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1、石板河水库除险加固工程1综合说明1.1工程位置 石板河水库位于驻马店市遂平县嵖岈山风景区石板河上，系淮河流域汝河水系，是一座具有防洪、供水等功能的小(2)型水库。其下游紧邻嵖岈山风景管理区，由于嵖岈山风景区为遂平西部山丘区，据河南省地质局水文地质队1975年印发的驻马店地区水文地质普查报告查得，该区无论浅层、深层均为贫水区，地下水源贫乏；水库成为向风景管理区提供生活用水的保证水源。工程区距遂平县城25km，近邻京广铁路、京珠高速和107国道，地理位置较为重要。1.2工程建设综述及存在问题 水库始建于60年代，工程在无任何勘测设计资料的情况下即上马施工，建筑物结构简陋，施工质量极为低劣，且无明确
2、的防洪设计标准。“75.8”洪水时冲毁，1993年复建，当时未做任何勘察设计，坝基未做彻底清理就开始填筑坝体，坝体为当地老百姓自行填筑而成；水库至今未做任何加固处理工作，保持原有状况。目前，水库存在的主要问题有：防洪标准偏低。现状坝顶平均高程138.70m，防洪标准不足10年一遇，不满足规范要求；坝基清基不彻底，库水位较高时，主河槽坝段(0+0800+190)坝脚出现渗水现象；当年施工时，右坝肩与坝体结合部处理不彻底，存在高水位右坝肩绕渗之可能；溢洪道为土渠，多次过流冲刷，淤积严重；且其下游出口尾水渠段存在有阻水桥梁1座；水库现状蓄水能力较小（总库容24万m3左右），兴利库容有限，无法满足嵖岈
3、山风景管理区长期发展用水之需要。1.3工程规模石板河水库坝址以上主河道长2.395km，平均比降120。水库上游有曹寺沟水库1座（小(2)型水库，控制流域面积0.85km2），曹寺沟水库与石板河水库区间流域面积2.265km2。根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)和国家防洪标准(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为等，主体工程按5级建筑物设计。本次除险加固，水库采用20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。水库起调水位138.70m，经调洪演算，水库兴利水位拟定为139.00m，相应库容39.5万m3；设计水位140.22m，相应库容51.2万m
4、3；校核水位140.88m，相应库容60.7万m3。水库主要建筑物有大坝、溢洪道和副坝等。1.4工程现状1.4.1大坝大坝为均质土坝，坝长270m，坝顶高程138.50139.00m，最大坝高8.5m，坝顶宽4.0m，无防浪墙；大坝上、下游坡率均为1：2，草皮护坡。在桩号0+165处的坝体下部埋置有1根灌溉用的斜卧输水管道，常年敞泄，影响水库正常运用。1.4.2溢洪道溢洪道位于大坝左岸，为开敞式土渠溢洪道，底部高程137.20m，底宽24m。溢洪道出口尾水渠段现有阻水桥梁一座。1.5水库除险加固缘由及工程设计的主要内容水库自1993年复建至今，一直带病运行，由于缺乏工程经费，至今未对其进行除险
5、加固。经多年运行，水库的主要建筑物均不同程度地出现了一些病险问题，有的属于当时施工条件、施工技术不佳引起的质量隐患，有的属于原改善加固工程遗留的问题，有的属于社会发展的需要。这些问题中有些已相当严重，如不及时处理，将会影响到水库的正常运行，因此，对石板河水库进行除险加固势在必行。由于受工程经费所限，根据管理单位要求，本期除险加固的主要项目包括：根据设计防洪标准加高加固坝体；增设坝顶防浪墙；在坝后坡坡脚处增设贴坡排水和纵向排水沟一道；随着防洪标准的提高，需填筑平均高度为2.0m的副坝1座；土渠溢洪道加固处理等。完成上述工程，计需土方开挖4024m3，石方开挖120m3，土方回填28296m3，砌
6、（抛）石1137m3，砼及钢筋砼360m3。工程概算总投资125.02万元。水库工程特征值见表1-1。表1-1 水库工程特征值表项 目单 位数 量项 目单 位数 量20年一遇设计水位m140.22相应库容万m351.250年一遇校核水位m140.88相应库容万m360.7主坝坝型均质土坝坝顶高程m141.00坝顶宽度m5.0坝 顶 长m340.0最大坝高m11.0防浪墙顶部高程m141.80副坝坝型均质土坝坝顶高程m141.00坝顶宽度m3.0坝 顶 长m50.0最大坝高m3.8溢洪道堰顶高程m138.70型 式开 敞 式堰顶宽m3.0堰 顶 长m24.0设计泄量m3/s71.7校核泄量m3/
7、s123.42水文2.1流域概况 工程区内多为梁状地形和峁状地形，坡陡谷深，土薄石厚，自然条件、环境条件较差，地势西北高、东南低，海拔高度在140.00512.00m之间。石板河水库上游河道长度2.395km，河道平均比降1/20；水库上游有一座曹寺沟水库，属小(2)型水库，控制流域面积0.85km2；曹寺沟水库下游与石板河水库区间流域面积为2.265km2。 工程所在地属北亚热带向北温带过渡地带，具有暖温带季风气候特征，气候温和，四季分明，春光明媚，夏雨充沛，秋高气爽，冬寒晴燥。年风向变化秋冬以北风为主，春夏南风占优势。多年平均气温15，光照总时数2208小时，无霜期224天，多年平均降雨量
