张家垅水库除险加固报告.doc

1 工 程 特 性 表 序号指 标 名 称单 位原设计加固后备 注 一水文 1坝址以上流域面积Km21.141.14 2干流长度Km1.451.45 干流平均坡降4141 3多年平均降雨量 1458.81458.8 4设计洪水-重现期年2050 5校核洪水-重现期年100500 二水库、水位、流量 1水库水位 校核洪水位m136.743136.253 设计洪水位m136.505135.893 正常蓄水位m135.165135.165 死水位m125.443125.126 2水库容积面积特性 总库容万 m3108.9100.72 正常库容万 m380.1780.17 死库容万 m31.491.05 3校核洪水洪峰流量m3/s13.6622.96 设计洪水洪峰流量m3/s10.4215.41 4校核洪水总量万 m3/33.14 设计洪水总量万 m3/22.55 三工程效益指标 1防洪效益 保护耕地面积万亩0.110.11 下游人口万人0.280.28 交通S213 公路 200m，铁路 160m 2灌溉效益 灌溉面积万亩0.150.15 4其他效益 2 工 程 特 性 表 序号指 标 名 称单 位原设计加固后备 注 四主要建筑物和机电设备 1大坝 型式均质土坝均质土坝 最大坝高m12.8515.6 坝顶高程m137.243137.501 坝顶轴长 m5757 坝顶宽 m44 2溢洪道 型式宽顶堰 堰顶高程m135.165135.165 宽度m21.7 设计泄洪流量m/1.66 校核泄洪流量m/3.02 3输水隧洞 结构型式/圆拱直墙形 成形断面尺寸m/1.01.5宽高 长度m/57 纵坡/1/220 进口底板高程m/125.126 设计过流量m3/s/0.9 五除险加固工程 1施工期月10 2主要工程量 帷幕灌浆498 冲抓m1068 土方开挖m310185 石方开挖m3700 3主要材料技术供应 水泥T312.33 钢材T9.6 3 工 程 特 性 表 序号指 标 名 称单 位原设计加固后备 注 人工万工日2.55 土料m33572.4 河砂m31000.09 碎石m31062.18 块石m34323.99 4经济指标-投资 静态总投资万元477.29 其中：建筑安装工程万元292.05 临时工程及其他万元90.96 人工工资调差万元94.28 基本预备费万元18.24 4 1 综合说明综合说明 1.1 工程概况工程概况 1.1.1 地理及社会经济概况 资兴市地处湘南东部，地理坐标处于东径 130911344、北纬 25332617之间，地势东高西低，河流密布，地表水系发育，水力资 源丰富，全市有东江、程江、耒水、洣水四大水系，总面积 2747km2。全 市总人口 36 万人，其中农业人口 24 万人，非农业人口 12 万人。境内 气候温和雨量充沛，阳光充足，适宜各种作物的生长。 资兴市境内矿产资源丰富，有大型矿区四个，矿化点 200 多处，主 要矿产资源有煤、钨、锡、铜、铅、锌、锑、锰、黄铁等。煤的资源丰富， 现已探明煤的总储量有 2.7 亿多吨。境内森林资源丰富，有宜林山地 320 万亩，山林面积 50 万亩，森林覆盖率为 59.5%。资兴市水能资源丰 富，除大小东江水电站外，全市尚存水能理论蕴藏量 16.67 万 kw，其中 可开发利用的有 13.5 万 kw。 资兴市交通方便，全市 29 个乡镇晴雨均可通车。铁路有京广线支 线许三铁路（许家洞三都）贯穿我市西北部，形成了以公路为主，铁 路为辅的交通网络。 1.1.2 张家垅水库概况 张家垅水库位于资兴市香花乡星塘村，属资兴市程江水系，是一座 以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小（I）型水利工程。根据资兴 市水利分区，张家垅水库位于半垅灌区南缘，东邻碑记乡太坪村，南靠 周源山西详岭山脉，北与资兴矿务局宝源矿区及我市经济重镇三 都镇接壤，处于香花乡、三都镇与碑记乡的交界地带。 5 水库所属区域既是我市重要产粮区又毗邻我市的宝源、高桥两个 主要煤产区和三都镇。区内地势开阔平坦、土壤肥沃、雨水丰富、阳光 充足，很适合农作物生长。配套水利设施较多，人口密度大，农业生产 以粮食作物为主，养殖业为辅，经济发展较快。在采掘业的带动下，加 工业及第三产业发展较快，呈现一片繁荣景象。区内村庄密集，公路网 络密布，交通便利，坝址与省道 S213 公路及许三（许家洞至三都）铁路 相邻，距资兴市区 7km，距三都镇 2 km，地理位置十分重要。一旦溃坝， S213 公路和许三铁路将被冲垮，冲毁耕地 1100 亩，毁坏房屋 380 间， 受灾人口达 2800 多人，直接经济损失 3100 万元。 水库控制集雨面积 1.14km2，正常蓄水位 135.165m，死水位 125.126m，死库容 1.49104m3，原校核洪水位为 136.743m，正常库容 80.17104m3，总库容 108.9104m3。大坝原洪水标准按 20 年一遇设计， 100 年一遇校核。工程等别为四等，主要建筑物为 4 级，次要建筑为 5 级。 张家垅水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵管及放水卧管等建筑 物组成。 