长沙县干杉镇红旗水库除险加固工程设计

- 1 - 目目 录录 摘要.3 关键词 .3 1 前言.4 1.1 综合说明.4 1.1.1 工程概况.4 1.2 水文及调洪演算.6 1.3 工程地质.7 1.4 工程任务及规模.7 1.5 除险加固设计.7 2 水文.8 2.1 气象情况.8 2.2 设计暴雨.8 2.3 设计洪水.8 2.3.1 工程等级及洪水复核标准.8 2.3.2 设计暴雨.9 2.3.3 推求设计洪水过程线.9 2.3.4 入库洪水总量.10 2.3.5 施工分期洪水.10 2.4 调洪演算.11 2.4.1 基本资料.11 2.4.2 调洪演算.14 3 地质.14 3.1 概况.14 - 2 - 3.2 工程区地质条件.14 3.3 坝体存在的质量问题.14 3.4 天然建筑材料.15 4 除险加固设计.15 4.1 工程规模与任务.15 4.2 主要加固项目.16 4.3 设计依据.16 4.4 除险加固设计.17 5 水土保持与环境保护设计.24 5.1 水土保持设计.24 5.1.1 水土保持措施编制方案.24 5.1.2 水土保持现状.25 5.1.3 工程施工过程中的水土流失预测.25 5.2 环境保护设计.25 5.2.1 环境保护依据及评价标准.25 5.2.2 环境影响预测分析.25 6 施工组织设计.26 6.1 施工条件.26 6.1.1 工程条件. .26 6.1.2 自然条件. .26 6.2 施工导流 .26 6.2.1 导流标准 .26 6.2.2 导流方式及围堰 .26 6.3 施工交通运输.27 6.3.1 对外交通运输.27 6.3.2 场内交通运输 .27 6.4 施工总进度.27 7 结论.28 参考文献 .28 致谢.29 - 3 - 长沙县干杉镇红旗水库除险加固工程设计长沙县干杉镇红旗水库除险加固工程设计 摘 要：红旗水库，位于湖南省长沙县，是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等综合效益的 小（）型水利工程。由于水库施工质量较差，加上年久失修，该水库存在坝体、坝基渗漏，坝 坡冲刷损毁严重，输水底涵裂缝漏水，溢洪道垮塌於塞等问题。本次加固除险设计包括大坝护坡 排水、坝身、坝基防渗、封堵废除原底涵、新建一输水底涵、整修溢洪道等工作。 关键词：水库；大坝；溢洪道；底涵；防渗 Design Of Danger Elimination And Reinforcement For The Hongqi Reservoir Of Gansha Town In Changsha County Student:Li Chenglong Tutor:Huang Lijun (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: Hongqi-Reservoir is located in village of gansha town changsha County.It is a mainly to irrigating,combined with flood control,aquaculture and so on small () of water conservancy projects.Construction of the reservoir due to poor quality, coupled with disrepair, the reservoir existence of problems, such as dam and the foundation leakage,slope erosion serious damage, cracks in the culvert water leakage,and spillway meltdown.The reinforcement design,including the dam slope and drainage,dam body and impervious foundation,sealing the old abolition of the culvert,construction a new water culverts, and refurbishment of the spillway. Key words: reservoir; dam; spillway; ulvert; impermeable 1 前言 - 4 - 红旗水库位于长沙县干杉镇百祥村，据长沙市 38km，为小型水库。