8、约8001200mm。2.2水库特性资料2.2.1流域面积、河道特征及库容曲线水库上游有1座小(2)型水库(曹寺沟水库)，控制流域面积0.85km2,两水库区间流域形状酷似“元宝”，流域面积为2.265km2，河道长度2.395km，河道平均比降1/20，水位库容数据关系见表2.21。2.2.2水库等别依据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)和国家防洪标准(GB50201-94)，石板河水库属小(2)型水库，工程等别为等，主要及次要建筑物级别均为5级;设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为300年一遇。表2.21 水位库容数据关系表水位(m)库容(万m3)水位(m)库容(万
9、m3)134.50 14.50 138.00 32.15 134.60 14.85 138.20 33.50 134.80 15.70 138.40 34.80 135.00 16.45 138.60 36.25 135.20 17.23 138.70 37.00 135.40 18.00 138.80 37.85 135.60 18.80 139.00 39.50 135.80 19.75 139.20 41.20 136.00 20.70 139.40 43.00 136.20 21.70 139.60 44.80 136.40 22.70 139.80 46.76 136.60 23.7
10、4 140.00 48.67 136.80 24.80 140.20 50.94 137.00 25.90 140.40 53.24 137.20 27.15 140.60 56.30 137.40 28.35 140.80 58.35 137.60 29.55 141.00 62.88 137.80 30.85 141.20 66.96 2.3设计洪水采用河南省中小流域设计暴雨洪水图集（1984年版，以下简称“84图集”）计算洪水。2.3.1设计面雨量设计雨期确定为24小时，查“84图集”1、6、24小时点雨量值Ht及相应的偏差系数Cv，并计算各频率的设计值Htp(点雨量等于面雨量)汇于表2
11、.31。表2.31 年最大1、6、24小时面雨量表时段tHt(mm)CvCs=3.5Cv1/101/201/501/2001/300KpHtpKpHtpKpHtpKpHtpKpHtp10min17.50.411.55 27.11.80 31.52.12 37.12.58 45.22.72 47.61h480.551.72 82.62.10 100.82.58 123.83.34 160.33.55 170.46h980.651.83 179.32.30 225.42.94 288.13.92 384.24.22 413.624h1350.651.83 247.12.30 310.52.94 3
12、96.93.92 529.24.22 569.7其它不同历时的设计雨量通过暴雨递减指数由下列各式计算：t=16小时，t=624小时，式中: t时段设计频率为P的面雨量，mm；设计1、24小时面雨量，mm；设计历时，h；设计暴雨递减指数：;设计各频率10分钟、1、6、24小时点雨量，mm；相应的点面折减系数，这里为1；n1p、n2p、n3p计算见表2.32。表2.32 各频率暴雨递减指数时段t(h)项目1/101/201/501/2001/3001n1p0.380.350.330.290.291-n1p0.620.650.670.710.712、3、4、5n2p0.570.550.530.510
13、.511-n2p0.430.450.470.490.497、823、24n3p0.770.770.770.770.771-n3p0.230.230.230.230.232.3.2设计净雨降雨径流关系线选用“84图集”“河南省山区丘陵地区降雨径流关系曲线图”号线，土壤最大蓄水量Imax=45mm。由各频率24小时暴雨查“84图集”次降雨径流关系得净雨R24，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨，1020年一遇。计算结果见表2.33。表2.33 区间设计净雨计算表项目1/101/201/501/2001/300设计雨量P247.1310.5396.9529.2569.7前期影响Pa30.0
14、30.0 45.0 45.0 45.0 P+Pa277.1 340.5 441.9 574.2 614.7 查84图集:R24201.0 262.0 361.0 490.0 530.0 2.3.3设计洪水设计洪水采用降雨径流关系计算。1、设计洪量24小时设计洪量采用下式计算：式中:24小时净雨深，mm；区间流域面积。列表计算见表2.34。表2.34 24小时各频率区间设计洪量频率P项目1/101/201/501/2001/300R24(mm)201.0 262.0 361.0 490.0 530.0W24(万m3)45.5359.3481.77110.99120.052、设计洪峰流量用推理公式
15、计算洪峰流量，基本公式为：式中：设计洪峰流量，m3/s；洪峰径流系数；洪峰汇流时间，h；流域面积；干流长度；的平均坡降；设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时面雨量，mm；设计暴雨递减指数,当小时n=n2，小时n=n3：平均入渗率，取mm/h；汇流参数，根据公式，求出。将三个基本公式联立转换成方程：为最大1小时净雨平均强度。先设=0，则S=S，假设在16小时之间，用nn2代入求出0，若106则假设合理（否则设在624之间，用nn3代入求0），再用公式求出S，将S代入求出，将代入基本方程求出，再求出Qm。过程见表2.35。表2.35 区间洪峰流量 频率P项目1/101/201/501/20