张家垅水库大坝为均质土坝，1958 年 10 月动工兴建，主要采用人 力施工，坝体土方填筑采用人工挑土上坝，人工打夯填筑。最大坝高 15.6m，坝顶高程为 137.243m，坝顶宽 4.0m，坝顶轴线长 57m。上游坝 坡坡比为 12.19；下游坝坡分三级，一级坡高 6.7m，坡比 12.35；二级坝 坡高 0.9m，坡比 11.44；三级坡高 3.85m，坡比 11.08；坝趾处设浆砌石 挡墙，挡墙高 1.4m，宽 0.9m。外坡变坡处均设戗道，其中一、二级坝坡 变坡处戗道宽 3.5m，二、三级坝坡变坡处戗道宽 1.65m。内坡采用厚 0.4m 干砌块石护坡。外坡二级坝坡以下设干砌石贴坡排水，排水体厚 6 0.4m。 溢洪道布置在大坝左侧的天然垭口，为正槽式溢洪道，分进口段、 控制段、缓坡段、陡坡段和出口段五部分。进口段设喇叭口，采用直立 式导水墙；控制段设宽顶堰，堰顶宽 1.7 米，堰顶高程 135.165m，最大 泄流量 3.93m3/s；缓坡段长 44.46m，上接溢洪道宽顶堰，陡坡段长 6.26m，出口设池力池消能，消力池长 5m。 水库设高涵、中涵、低涵，分三级取水，高涵布置在右岸，采用两 根 200mm 瓦管，进口中心线高程为 133.5m。中涵布置左坝段，采用 400mm 钢筋砼预制管，进口中心线高程为 129.5m。低涵靠左岸山体 布置，为钢筋砼预制管，进口底板高程 125.126m，出口底板高程 124.293m，涵管长 57.86m，内径 400mm。放水涵洞采用卧管式进水口。 每级涵洞均设三个取水口，孔口设堵头控制放水流量。 水库枢纽工程 1959 年 4 月全部竣工，并蓄水试运行。整个工期为 8 个月。由于工程建于“大跃进”年代，机械化程度低，坝体夯填不实，密 实度未达到设计要求。透水性强，坝体土料抗剪强度低。 张家垅水库关系到水库下游几千人的生命财产安全，同时解决下 游 1500 亩农田的灌溉问题。水库自投入运行以来，充分发挥了灌溉， 防洪，养殖等作用。对促进当地社会经济的发展作出了重大的贡献，社 会效益和经济效益较为显著。 2004 年 6 月，资兴市水利局组织设计单位和工程技术人员对大坝 进行了安全分析研究，并于 2004 年 8 月编制了资兴市张家垅水库大 坝安全评价报告。2004 年 9 月 26 日，张家垅水库大坝被郴州市水利 局鉴定为 III 类坝。工程急需除险加固。 7 1.1.3 工程任务与规模 张家垅水库总库容 100.72 万 m3，根据水利水电工程等级划分及 洪水标准SL252-2000 的有关规定，该水库工程等级为 IV 等，其主要 建筑物为 4 级，次要建筑物为 5 级。正常运用洪水标准为 50 年一遇， 非常运用洪水为 500 年一遇，溢洪道消能防冲工程设计标准为 20 年一 遇。工程主要任务是灌溉，设计灌溉面积 1500 亩。 1.1.4 除险加固工程概况 受资兴市水电局委托，我院于 2007 年 12 月开始进行张家垅水库 除险加固工程初步设计工作。设计内容及深度按照湖南省水利厅湘水 建管2001 19 号文件和郴水函200121 号文件的要求进行。 本次除险加固工程依据的主要文件资料有： 资兴市张家垅水库大坝安全评价报告（2004 年，以下简称“安全 评价”）； 张家垅水库大坝安全鉴定报告书（2004 年，以下简称“鉴定报告”） 。 根据“安全评价”、“鉴定报告”，张家垅水库大坝结构安全满足要求。 但工程目前仍存在以下的问题： (1)内坡干砌块石护坡由于风蚀、水蚀、人为等诸种因素，护坡损毁 严重，基本失去护面作用，直接威胁大坝安全； （2）坝体填筑质量差，夯压不密实，渗透系数较大，坝体渗漏明显。 （3）坝坡较陡，坝体夯压不实，易导致坝坡失稳； （4）溢洪道泄洪断面不能满足泄洪要求； （5）无防汛公路，通信设施不完备； （6）低涵断裂，渗水严重，高涵破坏，放水中断； 8 （7）库内无水位尺及其它监测设施，影响水库正常运行管理。 针对以上问题，本次除险加固采取的工程措施有： (1)对大坝坝体、坝基、坝肩及接触面进行渗漏处理。 (2)对大坝上、下游面护坡进行翻修，下游坝坡培厚，改造排水体。 (3)通过相应措施使大坝坝顶高程满足要求。 (4)更换放水卧管拍门和高涵涵管，对高涵进行加固处理。 (5) 设立大坝工程安全监测设施及水位、雨量观测设施，加强安全 监测，增设通讯设施。 (6) 新建防汛公路，改造管理所危房。 (7)封堵大坝放水低、中涵，新开快速放水隧洞。 经过工程措施处理后，在工程运行中，还需采取相应非工程措施， 如加强管理，控制库水位降落速度；汛期提高警惕，加强安全检查，以 达到消除隐患，保障安全，提高效益的目的。 1.1.5 除险加固工程兴建缘由 1.1.5.1 主要工程建设情况概述 香花乡位于资兴市北乡片，农作物以水稻为主。境内良田成片、地 势开阔平坦、土壤肥沃、阳光充足。受地形影响，区内易涝易旱，水旱灾 害不断。为满足当地农业生产需要，减少水旱灾害，1958 年 6 月资兴市 水利局组织人员张家垅水库进行勘测设计，同年 10 月动工兴建。工程 主要采用人力施工，人工挑土上坝，人工打夯填筑。水库枢纽工程 1959 年 4 月全部竣工，并蓄水试运行。整个工期为 8 个月。 