湖北省恩施市屯堡马者水库除险加固工程初步设计报告.doc

湖北省恩施市屯堡马者水库除险加固工程初步设计报告 1 综合说明1 综合说明1.1 概 述1.1.1 工程概况马者水库位于恩施市屯堡乡马者村，距恩施市区17km（直线距离），水库属于清江的一条小支流，水库流域内最高点高程1200m，最低点高程1080m，落差120m。坝址以上控制流域面积0.3km2，坝址以上河长0.8km，河道加权平均坡降为38.3，属于山区扇形流域。马者水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、人畜饮水、生态等综合效益的小（2）型水库。该工程于1958年1月动工兴建，1959年12月竣工投入运行。水库坝顶高程1090.00m，最大坝高10.5m，坝顶长172m，宽4.5m，溢洪道堰顶高程1087.50m，堰顶控制段宽3.0m。水库总库容10.56万m3，正常蓄水位以下库容6.73万m3，死库容1.2万m3。工程建设至今发挥了良好的经济效益，它担负着马者村15组1428户4876人和5000多头牲畜饮水供应，可灌溉农田4100亩，下游影响耕地1000亩，人口2300人。工程一旦失事，将影响下游0.23万人、0.1万亩农田的安全。工程建设属困难时期，国家推进农田水利基本建设，设计资料不健全，施工情况无文字记载。据调查了解，大坝由当地民工挑抬填筑，石辗、木夯辗压、夯实而成，密实度达不到现行规范规定。由于建坝当初生产技术条件落后，对坝体填土的物理力学性质指标不甚了解，也没有对土料的物理力学指标做任何测试和分析，坝体填筑质量较差。坝基、岸坡用铁撬等工具清除风化岩，存在清基不彻底的问题，强风化岩体未清除，长期的渗水带走了细颗粒，导致大量漏水。另外，水库多年限制水位运行，一直未得到改善，溢洪道行洪能力有限，不满足水库运行要求。马者水库已成为恩施市较严重的病险库之一。1.1.2 大坝安全鉴定评价主要结论2009年4月，在恩施州水利电力勘测设计院提交马者水库安全鉴定报告之后，鉴定组织、审定单位恩施市水利水产局提出了马者水库大坝安全鉴定报告书，将马者水库大坝鉴定为三类坝，其主要结论如下：1、工程质量评价：、大坝坝基及坝肩清理不彻底，未采取有效防渗处理措施，存在坝基、坝肩渗漏问题，大坝施工质量差，碾压不密实，渗透系数大，不满足防渗要求，上游块石护坡剥落、损毁严重，上、下游坝坡均严重沉降、变形，反滤排水设施损毁严重；、溢洪道仅开挖形成进口段，质量差；、输水建筑物进口斜卧管局部损毁，坝下浆砌石方涵管身断裂、破损，砌筑质量差。2、运行管理评价：水库有一专管人员进行水库现场管理，但无观测、管理、通讯设施。工程建成后未进行过维修，仅于2007年开挖形成溢洪道进口段。运行管理评定为差。3、防洪标准评价：按水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），按30年一遇洪水标准设计，300年一遇洪水标准校核，设计洪峰流量4.52m3/s，设计洪水位1088.550m；校核洪峰流量6.24m3/s，校核洪水位1088.760m。设计坝顶高程1090.101m（本阶段复核为1090.054m），实测坝顶高程1090.000m，大坝欠高0.101m（本阶段复核欠高0.054m），不满足防洪要求，防洪安全评定为C级。4、结构安全评价：、大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求，上游块石护坡剥落、损毁严重，下游无护坡，坝坡沉陷、变形严重，反滤排水设施损毁严重；、溢洪道仅开挖形成进口段，未衬砌，基础和边坡均为松散的碎石土，抗冲能力极差，无泄槽和消能设施，不能安全泄洪；、输水建筑物进口斜卧管局部损毁，坝下浆砌石方涵管身断裂、破损，不能正常运行。结构安全评定为C级。5、渗流安全评价：坝基、坝肩渗漏严重。坝体渗透系数大，渗漏严重。溢洪道基础渗漏。坝下浆砌石方涵漏水严重。左岸崩塌堆积体渗漏严重。渗流安全评定为C级。1.1.3 勘测设计简要过程和工程现状2009年，受恩施市水利水产局委托，我院开始对马者水库大坝进行安全鉴定工作，多次赴现场踏勘调查和野外测绘等工作，认真复核，完成了湖北省恩施市屯堡乡马者水库大坝安全鉴定报告（以下简称安全鉴定报告），并于2009年3月通过恩施市水利水产局组织的专家审查，将大坝鉴定为三类坝。2011年初，受恩施市水利水产局委托，由我院承担本工程除险加固初步设计工作。在进行了大量现场地质钻探、试验等工作后，认真复核了安全鉴定报告，现提出马者水库除险加固工程初步设计报告并上报核定。另外，在安全鉴定报告审定之后、除险加固初设报告编制工作开展之前，当地村民自发组织完成了马者水库溢洪道交通桥及其附近局部的溢洪道整修施工，但溢洪道仍无法满足相关规范要求，其问题主要表现在：、整修不全面，溢洪道进口段狭窄、过流通道不通畅；、横跨溢洪道的交通桥筑有桥墩，占据溢洪道近1/3的过水断面；、溢洪道边墙及底板采用的浆砌石结构，无排水设施且边墙欠高；、溢洪道出口段无消能防冲设施。