“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念和新时期治水方针

前言水库是一种集自然综合体与经济综合体为一体的水利建筑物，具有调节径流、防洪、供水、灌溉、发电、养殖等功能，具有社会、经济和生态意义，\t"C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$0/%E3%80%8A%E9%99%88%E4%BD%A9%E4%BD%B3%E4%BD%99%E5%AE%B6%E6%9D%91%E9%99%A4%E9%99%A9%E5%8A%A0%E5%9B%BA%E3%80%8B%E6%96%87%E6%A1%A3%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"是我国防御洪水、发展农业的关键性基础设施[1]。\t"C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$0/%E3%80%8A%E9%99%88%E4%BD%A9%E4%BD%B3%E4%BD%99%E5%AE%B6%E6%9D%91%E9%99%A4%E9%99%A9%E5%8A%A0%E5%9B%BA%E3%80%8B%E6%96%87%E6%A1%A3%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"我国已经建成的小型水库有8万多座,占水库总数的比重很大。\t"C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$0/%E3%80%8A%E9%99%88%E4%BD%A9%E4%BD%B3%E4%BD%99%E5%AE%B6%E6%9D%91%E9%99%A4%E9%99%A9%E5%8A%A0%E5%9B%BA%E3%80%8B%E6%96%87%E6%A1%A3%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"我国的很多水库都修建于20世纪50-70年代，并且大多为土石坝水库，由于管理设计不到位，资金短缺，设备不齐全，防洪标准低等问题，使得我国的小型水库病险问题十分严峻[2]。\t"C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$0/%E3%80%8A%E9%99%88%E4%BD%A9%E4%BD%B3%E4%BD%99%E5%AE%B6%E6%9D%91%E9%99%A4%E9%99%A9%E5%8A%A0%E5%9B%BA%E3%80%8B%E6%96%87%E6%A1%A3%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"这些病险问题使得大坝难以发挥效益，甚至容易酿成溃坝灾难，对下游人民生命财产的安全有着极大的威胁[3]。2016年，江宁区秦淮河流域发生超历史大洪水，水位、流量、高水持续时间及降雨强度均创历史新高，其中秦淮河东山水位最高达11.44m，超警戒水位2.94m。全区十个街道和开发园区均有不同程度的受灾，多处水利工程设施出现不同程度险情，局部地区受涝受淹。本设计旨在践行“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念和新时期治水方针，紧扣《南京市江宁区十三五国民经济和社会发展规划》、《南京市江宁区水利发展“十三五”规划》、《南京市十三五水务发展规划》、“大灾后反思，反思后大干”的基本要求，加快河道堤防、塘坝、塘坝、涵闸、泵站、村庄河道清淤等建设，坚持统筹推进、突出重点的原则强化整体保护、系统修复、综合治理，统筹解决流域、区域、城市、农村水利突出问题，采取针对措施，重点主攻薄弱环节[4]。优先建设防汛消险、骨干河道、在册塘坝、中型水闸、重点塘坝、重点泵站等[5]，其次中小河流撇洪沟及其它配套工程，提高防洪排涝、抗旱引水、水资源及水生态保护等综合能力，为建设“经济强、百姓富、环境美、社会文明程度高”新江宁提供坚实保障，实现“水安全保障可靠、水资源配置合理、水生态健康优美、水法治保障有力”的水利发展目标，使江宁区成为人水和谐、生态优美的重要都市生态涵养区和农业示范区[6]。2工程概况2.1工程位置下塘水库除险加固工程位于南京市江宁区江宁街道洪幕社区，隶属江苏省南京市江宁区，位于南京市西南部30公里处，东邻江宁经济技术开发区，南与安徽省马鞍山市接壤，西濒长江黄金水道，北靠板桥新城，户籍人口90781人（2014年），下辖12个社区和10个行政村。