1.1.5.2 工程隐患众多，险情严重 工程的建设、运行、维修情况及安全鉴定结论均表明：工程一直无 法正常运行，渗漏现象严重。存在的比较严重的问题。主要表现在： 9 (1)大坝坝体渗漏 大坝为均质土坝，坝体与坝基接合面漏水明显，大坝存在渗流隐患。 经分析，坝体产生渗漏主要是受经济技术条件限制，施工技术手段落后， 大坝施工简单，建设历时长久，施工管理水平有限，施工质量受影响。 从 2007 年 8 月 19 日 8 时至 23 日 8 时水库所在区域上芬雨量站 降雨量高达 544mm，水库水位急聚上涨，导致大坝中部偏左高程 131.00m 的位置出现管涌，流量大于 10L/s，严重危及到大坝和下游人 民群众的生命财产安全。后经在大坝左侧坝肩处,另开一条梯形泄洪道 (长 50 m宽 4 m深 4 m50 m宽 1.2 m深 2 m)和从库内抽水的办法 降低了库水位，才使险情得以控制。抢险时紧急疏散和转移人口 2300 人。此外，水库高水位运行时，下游坝坡 128m 高程以下出现散浸现象， 面积约 25m2。 (2)基础渗漏 根据大坝钻孔揭露和现场调查查明，大坝清基不彻底，坝基残坡积 粉土质砂为建基面，粉土质砂呈松散-稍密状态，透水性中等，钻孔钻进 该层时孔内充洗液漏失。加之坝基中粒砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩较破 碎，风化程度较高，岩石全-强风化，裂隙充填一般，但胶结不良，岩石 中“X”节理发育，节理走向与坝轴线斜交对库水外渗有利。根据钻孔压 水试验成果，坝基全-强风化岩透水率变化在 12.5-23.7Lu,多属中等透 水等级。说明坝基渗漏较为严重。 (3) 安全监测情况 张家垅水库建成蓄水后，未成立水库管理所，水库由乡政府确定了 专管人员，实行统一管理。水库没有建立相关的规章、制度及计划，管 理措施和管理人员不到位，管理体制不健全。 10 1.1.5.3 除险加固是当前形势的迫切需要 张家垅水库一直带病运行，目前的安全问题特别突出，2007 年 8 月 19 日 8 时至 23 日 8 时水库所在区域降雨量高达 544mm，水库水位 急聚上涨，导致大坝中部偏左高程 131.00m 的位置出现管涌，流量大 于 10L/s，严重危及到大坝和下游人民群众的生命财产安全。省、市、县 各级相关部门对水库险情非常重视，多方敦促除险加固工程早日实施。 工程除险加固完成后，能确保水库安全运行，提高水库有效库容，使灌 溉、防洪、养殖效益更加突出；可保护下游 2800 人的生命财产安全，意 义重大；对本地经济发展和社会稳定起到明显的促进作用，社会影响积 极。 1.1.5.4 工程实施后效益显著 工程实施后，经济效益、社会效益显著，主要体现在： (1)提高防洪能力，水库下游 2800 人，1100 亩耕地和省道 S213 公 路和许三铁路在该区段的安全得到保障，防洪效益显著。 (2)水库可正常蓄水，发挥灌溉效益。 (3)蓄水量增大后，水库灌溉面积得以扩大，可增加和改善灌溉面 积。农田增产增收，增加农民收入，促进地方经济发展。 (4)有利于开展多种经营，促进工程管理的良性循环。 综上所述，除险加固工程势在必行，上马越早越好。 1.2 水文及调洪演算水文及调洪演算 张家垅水库位于湘南地区，属亚热带季风气候区，多年平均气温 18.1，多年平均降水量 1458.8mm。 张家垅水库坝址以上流域面积 1.14km2，流域内没有水文站雨量站， 11 本次复核采用湖南省暴雨查算手册的结果进行复核。求得该水库设 计洪水成果如表 1-1。 设计洪水计算成果表 表 1-1 频率P0.2%P2.0%P5.0% 入库洪峰流量（m3/s）22.9615.4112.79 水库洪水位（m）136.253135.893135.768 下泄流量（m3/s）3.021.661.25 根据规范规定，张家垅水库大坝顶部的最小高程按规范的要求 不得小于 137.501m，现有坝高 137.243m，比规范要求的最小高程低 0.258m，不满足要求，可将坝顶加高至 137.501m 以满足要求。溢洪道 控制段导墙顶部加固后的高程 136.60m，较规范要求的最低高程 136.553m 高 0.047m。因此，张家垅水库溢洪道控制段顶部高程满足抗 洪要求。 1.3 工程地质工程地质 1.3.1 坝基工程地质 根据调查访问和地质钻探，大坝填筑施工由当地村民完成，由于大 坝填筑施工时清基不彻底，坝基以残坡积粉土质砂层为建基面，加之坝 基下伏岩石全-强风化，较破碎，裂隙充填一般，胶结不良，岩石中“X” 节理发育，且对坝基未作任何防渗处理。水库投入运行后，库水沿坝基 残坡积粉土质砂和下伏岩石节理裂隙向下游产生渗透，形成坝基渗漏。 由于坝基残坡积粉土质砂和下伏岩石节理裂隙中充填的泥质物，随着 水库蓄水位的升高及长期的渗流作用，渗透水流带走细小颗粒，将导致 其渗透性增强，渗漏量有逐年加大的趋势。 1.3.2 坝体工程地质 本阶段在大坝钻孔 5 个，取坝体原状样 9 件进行土工试验。据土工 12 试验成果分析，大坝填土土质主要为含砂低液限粘土、含砾低液限粘土 或低液限粘土，一般呈褐黄色、褐红色，局部为杂色。钻孔注水试验测 得其渗透系数变化在 2.110-48.510-4cm/s，属中等-弱透水等级，但 渗透系数明显增大。 