这些问题将导致溢洪道过流能力仍达不到设计要求，水库校核洪水位抬高，对大坝安全不利、对溢洪道洪道自身的结构安全不利，马者水库溢洪道仍须进一步完善。1.2 水 文1.2.1 流域概况马者水库位于清江支流流料河上，流料河属于清江的一条小支流，水库流域内最高点高程1200m，最低点高程1080m，落差120m。坝址以上控制流域面积0.3km2，坝址以上河长0.8km，河道加权平均坡降为38.3，属于山区扇形流域。1.2.2 水文气象流域内无气象站，在清江干流上设有恩施水文站，恩施站位于东经10928，北纬3017，测站高程457.1m，可以用恩施气象站的实测资料来说明流域的气候状况。据恩施站实测资料显示，其多年平均气温为1517，7、8月份气温最高一般为2730，12、1月份最低一般为28，极端最高气温44.9（1953年8月19日），极端最低气温-12（1977年1月30日）。流域受季风影响，冬季多北风，夏季多南风，平均风力在2级以上。1.2.3 设计洪水因本流域面积较小，无实测洪水资料，本阶段采用瞬时单位线和推理公式两种方法计算坝址洪水并进行比较。两种计算结果相差不大，均在10%以内，说明本次设计成果是合理可行的。由于瞬时单位线应用广泛，洪峰、洪量、洪水过程线易于求得，因此本次复核，马者水库坝址设计洪水采用瞬时单位线计算成果。表1.2.1 瞬时单位线法坝址洪水成果表洪水频率P（%）0.330.523.3310洪峰流量（m3/s）10.19.67.97.25.81.3 工程地质（1）工程区地处鄂西南山区、地势上北西高，东南低，区内山势陡峻，呈典型的构造剥蚀、溶蚀中山地貌景观。构造不甚发育。根据中国地震动参数区划图（GB183062001），工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。相应的地震基本烈度为度。（2）库区右岸部分为二叠系下统茅口组（P1m）浅灰、深灰色厚层块状灰岩。大部分为第四系松散堆积体构成，其成分主要为碎石土，透水性较强。在水库运行中，发现水库蓄水到高程1085米以上时左岸外侧渗水较严重。渗水又直接影响水库左岸堆积体的稳定，有可能引起左岸堆积体的整体滑坡。库区工程地质条件较差。（3）坝基为堆积体，且厚度较厚，其成份主要为碎石土。其物理力学指标和抗渗性都较差。总体上讲坝基的工程地质条件较差。从马者水库工程的规模和对地质条件的要求来看，坝基地质条件基本满足承建土石坝的要求。需要对坝基及坝肩进行灌浆处理。（4）坝体填土由全新统残坡积粉质粘土夹角砾（碎石）构成。土质较硬，呈松散均匀状，填筑上坝时，没有严格控制填筑质量，碾压不密实。填筑土渗透系数在10-3cm/s10-4cm/s量级，局部透水性较强。不能满足碾压式土石坝设计规范（SL2742001）的要求。大坝施工质量差，碾压不密实，渗透系数大，不满足防渗要求。上游块石护坡剥落、损毁严重，上、下游坝坡均严重沉降、变形。反滤排水设施损毁严重。坝体填筑质量较差。需要对坝体进行静压或劈裂灌浆处理。（5）大坝溢洪道基础为碎石土，边坡的稳定较好。但溢洪道底板和边墙的护坡衬砌及溢洪道尾部的消能设施有待完善。（6）拟建放水设施为埋管。因为在右坝肩区域内民房较多，不利于隧洞的开挖施工，左坝肩较低矮，和坝顶高程差不多，部分位置比坝顶还低，且覆盖层较厚，不利于管线的布置。因此就在左坝肩即溢洪道底部布置埋管，作为放水设施。在溢洪道的开挖过程中，发现左坝肩覆盖层较厚，有利于开挖施工。由于本工程的放水管道很小，对基础的工程地质条件要求较低。其基础的承载力能满足本工程的要求。（7）须对工程坝体灌浆所需土料进行室内试验。1.4 工程任务和规模1.4.1 工程任务马者水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、人畜饮水、生态等综合效益的小（2）型水库。水库坝址以上控制流域面积0.3km2，总库容10.56万m3。本工程建设至今发挥了良好的经济效益，它担负着马者村15组1428户4876人和5000多头牲畜饮水供应，可灌溉农田4100亩，下游影响耕地1000亩，人口2300人。1.4.2 工程现状及除险加固的必要性1.4.2.1 工程现状马者水库是一座均质土坝枢纽工程。其枢纽主要建筑物由：均质土坝、左岸溢洪道、左岸坝内引水建筑物等组成。1、水位库容水库校核洪水位1088.76m，总库容10.56万m3；设计洪水位1088.55m，其相应的库容为10.02万m3；正常蓄水位1087.5m，其相应的库容为6.73万m3；死水位1084.0m，死库容为1.2万m3。2、拦河坝大坝坝型为均质土坝。