=0 m3/s，校核Q200上=32.69 m3/s校核情况下： Tp=5.56* Wp/ Qp=5.56*15.79/33.89=2.59（h） t1 =dt1 Tp=0.15*2.59=0.388（h）W20= t1 Q上泄=0.388*32.69*3600/10000=4.57万m3因此该坝的洪水结果为：Q20 =16.36m3/s， W20 =6.26万m3Q200 =66.58m3/s， W20 =20.36万m3调洪：溢洪道底坎与淤泥面齐平，在设计情况下的下泄流量Q设泄：设坝上水深H20=0.8m溢洪道宽4.6m时，相应的滞洪库容V滞=4.48万m3， Q洪（ 1-V滞/（W洪）=16.36*（1-4.48/6.26）=4.65 m3/s验算：由上式得V滞= W洪（1- Q泄/ Q洪）=6.26*（1-4.65/16.36）=4.48万m3，经验算得滞洪坝高相应的滞洪库容为4.48万m3与坝高面积、库容曲线查得滞洪库容相吻合，故溢洪道设计下泄流量Q设泄=4.65 m3/s.溢洪道在校核情况下的下泄流量Q校泄：设坝上水深H20=2.18m溢洪道宽4.6m时，相应的滞洪库容V滞=13.1万m3， Q洪（ 1-V滞/（W洪）=66.58*（1-13.1/20.36）=23.74m3/s验算：由上式得V滞= W洪（1- Q泄/ Q洪）=20.36*（1-23.74/66.58）=13.1万m3，经验算得滞洪坝高相应的滞洪库容为13.1万m3与坝高面积、库容曲线查得滞洪库容相吻合，故溢洪道校核下泄流量Q设泄=23.74 m3/s。溢洪道进口桥洞宽为4.6m，高为2.3m，根据公式Q泄=MBH3/2计算得桥洞的泄流量为25.67m3/s，大于溢洪道校核23.74m3/s，故桥洞尺寸不变。由调洪演算得设计情况下：H滞=0.8m V滞=4.48万m3，B=4.6m,Q泄=4.65m3/s。b.校核情况下：H滞=2.18 m V滞=13.1万m3, B=4.6m. Q泄=23.74m3/s。第四章工程加固维修方案设计第一节现状及加固方案一、现状：区间控制流域面积12.46km2，属延河二级支流，现淤地面积85亩，1970年建成，95年淤满，已耕种，沟内无常流水，左坝肩有井场与坝顶齐平。工程由大坝和溢洪道两大件组成，旧坝高16m，坝顶宽2 m，坝顶高出淤泥面3.5m，内外坡1:1.2；经测量坝顶高程为102.0m，淤地面高程100m，右岸设有溢洪道由于年久失修，已全部损坏，无法正常运行，溢洪道进口有一座砌石过水桥横跨溢洪道，其过水洞净宽为4.6 m。二、加固方案：为保护现有坝地面积，加固坝体，重新设置砌石溢洪道并做排洪渠。1、加固坝体，坝高由调洪演算确定，坝顶按有交通要求考虑为4米。2、在右岸设溢洪道，由进口八字、宽顶堰、平流段和陡坡段四部分组成。第二节土坝加固设计一、坝型及筑坝土料选择黄窑科骨干坝址两岸土料丰富，经现场勘测，土料储量和土料性质均满足工程维修加固要求。按照因地制宜、就地取材的原则，将坝型确定为碾压均质土坝。根据实地勘测，选择两坝肩以上的土料为填筑土料，经试验测定，土质为中粉质壤土，有机质含量2%，水溶盐含量5%，含水量为14%，从以上测试数据可以看出，坝址两岸的土料能够满足碾压施工的要求。二、坝高确定根据黄窑科骨干坝的作用和现有条件，以及对枢纽布设的要求，结合原坝及地形条件，确定工程枢纽组成为二大件，由坝体和溢洪道组成。坝高H由拦泥坝高HL、滞洪坝高Hz和安全超高H两部分组成，即 H=HL+HZ+H （4-1）1、拦泥坝高该工程已淤满，不再拦泥，因此拦泥为现有淤泥面高12.5m。2、滞洪坝高由滞洪库容查水位一库容曲线确定。滞洪库容按一次校核洪水经调洪演算确定，即VZ=13.1万m；查水位一库容曲线得，Hz=2.18m， 滞洪水位 高程为HZ=102.18 m。3、安全超高的有关规定取H=1.32m。