水库集雨面 积 0.995km2，总库容 32.3 万 m3，灌溉农田面积 87 公顷，是干杉镇一个重要的水利工 程。该水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪的小型水库。水库由大坝、溢洪道、输水 涵管（卧）管等建筑物组成，主要建筑物级别为 5 级。 本次设计结合实际情况，对红旗水库进行了卧管重建、溢洪道重建、大坝护坡、 南岸护坡等除险加固工程。 1.1 综合说明 1.1.1 工程概况 1.水库工程位置 红旗水库位于长沙县干杉镇百祥村，距长沙市 38km，距星沙 10km，为小型水 库。水库集雨面积 0.995km2，总库容 32.3 万 m3，灌溉农田面积 87 公顷，是干杉镇一 个重要的水利工程。该水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪的小型水库。水库由大坝、 溢洪道、输水涵管（卧）管等建筑物组成，主要建筑物级别为 5 级。上游来水主要是 大塘和窑塘子等骨干山塘。 2.工程任务 水库在修建时，标准较低，加之运行多年，各项建筑物老化，已呈现出病险征兆， 水库大坝坝身及低涵存在渗水等诸多隐患，2006 年汛期低涵穿孔，出现较大险情，经 临时封堵处理，低涵已不能正常运行，且无法保证安全度汛，2007 年曾对该水库进行 过改造，但是效果不明显，还存在着较多的安全隐患，所以对该水库进行除险加固改 造势在必行。受业主委托，湘潭市水利水电勘测设计院技术人员对现场进行了认真勘 察，结合工程的实际情况，拟定对水库进行低涵、防汛公路、坝外坡、排水棱体、消 力井、防汛器材池等项目进行除险加固改造。 3.主要建筑物及病险情况 工程主要建筑物包括溢洪道、消力池、输水涵洞等。 （1）大坝 1）大坝坝体散浸：水库自蓄水运行至今，水库大坝坝身及低涵存在渗水漏水等 诸多隐患，2006 年汛期低涵穿孔，出现较大险情，经临时封堵处理，低涵已不能正常 运行。在大坝外坡高程 5254m 段一直存在散浸问题，散浸面积约 15m2。散浸引起坝 坡面湿润与局部表层土体脱坡。多年来针对坝体散浸采取在开排渗沟等处理措施处险。 散浸主要原因：填筑料不均一，空隙大，施工质量差、分层界面多，夯压不密实、碾 - 5 - 压后土的渗透系数达不到土坝的防渗技术要求，导致汛期坝体外坡存在较严重的散浸 问题，流量一般 0.010.1L/s，汛期最大达 0.25 L/s。因此多年来水库控制在正常蓄 水位运行。 2）大坝坝体与坝基接触界面散浸与渗漏：据地质现场调查：自蓄水运行至今， 坝体与坝基坝肩接触部位普遍存在渗漏问题。汛期与高库水位时，高程 53m 以下，坝 下游导渗沟渗漏点 1 处，单个渗漏量 Q=0.010.05L/s，工程自运行至今，一直存在坝 体与坝基、两岸坡接触界面渗漏问题。汛期渗漏量有呈现明显增大的趋势，对坝体稳 定构成潜在危害。 3）坝基渗漏：据调查，大坝自蓄水运行以来，距外坡坝脚 05m 范围内常年渗漏， 坝下游右侧集中渗漏点 2 处，单处渗漏量 Q=0.010.1L/s，汛期最大达 0.25L/s。渗 漏量随库水位的升高具有增大趋势。 4）大坝下游坝坡边坡较陡，坝顶宽度过窄，排水棱体块石风化严重。 （2）溢洪道 现有溢洪道采用矩形断面、顶部加盖板的形式，溢洪道高为 1.3m，宽 1.5m，进 口底部高程为 54.41m，出口底部为 54.02m。全长 18.2m，纵坡为 1:25。 盖板长 180cm宽 60cm厚 20cm 的预制混凝土板。 因需对底涵进行改造，所以溢洪道需要挖除重建，加之常年大雨侵蚀及无人看管， 溢洪道已经杂草丛生，淤塞严重。 （3）大坝护坡 上游坝坡经 2007 年改造至今状态良好，但下游坝坡边坡较陡，杂草丛生，且坡 面无排水沟，排水不畅。 （4）南岸边坡 水库南岸边坡出现了坍塌的情况，影响库区的安全。 4安全鉴定报告结论 红旗水库安全评价情况为： 质量评价等级为不合格； 大坝运行管理评价等级为差； 防洪标准复核等级为 B； 渗流安全评价等级为 C； 大坝结构安全分析等级为 C； - 6 - 抗震安全评价等级为 A； 金属结构评价等级为 A。 根据水库大坝安全评价导则（SL258-2000），综合各专项安全性级别对大坝 进行安全分类，对大坝安全性级别采用一票否决的办法，即只要一项为 C 级，便定为 三类坝。