由于大坝填筑土料成分混杂，各种不同性状的土层之间存在明显 的分层界面；填筑土碾压欠密实，土层中混杂的树根杂草腐烂等，导致 坝体结构松散，土体中存在渗水孔隙通道；水库蓄水后，库水沿土中孔 隙向下游产生渗透，渗透带走土中的细小颗粒、加速土中块石的风化， 使得坝体结构更松散，透水性增强，因而出现坝体透水量呈逐年上升趋 势。 1.3.3 抗震评价 根据 1/400 万中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应 谱特征周期区划图，本地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 VI 度，工程区属相对稳定地 块。 1.4 除险加固工程设计除险加固工程设计 张家垅水库大坝为均质土坝，最大坝高 15.6m ，坝顶高程 137.24m，坝顶宽 4m，坝顶防浪墙高 0.5m，坝顶轴线长 57m。 1.4.1 大坝坝基防渗处理 枢纽建筑物的基础防渗处理采用砼防渗墙帷幕灌浆的施工方法。 根据坝基地勘揭示，坝基主要为中粒砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。强风 化，裂隙较发育，大坝坝基透水率随着孔深逐步减小，具有一定规律性， 根据有关规程和类似工程经验，设计帷幕灌浆深度深入到 10Lu 界线， 13 以达到防渗的目的。设计帷幕灌注深度见下表。 帷幕灌浆深度表 表 1-2 分段长度 （m） 13.818.811.31319.416.8 钻孔深度 （m） 4.73-8.446.31-8.446.31-7.115.57-7.115.57-7.315.81-7.31 帷幕灌浆 深度（m） 4.73-8.446.31-8.446.31-7.115.57-7.115.57-7.315.81-7.31 钻孔数目 （个） 7966108 钻孔编号1-7#8-16#17-22#23-28#29-38#39-46# 根据类似工程经验，坝基帷幕孔距按 2.0m 布置。由于水头不很大， 根据已建工程经验，单排孔可满足坝基础防渗要求。 灌浆材料拟采用 R32.5 硅酸盐水泥。灌浆压力控制如表 1-4。 灌浆压力控制表 表 1-3 孔 深(m)0459101415192024 灌浆压力(MPa)0.40.650.91.151.4 1.4.2 大坝坝体防渗处理 根据大坝存在的问题及安全鉴定专家意见，针对大坝坝顶高程不 满足要求，坝基及坝肩渗漏，上下游坝坡破损严重，大坝下游散浸、排 水棱体破损严重等问题，设计采用如下三种方案比较，比较表如下： 坝体防渗方案经济技术比较表 表 1-4 方案 项目 方案 （砼防渗墙） 方案 （冲抓回填） 方案 （砼截水墙+土工膜） 技术 参数 在坝顶轴上单排套井，孔 距0.7m，成墙厚度0.8m 冲抓回填，孔距0.8m。截水墙宽2m。 优点 取材方便；防渗效果好；施 工经验也较成熟。 工程造价低，防渗效果好 防渗效果好，耐久性好， 对下游坝坡有利 14 缺点砼用量大，投资大 耐久性差；粘土质量要求 高，需求量大，雨天不能 施工，工期相对长， 投资大，下段坝坡施工不 太方便 工程量 砼防渗墙：989m2； 砼防渗墙造孔：1236m 帷幕：498m 帷幕坝体钻孔：425m 冲抓：1068m2； 帷幕：498m 帷幕坝体钻孔：425m 砼防渗墙：560m2； 土工膜：1164m 帷幕：518m 帷幕截水墙钻孔：105m 土方开挖：420m3 相对 造价 砼防渗墙：67.16万元； 帷幕：32.43万元 总计：99.59万元 帷幕：32.43万元 冲抓：16.9万元 总计：49.33万元 土工膜：4.83万元； 帷幕：31.82万元 砼截水墙：23.79万元 总 计：60.44万元 结论比较方案选选定方案定方案比较方案 经比较，推荐方案 II 作设计选定方案。 1.4.3 绕坝渗漏处理设计 大坝两岸帷幕灌浆拟设计为一排，与大坝基础灌浆连接，设计灌浆 帷幕轴线长度 30.6m，左岸 16.8m，右岸 13.8m，与大坝基础灌浆连接。 终孔间距 2.0m，二序孔施工。其他设计参数参照基础帷幕灌浆执行。 1.4.4 溢洪道加固设计 本次设计在原有溢洪道的基础上降低堰顶至设计高程 135.165m。 溢洪道全长 58.92m，分别由进口渐变段 3.2m，断面尺寸 4.71.7m1.3m，坡降为 1：5 的反坡,水平段堰长 1m，断面尺寸 1.7m1.435m，缓坡段段 44.46m，断面尺寸 1.7m1.3m，坡降 2.8,陡 坡段 7.3m，断面尺寸 1.7m0.8m，坡降 57.6，消力池（1.7m5m）组成。 将溢洪道进口及缓坡段底板用砼护面，厚度为 20cm，侧墙首先用 浆砌石进行护砌，而后在迎水面衬砌 150mm 厚砼，为防止缓坡段两侧 山坡失稳，危及溢洪道行洪安全，该段用 M7.5 浆砌石拱封盖，拱厚 0.4m。陡坡段及消力池侧墙在原有侧墙基础上衬砌 150mm 厚砼，底板 15 在原有底板上用钢筋砼护面，厚度为 20cm。 在溢洪道末端接长 300m 的排洪渠与原 213 省道涵洞衔接，溢洪 道出口至对面山坡共 13.5m 采用堆石碾压抬高地面高程使渠道底板高 程与溢洪道出口高程相接。排洪渠底宽 1m，边坡 1：1，深 1m，底板及 侧墙采用 150 厚 C20 砼衬砌。 