4、工程设计总库容为：因为该坝已淤平，只是加固滞洪坝高和安全超高，故V总= VzV总= VZ=13.1万m 5、工程设计坝高确定：原坝高为16m,H=H淤+HZ+H=12.5+2.18+1.32=16m 原坝高为14.5 m ，坝顶高出淤地面3.5m，故该坝不需要加高。坝底高程为87.5m，顶部高程为103.5m，总坝高16m，坝顶长175m。四、坝体断面尺寸坝顶考虑有交通要求，坝顶宽度取4.0m。上下游坝坡比为1:2。五、基础处理1、清基：坝体填筑前,对坝基进行处理，土基必须把草皮、树根，腐殖质等杂物清理干净，深度一般为0.30.5m；石基需清理到新鲜石层，如有洞穴或裂缝，应用土回填夯实，或用泥浆灌缝，坝基内的孤石，必须移去。2、削坡：按照“国标”的要求，坝体与岸坡结合应采用斜坡平顺连接，岸坡整修成正坡，土坡不陡于 1: 1 ，石坡不陡于 1: 0.5。3、坝面护坡及排水：该坝不在加高，只从上游进行回填压实，使其顶宽和坝坡达到设计要求即可。下游坝坡植被完好，不需要采用生物护坡和排水设施。详见坝体平面图。第三节 溢洪道工程设计根据地形条件，溢洪道布设在坝体右岸，溢洪道由进口八字、平流段、堰、陡坡段四部分组成。1、 水力计算（1）进口段进口段为八字形，两端各向两岸伸入1.5m.（2）溢流堰：采用宽顶堰 由调洪演算得：Q较泄=23.74m3/s，相应的滞洪水深（即堰上水头）为H=2.18m，堰顶宽为B=4.6m。堰顶长度按水力学要求为2.5HL=5.45m，取L=6m（3）陡坡段根据地形条件，陡坡底坡i=1/4，其底宽与堰宽相同，矩形断面,其断面尺寸由水力计算确定。A、陡坡起点水深hK陡坡起点水深为临界水深hK （4-8）式中：q 单宽流量（m3/s/m）； 流速分布不均匀系数，取1.1； g 重力加速度，取9.81m/s2。则：hk =1.1* (23.74/4.6 )2/9.811/3=1.44mB、正常水深h0正常水深h0由公式Q=WC试算求得则：h0=0.48m由于h0 hK，故水流呈降水曲线。C、求水面线计算采用能量平衡法逐段累计法计算，即： （4-9）式中 h1、h2 断面1、断面2的水深（m）； v1、v2 断面1、断面2的平均流速（m/s）； a 1、a2断面1、断面2流速不均匀系数； g 重力加速度，取9.81m/s2； L 1、2断面间的距离（m）； i 陡坡的坡度； J 平均水面坡降，J=1/2（J1+J2），任意断面的水面坡度可按下式计算 J=n2Q2/W2R4/3陡坡段水面曲线计算结果见表4-1。断面HWVh+av2/2gXRR4/3J平均Ji-JLL(m)11.446.62 3.58 2.09 7.480.89 0.85 0.01 21.25.52 4.30 2.38 70.79 0.73 0.02 0.01270.2373 1.21 1.21 31.15.06 4.69 2.56 6.80.74 0.67 0.02 0.01810.2319 0.77 1.99 414.60 5.16 2.80 6.60.70 0.62 0.03 0.02370.2263 1.04 3.03 50.94.14 5.73 3.12 6.40.65 0.56 0.04 0.03180.2182 1.46 4.49 60.83.68 6.45 3.56 6.20.59 0.50 0.05 0.04440.2056 2.17 6.65 70.73.22 7.37 4.21 60.54 0.44 0.08 0.0650.1850 3.51 10.16 80.62.76 8.60 5.21 5.80.48 0.37 0.12 0.10120.1488 6.72 16.89 90.52.30 10.32 6.87 5.60.41 0.31 0.22 0.17130.0787 21.08 37.96 100.482.21 10.75 7.33 5.560.40 0.29 0.25 0.23280.0172 26.88 64.84 表中计算的水面线长64.84m,实际陡坡长50m，用内插得陡坡末端水深为0.49m，末端流速10.54 m/s。