大坝坝顶高程1090.00m，坝底高程1079.50m；最大坝高10.5m，坝顶宽4.5m，坝顶长172.0m，迎水坡1:2.75，背水坡1:2.25，坝体迎水坡面为块石护坡，但破坏较严重，块石已全部剥落堆至坝脚，且有不均匀沉降。坝体背水坡面，表部由粘土质砾砂及粉土质粘土组成，松散，坡面凸凹不平，存在众多凹坑，在雨水等地表水的冲刷下，形成集水。3、溢洪道溢洪道布置于大坝左端，为无闸门控制的开敞式溢洪道，控制段净宽3.0m，堰顶高程为1087.5m。在水库进行安全鉴定之后由当地村民组织完成了交通桥附近部分衬砌施工，但溢洪道仍存在诸多安全问题，无法安全溢洪，需要进一步完善。4、引水系统大坝左岸坝基设有0.50.7m（宽高）的坝下三合土混合砂浆砌石方涵，用于下游供水放水和放空水库。输水管管长约为60.0m，进水口高程1084.00m，出口底高程1082.00m，平均坡比为3.33%。进水口为斜卧管，取水口采用石块封堵控制取水，设计放水流量0.27m3/s。大坝输水管座为大坝填筑体上，进口段为和出口段均为堆积体，边坡稳定；因此影响输水管稳定的因素是坝体填土的物理力学性质。输水管的工程地质条件较差。由于工程地质条件差，经过多年运行，管身出现不均匀沉降，裂缝、破损较为严重。渗水恶化了大坝坝体的工程条件，不利于坝体稳定，需要进行处理。1.4.2.2 水库运行管理情况1、工程有运行管理制度和防洪调度规程，聘请了当地农民对大坝进行不定期检查。2、无工程管理设施，无专人管理，有防汛道路，但路况差，需整修，无通讯设施。3、工程建成后未全面对大坝、溢洪道、输水系统进行过维修。坝基、坝肩渗水，影响工程安全；上游坝坡护坡损毁严重，坝坡凹凸不平；溢洪道边墙未衬砌，抗冲刷能力弱，溢洪道不能安全泄洪；溢洪道无消能设施；输水涵管破损漏水严重，影响大坝安全。4、大坝无安全监测设施。1.4.2.3 水库工程存在的主要问题根据大坝安全鉴定成果及工程现状，马者水库目前存在的问题为：1、大坝坝顶凹凸不平，形状不规则，上游块石护坡剥落、损毁严重，下游坝坡无护坡；上、下游坝坡均严重沉降、变形。反滤排水设施损毁严重；坝肩和坝基渗漏；大坝欠高0.101m（本阶段复核欠高0.054m），水库防洪能力不满足要求。2、溢洪道在处理之后仍存在泄洪能力不足的问题。目前为保证汛期大坝安全，只能降低水库水位运行，空库度汛。另外溢洪道的结构无法满足要求，消能设施不完善，不能安全泄洪。3、输水建筑物进口斜卧管局部损毁，坝下浆砌石方涵管身断裂、破损，不能正常运行，为保证大坝安全，输水建筑物需重建，并封堵原石方涵管。4、无观测、管理、通讯设施。防汛道路路况差，晴通雨阻。5、在多次现场踏勘后发现，水库左岸库壁有一处集中渗漏，须作防渗处理。1.4.2.4 水库除险加固的必要性马者水库大坝安全鉴定级别为三类坝。水库主要作用是灌溉并兼有防洪等综合作用。水库一旦失事，损失十分严重。因此，对马者水库进行整险加固是十分必要和非常紧迫的。1.4.3 洪水调节1、设计标准：马者水库为均质坝，现实际坝顶高程1090.00m，建基面高程1079.50m，最大坝高10.50m，总库容10.56万m3，为小2型水库，工程等级为五等，主体工程建筑物为5级。洪水复核标准：根据国家水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-2003）的规定，采用30年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核；消能防冲采用10年一遇洪水标准。2、起调水位：马者水库溢流堰顶高程1087.50m，设计正常蓄水位1087.50m，原设计起调水位1087.50m，本次除险加固仍按原设计要求不变。3、调洪运用方式：马者水库为开敞式溢洪道，进口为无底坎宽顶堰，堰顶无闸门控制，堰顶高程与正常蓄水位相同。4、调洪计算成果：防洪标准复核采用坝址洪水调节计算成果列于表1.4.1。表1.4.1 马者水库调洪成果表洪水频率（%）最高库水位（m）最大库容（万m3）最大泄量（m3/s）0.33（校核）1088.7610.566.243.33（设计）1088.5510.024.5210（消能）1088.309.523.421.5 加固设计1.5.1 工程等别与洪水标准马者水库总库容10.56万m3，按水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准(SL2522000)规定，为等小（2）型水库。大坝、溢洪道等主要建筑物级别为5级，采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核；溢洪道消能防冲设施设计采用10年一遇洪水标准。