境内有省级滨江新城和江南环保产业园，宝钢与马钢位依南北两侧，同时交通便利，距禄口国际机场28公里，距新生圩港口58公里，宁马高速、宁安城际、宁芜铁路、205国道、汤铜公路等穿境而过。2.2工程地质2.2.1地质条件项目区耕地土壤组合以马肝土-青泥条土-黄土-白土-黄沙土为主要形式，大部分为砂岩、安山岩和红色沙岩的风化物母质，属黄棕壤型水稻土，适宜水稻、棉花、小麦、油菜等作物生长。土壤质地一般为沙壤、中壤，土壤耕作层表土和犁底层容重分别为1.49g/m3和1.57g/m3，地下水位大多在70-80mm，土质肥沃，保水保肥效果好。生态条件良好、具备可持续生产的能力，符合绿色（有机）农产品生产要求，为发展现代农业产业奠定了良好的生态环境基础。本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下4层[7]：1层素填土:杂色，松散，很不均匀，以粘性土为主，夹有少量耕土层，透水性强，局部缺失。2层粉质粘土夹粉土:灰黄,灰色,稍密，软塑,中等压缩性,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度、韧性低。3-1淤泥质层粉质粘土:灰色，流塑,中等压缩性,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度、韧性低。3-2淤泥质层粉质粘土:灰色，流塑,中等压缩性,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度、韧性低。3-3层粉质粘土:灰色,稍密，软塑,中等压缩性,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度、韧性低。4层粉质粘土夹粉土:灰色,稍密，软塑,中等压缩性,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度、韧性低。该层未穿透。2.2.2地形地貌工程场地位于江宁街道，属宁芜丘陵区，中南部低山起伏，濒江西部及通江河两岸多为冲积小平原，地势东南较高、西北较低，呈簸箕状的盆地地形特征。工程所在区域地势较平坦，稍有起伏，地貌属长江漫滩。2.2.3地层南京地区在大地构造单元上位于扬子断块区的下扬子断块，基底由中上元古界浅变质岩系组成，盖层由华南型古生界及中、新生界地层组成。场地地层主要分布为第四系粉质粘土（Q4）、淤泥质粉质粘土（Q4）、粉质粘土（Q3）等。地貌属秦淮河漫滩。根据区域地质资料，下扬子断块在新构造运动期以大面积的升降运动为其主要特征，断块内盆地由断陷型转为坳陷型，第四纪以来构造运动微弱，主要表现为缓慢间歇性升降运动。据资料显示，该区域主要地基土层主要为粉质粘土（Q4ml），堤基从上至下分布第四系全新统冲积土粉质粘土（Q4al）、淤泥质粉质粘土（Q4al）、粉土（Q4al）、粉砂（Q4al），第四系更新统粉质粘土（Q3）、残积土（粉质粘土）（Q3）及白垩系下统白头山组强风化角砾岩（k1b2）等。据勘察结果，本工程各拟建建筑单体位置主要持（受）力层横向分布稳定，土层的坡度小于10％，同一土层厚度变化较小，土的物理力学性质相近，离散性中低，对天然地基而言总体上属均匀性一般的地基。2.3工程现状下塘水库除险加固工程属于南京市江宁区江宁街道洪幕社区，属天然河流域，天然河为慈湖河（主要位于马鞍山境内）支流。下塘水库位于天然河上游，塘坝出水沿途经过李村溢洪河、洪幕抗旱河、天然河，流入慈湖河，最终汇入长江。下塘水库以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用。大塘汇水区域为山丘区，水库集水面积0.35km2，干流长度L=0.32km，干流比降J=0.02。校核洪水位57.38m（吴淞基面，下同），设计洪水位56.93m，汛限（兴利）水位55.50m，死水位52.71m。水库总库容5.73×104m3，兴利库容4.32×104m3，死库容1.82×104m3。下塘的主体建筑物有：（1）大坝1座，均质土坝，坝顶高程57.87-58.03m，大坝长约100m，坝顶宽2.0-3.0m左右，最大坝高9.58m。坝埂迎水坡坡比1:2.2-1:2.5，现状无护坡；背水坡1:2.0-1:2.3。（2）涵洞1座。涵洞位于大坝东侧，现状老旧，为圆管涵，管径为φ500mm，涵洞进口底高程52.71m。（3）溢洪道1座，位于大坝西北侧，为砖砌结构，净宽2.0m，桥面高程57.90m。2.4存在的主要问题根据现场查看可知，工程存在如下主要问题：（1）塘堤顶道路为土质道路，杂草横生，雨天泥泞不堪。（2）塘迎水坡岸坡无护砌，经长期淘蚀，岸坡局部陡峭，坝埂薄弱无护砌；背水坡无排水设施。（3）下塘灌溉涵洞年久失修，老旧不堪，运行不畅，漏水严重。（4）下塘溢洪道为易损坏的砖砌结构，堵塞淤积严重。