16、01/3005.2995.2995.2995.2995.299m0.940.940.940.940.9444444n0.380.350.330.290.29S82.6100.8123.8160.3170.400.6910.6570.6220.5830.574S79.12497.347120.38156.879166.9950.700.660.630.590.580.9580.9660.9720.9790.98Qm57.170.988.3115.2123.23、洪水过程线采用概化过程线叠加方法。依据“84图集”表（2）24小时暴雨时程分配表，结合各历时设计面雨量，计算逐时降雨量。用公式计算逐时净
17、雨量，将其过程绘于图上，如右图上部分，然后绘制概化等腰三角形，底宽为2，高为Qm，以各个时段的净雨平均强度计算各次峰的洪峰流量，按等腰三角形对应于净雨过程绘于图上，叠加绘出24小时洪水过程线，调整过程线量算的洪量与由净雨计算的洪量相等，如图中的下部分。根据图中的叠加过程线查出各时段对应的流量值，形成区间洪水过程线（情况A），见表2.36；由于曹寺沟水库资料不全，20年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核时，水库下泄洪量无法确定。为了确保石板河水库的防洪安全性，考虑另一种计算工况，即不考虑曹寺沟水库的截流影响，石板河水库控制流域面积按3.115km2计（区间流域面积2.265km2曹寺沟水库上游流
18、域面积0.85km2，情况B），洪水过程线见表2.37。表2.36 区间洪水过程表(情况A)时序(小时)1/101/201/501/2001/30070.0 0.0 0.0 0.0 0.0 80.1 0.3 0.6 1.7 2.0 90.4 0.9 1.5 2.8 3.0 100.7 1.1 2.5 4.0 4.2 110.9 1.9 3.5 5.0 5.6 121.3 2.8 4.5 6.6 7.3 132.4 4.6 7.5 9.8 10.8 147.0 9.8 15.0 20.2 22.5 1529.0 35.0 46.0 59.7 63.5 1657.1 70.9 88.3 115.2
19、 123.2 1719.5 24.0 35.0 49.0 52.5 184.5 6.3 10.0 14.0 15.5 191.8 3.2 5.3 7.3 8.2 200.9 1.8 3.2 5.0 5.6 210.4 1.2 2.2 4.0 4.5 220.3 0.8 1.4 2.4 3.0 230.1 0.4 0.8 1.4 2.0 240.0 0.0 0.0 0.0 0.0 表2.37 全流域洪水过程表(情况B)时序(小时)1/101/201/501/2001/30070.0 0.0 0.0 0.0 0.0 80.1 0.3 1.3 2.3 3.0 90.4 0.9 2.5 4.5 5.0
20、 100.8 2.0 4.0 6.0 6.5 111.2 2.5 5.0 7.4 8.0 121.9 3.5 6.3 9.6 10.5 133.7 5.5 9.3 12.5 13.5 148.0 11.0 18.5 26.4 28.0 1536.0 43.7 57.8 75.0 80.0 1677.2 96.0 119.5 155.6 166.5 1728.0 35.0 47.8 65.0 72.0 186.0 9.0 14.0 19.5 21.5 192.5 4.4 6.3 9.5 10.0 201.1 2.6 4.4 6.5 7.5 210.6 2.0 3.0 5.3 6.0 220.4
21、0.8 2.0 3.2 4.0 230.2 0.4 0.8 1.8 2.0 240.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.4洪水调节计算2.4.1洪水调节计算方法采用水量平衡方程逐时段调算水库下泄量及蓄水变化过程，基本公式为：;式中：Q1、q1时段初入库、出库流量；Q2、q2时段末入库、出库流量；V1、V2时段初、末水库蓄水量；水库蓄水量与泄量的关系。2.4.2泄流量计算此水库仅有宽顶堰型溢流坝泄洪，其泄流量计算采用宽顶堰自由出流公式计算，过流能力计算公式如下：式中：Q流量，m3/s； B过流净宽，24m； H0 计入行近流速水头的堰上总水头，m； g重力加速度，m/s2； m流量系数，取1
22、； c侧收缩系数，取1。不同水位下的泄流量计算结果见表2.41。2.4.3调洪计算成果水库泄洪采用溢流堰自由溢流，堰顶高程为138.70m。调洪时考虑以下两种情况：A、洪水来临之前曹寺沟水库有足够的库容拦蓄其上游洪水；B、曹寺沟水库不存在。调洪辅助曲线见表2.41。按调洪原则采用半图解法求得不同频率的蓄水量、最高库水位和最大泄流量。调节结果分别见下列两种详述（表中单位为V：万m3 ；H：m；Q、q：m3/s）。表2.41 调洪演算辅助曲线(t=1小时)库水位H(m)蓄水量V(万m3)(m3/s)q溢洪道(m3/s)(m3/s)138.636.25201.4201.4138.737.00205.
23、60.0205.6138.837.85210.31.2211.5139.039.50219.46.3225.7139.241.20228.913.5242.4139.443.00238.922.4261.3139.644.80248.932.7281.6139.846.76259.844.1303.9140.048.67270.456.7327.1140.250.94283.070.3353.3140.453.24295.884.8380.6140.656.30312.8101.8414.6140.858.35324.2113.1437.3141.062.88349.3133.4482.714