1.5.2 加固设计方案根据马者水库存在的问题，依据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）、水库工程管理设计规范、马者水库大坝安全鉴定报告书等标准、规范、报告和批文，确定如下整险加固方案：1、大坝加高、坝坡整治，坝体静压灌浆、坝基帷幕灌浆；2、溢洪道进一步完善满足泄洪要求；3、重新布置输水建筑物，完成原输水涵的封堵；4、配套部分管理设施完善；5、库岸漏水段防渗补漏。1.5.2.1 大坝加固设计1、大坝防洪能力加固根据大坝安全鉴定抗洪能力计算，坝顶高程不满足要求，经本阶段抗洪能力进一步复核，大坝欠高0.054m。为解决大坝抗洪能力，本阶段根据大坝和溢洪道的实际地形情况，比较了降低溢洪道进口高程和增加坝高等不同加固方案，择优推荐现有溢洪道进口高程和宽度不变，增加大坝坝顶高程的加固方案，原因在于大坝本就存在不均匀沉降问题，需要对大坝进行回填处理，同时还需修建坝顶公路，且大坝欠高较小，直接对大坝进行加高，既满足了抗洪能力要求，又不降低工程效益等优点。2、大坝坝基、坝肩及坝身防渗加固由于大坝坝体填筑质量较差，填土渗透系数超过10-4cm/s量级，具中等透水性，达不到防渗要求，有必要对大坝坝体进行防渗加固。本次除险加固拟采取垂直防渗对坝体进行加固，加固方案选用工程中常见的劈裂灌浆和混凝土防渗墙两种型式进行比较。由于混凝土防渗墙造价高，对施工要求高，最终选定劈裂灌浆。沿坝轴线进行劈裂灌浆，钻孔穿过坝基覆盖层，具体深度根据现场先导孔试验数据而定，灌浆范围向两岸延伸10m。灌浆轴线长182m，最大孔深12.8m，沿轴线采用单排布孔，孔距2m，泥墙设计厚度20cm。坝基、坝肩作帷幕灌浆处理，深入基岩1m作接触灌浆，与坝体劈裂灌浆同孔。3、坝面护坡、坝顶公路和坝体表面排水加固马者水库为均质土坝，大坝坝顶凹凸不平，形状不规则，上游块石护坡剥落、损毁严重，下游坝坡无护坡；上、下游坝坡均严重沉降、变形。针对大坝坝体存在的问题，根据类似工程经验，本阶段拟采用在迎水面增设混凝土面板、下游面设砌石网格草皮护坡、完善坝顶公路、设置坝体表面排水及恢复下游排水棱体等措施对大坝进行加固。上游坝面采用厚0.12m现浇砼护坡，下设0.1m厚碎石垫层。为保护坡面干砌石在高水位和水位突降时不滑移，在上游死水位1084.00m高程处设立浆砌块石脚槽，脚槽深0.6m，宽0.5m。坝后坡采用砌石网格草皮护坡并恢复下游排水棱体。坝后坡排水增建纵横排水沟。纵向排水设在新建排水内侧，断面0.30.4m，浆砌块石结构，水泥砂浆抹面。根据山区和工程特点，在坝山结合部设立横向排水沟并于原引水明渠相连接，横向排水沟断面0.30.4m。1.5.2.2 溢洪道加固设计从溢洪道的现状来看，溢洪道交通桥附近部位采用浆砌石进行了简单的衬砌，其未作任何基础处理措施，未作消能工。加之流线不够平顺、交通桥墩侵占溢洪道过水断面等原因，本报告认为对已加固的溢洪道需要进行重建。重建的溢洪道仍为开敞式溢洪道，全长100.50m，不设控制闸门，具体方案如下：平面布置：重建溢洪道仍在原址上进行，进口高程由1087.50m降低至1086.00m，在控制段末端设置宽顶堰，堰顶高程1087.50m，宽3.0m，仍采用开敞式无闸门控制运行方式。其主要结构物包括：进口段、控制段、泄槽段和出口消能设施。1、进口段：进口八字段净宽由15.0m减至3.0m。结构型式，底板为砼结构，厚0.5m。挡土墙为衡重式挡土墙，均为砼结构。两侧挡土墙的回填材料均采用粘土回填。2、控制段：控制段宽度3.0m。为适当加大泄洪流量，采用低坎宽顶堰，堰顶高程1087.50m，堰高1.0m。两侧导墙直立，均为衡重式，砼结构。两侧挡土墙的回填材料均采用粘土回填。3、泄槽段：泄槽段全长为40.0m。根据地形条件，泄槽纵坡为1：4。结构型式，为砼结构，厚0.3m。根据地形地质条件，分别设置重力式挡土墙和衡重式挡土墙。其槽身高度根据水面线确定。根据溢洪道布置设置8条横缝，缝间设橡胶止水带和横向排水管。4、消能设施本工程溢洪道泄槽下游接排洪沟，本次设计采用底流消能方式。消力池长9.0m，池尾设1.0m高消力坎，消力池底板高程1077.0m。1.5.2.3 输水设施加固由于现有输水系统为坝下埋管型式，涵管已断裂，严重渗水，产生渗透破坏，是重大工程隐患，危及大坝安全。加固设计比较了多个方案，推荐封堵现坝下埋管，在左岸溢洪道底部另建小型输水管方案。新建引水管由进口段、管身段和出口段组成，设计放水流量0.27m3/s，前段按溢洪道轴线布置管线，后段穿越溢洪道泄槽段边墙后贴于边墙布置。进水口为钢筋混凝土结构的喇叭口，进水口底板高程1084.0m，为矩形断面，进口设置拦污栅，其后渐变为圆形并接400PE管，出口段接下游引水明渠，尾端设置闸阀控制流量，出口中心高程1078.50m。原输水涵管封堵：全线封堵，封堵材料为C15砼及水泥砂浆。封堵方法为先封堵上下游进出口，然后在坝顶进行钻孔灌注水泥砂浆和水泥浆液。在大坝轴线处要进行多次压力灌浆，确保充填密实。