（5）下塘下游溢洪河两岸杂草丛生，垃圾遍地，沿途滚水坝破旧不堪，严重影响了两岸居民生活环境及河道的整体美观。2.5建设必要性（1）防洪安全的需要。因塘坝建设年代久远，大坝及溢洪设施均存在不同程度的损坏，已影响和威胁到水库的安全运行。为保证重点塘坝的防洪安全和正常运行，必须对大坝进行除险加固，使其能正常运行。（2）.提高农业生产用水保障的需要。通过水源塘维修加固或拆除改建灌溉涵等取水设施，提高农业生产用水灌溉保证率。（3）改善水环境、促进区域环境品质提升的需要。结合周边环境，开展清杂清障、植草绿化等水土保持与环境整治措施，可有效改善周边水环境，促进农业现代化和农村经济社会的发展，改善农民生产生活用水条件以及农村水生态环境。由现场查看可知，下塘水库坝体不满足规范要求。塘坝涵洞、溢洪道存在严重安全隐患，不能满足防洪、输水要求，已影响和威胁到塘坝的安全运行。塘坝周围现有众多居民，对下塘水库的除险加固工程对洪幕社区整体环境及生态具有重大意义。通过除险加固能有效提高居民的生活环境及生活质量。项目区内部分农田灌排模式无法满足产业需求，急需完善防洪、排涝、灌溉设施。通过本次项目整治，可以有效提高防御水旱灾害的能力，提高农业综合生产能力，增加农民收入。同时，2015年及2016年汛期的特大洪水给人民和财产带来了严重的威胁，响应区委、区政府“大灾后反思，反思后大干”的指示精神，切实的保护人民和财产安全，亟需对堤防单薄、迎水坡陡、背水坡无平台，堤身局部管涌、塘坝大坝渗漏等险工隐患进行消险。综上所述，实施江宁区江宁街道下塘除险加固工程非常必要，拟尽快实施。2.6工程任务和规模工程的主要任务是对江宁区江宁街道下塘水库进行除险加固。以除险加固为重点，通过维修加固或拆除改建溢洪道、灌溉涵等取水设施，提高农业生产用水灌溉保证率，改善农业生产条件，降低农业生产成本，促进农民持续增收，保障农业产业化需求，促进欠发达地区经济发展，加强农村经济建设，加快扶贫开发和繁荣步伐，促进农民收入持续增长。具有较为重大的意义。具体任务为：（1）下塘坝埂除险加固，坝总长90m。堤顶拆建4.5m宽素砼道路；背水坡坡面采用草皮护坡；迎水坡坡面拆建素砼护坡总长约90m；背水坡坡面及坝脚设排水沟。拆建溢洪道及灌溉涵；整治溢洪河长约800m；拆建节制闸5座。（2）拆建素砼道路约900m，有条件地段增设会车带，完善道路配套设施，方便村民出行。3水文地质3.1水文条件图1天然河水系图Fig1NaturalRiverSystemMap由图1可见，下塘水库除险加固工程属于南京市江宁区江宁街道洪幕社区，紧挨盛江社区，花塘村，四季分明。塘内出水沿途经过李村溢洪河、洪幕抗旱河，汇入天然河，最终汇入慈湖河，流入长江。项目地处北亚热带季风湿润气候区，受西风环流控制，气候温和，雨量充足，日照充沛，气候条件良好。夏季受欧亚大陆低压区影响，高温、高湿、雨量集中，每年6月中旬进入梅雨期，7-9月常有雷雨、台风、冰雹等自然灾害。冬季受欧亚大陆气团影响，气候寒冷干燥，常有霜冻雨雪及寒潮出现。春秋两季多以干燥凉爽天气为主，凉暖交替。3-4月份春雨绵绵，8月份因台风带来大量降水，秋雨连绵。下塘水库区域年平均气温16.66℃，1月平均气温2.2-6℃，7月平均气温28-31℃，极端最低气温-14℃（1955.1.30），极端最高气温40.7℃（1959.8.22）。年平均降水量约1030mm，年最大降水量1382mm（1954），最小降水量425mm（1961），同时境内秋旱比夏旱频率高，周期短。历年平均相对湿度76%，最大月均相对湿度为81%，最小月平均相对湿度为73%。多年平均风速1.4m/s，主导风为静风，占50%以上，其次是东北信风和东南季风。霜期一般在11月上旬至4月上旬，全年无霜期达200-300天。根据勘察结果及区域性水文资料，勘察深度范围内地下水类型为孔隙潜水，蓄于第四系全新统冲积层中，主要含水层为粉砂性土，具有一定的富水性[8]。地下水潜水主要受大气降水垂直补给及地表水体侧向补给，地表水体与地下水为互补关系。场地地形平坦，径流缓慢。排泄方式为就地泄入地表水体、自然蒸发等。按经验，现场测量地下水稳定水位8.5m（标高）。水位受降水影响，季节性变化明显。根据本地区水文地质资料，历史最高地下水位约为9.00m（标高）,近3-5年最高地下水位为8.80m（标高），年地下水变化幅度1.5m左右。3.2流域及水系概况本次工程均属于天然河流域。天然河为慈湖河（主要位于马鞍山境内）支流，河道自李村水库经李家大村、管山至郑家楼进入马鞍山境内，担负着工农业用水、城市泄洪、景观游憩、服务周边居民文化活动需求等重要功能。河道上游为李村水库溢洪河，下游为天然河干流。天然河干流全长（江宁境内）3.9km，堤顶高程为9.8m，河底高程为6.0m。天然河流域全年降水天数在100-120天。