1.4.5 输水涵洞除险加固设计 根据大坝高涵的情况，拟在高涵位置开挖并更换一根 300 的钢筋 砼圆管，以达到加固效果。 因大坝低、中涵向同一渠道供水，故在加固设计中拟定封堵中、低 涵，在大坝左岸山体中新开隧洞供水，以确保大坝安全，此方案造价低， 施工方便，干扰小。 放水隧洞全长 57m，位于大坝左岸山体。隧洞采用圆拱直墙型， BH=1.01.5。隧洞洞身全程采用 C20 钢筋砼衬砌，顶部和侧墙厚度 为 300mm，底板厚度为 200mm，衬砌完成后，对拱顶砼进行回填灌浆。 回填灌浆孔排距取 2m，孔距按照 90、120布孔两种方式，90布 孔和 120布孔在管轴线方向交替布置，间距 2m。 回填灌浆孔深度：根据规范回填灌浆孔深入岩体 510cm。 1.4.6 隧洞后连接渠道设计 渠道断面拟采用矩形断面，断面尺寸为 BH=1.01.0，侧墙先采 用 M7.5浆砌石衬砌，顶宽 0.3m，底宽为 0.4m，而后在迎水面用 150mm 厚 C20 砼衬砌，底板采用 150mm 厚砼衬砌。渠道全长 54.31m，设计纵 坡 1/1000。 1.4.7 排洪渠道工程加固设计 排洪渠采用梯形断面，底宽 1m，边坡 1：1，深 1m，设计纵坡 16 1/250，底板及侧墙采用 150 厚 C20 砼衬砌，排洪渠全长 300m。 1.4.8 金属结构及机电除险加固设计 金属结构项目主要有：高涵放水卧管更换铸铁拍门，新建放水隧洞 采用卧管放水，每 1.0m 设一 0.4m 直径铸铁拍门放水，消力井前设 1.01.0铸铁闸门、5t 手拉葫芦临时启闭。 1.4.9 观测设计 表面变形观测断面设置：纵断面 1 个，共计 2 个测点。 坝体渗流、浸润线观测：设置 1 个观测断面。 棱体排水观测：在下游排水棱体底部设置集渗沟、导渗沟，与岸坡 排水沟完全隔离开。 大坝枢纽区在闸门启闭机室设自动水位计，在溢洪道设水尺。 在坝区，设置雨量观测站。 1.4.10 新建防汛公路 新修与防汛有关的库外公路有 0.2km，修成砼公路，路面为四级路 面。路基宽 4.0m，采用碎石铺压，厚度 140mm。路面宽度 3.0m，采用 C20 砼浇筑，厚度 200mm。路边设排水沟，陡坡段需要护坡。 1.4.11 其它 1）环境保护、水土保持 根据调查，水库内外轻微水土流失面积约 3000m2，需进行治理。 工程管理范围内有部分空地需要绿化，管理所施工后，需要作相应 水土保持工作，以利于水土保持、环境保护、水源保护。 2）管理、防汛设施改造更新 张家垅水库现在没有固定的办公场所和防汛设施，条件艰苦，已不 适应防汛的需要，需要进行建设和改进。另外水文水情预测报系统、通 17 讯条件、办公设备都全部或部分需要添置和更新。 3）其他 管理所需要新建，布置在大坝右岸，占地面积 800m2。 1.4.12 工程实施后安全稳定分析 故大坝通过帷幕灌浆、冲抓套井回填处理后，上、下游坝坡在稳定 涌流期、非稳定渗流期均为稳定安全的。 1.5 施工组织设计施工组织设计 张家垅水库除险加固所需材料大部分需外运，且运距较远，坝区可 利用场地主要分布于大坝右岸。本次除险加固工程枢纽建筑物为大坝、 溢洪道、输水涵（隧）洞等，工程在 10 个月内完工。 1.6 环境保护环境保护 该工程加固处理，能使大坝安全运行，使下游减轻洪灾的威胁，有 助于改善库区周围的环境质量。但在施工过程中将对施工区域内的自 然环境与生态环境产生一定的影响，但可以通过相应措施加以减免。具 体措施有：1）加强施工区环境保护；2）防止水土流失，对边坡进行护坡 处理；3）设置环境保护机构。 1.7 工程管理工程管理 为了保证防汛工作，必须完善工程管理设施，增设观测设施，改造 防汛公路，改造宿舍楼、办公楼危房，新建防汛物资仓库等。 1.8 工程概算工程概算 本次工程设计概算编制依据如下： 湖南省水利厅湘水电水建字（1998）第 5 号文颁发的湖南省水利 18 水电工程设计概算编制办法及费用标准； 湖南省水利厅 1992 年颁发的湖南省水利水电建筑工程预算定额 扩大 5%； 能源部、水利部能源水规（1991）1272 号，关于颁发水利水电工程 施工机械台班费定额的通知； 水利部水建（1993）63 号文，关于颁发水利水电设备安装工程预 算定额的通知。 水利部 1992 年颁发的水利水电设备安装工程预算定额扩大 5%。 初步设计有关专业图纸和资料。 经计算，工程总投资 477.29 万元。 1.9 经济评价经济评价 经济评价分析得国民经济评价指标如下： 经济净现值：ENPV475.71 万元 经济内部收益率：EIRR26.53 该项目经济净现值大于零，经济内部收益率为 26.53，说明工程 在经济上是可行的。 19 2 水文水文及调洪演算及调洪演算 2.1 洪水标准复核洪水标准复核 2.1.1 工程等级及洪水标准 张家垅水库位于山丘区，大坝为均质土坝，总库容 100.72 万 m3， 下游 200m 处有省道 S213 及许三铁路通过，距资兴市区 7.0km。根据 中华人民共和国防洪标准（GB 5020194） 第 6.1.1 条、第 6.1.2 条及 第 6.2.1 条和水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（SL252-2000） 的有关规定，确定该水库为等工程，其主要建筑物为 4 级，本次洪水 复核确定该水库设计洪水标准为 50 年一遇，校核洪水标准为 500 年一 遇。 