1.5.2.4 观测设计水库无观测设施，根据运行需要，需要增设部分观测设施，内容为库水位观测、位移观测和渗流观测等。1.5.2.5 库岸防渗工程在多次现场踏勘过程中还发现，马者水库左岸上游库壁有一处存在漏水现象，本阶段拟定采用铺设土工膜的方式进行防渗处理。1.6 金属结构马者水库金属结构集中布置在输水设施上，其包括进水口0.8m0.8m（宽高）拦污栅和出水口400手动铸铁闸阀两部分。根据水工拿属结构防腐蚀规范(SLl0595)中有关条文的要求，水工金属结构应进行良好的防腐保护，故拦污栅及埋件外露表面均采用喷铝防腐处理，喷涂总面积为2m2。1.7 施工组织设计1.7.1 施工条件马者水库位于恩施市屯堡乡马者村，属于清江的一条小支流。距恩施市区17km，工程对外交通较为便利。本工程为加固改造工程，所需施工场地面积不大，水库管理站、大坝上游及其两端开敞地带均可作为施工场地之用，可满足施工布置要求。施工临时道路布置：为与场外交通运输衔接方便，场内交通同样采用临时公路运输。除充分利用场内现有公路外，新建施工临时道路1.0km，路面为泥结碎石路面。施工用电可采用就近电网接入供电。施工通讯可利用无线电话与外界联系。施工用水可直接从水库中抽取。1.7.2 导流标准及方式本工程河流为山区河流，11月至次年4月为枯水期，5至10月为汛期。为保证水库枢纽的正常运行及施工期大坝、泄洪设施等建筑物的安全，主要工程项目的施工拟在枯水期（11月次年3月）进行，部分可安排在46月进行。本工程为五等工程，主体工程为5级，根据水利水电工程施工组织设计规范（SL 303-2000）的有关规定，导流建筑物的级别为5级。其洪水标准为5年一遇洪水。根据施工期水库正常运行的实际情况，先利用输水涵管将水库放空，砌筑输水管前围堰后进行输水管施工，输水管及溢洪道衬砌施工期间，水库水位控制由原输水涵管调节；大坝上游面及输水涵管封堵施工期间，水库水位由已改建的输水管调节，因水库下泄水量较小，现有的输水管满足施工期水位控制要求。施工围堰为5级建筑物，施工洪水标准为5年一遇。施工围堰采用袋装土型式。1.7.3 施工总布置本工程属于已建工程的加固改造，加固内容主要包括坝顶改造，坝体防渗等，工程建设规模相对集中。施工辅助设施本着不占农田或少占农田的原则进行施工区布置，其主要项目包括砼拌合系统、砂石骨料堆放场、机械维修停放场、钢筋加工厂及综合仓库等，根据本工程工区分散、工程规模小的特点，采用相对集中，分散布置的方式布置。1.7.4 施工工期本工程初拟施工总工期为10个月，其中，施工准备期1个月，主体工程施工期8个月，工程完建期1个月。1.8 环境保护设计1.8.1 环境现状马者水库位于恩施市屯堡乡马者村，距恩施市区17km（直线距离），水库属于清江的一条小支流，水库流域内最高点高程1200m，最低点高程1080m，落差120m。坝址以上控制流域面积0.3km2，坝址以上河长0.8km，河道加权平均坡降为38.3，属于山区扇形流域。流域内植被一般，河谷狭窄，两岸崇山峻岭，坡陡流急，洪水陡涨陡落。水库以上无水利工程及现代工商企业、无污染源，环境状况原始，水质良好。1.8.2 环境影响分析本除险加固工程施工期对环境将带来短暂的不利影响，但由于周围系山区，居民稀少，其影响对象主要为施工现场作业人员。环境影响因子主要有水质、空气、噪声、水土保持等。1.8.3 环境保护措施设计1、生产废污水处理；2、噪声控制；3、空气污染控制；4、生活垃圾处理；5、人群健康保护。工程管理部门应设置专门负责施工过程中的环境管理工作，安排专业环保人员作好环保监测工作。1.9 水土保持设计1、水土流失预测工程施工临时占地分布在大坝两侧的较宽阔地带，工程临时占地总面积5.6亩。工程项目的水土流失主要有：破坏原地貌植被的面积；弃土石渣量；水土流失造成的危害等方面。工程 建设中产生的大量扰动土和石渣，如不采取水保措施防治，松散堆积，则会造成大量水土流失。2、水土保持方案结合工程项目的特点，主要采取工程措施和生物措施来防治本工程的水土流失，水土流失治理包括渣场和工程临时占地治理两部分。3、投资概算本工程的水土保持项目主要包括渣场和工程临时占地的费用。1.10 工程管理1.10.1 管理机构、工程管理范围与保护范围水库主管部门属恩施市水利局。水库的运行、管理和维护由水库工程管理处负责管理。工程区的管理和保护范围已划定，水库除险加固后，工程区的管理和保护范围维持不变。1.10.2 管理设施的完善与改建根据水库工程管理设计规范的有关规定，结合本工程的现状，拟新增和改造如下管理设施：1、完善通讯系统。为保证管理处与各级主管部门、各管理工程联系，增设程控电话1部。2、上坝公路改建。根据防汛需要，改建上坝道路，采用砼路面，路面宽为4.5m，在溢流坝段上增设公路桥，确保左坝段防汛需要。3、完善观测设施，并配备必要的管理设备。