因此，红旗水库大坝安全评价定为三类坝。 1.2 水文及调洪演算 水库气象资料采用长沙市马坡岭气象站 19512008 年统计资料，多年平均气温 17.3，极端最高气温 41.1（2003 年 8 月 2 日），极端最低气温-11.3（1972 年 2 日 9 日）。多年平均风速 2.4m/s，主导风为西北风，汛期最大风速多年平均值为 14.0m/s，实测最大风速 20.7m/s（1980 年 4 月 13 日，风向 NNW），多年平均日照时 数 1585h，多年平均降水量 1380mm，多年平均蒸发量 1315.6mm。 红旗水库洪水复核的洪水要素主要依照湖南省暴雨洪水查算手册进行计算。 由湖南省暴雨洪水查算手册查得，红旗水库所在区域属湖南省暴雨一致区第 一区，产流分区第一区。水库集雨面积为 0.995k，最大 24 小时点雨量均值为 100mm，最大 24 小时点雨量变差系数 Cv 为 0.45，偏态系数 Cs=3.5Cv，初损 I0=30mm，点面关系参数 为 1.0。 根据地形参数、汇流系数 m 及 Rt/t 关系曲线，推求在设计及校核洪水下，水库 洪峰流量及洪水总量分别为： Q5%=4.3m3/s W5%=15.72 万 m 3 Q0.5%=7.36m3/s W.5%=24.8 万 m 3 经查算得出水库溢流堰堰顶水位为 54.41m，相应库容为 32.3 万 m3，经调洪演算 复核，得出设计及校核洪水位及最大下泄流量。 20 年一遇设计洪水位为 55.18m，最大下泄流量为 3.06m3/s；200 年一遇校核洪水 位为 55.59m，最大下泄流量为 5.81m3/s 由大坝顶部高程复核结果可知，红旗水库大坝现有坝高程为 57.03m，在正常运用 和非正常运用条件下都满足规范要求的坝顶高程低于该值，所以大坝坝高能满足洪水 标准要求。 设计参考 3 级建筑物的安全超高取值，红旗水库溢洪道宣泄校核洪水时不应低于 校核洪水位加安全超高值，挡水时应不低于设计洪水位或正常蓄水位加波浪的计算高 度和安全超高值，计算出溢洪道控制段要求的顶部高程为 55.83m,而现有溢洪道顶部 - 7 - 控制高程为 56.63m，能够满足防洪要求。 1.3 工程地质 工程区属变质岩丘陵地貌单元，山体呈北东向分布，山脊较宽，坝址位于两山汇 合处出口，两岸地形右侧为山，左侧山头较低较开阔。山顶高程 55m56m，基岩多裸 露。 大坝坝体为均质土坝，汛期存在坝体散浸问题。坝基岩石为强风化的板岩夹浅变 质细砂岩，存在的主用问题是坝基渗漏以及坝体与坝基、坝肩的接触界面渗漏问题。 水库溢洪道位于强风化板岩夹浅变质细砂岩上，无衬砌，局部岩石风化脱落堵塞， 不能发挥作用。在雨季和汛期存在局部垮塌的可能。坝体与涵管接合处存在渗漏问题。 低位输水隧洞基础为强风化板岩夹浅变质细砂岩，地基强度满足要求。 施工过程中所需的天然建筑材料，土料质量和储量满足设计要求，运距较近；块 石料和砂砾石料需购买，运距较近。附近一干杉镇及榔梨镇均有采购。 1.4 工程任务及规模 红旗水库位于长沙县干杉镇百祥村，据长沙市 38km，为小型水库。水库集雨面 积 0.995km2，总库容 32.3 万 m3，灌溉农田面积 87 公顷，是干杉镇一个重要的水利工 程。该水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪的小型水库。水库由大坝、溢洪道、输水 涵管（卧）管等建筑物组成，主要建筑物级别为 5 级。 水库正常蓄水位为 54.41m，高程系统采用国家 85 高程，设计洪水位为 55.18m（P=5%），校核洪水位为 55.59m（P=0.5%）。 依据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-200）。工程等级为等工 程，建筑物为 5 级建筑物。 1.5 除险加固设计 1.5.1 除险加固项目 （1）大坝坝体除险加固 1）大坝下游坝坡修整；新修梯级及排水沟； 2）对大坝坝体、坝体及坝基、坝肩接触面进行防渗处理。 （2）溢洪道 1）重建溢洪道。 （3）输水设施 1）改造低位输水涵洞； - 8 - 2）重建消力井；新建启闭室。 （4）其他加固项目 1）增设大坝水位观测设施； 2）防汛公路硬化，修建管理用房及防汛器材池； 3）对排水棱体进行重新修整加固； 4）新建消力池出口涵； 5）对泄洪渠及灌溉渠进行护砌。 