降水量年内分布不均，年际变化较大。而下塘水库区域与其地形地貌相当，降雨量年内分布不均，年际变化大。汛期为5-9月份，占年均降水量的58％，最大月降水量在6月或7月。年降水量的取决于当年梅雨量的大小，每年6月中旬到7月上旬太平洋暖湿气流与北方冷空气交汇于长江中下游一带，造成梅雨季节。其特点为：雨量充沛，相对湿度高，气压低，日照少，风力弱，伴有暴雨发生。南京历史上的洪涝灾害，多发生在此季节。下塘为不在册大塘坝，工程等别为Ⅴ等，永久性建筑物级别为5级，洪水标准采用20年一遇设计、200年一遇校核。大塘汇水区域为山丘区，水库集水面积0.3km2，干流长度L=0.32km，干流比降J=0.02。校核洪水位57.38m（吴淞基面，下同），设计洪水位56.93m，汛限（兴利）水位55.50m，死水位52.71m。水库总库容5.73×104m3，兴利库容4.32×104m3，死库容1.82×104m3。3.3防洪标准下塘水库为不在册大塘坝，依据《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》，其规模已达到小（Ⅱ）型水库规模，故参照小（Ⅱ）型水库标准设计，工程等别为Ⅴ等，其建筑物级别均为5级。设计洪水标准采用20年一遇，校核洪水标准采用200年一遇。本场地内无污染源，且水网贯通，浅层地下水无色、无味、无嗅、透明。综上，根据地区经验场地环境类型为Ⅱ类，地下水对混凝土结构及长期浸水部位的钢筋混凝土中的钢筋有微腐蚀性，对干湿交替处的钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性。3.4调洪演算3.4.1洪水计算下塘位于南京市江宁区江宁街道洪幕社区，属于天然河流域。汇水区域为山丘区，下塘集水面积0.35km2，干流长度L=0.32km，干流比降J=0.02[9]。根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程为：(1)式中：Q-入库流量，m3/s；q-出库流量，m3/s；△t-计算时段长，s；V-库容，104m3；i-时段编号。（1）设计暴雨表1设计点暴雨及汇流历时Table1Designpointrainstormandconfluenceduration重现期（a）历时10min1624设计点雨量(mm)2033.890.5161.7235.420046.8135.8257.2379.5点面折系数k1.0001.0001.0001.000汇流历时（h）0.532（2）设计洪水下塘水库枢纽工程自建设以来，以往各设计阶段所采用的设计洪水均为坝址设计洪水成果。考虑水库建成后对坝址洪水有一定的影响，但影响程度较小，按照水利部颁发的《水利水电工程设计洪水计算规范》的规定，计算洪水时可以不必考虑水库对坝址洪水的影响，所以采用暴雨途径推求坝址洪水[10]。由于下塘水库流域内没有设水文站，也无任何实测的洪水观测资料，无法直接由洪水资料计算洪水，因此本次计算设计洪水需要按《江苏省暴雨、洪水图集》（下文简称为《图集》）中所提出的瞬时单位线法，推求计算坝址处洪峰流量和设计洪水过程线，确定吴湾水库坝址处设计洪水洪峰流量[11]。（1）净雨过程及雨型设计根据各水库的流域面积及《图表》有关规定，净雨历时选用6小时，设计雨型采用《图表》中提供的6小时暴雨设计雨型，Δt取0.5小时。净雨过程计算先把各小时点雨量扣掉稳损，再按《图表》中提供的6小时暴雨设计雨型计算即得净雨过程。稳损： (2)各时段的净雨为：(3)（2）瞬时单位线的参数计算汇流参数计算按《图表》中第6水文分区的综合公式进行：(4)(5)(6)改正公式为：(7)（山丘区）(8)造峰雨强：(9)式中：F—流域面积，km²;L—河道长，km;J—比降，‰;m1—流域汇流平均传播时间的量度，超过50年一遇洪水或设计雨强ip>10mm时，作非线性改正;n—流域对地表径流的调节次数;K—流域汇流历时参数;HtR—tR历时的面雨量。当＜50mm/小时时随雨强改变的趋势较明显，即采用；当＞50mm/小时时，其改变的趋势不甚显著，即；当超过100mm/小时时仍用=100mm/小时代入公式计算。由瞬时单位线系数、查曲线转换成瞬时单位线（，），然后根据公式 (10)转换成时段单位线（h取1.0mm）。（3）地面径流汇流计算由设计地面净雨过程和单位线，用下式进行汇流计算：(11)由净雨过程及时段单位线计算水库坝址以上的地表径流过程。（4）地下径流计算当t≤T时：(12)当t>T时：(13)式中起涨流量：(14)地下洪峰流量：(15)(16)（3）调洪方式与下泄流量下塘泄洪方式：溢洪道泄洪，单孔，净宽2.0m，堰顶高程55.50m，汛限水位为55.50m，起调水位取55.50m。调控方式：自由下泄。