东窑沟骨干1#坝初步设计.doc

1 概况 1·1基本情况 东窑沟1#骨干坝位于右玉县北部李达窑乡境内东窑沟的主沟内，大坝控制流域面积6.34km2,属黄土丘陵沟壑区中的土石山区，主要地貌类型为梁、坡、峁、沟，地形支离破碎、沟壑纵横，水土流失严重，年平均侵蚀模数为8000t/km2.a。坝址两岸坡土层较厚，为粉状壤土，含有少量砾石；沟底基岩裸露，多为玄武岩。取土场分布在大坝右岸，土壤相对湿度适中，颗粒级配均匀，符合筑坝土料标准。 1·2区域社会经济情况 东窑沟1#骨干坝坝控范围全部在东窑沟范围内，该区域内共有村庄6个，人口780人，耕地4858亩，人均耕地6.2亩，粮食产量388640kg，平均亩产80 kg，人均粮食498kg，人均收入697元，经济相对落后。尤其是近几年连续遭灾，当地群众的生产、生活十分困难，广种薄收，靠天吃饭的局面一直没有大的改变。 1·3区域综合治理现状及规划情况 东窑沟是东窑沟小流域的一部分，流域面积11.21km2,其中耕地面积324 hm2,占总面积的28.9%；林地面积272 hm2, 占总面积的24.3%；人工种草40 hm2, 占总面积的3.6%；非生产用地40 hm2, 占总面积的3.6%；荒地444 hm2, 占总面积的39.6%。小流域内耕地已全部承包到户，并发放土地承包使用证书。从流域的治理现状来看，农林牧各业用地比例极不协调，人均耕地达10亩左右，基本农田仅占1/10，农业生产仍是广种薄收、靠天吃饭。从人口密度看，地广人稀，人均土地达2.04 hm2,土地利用率低下，荒地占到总面积的39.6%，亟待开发利用。为改变目前状况，提高土地利用率，增产增收，拟在东窑沟片修建骨干坝2座，中型坝3座及一些小坝。工程建成后，可有效地遏制水土流失，改善基础的生存条件，达到保水保土，改变生态环境，提高人民生活质量的目的。 1·4兴建该工程的目的和作用 东窑沟1#骨干坝的兴建可有效拦截区域内的洪水泥沙、消减洪峰、稳定河床、防止沟壑侵蚀、抬高侵蚀基点，提高东窑沟小流域坝系的防洪能力，减少下游水毁灾害。淤成的坝地可促进坡耕地退耕还林还草，同时结合流域坡面治理工程，可有效改善区域生存环境。该坝的建成蓄水可解决人畜饮水困难，发展灌溉，对推动当地农业的发展具有重要作用。 1·5地形资料及建筑材料 本工程设计前对坝址地形进行了实测，从实测的1：500坝址地形图可以判知：右岸高差大，为26.84m，坡势较缓；左岸高差小，为19.22m，坡势较陡。取土场可设于坝址的右岸，最大运土距离为200m。 东窑沟1#骨干坝的主要材料为：上坝土方、石料、沙子、水泥、钢材、木材。土料分布在坝址的右岸，岸坡土层厚，为壤土，储量充足，可以满足筑坝要求，平均运土距离为80m。块石在距坝35km的料场购买，料源充足，石质良好，用汽车运输，购买价60元/方。沙子可从距坝址35km的砂场购买，质量和料源均可满足工程所需，运输工具为汽车，购买价为35元/方。水泥选用32.5#普通硅酸盐水泥，钢筋选用Ⅰ级钢，木材选用松木板材，均可从距坝址约32km的县城购买，运输工具为汽车，购买价分别为水泥280元/吨，钢筋3600元/吨，木材1150元/方。 1·6水文及气象资料 该流域内没有水文、气象测报站，其水文气象资料来源于右玉县气象局提供的有关数据。多年平均气温3.6℃，年平均无霜期104天。沟道内无泉水出露，无径流形成。 该流域属大陆性半干旱季风型气候，冬长夏短，其特点为干旱。据右玉县气象站观测记载， 多年平均降水量414mm，最大年降水量662mm，最小年降水量115.5mm，降水在年内变化较大，汛期6—9月份降雨量占到年降雨量的77.2%，易形成短历时洪水，并含有大量泥砂。最大24小时暴雨值55mm，年平均侵蚀模数8000t/km2.a。 2 水文计算 2·1设计依据及设计标准 2.1.1设计依据: 《水土保持综合治理 技术规范 沟壑治理技术》（GB/T16453.3—1996），（以下简称为《国标》）。 