水库无观测设施，根据运行需要，需要增设部分观测设施，内容为库水位观测、渗流观测和大坝位移观测。1.11 工程征占地1.11.1 征占地范围水库征占地范围为本次整险加固工程涉及到的所有施工临时占地。临时占地主要为弃渣区、采料料场、施工道路等施工时所需要的临时占地。1.11.2 征占地实物指标工程临时占地包括料场、临时施工道路和临时建筑用地等，总面积5.6亩。1.11.3 征占地补偿投资工程完工后对工程临时占地进行恢复，未列永久征占地补偿投资，临时占地补偿 0.5万元。1.12 设计概算以鄂水利发20053号文颁发的湖北省水利水电工程设计概（估）算编制规定为依据。建筑工程执行水利部水总（2002）116号文颁发的水利建筑工程概算定额。设备安装工程：执行水建管1999523号文颁发的水利水电设备安装工程概算定额。机械台时：执行水利部水总（2002）116号文颁发的水利工程施工机械台时费定额。费用标准执行枢纽工程相关费用标准。1.12.1主要工程量及材料用量本工程主体工程主要工作量为：土石方明挖3926m3，土石方填筑3562m3，浆砌石1455m3，混凝土浇筑1324m3，模板727m2，钢筋31t，帷幕灌浆882m，劈裂灌浆783m；主材用量：钢材33t，水泥624t，柴油2t，汽油1t，砂1336m3，碎石1815m3，块石2463m3；总工时10.33万工时。1.12.2工程投资马者水库除险加固工程概算总投资282.59万元，其中工程部分总投资281.59万元，包括建筑工程投资227.82万元，金属结构设备及安装工程投资1.29万元，施工临时工程投资18.63万元，独立费用33.86万元，不计基本预备费；环境保护和水土保持部分总投资1.0万元。由于本工程投资采用国家政府投资，未进行贷款，故工程建设期贷款利息0万元。1.13 经济评价1.13.1 国民经济评价依据SL72-94水利建设项目经济评价规范，项目经济计算期为25年，取社会折现率为8%，经分析得项目经济评价指标如下：经济内部收益率EIRR=15.56%经济净现值（is=8%）ENPV=166.73万元经济效益费用比EBCR=1.59本工程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1.0，因此该工程在经济上是合理的。1.13.2 综合评价马者水库位于恩施市屯堡乡马者村，是一座以灌溉为主，兼有防洪、人畜饮水、生态等综合效益的小（2）型水库。工程建设至今发挥了良好的经济效益，它担负着马者村15组1428户4876人和5000多头牲畜饮水供应，可灌溉农田4100亩，下游影响耕地1000亩，人口2300人。工程一旦失事，将影响下游0.23万人、0.1万亩农田的安全。水库除险加固后，提高了对下游防洪的保护能力，为当地农业生产和人民生命财产提供可靠保障，为社会、经济、环境的可持续发展创造有利条件，具有重要的经济意义与社会意义。3恩施土家族苗族自治州水利电力勘测设计院湖北省恩施市屯堡马者水库除险加固工程初步设计报告 2 水 文2 水 文2.1 工程概况2.1.1 流域概况流料河是清江的一条小支流，马者水库位于流料河河源附近，河床高程1080.7m左右。水库流域内山顶呈岗坡状，最高点高程1200m，最低点高程1080m，落差120m。坝址以上控制流域面积0.3km2，坝址以上河长0.8km，河道加权平均坡降为38.3，属于山区扇形流域。流料河流域水文气象特性与清江流域相同，属亚热带季风区，气候温和，雨水丰沛，多年平均气温16左右，多年平均降水量1452.8mm。2.1.2 工程简介马者水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、人畜饮水、生态等综合效益的小（2）型水库，水库位于恩施市屯堡乡马者村，距恩施市区17km（直线距离），属于清江的一条小支流。水库于1958年1月动工兴建，1959年12月竣工投入运行。工程建设至今发挥了良好的经济效益，它担负着马者村15组1428户4876人和5000多头牲畜饮水供应，可灌溉农田4100亩，下游影响耕地1000亩，人口2300人。水库坝址以上控制流域面积0.3km2，水库正常蓄水位1087.50m，总库容10.56万m3，兴利库容5.53万m3。大坝坝型为均质土坝，设计最大坝高10.5m，建基面高程1079.50m，坝顶长172.0m；溢流堰顶高程1087.50m，为开敞式溢洪道。湖北省恩施市屯堡马者水库除险加固工程初步设计报告 2 水 文2.2 水文气象本次水库除险加固工程初步设计，引用并复核了马者水库安全鉴定报告、马者水库大坝安全评价报告成果。马者水库位于清江支流流料河，流域内无气象站，在清江干流上设有恩施水文站，恩施站位于东经10928，北纬3017，测站高程457.1m。