下泄流量：当溢洪道敞开泄洪时，下泄流量为溢洪道在相应水位下的最大下泄流量，计算时按堰流考虑[12]，下泄流量计算公式如下：(17)式中：q—下泄流量，m3/s；—淹没系数；m—综合流量系数（包含侧收缩因素）；B—总净宽，m；H—堰上水头，m。参数取值：淹没系数σ=1.0，综合流量系数m=0.347。水库水位-库容及水位-下泄流量关系见下表：表2下塘水位-库容/下泄流量关系表Table2RelationTableofWaterLevel-StorageCapacity/DischargeinLowerPond水位（m）库容(104m3)下泄流量(m3/s)55.5055.504.3256.0056.004.6256.5056.504.9557.0057.005.3657.5057.505.8558.0058.006.30图2下塘水位-库容关系曲线图Fig2Waterlevel-reservoircapacitycurveoflowerpond图3下塘水位-下泄流量关系曲线图Fig3Thewaterlevel-dischargecurveofthelowerpond调洪演算过程见下表3下塘净雨过程及调洪演算过程（20年一遇）Table3CleanRainfallProcessandFloodRegulationCalculatingProcessofLowerPond(oncein20years)时段（10分钟）降雨（mm）设计入流(m3/s)计算出流(m3/s)塘坝水位(m)塘坝库容(104m3)初始0.60055.54.3255.54.32100.700.360.3355.64.38200.800.400.3955.624.39300.900.420.455.624.39400.900.470.4555.644.4500.900.470.4755.644.41601.800.840.7555.734.46最大值33.6210.467.9556.935.3表4下塘净雨过程及调洪演算过程（200年一遇）Table4CleanRainfallProcessandFloodRegulationCalculatingProcessofLowerPond(oncein200years)时段（10分钟）降雨（mm）设计入流(m3/s)计算出流(m3/s)塘坝水位(m)塘坝库容(104m3)初始1.20055.54.3355.514.33101.30.650.655.684.43201.40.710.755.724.45301.50.750.7355.724.45401.70.830.855.754.47501.70.830.8355.764.4760455.914.57最大值46.6215.4211.9757.385.733.4.2调洪演算成果表5下塘调洪演算成果表Table5OutcomeTableofFloodRegulationCalculationsforXiatangReservoir洪水标准20年一遇200年一遇起调水位(m)55.5055.50相应库容（104m3）4.324.32最高水位（m）56.9357.38相应库容（104m3）5.305.73下泄流量（m3/s）7.9511.974加固设计4.1抗震条件（1）抗震标准根据《中国地震动参数区划图》，工程区地震动峰值加速度为0.1g，地震动反应谱特征周期取0.35s，本工程建筑物按地震烈度7度设计[13]。（2）安全系数要求根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》规定[14]，坝坡抗滑稳定安全系数最小值为：正常运用条件K≥1.15非正常运用条件K≥1.05（3）地质构造与地震动参数1）抗震设计参数根据《建筑抗震设计规范》（2016年版）附录A，本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组[15]。根据《建筑抗震设防分类标准》，本设计抗震设防类别为丙类[16]。2）土的类型划分及有关抗震设计参数根据《建筑抗震设计规范》及地区经验，判定本设计中建筑场地的类别为Ⅲ类。其他有关抗震设计参数见下表：表6抗震设计参数Table6Seismicdesignparameters抗震设防烈度7度建筑抗震地段划分不利地段场地覆盖层厚度大于50m工程场地类别Ⅲ类场地特征周期0.45s设计地震分组第一组设计基本地震加速度0.10g3）液化判别根据《建筑抗震设计规范》及《岩土工程勘察规范》（2009年版）规定，本工程按7度抗震设防时，应对饱和砂土和粉土进行液化判别，根据地区经验，本工程场地内饱和砂土、粉土在7度抗震设防时均不液化。4）建筑抗震地段划分按《建筑抗震设计规范》判断，场地对建筑抗震为不利地段。