[解决方案]郭圩水库初步设计报告修正审阅稿.doc

1 1 1 综合说明综合说明 1.11.1 工程概况工程概况 郭圩水库位于霍邱县孟集镇郭圩村境内，距孟集镇政府约 5.0km，属淮河流 域汲河水系。水库以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等，水库设计灌溉面积为 6000 亩，防洪保护水库下游孟集镇郭圩村近 0.08 万人、耕地 0.2 万亩，控制集 水面积 1.98km2，是淠史杭汲东干渠灌区里的一座反调节式小(1)型水库。 郭圩水库是一座完全靠拦截地面径流的小(1)型水库，现有主坝长 515m，坝 顶高程在 36.0038.90m（废黄高程系，以下皆同废黄高程系，以下皆同） ，最大坝高 7.6m，顶宽 3.05.0m，内、外坡分别为 1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道 (废弃)、北高涵、北低涵和南高涵(废弃)组成。水库设计防洪标准为 30 年一遇设 计，300 年一遇校核，设计洪水位 34.84m，相应库容为 107.0 万 m3；校核洪水位 34.89m，相应库容为 130.0 万 m3；兴利水位 34.50m，相应库容为 82.06 万 m3；死 水位 30.5m，相应死库容 0.4 万 m3。 郭圩水库大坝为均质土坝，始建于 1953 年 10 月，1955 年 12 月未完工蓄水。 大坝兴建期间，由乡、村自筹资金先后自建了 3 座简易灌溉涵和一座溢洪道，由 于大坝未按当时设计标准完成，现存的南高涵和溢洪道均已废除。目前大坝中高 两端低，坝顶凹凸不平，两端满足不了防洪要求；迎水坡由于未护砌，部分段浪 蚀严重；背水坡散浸碎漏，坡坡湿软、坝脚沼泽化现象较严重。 水库现有溢洪道位于大坝北端，为开敞式宽顶堰，砌石圬工结构，2 孔每孔 净宽 5.0m，底高程 34.60m。目前由于大坝为半拉子工程，溢洪道自建成起，从未 泄过洪，现已被当地群众废除，平整为耕地。 大坝共建有 3 座灌溉放水涵，分别位于大坝南、北两端，系坝下埋涵，南高 涵现已废除，现存的北高涵和北低涵管径分别为 70cm、80cm 砼园形有压涵， 上游启闭台为砼竖井式,进口底高程分别为 34.50m、32.00m，设计灌溉流量为 0.46 m3/s；闸门均为铸铁闸门，配 2t 手动螺杆式启闭机。 由于水库大坝建于特定的年代，施工质量差， 2009 年 2 月由安徽省水利部 淮河水利委员会水利科学研究院及安徽省水利厅闸坝安全检测中心对该水库进行 2 安全鉴定，根据大坝安全鉴定报告书结果可知：“该水库大坝为半拉子工程， 两端现状坝顶高程不能满足防洪要求；清基不彻底，岸坡处理不规范，坝体填筑 质量差，穿堤建筑物物出现接触渗漏，下游无排水设施，坝脚大片沼泽化；现存 放水建筑物混凝土结构老化、裂缝，漏水严重，下游出口消能防冲设施破损，不 能满足安全运行要求；闸门及启闭设备老化、止水失效，无法正常运行；大坝无 观测设施，管理和交通设施简陋等。 ”鉴定为三类坝。根据鉴定结论，水库大坝存 在诸多不利条件和安全隐患：坝顶高程两端不足；穿堤建筑物物出现接触渗漏； 水库建筑物混凝土结构老化失修，闸门及启闭设备老化、止水失效，无法正常运 行；缺少必备的管理和观测设施。以上险情的存在，均对水库安全运行构成直接 威胁，因此水库急需进行除险加固。 本次除险加固初步设计前曾做如下工作： （1）2008 年 12 月安徽省水利水电勘测设计院对该库进行工程地质勘察，并 提供郭圩水库除险加固工程工程地质勘察报告 （工程编号 084013-2） 。 （2）2008 年 12 月霍邱县水务局提交安徽省霍邱县郭圩水库大坝现场安全 检查报告 。 （3）2009 年 9 月 2 日，由安徽省六安市水利局主持对霍邱县郭圩水库安 全评价报告进行评审，评审专家分别来自六安市水利局、霍邱县水务局。评审 结果将郭圩水库大坝鉴定为三类坝，详见大坝安全鉴定书 。 本次初步设计工作主要依据：相关国家现行规程、规范，并在运行管理报 告 、 霍邱县郭圩水库大坝安全评价报告及地质勘察报告基础上进行初步 设计文件的编制。 1.21.2 水文水文 郭圩水库库区地处霍邱县孟集镇郭圩村境内，距罗花路东约 400m，属淮河流 域汲河水系，为汲东干渠反调节小（一）型水库。 该库是一个以兴利灌溉为主的水库，库容较小，来水面积不大，原为 2.16km2，后被汲东干渠拦截部分地面径流，从万分之一地形图上实量为 1.98km2，水库设计控制灌溉面积 0.6 万亩。 郭圩水库库区属亚热带和暖温带半湿润季风气候，为我国南北气候过渡地带。 3 据霍邱县气象站气温观测资料统计，该区多年平均气温 15.4，极端最高气温 41.2（1959 年 8 月 23 日） ，极端最低气温零下 16.6（1969 年 1 月 31 日） ， 多年平均地面温度 17.7，极端最高地面温度 69.2，极端最低地面温度 23.7；年平均降雨量为 944mm，最大日降雨量 168mm。该地区夏秋季盛行东南 风或东风，多年均风速在 3.0m/s，生成风向为东北风，最大风速 20m/s。 1.31.3 工程地质工程地质 郭圩水库库区地层属皖北（华北）地层区两淮分区长丰小区(23 )，河湖相沉 积较为发育。