据恩施站实测资料显示，其多年平均气温为1517，7、8月份气温最高一般为2730，12、1月份最低一般为28，极端最高气温44.9（1953年8月19日），极端最低气温-12（1977年1月30日）。流域受季风影响，冬季多北风，夏季多南风，平均风力在2级以上。恩施站特征值见表。表2.2.1 恩施站气象特征值表序号项目单 位数 值极值发生时间备注1年平均气温16.22极端最高气温41.21959年8月24日3极端最低气温-12.31977年1月30日4多年平均降水量mm1452.85多年平均蒸发量mm10756多年平均相对湿度%817多年平均风速m/s0.48最大风速m/s16.01985年9月2日9多年平均日照小时数h1267.210无霜期d26211多年平均雾日d58.6马者水库坝址以上流域参数本次采用1/10000地形图进行量算，复核成果与马者水库大坝安全评价报告成果基本一致，因此，本次仍采用原成果，其参数为：流域面积0.3km2，干流河道平均比降38.3，河长0.8 km。2.3 设计洪水2.3.1 暴雨洪水特性1、暴雨特性流料河是清江左岸支流，根据暴雨的空间分布情况，暴雨随高程增高有明显的增加，说明地形对暴雨的作用较明显。流域内暴雨最早出现在4月，大多于10月结束。69月为暴雨集中期，7月份西南季风加强，气温高，水汽丰沛而降雨强度普遍增大；流域内发生的暴雨多属涡切形暴雨。2、洪水特性本地区洪水主要由暴雨形成，洪水变化特性受暴雨地区分布和季节变化影响，年最大洪峰流量一般出现在5-9月，以6、7月最多。流料河为典型的山区型河流，河道比降大，汇流时间短，河道调蓄能力小，洪水陡涨陡落，反映了山溪性河流的汇流特性。洪峰形状大多位比较尖瘦的单峰，洪水季节变化基本与暴雨过程分布一致。2.3.2 流域设计雨量1、设计点暴雨本工程附近雨量站均无实测暴雨资料，流域设计点暴雨参数根据湖北省水利厅鄂水利函2008332号印发的湖北省暴雨统计参数图集（以下简称图集）而得，查图集，流域设计点暴雨参数如表。表2.3.1 设计点暴雨参数表 时段均值（mm）CVCS/ CV频率（%）0.330.523.331010min15.80.353.537.936.230.428.223.21h440.423.5117.2111.491.684.270.26h880.453.5259.2245.3197.7181.0143.924h1200.443.5339.7322.0261.6239.0206.22、设计面暴雨设计面雨量由设计点雨量根据点面关系推求。综合湖北省暴雨时面雨型分析与综合查算成果，各历时面雨量用递减指数计算，面递减指数以6小时为折点，按下式公式计算：当10t60，Ht面=H24面4n2-16n1-160n0-1t1-n0当1t6时，Ht面=H 1面t1-n1当6t24时，Ht面=H24面24n2-1t1-n2式中：n0=1+0.558lnn1=1+0.558lnn2=1+0.721ln设计暴雨成果见表。表2.3.2 设计面雨量成果表项 目时段点面系数频率（%）0.330.523.3310设计面雨量（mm）10min137.936.230.428.223.21h0.9993117.1111.391.584.170.16h0.9995259.1245.1197.6180.9143.824h0.9996339.6321.8261.5238.9206.12.3.3 坝址洪水本工程位于鄂西南恩施市境内，属我省水文气象分区第十分区。本阶段设计暴雨通过查湖北省暴雨径流查算图表（以下简称图表）和湖北省可能最大暴雨图集（以下简称图集）中提出的瞬时单位线法和推理公式法两种方法进行推求。2.3.3.1 瞬时单位线法计算坝址设计洪水1、设计净雨及雨型本工程控制流域面积小于20km2，净雨历时tc选取6h，净雨时段t=0.5h，设计雨型选用湖北省暴雨径流查算图表中地区综合概化雨型，雨型分布见表。表2.3.3 六小时雨型分布表 t=0.5h时段123456789101112占H1的%3862占（H3-H1）的%21.735.526.616.2占（H6-H3）的%161718201514净雨过程采用6小时雨量不扣初损只扣稳损。稳渗强度fc=0.0615，式中R总为24小时的设计总径流，为扣除初损I0后的24小时设计面雨量，即R总=H24面I0。初损I0采用全省综合的设计条件下的数值。取I0=0.25Im，设计条件下Im=90mm，则I0=22.5mm。各历时净雨量计算式为Ii=Rifct。2、汇流计算流域汇流采用瞬时单位线法推求设计断面洪峰流量及洪水过程线。1）汇流参数本流域属湖北省第十水文分区，按十水文分区综合汇流参数计算水库设计洪水（不考虑天坑影响）。十水文分区汇流参数m1和n值按下列公式计算：m1=0.8F0.3L0.1J-0.06n=0.69F 0.224 J 0.092式中：F集水面积，km2；L主河道长，km；J主河道加权平均比降，；由于本流域属岩溶地质不发育地区，不计算天坑率，应对汇流参数m1作非线性改正。