2.1.2 计算依据及基本资料 (1)防洪标准（GB50201-94） (2)水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93） (3)碾压式土石坝设计规范（SL274-2001） (4)溢洪道设计规范（SL253-2000） (5)水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（SL252-2000） (6)湖南省暴雨洪水查算手册（湖南省水利水电厅 1984 年编制） (7)水力计算手册（武汉水利电力学院编） 2.1.3 洪水计算 该水库坝址以上控制集雨面积 F=1.14km2，干流长度 L=1.45km，干 流平均坡降 J=41。洪水复核标准：设计洪水 50 年一遇，校核洪水 500 年一遇，消能设施按 20 年一遇洪水设计。 张家垅水库坝址以上流域面积 1.14km2，流域内没有水文站雨量站， 20 本次设计采用湖南省暴雨查算手册（湖南省水利水电厅 1984 年编制， 以下简称手册）进行复核。 2.1.3.1 设计暴雨的查算 1） 点暴雨、面暴雨的查算 从湖南省暴雨洪水查算手册(以下简称手册)中查得，该流域属 暴雨一致区第三区。从年最大 24 小时点雨量均值等值线图(图三）上，查 得，该流域中心最大 24 小时点雨量均值为 H24 点=100mm，查图四得变 差系数 Cv=0.46，按手册要求，由设计频率 P=5%、P=2%、P=0.2%及 Cs=3.5Cv 查表(二)得 Kp，则设计频率点雨量 H24 点 P%=H24 点Kp。依据 F=1.14km2，查图十七得 =0.999，则面雨量 H24 面 P%=H24 点 P%。求得 张家垅水库设计频率下的面暴雨如表 2-1 所示： 张家垅水库设计暴雨成果表 表 2-1（单位：mm） 各 频 率 暴 雨 （%） 项 目 5202 Kp1.92.283.21 H24 点 P%190228321 0.9990.9990.999 H24 面 P%189.81227.77320.68 2）暴雨二十四小时的时程分配 根据 H24 面 P%，F=1.14 km2，查图二十六、图二十七得 P5%时 n2=0.637、n3=0.771；P2%时 n2=0.621、n3=0.762；P0.2%时 n2=0.588、n3=0.743。根据手册中的暴雨公式： H1=H24 面24n3-16n2-n3 H3=H24 面24n3-16n2-n331-n2 H6=H24 面24n3-161-n3 H12=H24 面24n3-1121-n3 21 分别求出、3、6、12 小时的面暴雨。查手册，根据手册中的概 化雨型时程分配的百分数列表计算。 查手册图四十知该流域属产流分区第一区，得初损 o=30mm。扣 除初损 o，得时段净雨深 R总。 时段地表径流深 R上=R总 值查手册表（十一）得 P5%、2% 时 =0.75；P0.2%时 =0.8 2.1.3.2 设计洪水 1） 求净峰流量 Q 及汇流时间 根据 =4.07 3/14/1 JF L 3/14/1 041 . 0 14 . 1 45 . 1 查手册图四十一，本流域地面高程多在 500m 以下，山坡较缓，故 用图中外包线公式计算 m=0.1830.489，得 m=0.364。 计算 Rt/t，根据时段净雨 R上，自最大时段净雨开始，向前后相邻时 段连续累加后，除以相应的历时，得 Rt/t 值。 用试算法求得净峰流量 Q 及汇流时间 ： 500 年一遇洪水 Qm0.2%=22.84(m3/s) =1.47 （h） 50 年一遇洪水 Qm2% =15.31(m3/s) =1.63 （h） 20 年一遇洪水 Qm5% =12.71(m3/s) =1.71 （h） 2） 用径流分配系数法求地面径流过程： 以 50 年一遇洪水为例，已知 R 上=148.3mm,Qm=15.2m3/s,F=1.14 km2,则时段地面径流总量为： =47.0m3/s(t=1) i Q t FR 6 . 3 上 16 . 3 14 . 1 3 . 148 =0.323 i m Q Q 0 . 47 2 . 15 22 因此，选用径流分配系数表(十二)中峰量比为 0.300(接近 0.323),为 着不使峰值偏低,应作适当调整。然后用各时段分配系数分别乘以 Qi， 即得相应净雨深（R上）的地面径流过程 Qi。 3） 地下径流过程的计算： 已知地下径流深 R下=R总-R上=197.8-148.3=49.5mm 由 Qi过程知地面径流过程底宽为 14 小时,以第 14 小时处为地下 径流峰顶位置。按等腰三角形关系求地下径流峰值 Qm 地。 地= =1.12m3/s m Q 14 1 6 . 3 t FR下 1416 . 3 5 . 4914 . 1 自 Qm 地开始每增减一个时段,其流量即减少一个Q地=0.08,于是 得出 Q0过程(即地下径流过程)。 