水库区地表大部分为第四系地层覆盖，上更新统（Q3al ）地层分布 最广，全新统（Q4al ）主要零星分布于河漫滩、老河槽内及人工活动频繁区，岩 性主要为灰、灰黄色重、中粉质壤土、粉质粘土。根据勘探揭露地层自上而下分 述如下： （1）人工素填土 主要分布于坝身，土质主要以重粉质壤土为主，局部夹少量粉质粘土和中粉 质壤土，一般灰黄色，下部与原坝基接触部位 1.0m 左右夹较多灰、灰绿色。坝身 填土填筑于特定的历史时期。上部 23m 左右经多年人工活动，为硬可塑状，相 对较紧密，下部一般软可塑状，局部软塑状，压实度不够，结构相对较松散；填 土与坝基结合部含少量草根、树叶等杂物。 （2）1 层重粉质壤土 （Q4al）重夹中粉质壤，颜色灰黄夹灰、灰色，与填土接触处多含有草根等植 物根系，软可塑状，属中等偏高压缩性土。层厚 0.802.0m。层底高程 30.0131.09m。本层主要分布于大坝中段。 （3）2 层重粉质壤土 （Q3al）重粉质壤土，颜色棕黄、褐黄等色，含铁锰质结核及少量砂礓。一般 硬可塑状，局部硬塑状，属中等压缩性土。野外现场注水试验渗透系数为 2.1010-6cm/s。本层普遍分布，未揭穿，可见最大厚度 15.9m，相应高程 15.00m。据室内试验，本层土具膨胀性，自由膨胀率为 51，膨胀潜势为弱。 4 1.41.4 工程任务及规模工程任务及规模 本次郭圩水库加固工程的任务主要是根据安全鉴定成果，针对水库大坝、输 泄水建筑物及相关设施现状存在的问题，进行除险加固，以消除水库正常运行中 可能出现的各种安全隐患，确保水库的安全运行，使其发挥应有的效益。根据水 库现状，本次加固工程的主要内容如下： 1.水库大坝：根据安全鉴定复核成果，现有坝身断面不足，大坝两端局部高 程不足，中间坝段超高较大，顶高程悬殊较大，应对此进行适当削高培厚，从中 间向两端平顺衔接，设计顶高程 38.0036.50m，顶宽 6.0m，设计内坡 1：3.0， 外坡修整为 1:3.0，为减少占地，采取上游前帮土，下游修坡，取土优先选用高 坝削高土，不足部分从库区上游滩地上取用；为避免坝脚出现湿软、沼泽化现象， 减少穿堤建筑物数量，在背水坡坝脚处增设一条自北向南排灌沟，由北涵引水向 南保证大坝沿线耕地的灌溉。 2.溢洪道：根据洪水调节计算成果，废除原北高涵并将其改建成开敞式宽顶堰。 3.拆除重建北低涵，为方便检修将原坝下埋涵改建为钢筋砼箱涵结构。 4、为方便灌溉和泄洪调度，在北低涵出口下游新建 1 座节制闸。 5、为方便防汛器材运输，对加固后 515m 堤顶进行砼硬化，道路采用四级公路 单车道标准，宽 4.0m，20cm 厚 C30 混凝土路面，15cm 厚多孔水泥碎石水稳层, 20cm 厚级配石基层，两侧安装预制砼路缘石。 6、新增必要的管理设施，配备一定的观测及通讯设备。 1.51.5 除险加固工程设计除险加固工程设计 1.5.11.5.1 工程等别、枢纽建筑物级别及防洪标准工程等别、枢纽建筑物级别及防洪标准 依据水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2000） ，郭圩水库设计总 库容 130.00 万 m3，属小（1）型水库，水库枢纽工程等级为等，其主要永久性 水工建筑物级别为 4 级，次要建筑物为 5 级。 依据防洪标准 （GB5021-2000）和水库枢纽工程等级，该工程设计标准为 30 年一遇，校核标准为 300 年一遇。 5 1.5.21.5.2 现状工程布置及主要建筑物型式现状工程布置及主要建筑物型式 郭圩水库于 1953 年 10 月开工，1955 年 12 月未完工蓄水，现有主坝长 515m，坝顶高程在 36.0038.90m（废黄高程系，以下皆同废黄高程系，以下皆同） ，最大坝高 7.6m，顶 宽 3.05.0m，内、外坡分别为 1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪 道和 3 座灌溉放水涵组成。主要建筑物型式：原溢洪道为 2 孔5m 砌石宽顶堰， 位于大坝北端，现已废除；大坝南端设有 1 座放水涵，为 60cm 坝下埋管，现已 废除；北端设有高、低两座放水涵，分别为 70cm、80cm 坝下埋管，是目前库 区灌溉主要放水建筑物。 1.5.31.5.3 主要建筑物加固设计主要建筑物加固设计 针对郭圩水库目前存在的主要问题，按照大坝安全鉴定意见和相关规范对大 坝及建筑物进行加固，其加固内容主要有： 1、采取削高填低办法加宽培厚主坝 515m：根据现有大坝断面情况，设计坝 顶宽 6.0m，迎水坡设计坡比 1：3，背水坡修整为 1：3，设计坝顶高程 36.50m。 2、迎水坡新建锁形砼预制块护坡，并用现浇砼进行衬砌：砼预制块护坡底起 止高程为 33.0034.00m，护顶高程 36.50m，护长 492m，护坡厚度为 0.12m，底 设 10cm 厚碎石垫层；背水坡坡脚 2m 平台下沿坡脚南北向设一条长 407m 长排灌沟， 排灌沟底、顶起止高程为 31.0032.50m，设计沟底宽 0.5m，内坡比为 1:1.0， 排灌沟用 10cm 厚现浇砼进行衬砌。 4、拆除北高涵，并在原址附近新建单孔 3m 宽开敞式溢洪道，过流堰设计为 宽顶堰 。 5、拆除重建北低涵，重建放水涵结构为钢筋砼箱涵，洞身断面尺寸为 1.5m(高)1.0m(宽)。 