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东北大歹水库水利除险加固设计

时间:2017-09-27 18:54来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是水利工程论文,通过工程地质勘察,对工程岩土进行取样试验,确定岩体物理力学指标,查看库区附近地形地貌条件,绘制工程所需不同比例尺地形图,同时寻找天然建材分布。
第一章  绪论 
 
1.1 选题依据和研究意义
东北大歹水库是一座位于低山丘陵区的小(1)型拦河水库,是一座集防洪、灌溉、水产养殖、改善生态等综合利用的水库。但存在诸多问题,包括水库防洪标准低,现状防洪能力不足 20 年一遇;水库主、副坝高程不足,大坝断面尺寸不足,渗流稳定不满足《碾压式土石坝设计规范》要求,大坝迎、背水坡无护坡工程以及溢洪道输水渠道无防护措,消能设施损坏严重等问题。2015 年 1 月通辽市神禹水利勘察设计有限公司组织人员对水库进行了现场检查,并完成了《奈曼旗东北大歹水库安全鉴定》工作。2015 年 1 月,由通辽市水务局安全鉴定专家组对东北大歹水库进行大坝安全鉴定。根据《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》,水库安全性级别综合评价为 C 级,大坝安全属三类坝,亟待进行除险加固。 水库既是江河防洪系统的重要构成部分,也是防洪和抗旱的重要工程措施,水库安全关乎人民群众生命财产安全和区域社会经济发展。东北大歹水库的建设提高了地区防洪标准,保护着下游人民生命财产的安全,发展了农业灌溉,同时改善了干旱地区的生态环境,改善了农牧业生产条件,为当地农业发展提供了可靠的基础条件,为当地人民群众脱贫致富,全面达到小康社会奠定了有利的物质基础条件。但是水库存在带病运行的问题,且有关部门对水库安全鉴定为三类坝,因此有必要进行除险加固。 进行病险水库除险加固具有巨大的社会和经济效益,一是提高水库安全度,充分发挥水库的防洪减灾作用,有力地夯实了防洪工作的工程基础;二是恢复和加强水库综合功能,可以解除病险水库对周边下游城镇、工厂和交通等基础生产生活设施的威胁,保障人民生命财产安全;三是可以改善水库运行管理条件,通过除险加固,可以改善病险水库的交通条件和水文监测系统等,为水库兴利提供保障;四是改善水库周边的生态环境,通过实施除险加固,可使加固后的水库成为安全的休闲场所、新农村建设的亮点[1]。因此,进行水库除险加固设计工作,对保障人民生命财产安全和维护社会和谐稳定具有重要的现实意义。 
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1.2 国内外研究现状 
我国的中小型水库数量多,有资料显示截至  2007  年年底我国拥有各类水库 87085  座,其中小型水库  83315  座,占水库总数的  95.67%,小型水库绝大多数修建于  20  世纪  50-70 年代,约占  93%[2]。这些中小型水库在防洪、发电、灌溉、供水等方面发挥着巨大作用。但不容忽视的是这些水库存在着不同程度的病险问题,问题包括由于设计资料缺乏导致的设计不严格,工程质量不合格;土坝防渗处理使用的不得当,未考虑实际情况使用灌浆技术进行防渗处理;配套管理设施存在质量不足的问题等[3]。具体案例,如 1958 年建成的江苏省沙河水库,其建设标准低、配套不全等工程问题较多,虽然历年来对沙河水库大坝及其配套水库建筑物进行了多次修缮加固处理,但是水库仍然存在诸多险工隐患,如坝基渗漏问题、大坝上下游坡抗滑稳定安全系数不符合规范要求问题、坝面砌石隆起及凹陷问题、防浪墙断裂问题等[4]。有关研究人员做了大量研究工作,提供了丰富的理论和实践经验[5-58]。 有关资料显示大坝事故常见四种形式为设计洪水偏低引起漫顶事故;地质勘探工作不充分引发大坝失稳和渗漏事故;设计与施工缺陷引起的大坝老化加速出现安全问题;突发地震等特殊荷载。由于大坝事故情况呈现多样化,必须针对不同大坝的特点和条件,设置具体安全监测项目,对大坝变形、渗流、应力应变等情况进行连续而全面的监测[5],并对实测数据进行及时处理分析,在此基础上进行大坝安全综合评判,以实现大坝的安全运行目的[6]。目前,国内外学者做了较多的水库大坝安全监测和控制研究工作,研究工作大致分为五个方面:一是观测资料的误差处理分析;二是观测资料的正分析;三是观测资料与大坝结构性态的反分析;四是反馈分析与安全监控指标的拟定;五是大坝安全综合评判与决策[7][8]。 
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第二章  自然地理概况 
 
