芮城县坑头水库应急处理工程初步设计
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- 1 - 1 综 述
1.1项目背景
坑头水库位于黄河流域葡萄涧支流水峪涧上,地处芮城县坑头村东,是一座以防洪灌溉为主的小(二)型水库。水库始建于1956年,1957年竣工蓄水。水库控制流域面积27.0km2,设计总库容50万m3,其中:兴利库容27万m3,防洪库容13万m3,死库容10万m3。水库设计灌溉面积0.15万亩。水库下游保护范围包括芮城县城及周边5个村庄、9.4万口人、1500亩农田,以及世界文化遗产永乐宫和其他3处国家级文物保护单位、平风公路、通讯电力设施等。
坑头水库原设计防洪标准为五十年一遇洪水设计,百年一遇洪水校核。目前该大坝未进行除险加固,水库达不到现行要求20年一遇设计,200年一遇校核标准。水库目前库区淤积严重,淤积量达23万m3,大坝质量差,卧管不能正常泄洪,溢洪道未衬砌,无消能设施,部分断面堵塞严重,达不到设计泄洪能力。由于上述问题存在,水库一直不能正常蓄水,防洪及灌溉效益不能正常发挥,且危及下游人民生命安全,急需应急处理改造。
为有效防止和减弱洪水灾害、消除重点隐患,保证大坝和下游人民群众的生命与财产安全,根据省水利厅水库应急处理有关精神,我公司受水库管理单位委托,编制了《芮城县坑头水库应急处理工程初步设计报告》。
1.2 编制依据
1.2.1主要法律、法规 - 2 - 《中华人民共和国防洪法》
《中华人民共和国防汛条例》
1.2.2主要规范规程
(1)《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2002;
(2)《防洪标准》(GB50201-94);
(3)《水工设计手册》(6)(水利水电出版社,1982年5月);
(4)《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)。
1.2.3主要依据
(1)《山西省小型水库信息库》(运城卷,2008年7月);
(2)《山西省运城市芮城县坑头水库大坝安全鉴定评价报告》(运城市水利勘测设计研院,2007年11月)。
1.2.4设计原则
(1)、由于为度汛应急工程,关键是要排除影响度汛安全的突出问题,所以本次设计本着先急后缓的原则,对重点隐患进行除险改造;
(2)、结合水库安全鉴定,应急处理工程应符合水库除险加固改造要求;
(3)、工程方案技术可行,经济合理,施工方便。
1.2.5应急处理改造项目
根据《山西省运城市芮城县坑头水库大坝安全鉴定评价报告》结论意见,该库属于病险水库,水库大坝枢纽存在问题较多,依据省厅对水库度汛应急工程安排意见及设计原则,本次设计仅对影响度汛安全突出问题,水库溢洪道进行全面改造,使其达到现行设计泄洪标准, - 3 - 确保大坝安全,减少保护范围淹没损失。水库存在其它问题,待水库除险加固改造工程中全面解决。
1.3 概算成果
本工程概算总投资120.13万元。总投工38614工时。总工程量
26219 m3,其中土方开挖12641 m3,外运土方6546 m3,土方填筑2452m3,砌石4414m3。共需水泥117t,柴油7833kg,砂627m3,碎石1408m3,块石2612m3,铅丝笼石969m3。
- 4 - 2 工程概况
2.1工程基本情况
坑头水库位于黄河流域葡萄涧支流水峪涧上,地处芮城县古魏镇坑头村东,是一座以防洪、灌溉为主的小(二)型水库。水库始建于1956年,1957年竣工蓄水。设计防洪标准为:五十年一遇洪水设计,百年一遇洪水校核,总库容50万m3,控制流域面积27.0km2,设计灌溉面积0.15万亩。水库失事后影响芮城县城及周边5个村庄、94000口人、1500亩农田及世界历史文化遗产芮城县永乐宫、3处国家级文物保护单位、平风公路、通讯电力设施等。
坑头水库于1956年由芮城县水利局设计,当年由芮城县城关公社组织受益区4个村村民实施。大坝施工前未对河槽进行清理,施工采用河槽两岸附近土料,以小平车推运上坝,用履带式东方红拖拉机碾压。枢纽工程由大坝、卧管及灌溉涵洞、溢洪道三部分组成。
大坝碾压均为土坝,最大坝高15m,坝长150m,坝顶宽6.5m,坝顶高程580m,大坝上游坡比1:4.0,下游坡比1:3.5,均为草皮护坡。下游坝脚设堆石排棱水体,棱体高3.0m,顶宽0.5m,外坡比为1:1.5。
卧管位于库区右侧岸坡上,管身为矩形断面,宽0.5m,高0.5m,坡比1:2.0。侧墙为水泥砂浆砌砖,底板为钢筋砼,管台盖板为钢筋砼,管台上设孔径Ф250mm的进水口,相邻两孔高差为40cm,共29个进水口,最低一级进水口高程为566.80m,进水口盖板为预制钢筋砼。灌溉涵洞于卧管消力池相接,为半圆拱无压洞,长110m,洞宽 - 5 - 1.4m,高1.8m,进口底板高程565.0m,纵坡1/200。卧管消力池目前已损坏。