因陡坡末端水流流速大于10m/s，故应考虑掺气增加的水深：h=h始*( V始/100)=1.44*(3.58/100)=0.03 mh=h末*( V末/100)=0.49*(10.54/100)=0.05 m取侧墙超高为0.5m进出口侧墙高分别为：H始=1.44+0.5+0.03=1.97m ， 取2.0m.H末=0.49+0.5+0.05=1.04m， 取1.5m.陡由于陡坡出口为基岩，故不需要消能设施。 2、结构设计 溢洪道建在坝体右岸，溢洪道由进口段、平流段、堰和陡坡段四部分组成，陡坡末端直与基岩相连。溢洪道净宽4.6m，砌筑砂浆采用M10，勾缝砂浆M10。 （1）、进口段进口段为八字，长10m，开口宽为10m，侧墙为浆砌石重力式挡土墙，高2 m，顶宽0.5 m，底宽1.3 m，基础外伸0.2 m。两端向两岸伸入1m。（2）、平流段平流段采用矩形断面，渠长16m，边墙采用浆砌石重力式挡土墙，高2m，顶宽0.5 m，底宽1.3 m，基础外伸0.2 m，基础厚0.4m，在与堰相连接。（3）、宽顶堰 宽顶堰进口高程为100m，桥洞为堰体部分后接平流段，侧墙为浆砌石重力式挡土墙，堰长取6 m，高2m，顶宽0.5 m，底宽1.3 m，基础外伸0.2 m，基础厚0.4m，堰前堰后做深0.5m,厚0.5m有防渗透齿墙，后接平流段。（4）.陡坡段：长50m，净宽4.6 m，边墙结构尺寸首端墙高2m,底宽1.3m，顶宽0.5m，外伸0.2m；末端墙高1.5m，底宽1.15m，顶宽0.5m，外伸0.2m。每隔10m做一道齿墙，深0.5m，宽0.5m。根据地形条件,下游右岸有基岩,不需要设消力池。出口做一道齿墙，深1.5m，宽1m嵌入基础岩石。第五章 效益分析第一节 基础效益黄窑科骨干坝修建后，在设计年限内，年最大拦蓄洪水能力为13.1万m,使坝控范围内的洪水泥沙基本拦蓄。第二节 经济效益经济效益包括直接经济效益和间接经济效益，该骨干坝的直接经济效益为坝地种植效益，间接经济效益为拦泥效益和防洪保护效益。1、坝地种植效益：该坝现有85亩，坝地利用率按80%计算，则可利用坝地68亩，坝地亩产按500kg计算，粮食单价为2元/kg，故坝地亩产效益为1000元，扣除每亩种植投入种子、化肥、农药的成本300元，每年可净收入4.76万元。按30年种植期计算，累计种植效益为142.8万元。第三节 生态效益黄窑科骨干坝建成后对坝控面积内的洪水泥沙就地拦蓄，使严重的水土流失得到了有效控制，一是避免了土壤养分的流失，改善了作物生长的土壤环境，有利于作物的生长发育，提高了单产量；二是坝地粮食产量可达坡耕地的58倍，促进流域退耕还林和封育治理的开展；三是可有效减少进入下游河道的泥沙特别是粗颗粒泥沙，减轻下游河道的淤积速度；四是可有效防止沟道下切、沟岸扩张，抬高侵蚀基准面、稳定沟坡。第四节 社会效益工程建成后淤成的坝地，为当地农业生产创造了良好的条件，促使当地农民改变过去广大种薄收的习惯，提高了劳动生产率，有力促进了农村经济的发展。第六章工程概算第一节 编制依据一、水土保持工程概算编制规定水利部（2003）二、水土保持工程概算定额水利部（2003）三、黄窑科加固中型坝扩大初步设计说明书四、陕西省及延安市地方政府的有关规定第二节 取费标准一、 基础单价1、 人工工资：该工程所在地为六类工资地区，根据水土保持工程设计概算编制规定的有关规定：工程措施取1.7元/工时，林草措施取1.5元/工时。、2、 主要材料预算价格：根据工地实际情况和材料市场价格经计算确定材料预算价格。砂石料价格按当地购买价计算，购买价超过70元/m3的部分计取税金列入相应部分之后。3、 水点基础单价：采用工程所在地物价部门规定价作为预算