2.1  工程概况 
东北大歹水库是一座低山丘陵区小(1)型拦河水库,于 1999 年 11 月由地方自筹资金建成,该水库由拦河坝、溢洪道组成。水库原设计死水位 404.65m,死库容 26.5 万 m3,正常高水位 406.00m,兴利库容 58.5 万 m3,设计洪水位406.90m,校核洪水位 408.10m,水库调洪库容 74.5 万 m3,总库容 159.5 万 m3。 东北大歹水库是一座集防洪、灌溉、水产养殖、改善生态等综合利用的水库。 (1)防洪:该水库承担着下游 2 个村屯,人口 0.12 万人,牲畜 0.3 万头只,耕地面积 0.5 万亩的防洪任务。 (2)灌溉:该水库设计提水灌溉面积为 0.75 万亩,有效灌溉面积 0.4 万亩,最大实际灌溉面积 0.36 万亩。 (3)养渔:东北大歹水库养渔面积 500 亩,平均年产鲜鱼 4000 公斤,多年以来,渔业收入一直是水库的主要经济来源,水库工人工资及水库管理费用也需要依靠渔业收入来支付。 (4)改善生态:水库建成后,有效地抬高了地下水位,周边林草茂密,对农业、林业的发展和周边生态环境的改善起到相当大的作用。 水库原设计洪水标准 20 年一遇,校核洪水标准 50 年一遇。经对水库洪水标准复核,水库现状防洪能力不足 20 年一遇,低于国标《防洪标准》(GB50201-94)中规定的 20 年一遇设计洪水标准和 200 年一遇的校核洪水标准。
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2.2 水文气象 
东北大歹水库位于奈曼旗新镇北部,是教来河支流杜贵河上的一座小(1)型拦河水库,杜贵河位于东经 121°38′—121°46′,北纬 42°34′—42°50′,流域面积210.5km2,河道比降为 2.5‰,全长 32.8km,东与柳河流域相邻、南与牤牛河流域毗邻。东北大歹水库流域面积 14km2,河道比降 2‰,全长 10km。杜贵河发源于通辽市奈曼旗新镇小东沟,流域形状呈羽毛形,各支流至新镇苏木哈日苏农牧场伊和塔拉附近,先后汇入杜贵河干流,向东至伊和塔拉附近汇入伊和塔拉泡子。杜贵河上建有 5 座拦河水库,由上到下依次为:新镇水库、呼沁苏木水库、东北大歹水库、长风皋水库、太平水库;呼沁苏木水库控制流域面积 46.9km2,上游河长为 2.25km,呼沁苏木水库到东北大歹水库区间流域面积为 14km2,区
间河长为 10km,比降 2‰,东北大歹水库到长风皋水库区间流域面积 20km2,区间河长为 18km,长风皋水库到太平水库区间流域面积 86km2区间河长 0.94km。 该区气候类型为北温带大陆性季风型气候,该区属于干旱、半干旱地区,多年平均降雨量值为 446.8mm,降水的年内分配极不均匀,年际变化大。1994 年出现最大降水量 673.0mm,而 1983 年出现最小降水量 291.1mm,差值较大。年内降水主要集中在 6-8 月,降水量约占年降水总量的 70%左右。多年平均气温为6.7℃,年极端最高气温 38.9℃,最低气温-29.3℃。该区多年平均蒸发量(E601蒸发皿,下同)1070.7mm,春季蒸发量较大,年最大蒸发量 1410.6mm(1983年),年最小蒸发量 830.1mm(1991 年)。区内风能资源丰富,年平均风速 3.6m/s,多年平均最大风速 18.0m/s,冬季西北风,夏季偏南风或西南风,3-5 月份风速最大。 
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第三章 水文分析计算 ...... 9 
3.1 设计年径流 ........ 9 
3.1.1 设计年径流水文比拟法的计算 .... 9
3.1.2 设计年径流等值线法的计算 ..... 10 
3.1.3 设计年径流成果确定和年内分配 ......... 11 
3.2 设计洪水 ......... 11
3.3 调洪演算 ......... 18 
3.4 抗洪能力复核...... 21 
3.5 防洪标准复核结论 .......... 28 
第四章 工程地质 .... 29 
4.1 概述 ..... 29 
4.2 区域地质概况...... 29 
4.3 库区工程地质条件 .......... 32 
4.4 坝址区工程地质评价 ........ 33 
4.5 天然建筑材料...... 37
4.6 小结 ..... 38 
第五章 除险加固设计 .... 40 
5.1 设计依据 ......... 40 
5.2 大坝除险加固设计 .......... 42 
5.3 溢洪道整治设计 .... 54
5.4 灌溉建筑物与观测设施 ..... 55 
 