溢洪道位于大坝左端,进口底高程577m,断面净宽6.0m,总长440m,设计最大泄量85m3/s,经校核,溢洪道现状过流能力为26m3/s。明渠溢洪道断面较小,且均未衬砌,下游出口没有设消能设施,且部分段堵塞严重,水库建成至今,达不到设计泄洪能力,溢洪道一直带病运行。
坑头水库工程技术经济指标见表2-1。
表2-1 坑头水库工程技经表
项目 单位 原设计技术指标 现状
达到技术指标
流域面积 km2 14.69 27.0
流域特征 石山区 km2 12.4 14.1
丘陵区 km2 2.29 12.9
流域长度 km 11 12.1
流域平均宽度 km2 1.344 2.23
纵波 ‰ 35 48.8
多年平均降雨量 mm 550 500
多年平均径流量 万m3 123 123
多年平均输沙量 万吨 0.28 0.28
清水流量 m3/s 0.012 0.012
设计洪水 标准 % 2 5
洪峰流量 m3/s 226 115
洪水总量 万m3 95 87.8
校核洪水 标准 % 1 0.5
洪峰流量 m3/s 290 261
洪水总量 万m3 120 183
水库调节方式 年调节 年调节
- 6 - 续表2-1 坑头水库工程技经表
项目 单位 原设计技术指标 现状
达到技术指标
设计效益 灌溉 保证率 % 50 50
面积 万亩 0.15 0.15
防洪 保护村镇 个/人口 5/940000 5/94000
耕地和设施 亩 1500/县城永乐宫 1500/县城永乐宫
水库特征 总库容 万m3 50 50
灌溉兴利库容 万m3 27 17
防洪库容 万m3 13
重复利用库容 万m3 0
死(泥沙)库容 万m3 10
兴利水位 m 577 577
汛期限制水位 m 572.5
设计洪水位 m 578.5
校核洪水位 m 579
死(泥沙)水位 m 569.6 573.6
淤积年限 年
已淤积库容 万m3 23
大坝工程 坝型 均为土质 均为土坝
坝高 m 15 15
坝顶宽 m 6.5 6.5
坝顶长 m 150 150
坝顶高程 m 580 580
河底高程 m 565 565
- 7 - 续表2-1 坑头水库工程技经表
项目 单位 原设计技术指标 现状设计指标
大坝工程 坝坡 上游坡 1:4.0 1:4.0
下游坡 1:3.5 1:3.5
地基防渗工程
溢洪道工程 型式 溢洪道 溢洪道
进口断面 m 6 6
进口底槛高程 m 577 577
进口控制方式 无 无
泄槽尺寸 m
出口消能方式
总长度 m 440 440
设计泄量 m3/s
校核泄量 m3/s 85 26
放水工程 型式 涵卧管式 涵卧管式
进口水断面 mm Ф250 Ф250
进口底槛高程 m 565 565
进口控制方式 卧管 卧管
涵洞尺寸 m 1.4×1.8 1.4×1.8
出口消能方式
总长度 m 110 110
设计流量 m3/s
最大流量 m3/s 1.0 1.0
2.2 工程存在的主要问题
坑头水库存在的主要问题:
1、库区:水库淤积严重,目前泥沙淤积23万m3,已将兴利水 - 8 - 库侵占一半,淤积高程573.6m(淤积高度8.6m);
2、坝体:坑头水库施工时未对大坝基础进行彻底清理,大坝填筑质量差,平均干密度为1.44g/cm3,大坝上游未护砌,下游坝坡无排水沟,右坝段出现较多的裂缝;
3、溢洪道:溢洪道断面较小,且全段未衬砌,出口无消能设施,部分段堵塞严重,达不到设计泄流能力;
4、卧管及涵洞:涵洞侧墙砌石部分砂浆脱落,左侧洞帮有多处细小裂缝,宽1~3mm,底板砼出现蜂窝麻面,卧管消力池损坏,不能正常下泄;
5、其它设施:大坝无工程、水文安全监测设施,无水情测报系统。由于大坝存在诸多问题,水库一直空库运行。
2.3 本次改造内容
对溢洪道断面进行拓宽和挖深,提高溢洪道过流能力,同时拆除原有的三座机耕桥,新建一座机耕桥,对原有的公路桥拆除重建。
- 9 - 3 工程地质及水文地质
3.1区域工程地质及水文地质情况
1)、地质构造及地形地貌
坑头水库位于秦岭东西构造带北缘,祁吕贺兰山字型构造前弧东翼,新华夏系第三隆起带南端,是三大结构体系的复合和联合部位。坝基土为第四系下更新统,主要由粉质土构成。
坝址位于黄河阶地的黄土台垣前缘地带,河谷呈“V”字形南北流向,河谷两岸冲沟发育 ,沟壁陡立,谷内阶地已被冲沟破坏,但仍见由阶梯陡坎残留,谷底地势由北向南倾斜。
2)、水文地质条件
本区地下水类型相对简单,主要受大气降水垂直补给之后,形成地下潜水,由北向南以泉水形式排泄地表,汇入黄河。
3)、地震
按照《中国地震动参数区划图》(2001),本场地的地震设防烈度为Ⅶ度。
3.2 枢纽工程地质
坝体为素填土(Q4ml):浅黄色~褐黄色,上部稍湿,下部湿、稍密~中密。填土以粉土为主,粉质粘土次之,局部含有砾石、腐殖土和遇水软化的钙质结核,均匀性差。本次将表层松散土清除后,在桩号0+030、0+080、0+130m处挖取探井3个(总进尺19.6m),取土样19组(试验结果见表3-1)。土体物理学指标平均值为:含水量值为4.81%,孔隙比值为0.92,天然密度值为15.2KN/m3,干密度值为