5、在北涵出口处下游新建 1 座 60cm 管式节制闸，便于防洪调度和灌溉调 节。 6 1.61.6 电气与金属结构电气与金属结构 1.6.11.6.1 电气电气 郭圩水库放水涵和节制闸的启闭机均为手摇螺杆式；溢洪道设计为开敞式宽 顶堰，无动力设备，离库区下游 100m 左右为郭圩中学，内设有 30kvA 照明变压器， 可以为施工管理区和砼拌和站提供临时用电，无需单设输变电设备。 1.6.21.6.2 金属结构金属结构 按照水利建设项目经济评价规范 （SL72-94）规定：中小型闸门、启闭机 设备的折旧年限为 20 年，本工程金属结构早已达到折旧年限，且由于年久失修， 启闭机螺杆弯曲，启闭机及闸门锈蚀相当严重，已无法正常开启。因此，将现有 的闸门和启闭机全部更换是必要的。设计的各建筑物参数及金属结构规格、型号、 数量详见本报告 6.3。 1.71.7 工程占地与拆迁安置工程占地与拆迁安置 本工程为水库除险加固工程，工程规模未进行调整，不存在水库淹没处理问 题。除管理设施外，其余工程永久占地均为原库区范围内，无需征地，经计算管 理设施需永久征地 4 亩，此项可与徐郢水库统筹考虑。 本工程经过土方平衡计算，施工区临时占地 2.0 亩，均为库区两侧滩地，经 调查本工程建设范围内涉及地面附着物有： （1）树木：大坝整治涉及果树(桃树)600 棵； （2）青苗：管理设施占地青苗 4 亩，此项可与徐郢水库管理设施统筹考虑。 1.81.8 环境保护与水土保持设计环境保护与水土保持设计 1.8.11.8.1 环境保护目标环境保护目标 环境保护目标主要有：水环境、大气环境、声环境、生态环境等。 7 1.8.21.8.2 环境保护措施环境保护措施 对工程施工带来的水质污染、植被破坏、水土流失等不利影响，只要在施工 中采取一定的措施，对环境的不利影响可以得到减小或避免。 （1）水质保护 施工期间主要包括生产废水和生活污水。生产废水主要为砂石料冲洗废水、 生产机械冲洗废水，主要污染物为悬浮物，有机质含量低。生活废水主要来自施 工人员日常排放，有机质含量高，细菌较多，是工地水体的主要污染物。为减小 污水对水质的影响，在施工地点建立临时厕所和废水沉淀池，将污水集中处理， 达标后排放。 （2）劳动人员保护 注意施工人员的健康保护，定期进行身体检查，发现传染病应立即治疗，防 止传染病的发生和流行。同时禁止在工地乱砍乱伐，乱挖乱占、乱堆乱建，破坏 环境卫生。 （3）弃土堆置与环境绿化 工程施工中的开挖和弃土，除工程本身利用一部分外，其余部分应规划出场 地进行堆置。工程施工中难免有植被破坏，结束后应及时恢复和绿化。按照水土 保持设计，采用植物措施与工程措施相结合的方式进行防治。 （4）水环境监测 环境监测主要为施工期间排水水质的监测，委托环境监测部门对施工前、中、 后的水质等进行监测。监测项目主要为悬浮物和 PH 值两项。加强宣传，增强施工 人员的环境保护意识。为使环保工作顺利进行，建议在工程管理单位中设立 1 名 专职人员进行环保管理工作，与有关单位进行配合，定期监测水质。 1.8.31.8.3 水土保持设计水土保持设计 郭圩水库是淠史杭灌区汲东干渠上一座小（1）型反调节水库，汇水面积不大， 因此水土流失影响较小。但是该工程建设过程中，产生土方开挖、坡面清基、占 压土地，调配运输土方和弃土弃渣等，将不可避免造成水土流失。如果忽视或者 轻视对项目区及周边水土资源保护，不仅会带来生态环境问题，还会加重该区的 水土流失，进而影响本工程使用寿命。根据中华人民共和国水土保持法： 8 “对兴建可能引起水土流失的建设项目，必须依法按照水土保持有关法律和技术 规范编制水土保持方案。在工程建设和生产过程中，采取必要的水土保持措施， 合理堆放弃土弃渣，重建植被”等要求。依法编制本工程水土保持设计方案，其 目的是使水土保持工作纳入工程建设中，确保水土保持工程得以顺利实施；使新 增水土流失得到有效控制；使水土流失危害降到最低；使项目区及周边原有水土 流失得到治理；对确保工程安全运行、合理保护利用水土资源、改善当地生态资 源均具有重要意义。 本次水土保持设计以植物为主，工程措施与植物措施相结合，临时措施与永 久措施相结合；针对水土保持分区，结合既有的与水土保持相关的防护工程，重 点对主体工程及周边等地区新增水土流失进行综合防治；坚持水土保持方案经济 合理、安全可靠和可操作的原则。 1.91.9 工程管理设计工程管理设计 郭圩水库现没有管理机构。此次设计结合水管体制改革，计划与相距不远的 徐郢水库的管理设施整合统建，位置设在徐郢水库附近，隶属霍邱县水务局汲东 分局管理，所需建设费用统一列入徐郢水库除险加固设计概算中，本库不再单列。 1.101.10 设计概算设计概算 根据郭圩安全鉴定报告书和实际运行中存在的问题，本次除险加固设计 的主要工程内容包括：按设计标准加固培厚主坝段；新建迎水面砼预制块护坡； 增做背水坡下游排灌沟；新建节制闸；拆除重建溢洪道和 1 座灌溉放水涵；新建 堤顶防汛道路等。 主要土建工程量为土方开挖及回填 32097.1m3、砼及钢筋砼 2950.8m3、砌石 792.0m3，砼路面 2163.0m2，模板 1437.0m2。 本工程总投资 316.93 万元；其中工程基本预备费 14.85 万元；水土保持工程 投资 2.00 万元；环境保护投资 3.00 万元，建设及施工场地征用费 27.29 万元。 