《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003），（以下简称为《部颁规范》）。 山西省企业标准《淤地坝工程技术规范》（晋Q 834—85），（以下简称为省规范））。 《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）。 《黄土高原地区水土保持淤地坝工程初步设计要求》 《水利水电工程制图标准 水土保持图》（SL73.6-2001）。 实测1：500坝址地形图和1：10000地形图及流域现状调查资料。 2.1.2设计标准： 该坝库容大约在100万方以上，洪水设计标准选用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，淤积年限20年。 2·2水文计算 2·2·1设计暴雨量计算 采用《省规范》公式 H24·p=Kp·H24 式中：H24·p——频率为p的24小时暴雨量 （mm）； Kp——频率为P的皮Ⅲ型曲线模比系数； H24——最大24小时暴雨均值 （mm）。 查《省规范》表D-4得： H24=55mm CV=0.55 CS=3.5CV 根据以上数据查《省规范》表D—3得 K3%=2.43 K0.33%=3.55 将数据代入公式计算得： H24·3%=2.43×55mm=133.65mm H24·0.33%=3.55×55mm=195.25mm 2 · 2 · 2设计洪峰流量计算 采用《省规范》公式： Qp=C1 · H24·p· F2/3 式中：Qp——频率为P的洪峰流量 （m3/s）； C1——洪峰地理参数，查《省规范》表3-1取C1=0.18； F——骨干坝控制流域面积，F=6.34 km2 其它符号同前。 将数据代入公式计算得： Q3%=0.18×133.65× 6.342/3=82.41m3/s Q0.33%=0.18×195.25×6.342/3=120.39m3/s 2 · 2·3设计洪水总量计算 采用《省规范》公式： Wp=K · Rp · F 式中：Wp——频率为P的设计洪水总量 （万m3）； K——小面积洪水折减系数， 查《省规范》表3-2取K=0.8； Rp——设计暴雨的一次洪水模数 （万m3/km2）；由设计暴雨查《省规范》表D-5得： R3%=4.36万m3/km2 R0.33%=9.37万m3/km2 其它符号意义同前。 将数据代入公式计算得： W3%=22.11万m3 W0.33%=47.52万m3 2·2·4 年来沙量计算 采用《省规范》公式： VS=（1-KS） · S · F 式中：VS——年来沙量 （万m3）； S——年均侵蚀模数 S=8000t/km2.a KS——坡面措施年均拦沙率，根据上游治理情况取KS=0； VS=1.0×8000/1.35× 6.34 =3.76万m3 V拦=3.76×20=75.20 万m3 水文计算成果汇总如下表： 控制面积 暴雨mm 洪峰(m3/s) 洪量(万m3) 淤积量(万m3) Km2 H3% H0.33% Q3% Q0.33% W3% W0.33% 年限 总量 6.34 133.65 195.25 82.41 120.39 22.11 47.52 20 75.20 3 工程设计 3·1枢纽组成 通过实地勘测、调查坝址处地形、地质情况，经多方案比较，确定东窑沟1#骨干坝的枢纽组成为：大坝和放水建筑物（卧管、涵洞）两大件，不设溢洪道，放水建筑物布设在大坝右岸。坝址附近有适宜的壤土，其储量足以满足填筑坝体的需要，沟内无常流水，坝型选择均质碾压土坝。 3·2土坝设计 3.2.1筑坝土料设计 筑坝土料的平均运距为80m，土质为壤土，其有机质含量小于2%，水溶盐含量小于5%，理化性质均能满足碾压土坝对土质的要求。施工时土料的最优含水量应控制在12～20%之间，坝体干容重达到1.55t/m3。 