Qi+Q0即得张家垅水库以上流域各频率设计洪水过程线（见表 2-2）， 张家垅水库入库洪水过程线 表 2-2 时 段流量(m3/s) (t1 小时) P=0.2%P=2%P=5% 0 0.09 0.08 0.06 1 14.62 9.37 7.57 2 22.96 15.41 12.79 3 10.54 6.10 4.59 4 7.24 4.72 3.81 5 5.79 3.81 3.08 6 4.78 3.19 2.58 7 4.14 2.80 2.26 8 3.42 2.36 1.91 9 2.78 1.97 1.59 10 2.36 1.72 1.39 11 2.01 1.52 1.23 12 1.44 1.18 0.95 13 1.31 1.12 0.90 14 1.22 1.04 0.84 15 1.13 0.96 0.77 23 16 1.03 0.88 0.71 17 0.94 0.80 0.65 18 0.85 0.72 0.58 19 0.75 0.64 0.52 20 0.66 0.56 0.45 21 0.56 0.48 0.39 22 0.47 0.40 0.32 23 0.38 0.32 0.26 24 0.28 0.24 0.19 25 0.19 0.16 0.13 26 0.09 0.08 0.06 合 计 92.05 62.63 50.61 经计算，张家垅水库 500 年一遇洪水峰流量为 22.96m3/s；50 年一 遇洪峰流量为 15.41m3/s；20 年一遇洪峰流量为 12.79m3/s。 4）设计洪水总量的计算： 采用 Wmp=R总F1000（m3）计算洪水总量。得： 500 年一遇洪水 WP=0.2%=33.14（104m3) 50 年一遇洪水 WP=2%=22.55（104m3) 20 年一遇洪水 WP=5%=18.22（104m3) 2.1.3.3 合理性分析 本次计算成果（见表 2-3）与区划资料成果比较，洪峰模数偏大，经 认真复核，计算过程和参数选择无误。因此，其成果是合理的。 洪水复核成果 表 2-3 设计频率（%）0.225 集雨面积（km2）1.141.141.14 洪峰流量（m3/s）22.9615.4112.79 洪峰模数(m3/km2s)20.1413.5211.22 2.1.4 调洪演算 2.1.4.1 调洪演算的基本原则 为了水库安全起见，根据张家垅水库的具体情况，调洪演算遵循以 下两条原则:第一，除溢洪道以外，其它输水设施（如灌溉放空隧洞等） 24 均不参与泄洪；第二，起调水位为正常水位 135.165m，当水库水位超过 正常蓄水位时，自由泄洪，来多少泄多少。 演算方法是依据水量平衡原理，列出演算方程，逐时段进行计算。 2.1.4.2 调洪演算的基本方程 溢洪道位于大坝左岸，溢洪道进口采用开敞式宽顶堰，正向进水， 无闸门控制，进口底板高程 135.165m。根据水量平衡原理，调洪演算的 基本方程为： iiiiii VVVtqqtQQ 111 )(5 . 0)(5 . 0 )(Vfq 式中：Q入库流量（m3/s）； q出库流量（m3/s）； V库容（万 m3）； 计算时段长（s）；t i时段编号。 2.1.4.3 调洪演算的基本资料及来源 1）入库流量过程线 张家垅水库没有入库流量观测资料，入库流量过程线本次按查算 手册求得，详见表 2-2。 2）库容曲线 张家垅水库的植被良好，水库淤积甚微，库容曲线正常水位以下仍 采用原设计成果，具体数据从张家垅水库大坝安全评价报告摘录，正 常水位以上根据实测地形图量算，详见表 2-4。 25 张家垅水库 ZV 关系 表 2-4 库水位 Z(m)库容（万 m3）库水位 Z(m)库容（万 m3） 124013352.11 1250.7713464.39 125.4431.4913577.81 1262.59135.16580.17 1275.3413696.5 1289.15137113.16 12914.56137.043113.87 13021.92137.56122.54 13130.73137.96131.5 13240.84 3）泄流曲线 根据张家垅水库溢洪道现状，溢洪道为明渠式，进口为宽顶堰，堰 宽 1.7m，堰后为明渠，断面为矩形，宽 1.7m，纵坡为 0.0204，泄流量依 照溢洪道设计规范推荐的公式（q=BMH03/2）计算，堰后水深根g2 据明渠均匀流计算。 计算得到的水位泄流量关系见表 2-5。 张家垅水库 Zq 关系 表 2-5 库水 位 Z(m) 溢流水深 h(m) 下泄流量 q(m3/s) 库水 位 Z(m) 溢流水深 h(m) 下泄流量 q(m3/s) 135.16500136.21.0352.795 135.20.0350.017136.41.2353.643 135.40.2350.302136.61.4354.575 135.60.4350.762136.81.6355.564 135.80.6351.343137.01.8356.616 136.00.8352.025 2.1.4.4 调洪演算结果 根据调洪演算的基本原则和库容曲线、泄流曲线以及入库流量过 程线，利用调洪演算的基本方程，采用试算法求得张家垅水库 20 年一 26 遇的洪水位为 135.768m ，50 年一遇的洪水位为 135.893m，500 年一 遇的洪水位为 136.253m，详见表 