9 1.111.11 经济评价经济评价 该工程的经济内部收益率大于社会折现率，经济净现值大于零，经济效益费 用比大于 1，从国民经济评价的角度看，本项目在经济上是合理的。 在投资增加 15及效益减少 15两种情况下，国民经济评价指标仍然是合理 的。可见本工程的经济抗风险能力较强，只要工程完建后，就能充分发挥郭圩水 库的经济效益及社会效益。 从上述分析评价指标可以看到，该项目经济上合理的，建议尽快实施，以利发 挥工程的经济效益和社会效益。 附：附： 霍邱县郭圩水库除险加固工程特性表霍邱县郭圩水库除险加固工程特性表 郭圩水库除险加固工程特性表 序 号名 称单 位 数 量 （加固后） 备 注 一水文 1 1 流域面积 km21.98 2 2 水文资料系列年限年 / 3 3 多年平均降雨量 mm944 4 4 多年平均径流量万 m3 / 5 5 洪水 设计标准洪峰 m3/s26.50 校核标准洪峰 m3/s53.17 实测最高库水位 m/ 二二水库 1 1 洪水标准 设计标准P（%） 3.3 校核标准P（%） 0.33 2 2 特征水位 校核洪水位 m34.89 设计洪水位 m34.84 正常蓄水位 m34.50 10 郭圩水库除险加固工程特性表 序 号名 称单 位 数 量 （加固后） 备 注 汛期限制水位 m34.50 死水位 m30.50 3 3 库容 总库容万 m3 130.00 正常蓄水位下库容万 m3 82.06 死库容万 m3 0.40 三三大坝 1 1 坝型均质粘土坝 2 2 地基特性重粉质壤土 3 3 最大坝高 m7.6 4 4 坝顶长度 m515.0 5 5 坝顶宽度 m6.0 6 6 坝顶高程 m 38.0036.50 7 7 防浪墙顶高程 m/ 四四 溢洪道（正常、非常） 1 1 型式宽顶堰 2 2 地基特性2 层重粉质壤土 3 3 堰（槛）顶高程 m34.50 4 4 溢流段长度 m6.0 5 5 设计流量m3/s 1.02 6 6 校核流量m3/s 1.23 五五放水涵洞北低涵 1 1 结构型式钢筋砼箱涵 2 2 进口高程 m32.00 3 3 断面尺寸 cm150100 高宽 4 4 洞身长度 m24.86 5 5 设计流量 m3/s0.46 六六加固处理措施 1 1 大坝 削高填低培厚、 迎水坡护砌 2 2 溢洪道 废除北高涵，新 建宽顶堰 3 3 节制闸新建 4 4 放水涵洞北低涵拆除重建 11 郭圩水库除险加固工程特性表 序 号名 称单 位 数 量 （加固后） 备 注 七七工程占地与拆迁 1 1 永久占地亩 4.0 2 2 临时占地亩 2.0 3 3 拆迁房屋间 / 4 4 其他 八八经济指标 1 1 工程总投资 2 2 工程效益 3 3 保护面积 km21.33 4 4 保护人口人 800 5 5 灌溉面积亩 6000 6 6 发电装机容量 7 7 年供水量万立方 100.0 2 2 水文水文 2.12.1 流域概况流域概况 郭圩水库库区地处霍邱县孟集镇郭圩村境内，距罗花路东约 400m，属淮河流 域汲河水系，为汲东干渠反调节小（1）型水库。 该库是一个以兴利灌溉为主的水库，库容较小，来水面积不大，原为 2.16km2，后被汲东干渠拦截部分地面径流，从万分之一地形图上实量为 1.98km2，水库设计控制灌溉面积 0.6 万亩。 郭圩水库库区属亚热带和暖温带半湿润季风气候，为我国南北气候过渡地带。 据霍邱县气象站气温观测资料统计，该区多年平均气温 15.4，极端最高气温 41.2（1959 年 8 月 23 日） ，极端最低气温零下 16.6（1969 年 1 月 31 日） ， 多年平均地面温度 17.7，极端最高地面温度 69.2，极端最低地面温度 23.7；年平均降雨量为 944mm，最大日降雨量 168mm。该地区夏秋季盛行东南 12 风或东风，多年均风速在 3.0m/s，生成风向为东北风，最大风速 20m/s。 2.22.2 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 由于郭圩水库是在特定年代下建设的，且大坝施工是在“边勘察、边设计、 边施工”的状况下进行的，从建设到竣工蓄水，前后跨跃 2 年多，期间无施工记 录和竣工资料，原洪水计算方法已无从查考。 2.32.3 本次设计洪水复核计算本次设计洪水复核计算 郭圩水库流域较小，缺少实测降雨资料，也没有长系列水位观测记录，因此， 设计洪水计算参照省水利勘测设计院 1984 年 5 月编制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 ） 。 郭圩水库为典型丘陵区水库，原设计总库容 102 万 m3，依据防洪标准 （GB5021-2000）和水库枢纽工程等级，该工程设计洪水标准应为 30 年一遇，校 核标准为 300 年一遇。本次设计洪水复核时仍采用原设计洪水标准，即设计洪水 标准为 30 年一遇，校核标准为 300 年一遇。 2.3.12.3.1 流域特征流域特征 经实际郭圩水库集水面积为 1.98km2。流域平均宽度 B=1.06km；河道平均坡 降 J=9.09。流域形状系数 f=B2/F=0.57。