24、1.266.96372.0151.2523.2141、情况A表2.42 调洪过程表P=1/10情况A时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0205.6 37.00 138.7 80.10.1205.7 0.0 205.7 90.40.5206.2 0.1 206.0 100.71.1207.1 0.3 206.5 110.91.6208.1 0.5 207.1 121.32.2209.3 0.8 207.7 37.5 132.43.7211.4 1.2 209.0 37.8 147.09.4218.4 3.7 211.0 38.6 1529.036.0247.0 15.7
25、215.6 41.6 1657.186.1301.6 42.9 215.8 46.6 139.78 1719.576.6292.4 38.2 216.0 45.8 表2.43 调洪过程表P=1/20情况A时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0205.6 37.00 138.7 80.30.3205.9 0.1 205.7 90.91.2206.9 0.3 206.3 101.12.0208.3 0.6 207.1 111.93.0210.1 0.9 208.3 122.84.7213.0 1.7 209.6 38.0 134.67.4217.0 3.2 210.6 38.
26、5 149.814.4225.0 6.0 213.0 39.4 1535.044.8257.8 20.8 216.2 42.7 1670.9105.9322.1 54.0 214.1 48.3 139.96 1724.094.9309.0 46.9 215.2 47.2 41表2.44 调洪过程表P=1/50情况A时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0205.6 37.00 138.7 80.60.6206.2 0.1 206.0 91.52.1208.1 0.5 207.1 102.54.0211.1 1.1 208.9 113.56.0214.9 2.4 210.1
27、124.58.0218.1 3.6 210.9 38.6 137.512.0222.9 5.3 212.3 39.2 1415.022.5234.8 10.2 214.4 40.4 1546.061.0275.4 29.6 216.2 44.2 1688.3134.3350.4 68.8 212.8 50.7 140.18 1735.0123.3336.1 61.4 213.3 49.4 表2.45 调洪过程表P=1/200情况A时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0205.6 37.00 138.7 81.71.7207.3 0.4 206.5 92.84.5211.0
28、 1.1 208.8 104.06.8215.6 2.7 210.2 115.09.0219.2 4.0 211.2 126.611.6222.8 5.2 212.4 39.2 139.816.4228.8 7.6 213.6 39.8 1420.230.0243.6 14.1 215.4 41.3 1559.779.9295.3 39.7 215.9 46.0 16115.2174.9390.7 89.9 210.9 54.1 140.46 1749.0164.2375.1 81.9 211.3 52.8 表2.46 调洪过程表P=1/300情况A时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t
29、-qVH70.0205.6 37.00 138.7 82.02.0207.6 0.4 206.8 93.05.0211.8 1.3 209.2 104.27.2216.4 3.0 210.4 115.69.8220.2 4.3 211.6 127.312.9224.5 5.9 212.7 39.3 1310.818.1230.8 8.5 213.8 40.0 1422.533.3247.1 15.7 215.7 41.6 1563.586.0301.7 43.0 215.7 46.6 16123.2186.7402.3 95.7 210.9 55.2 140.54 1752.5175.7386
30、.6 87.8 211.0 53.8 表2.47 调洪成果表情况AP最高水位(m)最大蓄水量(万m3)最大泄量(m3/s)1/10139.7846.642.91/20139.9648.354.01/50140.1850.768.81/200140.4654.189.91/300140.5455.295.72、情况B表2.48 调洪过程表P=1/10情况B时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0 205.6 37.0 138.7 80.1 0.1 205.7 0.0 205.7 90.4 0.5 206.2 0.1 206.0 100.8 1.2 207.2 0.3 206.