6）新建卧管（坝后排水渠与路面连接处）。 2 水文 红旗水库位于长沙县干杉镇百祥村，地理坐标为东经 1131013.1，北纬 28117.3，坝址距长沙市 38km，距星沙开发区 10km。水库所在流域为湘江流域， 流入榨山港。水库控制流域面积为 0.995km2，属丘陵地带，山势陡峭，坝址以上干流 长度 3km，干流平均坡降 2。 2.1 气象情况 长沙县属亚热带湿润气候区，雨量充沛，日照充足，四季分明。长沙县境内无气 象站，采用长沙市马坡岭气象站 19512008 年统计资料，多年平均气温 17.3，极 端最高气温 41.1（2003 年 8 月 2 日），极端最低气温-11.3（1972 年 2 日 9 日）。 多年平均风速 2.4m/s，主导风为西北风，汛期最大风速多年平均值为 14.0m/s，实测 最大风速 20.7m/s（1980 年 4 月 13 日，风向 NNW），多年平均日照时数 1585h，多年 平均降水量 1380mm，多年平均蒸发量 1315.6mm。 2.2 设计暴雨 红旗水库建库以后没有开展水文、气象观测，水库无实测暴雨资料，洪水复核的 洪水要素只能依照湖南省暴雨洪水查算手册（以下简称查算手册）进行计算。 2.3 设计洪水 2.3.1 工程等级及洪水复核标准 根据防洪标准GB50201-94 及水利水电工程等级划分及洪水标准SL252- 2000 的相关规定，红旗水库总库容为 32.3 万 m3，为小（2）型水库，工程等别为等， 主要建筑物为 5 级，次要建筑物为 5 级。根据水利水电工程等级划分及洪水标准 的 3.2.1 条的规定，红旗水库大坝为山区、丘陵区永久性水工建筑物，确定其设计洪 - 9 - 水标准为 20 年一遇，校核洪水标准为 200 年一遇。溢洪道消能防冲标准为 10 年一遇。 2.3.2 设计暴雨 红旗水库地理坐标为东经 1131013.1，北纬 28117.3。由全国第 一次水利普查查算手册查得，红旗水库所在区域属湖南省暴雨一致区第一区，产流 分区第一区。水库集雨面积为 0.995km2，最大 24 小时点雨量均值为 100mm，最大 24 小时点雨量变差系数 Cv为 0.45，偏态系数 Cs=3.5Cv，初损 I0=30mm，点面关系参数 为 1.0。 详见表 1。 表 1 水库设计暴雨参数成果表 Tab 1 Reservoir parameter of design storm 1050.5备 注 KP1.601.882.79 H24 点（mm）160188279 H24 面（mm）160188279 n20.6460.6240.589 n30.7970.7930.784 H1(mm)64.0471.9499.02 H3(mm)94.48108.73155.54 H6(mm)120.75141.89210.56 H12(mm)139.00163.32242.38 H3-H1(mm)30.4436.7956.52 H6-H3(mm)26.2733.1655.02 H12-H6(mm)18.2521.4331.82 H24-H12(mm)21.0024.6836.62 R总(mm)130158249 R上(mm)91118.5199.2 F=0.995km2 L=3km J=2.00 H24 点均=100mm Cv=0.45 Cs=3.5Cv I0=30.0mm =1.0 2.3.3 推求设计洪水过程线 参照查算手册，采用全面汇流公式： tRtFQm/278 . 0 ）（ 1 - 10 - 4/1 3/1 278. 0 m QmJ L 水库的地形参数采用下式计算： =L/(F1/4j1/3) 计算得出红旗水库的地形参数为 23.8，水库地处植被较差的丘陵、山丘区，根据 湖南省暴雨洪水查算手册，汇流系数由下式可进行求解： m=0.1450.489 计算求得水库的汇流系数 m=0.683，根据地形参数、汇流系数 m 及 Rt/t 关系曲线， 推求在设计及校核洪水下，水库洪峰流量及洪水总量分别为： Q5%=4.3m3/s W5%=15.72 万 m3 Q0.5%=7.36m3/s W.5%=24.8 万 m3 Q10%=3.35m3/s W10%=12.94 m3 红旗水库暴雨计算所得的设计洪水过程线如表 2-2、表 2-3、表 2-4、图 2-1 所示： 2.3.4 入库洪水总量 公式：Wmp=R总 PF1000 P=0.5% Wm=2490.9951000=24.8 万 m3 P=5% Wm=1580.9951000=15.72 万 m3 P=10% Wm=1300.9951000=12.94 万 m3 式中：Wm 为入库洪水总量。 