水位库容面积关系采用安徽省水 利厅 1992 年编制的小型水库资料汇编（第一册） 中相关数据，水位、面积、 库容关系详见表 2.3.1-1 和图 2.3.1-1 表表 2.3.1-12.3.1-1 郭圩水库水位面积库容关系表郭圩水库水位面积库容关系表 水位 (m) 面积 (104) 库容 (万 m3) 水位 (m) 面积 (K) 库容 (万 m3) 30.50 0.020.433.50 0.3341.1 31.00 0.0341.734.00 0.4159.6 31.50 0.0724.334.40 0.4877.4 32.00 0.1247.434.60 0.51287.3 13 32.50 0.18815.234.80 0.548102 33.00 0.25826.4 2 3 2.3.2 暴雨频率计算 对于面积较小的流域，通过一天、三天设计洪水过程的实际计算分析，水库 的洪水位取决于一天的设计洪量，根据该流域的暴雨及洪水特性，本次以最大 24h 的设计暴雨量进行设计洪水的峰、量控制，按无资料地区计算办法计算设计 洪水。 “84 年办法”中暴雨量由安徽省暴雨参数等值线图 （附图 14）查算，查 得郭圩水库年最大 24h 和年最大 1h 的点暴雨平均值为： 50 . 0 4052 . 0 100 112424 vv CmmHCmmH，；， 由“84 年办法”表 2 查 P-型曲线的模比系数表查得不同频率模比系数 KP 值分别为： P=3.3%，KP24=2.23，KP1=2.18； P=0.33%，KP24=3.36，KP1=3.24； 计算得点暴雨设计值： 14 P=3.3%，H24=223.0mm，H1=87.2mm； P=0.33%，H24=336.0mm，H1=129.6mm。 由于集水面积小，点面折算系数为 1.0。点面雨量相同。 2.3.32.3.3 设计洪水过程线推求设计洪水过程线推求 对于面积较小，缺乏资料的流域设计洪水计算， 水利水电工程设计洪水计算 规范规定可采用推理公式进行计算。安徽省“84 年办法” ，根据流域及暴雨特 性采用纳希线性瞬时单位线模型进行汇流计算。 1、面暴雨量计算 根据流域面积 F=1.98km2，查附表 3，得 24h 与 1h 暴雨点面转换系数 241.0，1=1.0。最大面暴雨量为： P=3.3%，P24=24H24=223.0mm，P1=1H1=87.2mm； P=0.33%，P24=24H24=336.0mm，P1=1H1=129.6mm。 2、面净雨量计算 由于水库周边汇水面积小，流程很短，不考虑地下水，查附表 4， 综合考虑损失量为 30mm，面净雨量为： P=3.3%，R24=P24-30=193.0mm， P=0.33%，R24=P24-30=306.0mm。 3、暴雨衰减指数 n 及三日面净雨量 R3的计算 根据 P1/P24，查附表 6，得暴雨衰减指数 n 及 R3/R24，计算 R3： P(%)3.30.33 P1/P240.390.386 n0.7050.703 R3/R240.540.536 R3104.22164.02 4、k 值的计算 根据流域面积 F，河道平均坡度 J 和 R3，计算 k 值。 ，故采用公式（3）求 k。1024 . 0 09 . 9 98 . 1 22 、 J F 15 12.0 )( 34.0324.0 2 2 ) 30 ( )(13.1 J F R J F k 经计算，各频率洪水 k 值如下： P(%)3.30.33 k0.2690.198 5.水库入库流量过程及泄洪流量计算 （1）设计洪水过程计算 根据 n 和 k 值从84 年办法附表 9，查得纳希瞬时单位线流量模过程，然 后逐项乘以，推算郭圩水库对应不同频率的洪水过程线。推算的洪水流量 1000 24 RF 过程线见表 2.3-1 和图 2.3-1 （2）泄洪流量过程计算 郭圩水库溢洪道为开敞式宽顶堰溢洪道，堰顶底宽 3.0m，底高程为 34.5m。 溢洪道泄流量按下式计算: 2 3 2 HgmBQ 式中 H0-包括行近流速水头在内堰上总水头，； g v HH 2 2 B-溢流宽度，B=3.0m； m-宽顶堰流量系数，m =0.385 -宽顶堰侧收缩系数，=1=1 由上述公式计算水库溢洪道的泄流曲线成果详见表 2.32 及图 2.32。 16 30 年一遇300 年一遇 图 2.3-1 郭圩水库设计洪水过程线 17 2.3-1 复核后各频率入库洪水流量过程成果表 单位：m3/s T(h) 3.3%0.33% T(h) 3.3%0.33% 000181.572.771 10.481.316191.4052.437 21.0552.292201.2372.122 31.2932.498211.1682.061 41.5492.996221.1432.061 51.7783.372231.1342.061 61.8723.474241.1342.061 72.3994.79250.7340.97 82.9865.808260.2530.143 93.2296.02270.0530 107.4214.604280.0030 1126.49753.1712900 1212.75618.5383000 133.3563.8713100 141.9733.9443200 152.1444.1233300 161.9943.4613400 171.7032.883500 18 表表 2.32.32 2 郭圩水库水位泄流量关系表郭圩水库水位泄流量关系表 水库水位（m） 溢洪道泄量 （m3/s） 水库水位（m） 溢洪道泄量 （m3/s） 34.500.00 34.79 0.80 34.550.06 34.85 1.06 34.650.30 34.95 1.54 34.750.64 35.00 1.81 34.5 35.0 012 位位位m) 位位(m3/s) 34.7 34.9 图 2.3-2 郭圩水库水位泄流量关系曲线 2.42.4 施工期洪水施工期洪水 因为工程量小，工期短，可利用秋冬季枯水期，将水库放空进行施工，所以 不需进行施工期洪水计算。 