31、6 111.2 2.0 208.6 0.6 207.4 121.9 3.1 210.5 1.0 208.5 37.7 133.7 5.6 214.1 2.2 209.7 38.1 148.0 11.7 221.4 4.7 212.0 39.0 1536.0 44.0 256.0 19.9 216.2 42.5 1677.2 113.2 329.4 57.9 213.6 48.9 140.02 1728.0 105.2 318.8 52.2 214.4 48.0 表2.49 调洪过程表P=1/20情况B时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0 205.6 37.0 138.7
32、 80.3 0.3 205.9 0.1 205.7 90.9 1.2 206.9 0.3 206.3 102.0 2.9 209.2 0.7 207.8 112.5 4.5 212.3 1.5 209.3 123.5 6.0 215.3 2.6 210.1 38.3 135.5 9.0 219.1 3.9 211.3 38.7 1411.0 16.5 227.8 7.2 213.4 39.7 1543.7 54.7 268.1 25.9 216.3 43.6 1696.0 139.7 355.9 71.7 212.5 51.2 140.22 1735.0 131.0 343.5 65.2 21
33、3.1 50.1 表2.410 调洪过程表P=1/50情况B时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0 205.6 37.0 138.7 81.3 1.3 206.9 0.3 206.3 92.5 3.8 210.1 0.9 208.3 104.0 6.5 214.8 2.4 210.0 115.0 9.0 219.0 3.9 211.2 126.3 11.3 222.5 5.1 212.3 39.1 139.3 15.6 227.9 7.2 213.5 39.7 1418.5 27.8 241.3 13.0 215.3 41.1 1557.8 76.3 291.6 37.8
34、 216.0 45.7 16119.5 177.3 393.3 91.4 210.5 54.3 140.48 1747.8 167.3 377.8 83.3 211.2 53.0 表2.411 调洪过程表P=1/200情况B时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0 205.6 37.0 138.7 82.3 2.3 207.9 0.5 206.9 94.5 6.8 213.7 2.0 209.7 106.0 10.5 220.2 4.3 211.6 117.4 13.4 225.0 6.0 213.0 129.6 17.0 230.0 8.1 213.8 39.9 1312
35、.5 22.1 235.9 10.7 214.5 40.5 1426.4 38.9 253.4 18.7 216.0 42.2 1575.0 101.4 317.4 51.4 214.6 47.9 16155.6 230.6 445.2 116.6 212.0 59.1 140.80 1765.0 220.6 432.6 110.8 211.0 57.9 表2.412 调洪过程表P=1/300情况B时段QiQi+Qi+12V/t+qq2V/t-qVH70.0 205.6 37.0 138.7 83.0 3.0 208.6 0.6 207.4 95.0 8.0 215.4 2.6 210.2 106.5 11.5 221.7 4.9 211.9 118.0 14.5 226.4 6.6 213.2 1210.5 18.5 231.7 8.9 213.9 40.1 1313.5 24.0 237.9 11.6 214.7 40.7 1428.0 41.5 256.2 20.0 216.2 42.5 1580.0 108.0 324.2 55.1 214.0 48.4 16166.5 246.5 460.4 123.4 213.6 60.7 140.88 1772.0 238.5 452.1 119.7 212.7 59.8 表2.413 调洪成果表情况BP最高