3.2.2坝高—库容—面积曲线绘制 根据1：10000库区地形图，首先量出各层等高线包围面积，然后计算各层间库容及累计库容，得到下表数据，最后绘出坝高—库容—面积曲线。曲线的绘制要结合实测坝址地形图确定，沟底相对高程为991m，详见附图。 坝高--库容--面积库容曲线计算表 高程（m） 高差 面积（万m2） 平均面积(万m2) 体积 （万m2） 累积体积（万m2） 991 　 0 　 　 　 4 1.25 5 5 995 2.5 4 4 16 21 999 5.5 4 6.75 27 48 1003 8 2 8.6 17.2 65.2 1005 9.2 2 9.6 19.2 84.4 1007 10 2 10.4 20.8 105.2 1009 10.8 2 11.2 22.4 127.6 1011 11.6 2 11.95 23.9 151.5 1013 12.3 　 　 　 　 　 　 3.2.3坝高计算 采用公式 H=h拦+h滞+h安 式中：H——总坝高 （m）； h拦——拦泥坝高 （m）； h滞——滞洪坝高 （m）； h安——安全超高 （m）。 由V拦= 75.20万m3,查曲线图得h拦=15.06m，相应拦泥高程为1006.06 m，淤地面积7.52hm2。 设计情况下：V滞3%=22.11万m3，V拦+ V滞=75.2+22.11=97.31万m3，查曲线得h拦+ h滞= 17.24m，相应设计洪水位高程为1008.24m，h滞3%=2.18m。 校核情况下：V滞0.33%=47.52万m3，V拦+ V滞=75.2+47.52=122.72万m3，查曲线h拦+ h滞=19.58m，相应校核洪水位高程为1010.58m, h滞0.33%=4.52m。 查《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003）表4.1.4-1,取安全超高h=1.5m，则： H设= 17.24+1.5=18.74m H校=19.58+1.5=21.08m 取坝高为21.1m，相应坝顶高程1012.1m。 3.2.4施工渡汛期拦洪坝高计算 为保证大坝施工期安全渡汛，需计算汛期拦洪坝高。坝体在汛期前必须达到二十年一遇洪水重现期防洪渡汛高程。经计算，该骨干坝二十年一遇设计标准下洪水总量为W5%=0.8×6.34×3.13=15.88万m3，卧管第一台阶放水孔高程以下死库容为1.30万m3，则总库容17.18万m3，查H-V-F曲线知，相应坝顶高程为998.30m，取安全超高1.5m，则相应坝顶高程为999.8 m。 3.2.5坝体断面尺寸确定 ⑴ 坝顶宽度 坝顶有交通要求,坝高在 10m以上，考虑交通要求，取坝顶宽B=4m。 ⑵ 坝坡 根据坝高、筑坝土料土质，并参考已成工程经验数据确定：上游坝坡1：2.5、1：2.0；下游坝坡1:2、1：1.5，并在上、下游坝坡设置马道,马道宽2.0m。 ⑶ 坝坡排水 为防止暴雨冲刷坝面，在下游马道内侧设横向排水沟，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，纵横排水沟相互连通，将水流送出坝脚以外。为防止坝肩两岸排水汇流坝顶形成洞穴，虑及坝体安全，必须设置坝肩排水沟，与纵问排水沟相连。排水沟为矩形断面，马道排水沟断面20cm×20cm（宽×深），坝肩及岸坡排水沟尺寸为20cm×20cm（宽×深），边墙、底板厚均为20cm，用M7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。 ⑷ 坝基、岸坡、结合槽处理 坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，清基范围应超出坝的坡脚线0.5m，清基平均深度20cm。凡在清基范围内的地面表土、乱石、草皮、