19 3 3 工程地质工程地质 3.13.1 概述概述 3.1.13.1.1 地形地貌地形地貌 郭圩水库所处地貌单元为江淮丘陵区，江淮分水岭北侧，坝区地形为岗冲起 伏垄畈相间的波状平原，地势东高西低，地形有一定的起伏，地面高程一般 31.037.7m，坝址位于冲洼之间的岗地上。通过对库区的调查，库周天然岸坡稳 定，未发现大型滑坡体，也未发现对水工建筑物的安全有影响的泥石流沟谷。 3.1.23.1.2 地层岩性地层岩性 郭圩水库库区地层属皖北（华北）地层区两淮分区长丰小区(23 )，河湖相沉 积较为发育。水库区地表大部分为第四系地层覆盖，上更新统（Q3al ）地层分布 最广，全新统 Q4al ）主要零星分布于河漫滩、老河槽内及人工活动频繁区，岩性 主要为灰、灰黄色重、中粉质壤土、粉质粘土。 3.1.33.1.3 地质构造与地震地质构造与地震 勘探区总体位于中朝准地台江淮台隆（2） ，区内断裂构造不甚发育，仅有 东西向的颍上断裂从其北侧穿越而过。 根据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001）工程区地震动峰值加速度 为 0.05g（50 年超越概率 10%） ，相应地震基本烈度度。 本水库坝基不存在饱和无粘性土和少粘性土等液化土层。 3.1.43.1.4 水文地质条件水文地质条件 勘探区内第四系地层广泛分布，地下水类型主要为其中的上层滞水。主要分 布于其中的重粉质壤土层中，具极微弱透水性，分布较广，主要以大气降水补 给为主，与水库水有一定的联系，库水位、地下水位（从坝顶到坝脚）有逐渐下 20 降的趋势，形成一定的水力坡降。勘探中，测得各勘探孔稳定地下水位高程 30.8235.58m，同期库水位 34.80m。 通过调查发现，郭圩水库附近无污染源，根据附近场地其它报告水质分析资 料：分析认为地下水对混凝土不具腐蚀性。根据室内渗透试验成果：层人工填 土垂直渗透系数平均 2.3510-5cm/s；但本层的现场钻孔注水试验测得的渗透系 数要大于室内试验结果，为 9.510-41.2310-3cm/s，属中等透水；重粉质 壤土层垂直渗透系数平均 1.0610-6cm/s。重粉质壤土垂直渗透系数平均 1.4910-6cm/s。 3.23.2 大坝工程地质条件大坝工程地质条件评价评价 3.2.13.2.1 坝身工程地质条件与评价坝身工程地质条件与评价 坝身现状及隐患坝身现状及隐患 郭圩水库大坝为均质土坝，坝长约 500m，坝顶高程 36.038.9m，宽 3.05.0m，最大坝高 7.6m，内、外坡比 1：2.5、1:3.0。大坝基础清基不够彻底， 不能符合要求，局部坝身与坝基结合部位出现渗漏，大坝背水坡有散浸，无排水 系统，坝面平整度差，迎水侧无护砌砼。大坝坝体填土不均匀，坝身单薄，局部 密实度、坝顶高程未达到设计要求。 坝身填土质量及评价坝身填土质量及评价 郭圩水库大坝坝身均为素填土，土质主要以重、中粉质壤土为主，局部夹少 量粉质粘土和中粉质壤土，一般灰黄色，下部与原坝基接触部位 1.0m 左右夹较多 灰、灰绿色。坝身填土填筑于特定的历史时期。上部 23m 左右经多年人工活动， 为硬可塑状，相对较紧密，下部一般软可塑状，局部软塑状，压实度不够，结构 相对较松散；填土与坝基结合部含少量草根、树叶等杂物。为查明坝身填筑土工 程特性，取原状土进行了室内土工试验及现场标准贯入试验和钻孔注水试验。 大坝填土干密度范围值为 1.511.59g/cm3，平均值为 1.56g/cm3，干密度小 于 1.54/cm3的土样占总取样数的 25；根据坝身填土击实试验，其最大干密度为 1.61g/cm3，大坝压实度为 0.940.99，平均值 0.97，坝身填土整体密实度尚可， 局部由于填筑不均匀，筑填质量较差。 野外选择 GW5、GW7 孔做现场注水试验，测得坝身素填土渗透系数为 21 1.6910-47.6710-4cm/s，渗透性等级为中等弱；室内渗透系数为 1.010- 71.010-6cm/s，渗透性等级为弱极微。现场注水试验渗透系数较大，分析认 为是因大坝的填土不均匀，局部有架空、干裂等现象。从室内、外渗透系数分析， 总体来说大坝渗透等级属弱透水性，局部接触部位因未有清基，渗透系数相对较 大，属中等弱透水性。 3.2.23.2.2 坝基工程地质条件评价坝基工程地质条件评价 坝基地层坝基地层 勘察范围内主要揭露地层为第四系上更新统冲积层（Q3）和全新统（Q4）冲 积层，为单一粘性土结构，叙述如下： 1 层：（Q4al）重夹中粉质壤：灰黄夹灰、灰色，与填土接触处多含有草根等 植物根系，软可塑状，属中等偏高压缩性土。