R总 p为当 P=0.5%或 P=5%时，入库洪水的总径流深，单位为 mm。 详见洪水复核续表 2.6、续表 2.7。 F 为水库控制流域面积。 综上所述，当洪水为 20 年一遇设计时，入库洪水为 15.72 万 m3；当洪水为 200 年一遇校核时，入库洪水为 24.8 万 m3。 2.3.5 施工分期洪水 ）（2 - 11 - 水库施工枯水期根据历年降雨量的统计资料，按第一年 9 月至次年 3 月，第一年 11 月至次年 2 月，第一年 12 月至次年 1 月，计算施工洪水标准下的设计日降雨推算 其产水量和相应水位，计算结果如表 2。 表 2 施工分期洪水估算结果表 Tab2 Construction of stage flood estimation results table 2.4 调洪演算 2.4.1 基本资料 （1）入库洪水过程线 水库入流过程线由本次洪水计算得，各频率的洪水过程线。 （2）水位库容曲线 得。起调水位以上水位库容关系见图 1。 分期9 月至次年 3 月11 月至次年 2 月12 月至次年 1 月 H24均(mm)55.737.621.8 CV0.450.450.45统计参数 CS/CV3.53.53.5 10 年一遇91.368.639.8 5 年一遇71.752.833.6 一日雨量 （mm) 3 年一遇49.234.724.6 10 年一遇3.52.82.78 5 年一遇3.22.782.7 一日洪量 （104m3) 3 年一遇3.122.672.54 10 年一遇54.7654.7354.69 5 年一遇54.5254.4154.3库水位（m) 3 年一遇54.3554.1554.03 1、起调水位为死水位 51.8m，相应库容 0.28 万 m3 2、径流系数采用 0.523说明 3、为安全起见，水位按洪水全部留在水库内考虑。 - 12 - 表 3 水库水位库容关系曲线 Tab3 Water level of reservoir storage capacity curve 水位(m)474849505152 库容(万 m3) 0.440.931.62.534.056.32 水位(m)535455565758 库容(万 m3) 9.713.5818.1324.7932.2944.9 图图 2-22-2 水位库容关系图水位库容关系图 （3）泄流曲线 图 1 水库水位库容关系曲线图 Fig1 The reservoir water level capacity of the relationship graph 45 47 49 51 53 55 57 59 05101520253035404550 库容(万m3) 水位(m) - 13 - 溢洪道为正槽开敞式宽顶堰，全长 18.2m，堰顶高程 54.41m，堰顶净宽 1.5m。按 照溢洪道设计规范（SL253-2000）宽顶堰堰型的计算方法计算水位与溢洪道下泄 流的关系如表 2-6，图 2-3。 2 3 0 2HgBmq 式中： B堰顶净宽，B=1.50m； H0计入流速水头的堰上总水头； m二元水流宽顶堰流量系数；取 m=0.683 收缩系数 取为 1 当 Q0.5%=7.36m3/s 时 H0=1.37m 控制段相对长度 L/H=3/1.37=2.191.15，非正常运行条件最小安全系数 k2=3.4541.06，大坝坝坡 满足规范要求，因此大坝坝坡是稳定的，不要进行整坡。 大坝加固后 1、渗流计算参数的确定 特征水位：水库的正常蓄水位 54.41m，设计洪水位 55.18m，校核洪水位 55.59m. 土坝形式：均质土坝，按冲抓套井回填后计算。 坝基形式：透水基础。 渗透系数：根据土壤室内试验成果表，土料渗透系数取 110-6cm/s，外填 土渗透系数取 1.2210-3cm/s。 计算断面采用加固后大坝典型断面。 2、渗流计算 根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）第 8.1.2 条规定，渗流计算要考 虑水库在运行过程中出现的各种不利条件。本次渗流计算按以下工况： （1）上游设计洪水位与下游相应水位； （2）上游校核洪水位与下游相应水位； （3）库水位从正常蓄水位骤降到死水位，同时下游相应最低水位时，上游坝坡 非稳定渗流最不利的工况。 - 19 - 坝坡稳定计算是在渗流计算的基础上进行的，包括下游坝坡稳定计算和上游坝坡 稳定计算两大部分。按有限元计算的坝坡抗滑稳定安全系数，大坝正常运用条件最小 安全系数 k1=1.8731.15，非正常运行条件最小安全系数 k2=2.511.06，均满足规范 要求，因此大坝是稳定的，这次出现加固是合理可行的。 大坝坝坡整修及护坡设计 首先对大坝背水坡进行整形，削除坝面杂草，按照设计坡比要求填土土料压实成 形，填土料取用涵管改造工程开挖土方，人工夯实土方。 第一阶护坡从坝顶至坝面高程 54.72m 处，铺设草皮，将坝坡坡比修整为 1：1.5，后接一个 300*300mm 的坝面排水沟，接宽为 2m 的马道，第二阶护坡从坝面 高程 54.72m 至 53.3m，铺设草皮，将坝坡坡比修整为 1:1.15。 排水棱体设计 红旗水库排水棱体位于大坝下游坝趾，为堆石棱体排水，棱体顶部高程为 53.3m，外部杂草丛生。因修建年代久远，堆石已破损严重，淤塞泥土，透水性差， 不能充分发挥导滤作用。 因本次除险加固设计对大坝坝坡进行了重新培坡，下游坝坡由原状的 1：1.67、1：1.43 调整至 1：1.5、1:1.15，结合现场实际情况，本次设计拟对大坝 采用堆石棱体排水，该方案不仅能有效降低浸润线，同时可节省土石料，新贴坡排水 高位 2.25m，外坡坡比为 1:1.5，具体形式见附图。 溢洪道设计 基本情况 溢洪道高为 1.3m，宽 1.5m，进口底部高程为 54.41m，出口底部为 54.02m。全长 18.2m，纵坡为 1:25。 盖板长 180cm宽 60cm厚 20cm 的预制混凝土板。 溢洪道除险加固设计方案 溢洪道采用矩形断面、顶部加盖板的形式。 溢洪道水力计算 （1）泄流能力复核 红旗水库溢洪道进口段为宽顶堰，复核泄流能力时采用下式进行计算： 2 3 0 2 HgBmQ）（4 - 20 - 式中： Q泄洪流量（m3/s）; B总净宽，B=1.5m； 计入流速水头的堰上总水头; 0 H m二元水流宽顶堰流量公式； 闸墩侧收缩系数。 因此当 qm5%=3.06m3/s 时，H5%=0.77m qm0.5%=5.81m3/s 时，H0.5%=1.18m 根据溢洪道设计规范（SL253-2000）第 2.3.7 条规定，控制段的岸墙的顶部 高程，在宣泄校核洪水时不应低于校核洪水位加安全超高值；挡水时应不低于设计洪 水位或正常蓄水位加波浪的计算高度和安全超高值。设计安全超高取 0.4m，校核安全 超高值取 0.3m。因此，红旗水库溢洪道控制段的顶部高程不得低于 55.11m，而现在 溢洪道控制段顶部高程为 56.63m，能满足防洪要求。 （2）计算临界底坡、临界水深 红旗水库泄槽部分采用矩形横断面，临界水深 可采用下式进行求解： k h 式中： 流速分布不均匀系数，取 =1； q单宽流量，m3/s。 按上式求得设计洪水位下临界水深为 0.75m，校核洪水位下水深为 1.15m。 溢洪道底坡临界坡降采用下式进行求解： 3 2 g q hk kk k KKk k k BC g BRC gA i 22 ）（5 ）（6 - 21 - 式中： Ck谢齐公式， n 为渠道粗糙系数，溢洪道采用砼衬砌，n 取值为 0.013； xk、Bk 和 RK相应于临界水深 hK的湿周、水面宽度和水力半径。 按上式求得 设计洪水位下临界底坡为 i=0.0046 校核洪水位下临界底坡为 i=0.0055。 （3）水面线推求 泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下： 式中： l1-2分段长度，m； h1，h2分段始、末断面水深，m； v1，v2分段始、末断面平均流速，m2/s； 1，2流速分布均匀系数，取 1.05； 泄槽底坡角度，（）； i泄槽底坡，i=tg； 分段内平均摩阻坡降； J n泄槽槽身糙率系数； 分段平均流速，=（V1+V2）/2，m3/s； vv 分段平均水力半径，=（R1+R2）/2，m。 RR 由公式求得在校核洪水位下的水面曲线关系见表 4-4。 (4)泄槽段掺气水深 泄槽段掺气水深可按下式计算： hvhb)100/1 ( h、hb-泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m/s v-不掺气情况下泄槽计算断面的流速 -修正系数，可取 1.0-1.4s/m,流速大者取大值。 