4.2坝体部分设计（1）坝顶高程计算根据要求，坝顶高程可按下式确定：（18）式中：H—坝顶高程，m；取设计、校核两种工况的大值；h洪水位—设计(或校核)洪水位，m；h加高—安全加高，对于小型水库，设计情况取0.5m，校核情况取0.3m；h浪高—波浪沿坝坡爬升的高度，m；h浪高按下式计算：h浪高=3.2kh波高tgθ（19）式中：k—坝坡坡面糙率系数；θ—坝迎水面与水平面的夹角；h波高—波高，m；h波高按下式计算：h波高=0.00166V5/4D1/3（20）式中：V—多年平均最大风速值，m/s；其中设计工况应扩大1.5倍，校核工况按多年平均最大风速值考虑；D—吹程，即坝坡至对岸的垂直距离，km。根据《碾压式土石坝设计规范》、《水工建筑物荷载设计规范》、《建筑结构荷载规范》，校核工况下，风速V=13.26m/s；设计工况下，风速V=19.89m/s[17]。根据塘坝库区地形图资料，计算得下塘吹程D=0.12km，大坝迎水坡设计坡比为1:2.5，因此tg=0.4；大坝迎水坡为砼护坡，根据规范坡面糙率系数k取0.9。计算其各种工况下的波浪爬高，并复核坝顶高程。计算结果见下表：表7下塘坝顶高程计算结果表Table7Calculatingresultsofdamcrestelevation洪水标准水位(m)波浪爬高(m)安全加高(m)复核坝顶高程(m)现状坝顶高程(m)56.930.620.558.0557.87-58.0357.380.400.358.08由上表可见，按《办法》4.1条规定的洪水标准（即20年一遇设计、200年一遇校核）复核得：下塘坝顶高程应达到58.08m。下塘现状坝顶高程57.87-58.03m，局部不满足上述标准。因此，现状塘坝大坝的实际抗洪能力不满足规范要求。本次下塘设计坝顶高程58.10m，满足规范要求。（2）坝顶宽度下塘现状坝顶宽度为2.0-3.0m，不满足江宁政[2016]529号文防洪目标及要求10-100万方重点塘坝坝顶宽度不小于4.0m要求。设计坝顶宽度为4.50m，满足要求。（3）坝坡、防护及戗台1）现状情况下塘大坝现状为均质土坝，坝顶高程57.87-58.03m，大坝长约100m，坝顶宽2.0m左右，最大坝高9.58m。坝埂迎水坡坡比1:2.2-1:2.5，现状无护坡；背水坡1:2.0-1:2.3。2）加固设计由现场安全检查情况可知，下塘迎水坡无护砌，排水设施不完整。本次采取的加固工程措施如下：1.大坝加固，下塘坝顶高程58.10m，迎水坡塘底-56.00m采用C25素砼护砌，56.00m-坡顶采用草皮护坡，每隔30m设置横格埂1道，纵格埂分缝长度15m，缝宽20mm，聚乙烯泡沫板填缝；背水坡采用草皮护坡。2.下塘大坝背水坡增设戗台，戗台高程55.10m，宽度2.0m，戗台设置C25素砼纵向排水沟，净断面尺寸0.25×0.25m，坡面采用C25素砼横向排水沟，净断面尺寸0.25×0.25m，间距50m，从坝顶做至坡脚，坝脚增设纵向排水沟0.8×0.8m。3.在大坝背水坡从坝顶至坝脚设1道人行踏步，宽度2.0m，便于防汛检查。4.3除险加固后渗流、抗滑稳定复核4.3.1大坝除险加固后渗流复核（1）计算工况大坝坝体渗流分析计算时，选择计算断面为大坝设计标准断面，根据《碾压式土石坝设计规范》中规定，渗流分析计算时应分析水库运行的所有不利条件。渗流分析计算按以下工况进①上游正常蓄水位与下游无水时的稳定渗流；②上游设计洪水位与下游无水时的稳定渗③上游校核洪水位与下游无水时的稳定④上游为1/3坝高水位，下游无水时的稳定渗流；⑤库水位从校核洪水位降落至死水位，下游无水时的非稳定（2）计算成果大坝稳定渗流计算成果：正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位，下游坝坡渗流逸出处最大渗流坡降Jmax分别为0.14、0.19、0.21；1/3坝高水位时上游坝坡渗流逸出处最大渗流坡降Jmax为0.05。坝体渗流逸出处允许渗流坡降计算同现状坝，临界渗流坡降J=0.996，J允许=0.498。（3）结论经计算，大坝在稳定渗流与非稳定渗流条件下的最大渗流坡降Jmax均小于允许渗流坡降J允许=0.498。大坝下游坝坡渗流溢出处设有反滤层和排水棱体，较现状情况浸润线下游出溢点明显降低，因此大坝除险加固后渗流性态是安全的。4.3.2大坝除险加固后抗滑稳定复核（1）计算工况大坝坝坡抗滑稳定计算工况按《碾压式土石坝设计规范》选定。1）稳定渗流期计算：①上游正常蓄水位，下游无水的稳定渗流期的下游坝坡；②上游正常蓄水位，下游无水，并考虑7度地震时的稳定渗流期的下游坝坡；③上游设计洪水位，下游无水的稳定渗流期的下游坝坡；④上游设计洪水位，下游无水，并考虑7度地震时的稳定渗流期的下游坝坡；⑤上游校核洪水位，下游无水的稳定渗流期的下游坝坡；⑥上游为1/3坝高水位，下游无水的稳定渗流期的上游坝坡；⑦上游为1/3坝高水位，下游无水，并考虑7度地震时的稳定渗流期的上游坝坡；2）非稳定期计算库水位从校核洪水位降落至死水位，下游无水的非稳定渗流期的上游坝坡；（2）计算方法与渗流分析计算一致，选取大坝最大横断面作坝坡稳定分析断面。