层厚 0.802.0m。层底高程 30.0131.09m。本层主要分布于大坝中段。 2 层：（Q3al）重粉质壤土：棕黄、褐黄等色，含铁锰质结核及少量砂礓。一 般硬可塑状，局部硬塑状，属中等压缩性土。野外现场注水试验渗透系数为 2.1010-6cm/s。本层普遍分布，未揭穿，可见最大厚度 15.9m，相应高程 15.00m。据室内试验，本层土具膨胀性，自由膨胀率为 51，膨胀潜势为弱。 坝基土物理力学性质统计及选取坝基土物理力学性质统计及选取 根据勘探资料和室内试验成果资料分析，统计原则为：在剔除离差较大的数 值后，计算出最小值、最大值、平均值及标准值，其中力学指标标准值按对工程 不利原则采用大小平均值。 在统计结果的基础上，结合现场勘探和已有工程经验，提出各土层的承载力 标准值 fk、压缩模量推荐值 Es、饱和快剪强度（内聚力 C、内摩擦角 ） 、允许 渗流比降 J 及渗透系数 K 建议值见下表 3.2.2-1。 表 3.2.2-1： 各土层指标建议值表 层 序 地层名称fk (kPa) Es(MPa)C(kPa) (度) K(cm/s)J备注 素填土1104.522.09.09.0E-050.39 1重粉质壤土1204.525.08.01.0E-050.40 22 2重粉质壤土2208.042.014.01.5E-060.48 坝基工程地质条件评价坝基工程地质条件评价 根据勘察成果，郭圩水库坝基上部为第四系粘性土覆盖，为单一粘性土结构 。1 层重粉质壤土强度较低，局部分布；2 层重粉质壤土强度高，对抗滑稳定有利， 其土质本身渗透系数亦较小，但由于大坝清基不彻底，坝体填土与坝基土结合不 好，沿坝体与坝基接触部位存在坝基渗漏问题。 3.33.3 放水涵工程地质条件评价放水涵工程地质条件评价 3.3.13.3.1 高放水涵高放水涵 位于大坝最北端，桩号 0+491 处，为竖井式闸门控制，底涵为 0.7m 圆涵， 进口底板高程为 34.50m。 本涵基坐落于 2 层重粉质壤土上，涵基工程地质条件好。 3.3.23.3.2 低放水涵低放水涵 位于大坝北端，桩号 0+453 处，竖井式闸门控制，涵为 0.8m 圆涵，进口 底板高程为 32.00m。 本涵基坐落于素填土上，其强度尚可，具有一定的防渗抗冲能力，工程地质 条件一般。 3.43.4 溢洪道溢洪道 无溢洪道，仅大坝两端坝顶高程比其他地方稍低，汛期洪水从其上部溢流， 土性上部为素填土，中下部为 2 层重粉质壤土，土层强度尚可，需新建。 3.53.5 天然建筑材料天然建筑材料 3.5.13.5.1 土料土料 本次于郭圩水库上游南侧空地作为土料场进行勘察，主要土性为中、重粉质 23 壤土，其粘粒含量为 17.720.0%，天然含水率为 26.028.7%，最优含水率为 18.6%，最大干密度为 1.64g/cm3，压实后（压实度为 0.96）凝聚力为 41.4kPa，内 摩擦角为 15.1 度，渗透系数为 2.0410-6cm/s。 本次勘察土料场主要指标基本符合建材规范碾压式均质土料质量技术要求， 可作为筑坝土料。土料场土的天然含水率大于最优含水率，上坝时应进行必要的 晾晒。本土料场运距较近，开采方便。除上部 0.3m 左右为耕植土外（弃土） ，下 部 3.5m 左右深度内均为较好的筑坝土料，可根据工程需要扩大开采面积。 3.5.23.5.2 砂、石料砂、石料 郭圩水库附近无砂、石料料场，工程所需砂料可从附近淮河码头采购，石料 可从寿县采购，其岩性为石灰岩，储量大，可满足设计对块石料的要求。料场运 距约 4050km 左右。 3.63.6 结论与建议结论与建议 1、郭圩水库工程区地震动峰值加速度为 0.05g（50 年超越概率 10%） ，相应 地震基本烈度度。坝基区无液化土层。 2、库周天然岸坡稳定，水库回水线上下附近地形较为平缓，土质较好，水库 不存在岸坡稳定和涌浪拍岸稳定问题。通过对库区调查，未发现滑坡体，亦未发 现对水工建筑物的安全有影响的泥石流沟谷。 3、坝身土质为重粉质壤土。大坝压实度为 0.940.99，平均值 0.97，坝身填 土整体密实度较好，局部由于筑填不均匀，筑填质量较差。在坝身与原坝基结合 部位未清基，含草根、软土等杂物，使得渗透系数变大，是造成下游散浸、渗漏 的主要原因，应采取一定的防渗措施。迎水坡无护砌，应进行砼护坡。对部分坝 段断面不足，应进行培厚处理。 4、水库坝基地质结构为单一粘性土结构，1 层重粉质壤土强度尚可，2 层重 粉质壤土强度高，对抗滑稳定有利。 5、高放水涵工程地质条件较好，低放水涵工程地质条件尚可。放水涵由于年 久失修，漏水严重，危及大坝安全，宜拆除重建；由于无溢洪道，防洪能力达不 24 到保障，洪水不能安全下泄，须新建。 6、土料场土性为中、重粉质壤土，其主要指标基本符合建材规范碾压式均质 坝土料质量技术要求，可作为筑坝土料。土料场土的天然含水率大于最优含水率， 上坝时应进行必要的晾晒。土料运距较近，开采方便。工程所需砂料可从附近淮 河码头采购、石料可从寿县采购，其岩性为石灰岩，储量大，可满足设计对块石 料的要求。 25 4 4 工程任务及规模工程任务及规模 4.14.1 地区社会经济概况地区社会经济概况 郭圩水库位于霍邱县孟集镇郭圩村境内，距孟集镇政府约 5.0km，属淮河流域 淠河水系。