2-6、2-7、2-8、2-9： 调洪计算表 P0.2% 表 26 起调水位 135.17 洪水流 量 库水位下泄流量来水量泄水量 水库调蓄 量 库容 时间 m3/smm3/s 万 m3万 m3万 m3万 m3 0.00 0.09 135.165 0.00 80.17 1.00 14.62 135.299 0.16 2.65 0.03 2.62 82.79 2.00 22.96 135.635 0.86 6.77 0.18 6.58 89.37 3.00 10.54 135.920 1.75 6.03 0.47 5.56 94.93 4.00 7.24 136.055 2.24 3.20 0.72 2.48 97.41 5.00 5.79 136.144 2.58 2.35 0.87 1.48 98.89 6.00 4.78 136.200 2.79 1.90 0.97 0.94 99.83 7.00 4.14 136.234 2.94 1.61 1.03 0.57 100.40 8.00 3.42 136.252 3.01 1.36 1.07 0.29 100.69 9.00 2.78 136.253 3.02 1.12 1.09 0.03 100.72 10.00 2.36 136.244 2.98 0.93 1.08 -0.16 100.57 11.00 2.01 136.228 2.91 0.79 1.06 -0.27 100.29 调洪计算表 P2% 表 27 起调水位 135.17 洪水流 量 库水位下泄流量来水量泄水量 水库调蓄 量 库容 时间 m3/smm3/s 万 m3万 m3万 m3万 m3 0.00 0.08 135.165 0.00 80.17 1.00 9.37 135.250 0.09 1.70 0.02 1.68 81.85 2.00 15.41 135.474 0.47 4.46 0.10 4.36 86.21 3.00 6.10 135.659 0.93 3.87 0.25 3.62 89.83 4.00 4.72 135.739 1.17 1.95 0.38 1.57 91.40 5.00 3.81 135.795 1.33 1.54 0.45 1.09 92.49 6.00 3.19 135.834 1.46 1.26 0.50 0.76 93.25 7.00 2.80 135.861 1.55 1.08 0.54 0.54 93.78 8.00 2.36 135.879 1.61 0.93 0.57 0.36 94.14 9.00 1.97 135.889 1.65 0.78 0.59 0.19 94.34 10.00 1.72 135.893 1.66 0.67 0.60 0.07 94.41 11.00 1.52 135.892 1.66 0.58 0.60 -0.01 94.39 12.00 1.18 135.887 1.64 0.49 0.59 -0.11 94.29 27 调洪计算表 P5% 表 28 起调水位 135.17 洪水流 量 库水位下泄流量来水量泄水量 水库调蓄 量 库容 时间 m3/smm3/s 万 m3万 m3万 m3万 m3 0.00 0.06 135.165 0.00 80.17 1.00 7.57 135.234 0.07 1.37 0.01 1.36 81.53 2.00 12.79 135.418 0.34 3.67 0.07 3.59 85.12 3.00 4.59 135.569 0.69 3.13 0.19 2.94 88.07 4.00 3.81 135.632 0.85 1.51 0.28 1.23 89.30 5.00 3.08 135.678 0.99 1.24 0.33 0.91 90.21 6.00 2.58 135.711 1.09 1.02 0.37 0.65 90.85 7.00 2.26 135.735 1.15 0.87 0.40 0.47 91.32 8.00 1.91 135.752 1.20 0.75 0.42 0.33 91.65 9.00 1.59 135.762 1.23 0.63 0.44 0.19 91.84 10.00 1.39 135.766 1.25 0.54 0.45 0.09 91.93 11.00 1.23 135.768 1.25 0.47 0.45 0.02 91.96 12.00 0.95 135.765 1.24 0.39 0.45 -0.06 91.90 13.00 0.90 135.759 1.22 0.33 0.44 -0.11 91.79 张家垅水库调洪演算结果 表 2-9 频率 （%） 最高水位 Z（m） 相应库容 V（万 m3） 相应泄量 q（m3/s） 起调水位（m） 0.2136.253100.723.02 2135.89394.411.66 5135.76891.961.25 135.165 2.2 建筑物抗洪能力复核建筑物抗洪能力复核 根据水库大坝安全评价导则（SL258-2000）的有关规定，抗洪能 力复核主要是对水库大坝坝顶高程和溢洪道控制段顶部高程等挡水建 筑进行复核。 28 2.2.1 水库大坝顶部高程复核 根据碾压式土石坝设计规