第五章  除险加固设计
 
5.1 设计依据
东北大歹水库是辽河流域教来河支流杜贵河上的一座小(1)型拦河水库,水库总库容为 125.43 万 m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,当山区、丘陵区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于 15m,且上下游最大水头差小于 10m 时,其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。确定东北大歹水库设计洪水标准为 20 年一遇,校核洪水标准为 100年一遇。水库工程等别为Ⅳ等,主要建筑物级别为 4 级,次要建筑物级别为 4级。根据《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》,水库安全性级别综合评价为 C 级,大坝安全属三类坝,亟待进行除险加固。  (1)水库现状防洪能力不足 20 年一遇,低于国标《防洪标准》(GB50201-94)规定的 20 年一遇设计洪水标准和 100 年一遇校核洪水标准。(2)工程所在地区地震基本烈度为 6 度,不需进行抗震稳定复核。(3)大坝抗滑稳定满足规范要求,渗流稳定不满足规范要求,大坝需加高培厚,增加大坝上下游护坡。(4)对现状溢洪道进行维修加固。(5)增设必要的管理设施及观测设施。 
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结论 
 
针对东北大歹水库水库带病运行,存在安全隐患,需要抢险加固以保证下游人民群众生命财产安全的实际问题,本文通过进行有关水文分析计算和有关工程评价明确水库问题所在,参照规范要求利用计算出的成果进行除险加固设计。在东北大歹水库除险加固设计过程中,得到了如下的成果和结论。 
(1)大坝无护坡工程,受风浪淘刷塌陷脱坡严重,局部有陡坎;溢洪道输水渠道无防护措施,消能设施损坏严重;水库缺少必要的管理设施和观测设备。水库现状防洪能力不足 20 年一遇,渗流稳定不满足规范要求,大坝需加高培厚,增加大坝上下游护坡。根据《水库大坝安全鉴定办法》、 《水库大坝安全评价导则》,水库安全性级别综合评价为 C 级,大坝安全属三类坝。 
(2)通过计算,东北大歹水库总库容 125.43 万 m3的小(1)型水库,水库设计洪水标准为 20 年一遇,校核洪水标准为 100 年一遇。水库坝址以上流域面积为 14km2。设计水位(P=5%)为 407.48m,相应库容 84.20 万 m3;校核水位(P=1%)为 408.04m,相应库容 112.30 万 m3。主坝长 270m,副坝长 500m,溢
洪道底坎高程 406.00m,设计水位时泄量 63.00m3/s,校核水位时泄量 97.90m3/s。 
(3)区内地下水属于第四系松散岩类孔隙潜水,主要含水层为砾砂,含水层厚度 5—12 米,渗透性较好。地表水和地下水化学类型为 HCO3—Ca 型,水质较好,对砼无腐蚀性。 
(4)水库坝体稳定性较好。本区地震烈度为Ⅵ度,设计基本地震加速度值为 0.05g,设计地震第一组。经分析计算,坝址及水工建筑物区的渗透变形主要为流土,但不会发生接触流失不会发生接触冲刷;坝基素填土(大坝填土)允许水力比降值为 0.67,粉土允许水力比降值为 0.69;场地内各饱和粉土为非液化土。 
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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