以上求得陡坡段最大水深为 0.54m，平均掺气水深为 0.32m。 ji g h g h l 2 cos 2 cos 2 11 1 2 22 2 21 ）（7 ）（8 - 22 - (5)消力池计算 消力池按 10 年一遇洪峰流量进行设计，根据地形条件，在溢洪道出口与涵管交 接处设置消力池。根据溢洪道设计规范(SL25S-2000)等宽矩形断面下挖式消力池 计算池深、池长公式 A.5.3 进行计算。 Zhhd t 2 LLk8 . 0 式中： d池深，m； 水跃淹没系数，取 =1.05； h2池中发生临界水跃时的跃后水深，m； h1收缩断面水深，m； ht消力池出口下游水深，m； Z消力池尾部出口水面跌落，m； L 自由水跃的长度，m； 红旗水库溢洪道采用矩形消力池进行消能，消力池池深长度可按下式计算： L=（0.70.8）*6.1h2 由上式计算得出，消力池池深 1.1m，池长 11.6m。现有消力池满足设计要求。 4.4.2 输水设备设计 红旗水库原有低位输水隧洞尺寸为 C20 砼涵管，位于大坝左侧，无闸门。 （1）进水口尺寸计算 设计新改建输水隧洞进口底板高程为 50.6m，溢洪道底板高程为 54.41m，故最大 水深为 2.61m，灌溉设计水深取 H/3，即 0.87m。 采用下式： 设 gHQ c 2 式中： 流量系数，=0.62 c c g重力加速度，g=9.8m3/s H 设灌溉设计水深，H 设=0.87m ）（9 ）（10 ）（11 - 23 - RiACQ 进水口断面面积 进水口直径： 取 d=0.30m，则斜拉闸门尺寸为 500mm。输水隧洞闸门采用斜拉式闸门，拉杆固定 在连接启闭房与消力井的 300mm*300m 的 C20 现浇钢筋砼梁上，梁内埋设 50 通气管， 通气管由消力井连接至启闭房内，启闭房采用砖混结构，尺寸拟定为长宽高 =4.25.44.2m，启闭室墙体采用红砖砌筑，屋顶使用红色波纹瓦，启闭室背水坡 方向正中设一防盗窗，尺寸 1.5m1.8m。具体设计见附图。 （2）消力井计算 进水口最大水深为 0.87m，进口断面面积 0.04m2，故进口最大流量为： Q smgHAQ c /11 . 0 87 . 0 8 . 9204 . 0 62 . 0 2 3 max 依此有消力井容积： 3 max 13 . 0 87 . 0 11 . 0 23 . 1 23 . 1 mQHV 消力井水深，用下式计算： mdHkt66 . 0 87 . 0 3 . 025 . 1 max0 式中： 进水口直径， dmd30. 0 最大水头， max HmH87 . 0 max 经验系数，取 k25. 1k 消力井深度计算： 00 htP 式中： 输水隧洞水深 0 h 安全高度， m3 . 0 消力井水深 0 t ，坡度，1:200 糙率。 smQ/66. 0 3 017 . 0 n 由明渠公式： 式中： A过水断面面积 md23 . 0 4 ）（12 ）（13 - 24 - C克劳福德常数， mhtP15 . 2 3 . 015 . 0 2 00 取 mP2 . 2 取消力井长度 BL2 取， mB84. 0mBL68 . 1 2 故消力井尺寸为： ， mP2 . 2mB84 . 0 mL68 . 1 实际容积：，故满 33 0 94. 035 . 1 68 . 1 84 . 0 )3 . 066 . 0 ()(mVmBLtV 足要求。 所以，输水隧洞进水孔直径 300mm，消力井尺寸， mP2 . 2mB84 . 0 ，结合现在消力池尺寸，以及地形，取消力井深 2.8m，宽 1.5m，长 2m。 mL68. 1 5 水土保持与环境保护设计 5.1 水土保持设计 5.1.1 水土保持措施编制方案 （1）法律法规及部委规章 中华人民共和国水土保持法及其实施条例； 建设项目环境保护管理条例； 湖南省实施水土保持管理办法； 水土保持生态环境监测网络管理办法； 开发建设项目水土保持验收管理办法； 湖南省物价局、湖南省财政厅关于水土保 持设施补偿费和水土流失防治费标准有关事项的 通知（湘价费2006145 号）； （2）技术标准及规范 开发建设项目水土保持方案技术规范（SL204-98） 土壤侵蚀分类分级标准（SL190-1996）； m t V B84. 0 66 . 0 2 87 . 