计算结果：m1= 0.43，n=0.70，k=m1/n= 0.622）地面径流计算由所求汇流参数n、k，按瞬时单位线法计算无因次单位线并转换为时段单位线配以相应的设计净雨过程，推求地面径流过程。3）地下径流计算地下径流由下列经验公式计算：TT时：QtQ0（QgQ0）tT时：QtQge （tT）其中：Q0起涨流量，Q00.021F；Qg地下径流洪峰（即退水拐点流量），Qg：退水指数，0.133F-0.28；T地面径流过程线底宽，TtcDt；D时段单位线底宽；tc 净雨历时；fc稳渗强度。3、瞬时单位线法计算洪水成果将地面径流过程与地下径流过程迭加即可得出设计洪水过程，由瞬时单位线法计算的洪水成果见表。表2.3.4 瞬时单位线法坝址洪水成果表洪水频率P（%）0.330.523.3310洪峰流量（m3/s）10.19.67.97.25.82.3.3.2 推理公式法计算坝址设计洪水1、暴雨递减指数N和雨力S的计算已知1、6、24小时面雨量HT面，则面递减系数为：16 时， n1=1+0.558Ln1624时， n2=1+0.721Ln2上式中1=H1面/H6面，2=H6面/H24面当16时，采用n1，则S1=H1面当624时，采用n2，则S2=H6面6n2-12、汇流参数m 本工程所在水文分区属第十区，属于鄂西地区森林覆盖面积占50%以上且植被良好的小流域，则m=0.280.275=0.28(L/j1/3)0.2753、损失参数u损失参数按下式计算：u=0.0384RR24H24面22.5H24面为设计频率的面雨量。4、洪峰流量Q设计洪峰流量QQm+Qo，其中QmK1(m/)K2(SF)K3K4FQo0.22u0.92F式中：K10.2784(1-n)/(4-n) ，K24n/(4-n)，K34/(4-n)，K40.278（4.05/（4-n）。根据以上公式可得洪峰流量结果如表。表2.3.5 推理公式法计算坝址洪水成果表洪水频率P（%）0.330.523.3310洪峰流量（m3/s）10.09.47.56.85.22.3.4 洪水复核成果合理性分析不同计算方法计算的洪水成果比较如表5-7。表2.3.6 洪水成果比较表频率P（%）0.33%0.5%2%3.33%瞬时单位线法Q1（m3/s）10.19.67.97.2推理公式法Q2（m3/s）10.09.47.56.8Q1比Q2增加（m3/s）0.10.20.40.4Q2与Q1相差（%）1.00%2.13%5.33%5.88%两种计算结果相差不大，均在10%以内，说明本次设计成果是合理可行的。本次采用暴雨途径瞬时单位线计算的洪水成果作为马者水库坝址设计洪水成果。水库洪水过程线见表2.3.7。表2.3.7 马者水库洪水过程线时段（0.5h）P（%）0.330.523.331000.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.51.18 1.10 0.86 0.77 0.58 11.56 1.47 1.15 1.03 0.77 1.51.78 1.68 1.31 1.18 0.88 22.02 1.90 1.49 1.33 1.00 2.52.36 2.22 1.75 1.58 1.20 33.64 3.43 2.72 2.46 1.88 3.56.14 5.82 4.76 4.35 3.46 410.11 9.60 7.88 7.24 5.79 4.55.06 4.79 3.87 3.53 2.77 52.99 2.83 2.27 2.06 1.60 5.52.13 2.01 1.59 1.44 1.10 61.74 1.64 1.29 1.16 0.88 6.50.59 0.56 0.44 0.40 0.31 70.28 0.27 0.22 0.20 0.15 7.50.16 0.16 0.13 0.12 0.10 80.12 0.11 0.10 0.09 0.07 8.50.10 0.09 0.08 0.07 0.06 90.09 0.09 0.08 0.07 0.06 9.50.09 0.09 0.08 0.07 0.06 100.09 0.09 0.08 0.07 0.06 10.50.10 0.09 0.08 0.08 0.07 110.09 0.09 0.07 0.07 0.06 11.50.08 0.08 0.07 0.06 0.05 120.07 0.07 0.06 0.06 0.05 2.3.5分期洪水马者水库所在小流域无实测水文资料，本流域内无水文站，施工洪水的计算借用恩施水文站的实测资料，其控制流域面积为2928km2。依据恩施水文站19582007年的实测水文资料，统计得出50年的分期洪水（11月1日至次年3月31日）