水库以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等，控制集水面积 1.98km2，灌 溉土地面积 6000 亩，防洪保护水库下游孟集镇郭圩村近 0.08 万人，耕地 0.20 万 亩。是淠史杭汲东干渠灌区里的一座反调节式小(1)型水库。 水库交通便利，大坝最北端与村村通相接，坝下约 0.4km 有县级公路罗花路 经过，村村通与该路相连。水库工程位置见附图。 水库下游自然经济条件比较落后，粮食生产主要以种植水稻、小麦、玉米为主， 兼种红麻、油菜、花生，瓜籽等少量经济作物。农民人均纯收入 4000 元左右，是 我县较贫困地区。 4.24.2 历次加固情况历次加固情况 郭圩水库始建于 1953 年 10 月，原规划规模较大，设计总库容为 300 万 m3左右， 设计坝顶高程为 39.00m，后因受来水和经济条件限制，未能按当时规模兴建起来， 大坝为“半拉子”工程，现从残存的坝段和废弃的溢洪道和南涵可窥一癍。时隔 2 年后，1955 年 12 月该库加固未完工就蓄水运行，1992 年郭圩水库以现在的现状被 编入小型水库资料汇编（第一册） 中，并对水库原特征值进行修订和完善，本 次设计基本上采用 1992 年的数据。 本库自 1955 年 12 月蓄水运行后，从未对此进行过除险加固。通过五十多年运 行，坝顶高差悬殊较大，坝体损毁严重，穿堤建筑物老化、剥落，上下游挡乙墙损 毁、倒塌，启闭设备锈蚀、失灵，洞身漏水等。 26 4.34.3 工程现状及工程建设必要性工程现状及工程建设必要性 4.3.14.3.1 工程现状及存在的问题工程现状及存在的问题 郭圩水库于 1953 年 10 月开工，1955 年 12 月未完工蓄水，现存主坝长 515m， 坝顶高程在 36.0038.90m（废黄高程系，以下皆同废黄高程系，以下皆同） ，最大坝高 7.6m，顶宽 3.05.0m，内、外坡分别为 1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道 (废弃)、北高涵、北低涵和南高涵(废弃)组成。水库原设计防洪标准为 30 年一遇 设计，300 年一遇校核，总库容 300 万 m3左右，坝顶高程为 39.00m；1992 省水利 厅对该库的特征水位及相应的库容重新进行勘测和修订，修订后的设计洪水位 34.60m，相应库容为 87.3 万 m3；校核洪水位 34.80m，相应库容为 102.0 万 m3；兴 利水位 34.50m，相应库容为 77.0 万 m3；死水位 30.5m，相应死库容 0.4 万 m3。 郭圩水库主体工程系在“文革”期间,由当地政府领导农民自主设计的状况下 兴建的,是在边规划、边设计、边施工的条件下进行的。施工时采用人海战术，因 而造成大坝遗留许多隐患，如清基不彻底，土料及碾压质量差，坝两端结合部处理 不彻底等等。郭圩水库为“半拉子”工程，自 1955 年蓄水运行至今，已达五十多 年之久，一直带病运行；目前水库大坝两端高程较低,防洪能力不足，现存主坝高 低悬殊较大，上游无砼护坡浪蚀严重,局部出现塌方危及大坝安全；下游无排渗设 施，坝脚出现湿软、沼泽化现象。同时大坝未划定保护范围，缺乏专业管理部门管 理，工程区被乱占乱垦现象特别严重。 郭圩水库现有 3 座放水涵，分别位于大坝南、北两端，南高涵现已废除，北高、 低涵分别为 70cm、80cm 坝下埋管，原涵洞身为受益村群众 50 年代自建，由于 施工质量差，管接头处理不当，管底部未做垫层，造成现在管身渗水严重，危及大 坝安全，启闭设备也由于年久失修，启闭机螺杆弯曲，启闭机锈蚀相当严重，已无 法正常开启。 水库原有溢洪道位于村村通砼路的北端，为 2 孔开敞式宽顶堰，砌石圬工结构， 由于大坝未按当时设计标准完成，溢洪道自建成起就处于报废状态，从未进行过泄 洪，现已被当地村民拆除平整为耕地。本次设计考虑大坝加固后泄洪安全，将原北 高涵废除改建成溢洪道，并在北低涵下游新建 1 座节制闸将泄洪水引至北高渠泄向 城东湖，同时又在灌溉时抬高北低涵水位向北高渠下游耕地输水。 27 4.3.24.3.2 运行管理情况运行管理情况 （1）防洪调度 郭圩水库汛限水位为 34.50m，其防洪调度的基本原则是：水位达到正常蓄水 位 34.00m 高程时，结合雨情和汛情对水库进行调蓄，必要时可临时打开放水涵闸 门降低库水位；当水位超过 34.50m 时，利用溢洪道进行自由泄洪，必要时可同 时打开放水涵闸门增加泄洪。 （2）兴利调度 郭圩水库是综合利用水库，其兴利调度原则是：在确保灌溉效益的前提下，充 分发挥水库的综合效益。兴利调度以农田灌溉为主，除必须服从防洪要求外，其余 各项用水必须服从农田灌溉的需要。兴利调度的顺序为：农田灌溉水产养殖 其它类型供水。 （3）灌溉情况 郭圩水库设计灌溉面积 6000 亩，设计灌溉保证率 90%。目前实际灌溉面积约为 2000 亩，实际灌溉保证率约为 33%。郭圩水库灌区内农田灌溉用水主要由水库提供。 在灌溉期间，利用灌区内塘坝工程的调蓄功能，增加塘坝蓄水，提高水库的调蓄能 力。郭圩水库灌区内共有两农渠，由于工程配套不完善，部分输水建筑物至今尚未 发挥作用，自流灌溉能力较差。灌区内近 1/3 的农田不能实行自流灌溉，甚至还有 部分农田依然处于无水可灌的靠天收状态。 （4）管理情况 郭圩水库现无管理设施,也无