根据《碾压式土石坝设计规范》规定，各种运行工况下的土体的力学指标根据地勘资料、按规范要求选取。（3）结论根据《碾压式土石坝设计规范》中的规定，计算所得大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数大于规范要求的坝坡抗滑稳定最小安全系数，均符合规范要求。按选定方案对大坝进行除险加固后，大坝结构安全满足规范要求。4.4建筑物设计4.4.1涵洞设计（1）涵洞设计下塘灌溉涵采用现浇钢筋砼方涵，洞身尺寸0.8m×1.0m，其主要建筑物有：进口段、闸门井、出水箱涵、消力池。进口段：进口段长5.0m，钢筋砼底板厚0.40m，采用U型结构，墙顶高程53.80-56.00m。闸门井：闸门井长6.0m，宽1.7m，闸门选用0.8×1.0m铸铁闸门，配30kN手动螺杆式启闭机一台。箱涵：洞身尺寸为0.8m×1.0m现浇钢筋砼箱涵，涵底顶高程为53.70m，顶面底高程为54.70m。消力池：消力池长9.0m，为钢筋砼U型墙结构，底板厚0.4m，底板顶高程53.70-52.10m，翼墙顶高程55.35-52.90m。（2）防渗长度计算涵洞的渗径长度计算采用勃来法计算，计算公式为：（21）根据临近建筑物地勘情况，涵洞所在土层为粉质粘土层，根据《水闸设计规范》4.3.2条，取C=6。上游最高水位取下塘200年一遇校核洪水位，为57.38m，下游无水，水位取为53.70m，上、下游最大水位差为：ΔH=57.38-53.70=3.68m。L需=C×ΔH=6×3.68=22.08m。涵洞实际渗径长度为28.50m，满足防渗要求。（3）启闭力计算启门力计算公式为：Tq=1.2Pf+1.1G+Ws（22）闭门力计算公式为：Tb=1.2Pf+0.9G（23）式中：P—作用在闸门上的总水压力（t），，其中L、b、h1分别为闸门高、宽、及门顶水面下的淹没深度；G—闸门自重（t），根据样本1.0×0.8m的闸门重0.32t；f—密封面的摩擦系数，f=0.35；Ws—作用在闸门上的水柱压力（t），考虑门平均厚0.25m（24）P=1.0×0.8×（2×3.68+1.0）/2=3.34t，Ws=0.8×0.25×2.68=0.54t，T启=(1.2×3.34×0.35+1.1×0.32+0.54)×9.8=22.47kN。T闭=(1.2×3.34×0.35+0.9×0.32)×9.8=16.58kN。选用30kN手动螺杆启闭机。（4）涵洞过水能力复核考虑到工程的维修管理，灌溉涵拟采用1.0×0.8m，根据《灌溉与排水设计规范》（GB50288-99），进水口设计水深为3.19m，进水口水深与洞高之比H/D=3.19/1.0=3.19，可知H=3D>1.5D，出水口设计水深1.65m，h>D，因此可判定其流态为淹没压力流。淹没压力流按下式计算：（25）（26）（27）式中：Q—流量，m³/s；m3—流量系数；H0—涵洞进口水头，取3.19m；i—洞底坡降，取0；L—涵洞洞身长度，取17m；h—涵洞出口水头，取1.65m；—局部水头损失系数的和，取1.8；C—谢才系数；n—糟率，取0.014；R—水力半径，m。通过计算可得：谢才系数，流量系数，故=1.95m³/s因灌溉涵实际需要过水流量为0.50m³/s<Q=1.95m³/s，故过流能力满足设计要求。实际灌溉涵尺寸无需1.0×0.8m，考虑到涵洞维修管理的便利，拟采用1.0×0.8m。（5）消能计算涵洞按流量0.50m3/s作为消能设计流量，放水时上游水位取汛限水位55.50m，下游尾水位55.00m组合进行计算[18]，下游底板高程53.70m，消力池宽度0.8m，计算结果如下：①迭代法hc计算hc3-T0hc2＋q2/2gφ2=0；上式可转换成：T0=hc+q2/2gφ2hc2；令α=q2/2gφ2；则T0=hc+α/hc2；即：（28） α=q2/2gφ2=0.022，试算时先不考虑建消力池，T0=1.8m将参数带入上公式得hc=0.11m。②跃后水深hc〞计算：（29）b1、b2—消力池首端和末端宽度，m。计算得Fr2=26.6，查矩形断面共轭水深比与弗劳德数关系表得η1=6.78，则跃后水深hc〞=0.77m＜下游水深1.3m，不产生远驱式水跃，故按构造设消力池。4.4.2溢洪道设计（1）溢洪道内容明细由下塘汛限水位及调洪演算确定下塘溢洪道设计底高程55.50m，设交通桥，设计载荷标准为公路II级，桥面净宽3.5m，溢洪道为单孔，净宽2.00m，总宽2.8m，长94.50m。