0 2 0 - 25 - 水土保持综合治理技术规范（GB/T16453-1996） （3）技术文件 湖南省水土保持区划报告 5.1.2 水土保持现状 红旗水库库区属中低山丘陵，地势起伏，地表储水能力较差。靠近公路的山坡， 植被以阔叶乔木为主，水土流失小，平均侵蚀摸数 200-300t/km2a，水土流失不大。 5.1.3 工程施工过程中的水土流失预测 红旗水库除险加固工程主要为续建工程，项目所用砂及块石均从外地够买，工程 主要项目的施工对周边地面扰动及植被影响不大。因水库防汛公路路面过窄、路况不 好，本次除险加固设计需对其进行硬化，施工过程中可能对周边山林及农田造成一定 破坏。 5.2 环境保护设计 5.2.1 环境保护依据及评价标准 1、中华人民共和国环境保护法； 2、中华人民共和国水污染防治法； 3、中华人民共和国大气污染防治法； 4、中华人民共和国环境噪声污染防治法； 5、中华人民共和国固体废物污染环境防治法； 6、建设项目环境保护管理办法； 7、水利水电工程环境影响评价规范。 5.2.2 环境影响预测分析 红旗水库运行期间，对库区和下游环境影响极小，本次除险加固设计，主要针对 工程施工期间对环境造成的负面影响进行评价。 本工程仅对原有水库大坝进行除险加固，对环境的不利影响主要体现在以下几个 方面： （1）污水排放：施工期水污染主要来自砂石料冲洗、车辆、设备和场地冲洗产 生的生产废水，以及施工人员生活污水。如不进行妥善处理，将对周围环境产生不利 影响。 - 26 - （2）空气污染：施工期环境空气污染主要来自挖填土石方，物理装卸和运输过 程中产生的扬尘和施工机械产生的尾气，主要污染物为 TSP、SO2、NOx。 （3）噪声：施工期噪声主要来自各种机械设备和运输车辆马达的轰鸣及嗽叭的 喧闹声。施工噪声将产生扰民问题，会对现场施工人员的身心产生不利影响。 （4）交通影响：施工期设备材料及土石方运输要大量的车辆，必将加重当地交 通负荷量。 （5）人群健康影响：工程施工期间，施工人员劳动强度大，抵抗疾病的能力弱， 加之施工人员的住宿安排在施工区内，易造成肠道传染病，肝炎等介水和食物传染病 的流行。 （6）工程占地影响：工程本身不产生污染物，运行期间亦对周围环境无不利影 响。但工程施工临时占地对农业生产造成一定程度的影响。 6 施工组织设计 6.1 施工条件 6.1.1 工程条件 红旗水库位于长沙县干杉镇百祥村，坝址距干杉镇约 2km，距县城约 10km，有机 耕路通向坝顶，宽为 3.0m，长约 400m，路况较差，车辆通行困难，需在施工前完成 上坝公路的拓宽、硬化工作。 本工程施工用风主要为采石施工用风。每施工点高峰期用风量不超过 3m3/min， 每处选用 1 台 3 m3/min 的移动式空压机供风，施工辅助企业用风采用自带风机的设备。 施工用水为生产、生活和消防用水。生产用水主要为混凝土、砂浆拌和与浇筑养 护用水，机械设备用水、施工辅助用水等，可直接从水库内抽取。 施工用电中冲抓套井回填、帷幕灌浆施工由施工单位自带发电机供电，其他工程 施工由长沙县电网供电。 施工期间通讯采用固定程控电话及移动通讯设备方式。 6.1.2 自然条件 水库流域地处亚热带，气候温和，雨量充沛，多年平均降水量 1380mm。降水主要 集中在 5 至 7 月，一般 4 至 9 月为汛期，第一年 11 月至第二年 3 月为枯水期。该地 为山区，大坝以下主要以山林、农田为主。 - 27 - 6.2 施工导流 水库除险加固工程施工受洪水影响的工程项目有：大坝坝体冲抓回填、坝基帷幕 灌浆、改造输水隧洞，大坝外坡护坡、溢洪道重建等；这些项目必须在枯水期进行施 工，剩余的项目施工均不受洪水的影响，可以穿插于其他项目中施工。 6.2.1 导流标准 根据水电工程等级划分及洪水标准 SL252-2000确定红旗水库大坝工程等级为 等工程，主要建筑物及次要建筑物均为 5 级，设计洪水标准为 20 年一遇，校核洪 水标准为 200 年一遇。围堰设防洪水标准为施工期 10 年一遇。 6.2.2 导流方式及围堰 水库除险加固工程施工受洪水影响的工程项目有：大坝坝体冲抓回填、坝基帷幕 灌浆、改造低位输水隧洞，大坝外坡护坡、溢洪道重建等；这些项目必须在枯水期进 行施工，剩余的项目施工均不受洪水的影响，可以长年施工。 本次施工先完成大坝低位输水隧洞的施工，其他项目施工过程中可使用低位输水 隧洞排水，在进行围堰作为挡水建筑物的同时，辅以 1 台 IS100-65J-200 型号水泵进 行排水，排水流量 50m3/h；经常性排水每处采用 1 台