（2）溢洪道过流能力由调洪演算可知，下塘2.0m净宽满足溢洪道过流能力要求。（3）溢洪道结构形式下塘溢洪道净宽2.0m，进口设钢筋砼八字墙，，控制段采用钢筋砼结构，底板顶高程55.50m，长5.0m，设净宽3.5m桥。设计载荷标准为公路II级，钢筋砼消力池底高程55.50m，长6.0m；溢洪道出口段采用钢筋砼结构，长60m；钢筋砼泄槽段长12.9m，坡比1:3.0，消力池底高程47.90m，长4.0m，后接溢洪河[19]。（4）消能计算溢洪道出口下游消能采用底流消能方式。消力池深1.3m，消力坎高度0.5m。消能按上游水位56.93m（20年一遇洪水位）、下游常水位48.70m组合进行计算，下游底板高程47.90m，溢洪流量7.95m3/s，消力池宽度2.0m，计算结果如下：①迭代法hc计算hc3-T0hc2＋q2/2gφ2=0；上式可转换成：T0=hc+q2/2gφ2hc2；令α=q2/2gφ2；则T0=hc+α/hc2；计算同式（28） α=q2/2gφ2=0.166，试算时先不考虑建消力池，T0=9.03m将参数带入上公式得hc=0.266m。②跃后水深hc〞计算同式（29）：b1、b2—消力池首端和末端宽度，m。计算得Fr2=1.92，查矩形断面共轭水深比与弗劳德数关系表得η1=1.49，则跃后水深hc〞=3.056m＞下游水深0.8m，产生远驱式水跃，需设消力池[20]。③消力池池深试算试算消力池深：d=σohc″-hs（30）得d=0.453m；设池深为0.5m。To=9.03+0.5=9.53m，α=0.181，计算hc″=2.068m＜d+hs=2.10m。④验算淹没安全系数d=σohc″-hs－⊿Z（31）故σo=d＋hs＋⊿Z/hc〞（32）⊿Z=q2/2gφ2hs2=1.323m；则σo=d＋hs＋⊿Z/hc〞=1.08，在σo=1.05-1.10间，按构造要求设消力池，池深为1.3m。⑤消力池池长计算计算得Lj=6.9(hc〞-hc)（33）Lsk=Ls+0.8Lj（34）式中：Lsj—消力池长度，m;Ls—消力池斜坡段水平投影长度，m;Lj—自由水跃长度，m。得Lj=19.83mLsk=14.87m本次工程消力池（含泄槽段）长31.00m，消力池深0.5m。满足消能要求。⑥消力池底板厚度计算消力池底板厚度（35）式中：k1—消力池底板厚度计算系数采用0.15;q—消力池进口处的单宽流量，m3/s;DH—上下游水位差，m得t=0.338m本次工程消力池底板厚度取0.4m，满足要求[21]。4.4.3金属结构下塘金属结构内容包含1座涵洞闸门及配套启闭设备。（1）输水涵洞下塘灌溉涵为单孔涵洞，进水口闸门井处设1道工作闸门，闸门均为铸铁镶铜型式，单向潜孔式止水。闸门尺寸0.8m（宽）×1.0m（高），闸门井底板高程53.70m，顶板底高程54.70m，启闭机工作平台顶高程58.10m，配30kN手轮式螺杆启闭机；（2）闸门结构布置闸门设计参照《水利工程铸铁闸门设计制造安装验收规范》执行。涵洞闸门采用纵横梁板结构，面板布置在靠下游侧，梁肋布置在靠上游侧，闸门受水压时面板处于主横梁的受拉区，梁肋处于受压区，符合铸铁的力学特性。涵洞主材为HT-200，闸门因水头较大采用HT-250，止水承压条均为铜合金。（3）闸门的防腐蚀闸门采用涂料封闭漆，再涂覆面漆的防腐方式。底漆采用环氧富锌防锈底漆1度，厚度80μm；中间漆采用环氧云铁防锈漆1度，厚度80μm；面层采用环氧沥青面漆1度，厚度90μm；漆膜总厚度250μm。闸门门框埋件外露非不锈钢表面防腐同闸门门体，与混凝土接触面刷苛性钠水泥砂浆。5溢洪河设计溢洪河上游通过溢洪道连接下塘，沿程支流汇入河道，沿途经过李村溢洪河、洪幕抗旱河、天然河，流入慈湖河，最终汇入长江。河沟断面为天然土质渠道，岸坡冲刷严重。一遇暴雨，河沟两岸高程较低处洪水漫溢进田，河沟现状行洪能力不足。本次工程拟扩挖溢洪河，采用钢筋砼护砌，减轻溢洪河行洪压力。溢洪河设计底宽2.0m，设计流量7.95m³/s。溢洪河末端为自由出流，故可采用渠道公式计算过流。沟底坡降0.03，底宽2.0m，过水断面为矩形断面，设计水深1.0m。河沟断面的平均流速可按下式计算确定：（36）式中:V—渠道的平均流速，m/s；R—渠道的水力半径，m；i—渠底比降，0.03；n—糙率，本设计钢筋砼按0.018计。=6.06m/s渠道的过水能力按下式确定：Q=AV=12.12m3/s从以上计算可见Q＞Qs，河沟断面尺寸满足过流要求。设计流速V=6.06m/s，大于V不淤(0.3m/s)，不存在淤积问题。6结论南京市江宁区下塘水库由于修建较早，水库大坝防洪能力不满足规范要求。上游坡未护砌，坡面坑洼不平，浪坎严重。充库泄流涵管泄流能力不足。大坝未埋设安全监测设备。进口无闸门及启闭机控制，漏水