中型壩初設(shè)報(bào)告

1、河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩新建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告河南華北水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司二零一一年十一月批 準(zhǔn)： 張新中審 核： 田林鋼校 核： 張獻(xiàn)才 編 寫： 張獻(xiàn)才 巴超 參加人員： 衡家然 王廣杰 巴超 王潔 目 錄前言31綜合說明52基本情況82.1自然概況82.2社經(jīng)情況92.3壩址及其上下游溝道工程情況102.4氣象水文泥沙102.5建筑材料113水文計(jì)算133.1工程等別及建筑物級別133.2水文計(jì)算134工程設(shè)計(jì)234.1設(shè)計(jì)依據(jù)及樞紐組成234.2壩體設(shè)計(jì)244.3放水建筑物設(shè)計(jì)304.4溢洪道的設(shè)計(jì)395施工組織設(shè)計(jì)435.1施工條件435.2施工進(jìn)度計(jì)劃435.

2、3施工方法與質(zhì)量445.4施工導(dǎo)流496工程量計(jì)算506.1土壩工程量計(jì)算506.2放水建筑物工程量計(jì)算516.3溢洪道工程量計(jì)算527工程概算537.1編制依據(jù)和方法537.2基礎(chǔ)單價(jià)537.3建筑工程單價(jià)編制547.4獨(dú)立費(fèi)用557.5編制成果558工程建設(shè)與運(yùn)行管理888.1建設(shè)期管理888.2運(yùn)行期管理889效益分析909.1基礎(chǔ)效益909.2經(jīng)濟(jì)效益919.3社會(huì)效益929.4生態(tài)效益939.5效益評價(jià)93附件一：河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報(bào)告審查意見附件二：登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見附件三：杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)圖冊前言逛河小流域位于登封市西南部，

3、距市區(qū)約45km，系黃河支流伊河的一級支溝，屬黃土丘陵溝壑區(qū)副區(qū)，流域內(nèi)總?cè)丝?.2萬人，山峁起伏，溝壑縱橫、坡陡溝深、支離破碎，溝壑密度1.76km/km2，流域內(nèi)地面組成物質(zhì)以褐土和棕壤土為主，植被覆蓋率較低，水土流失較為嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源緊缺。為治理水土流失，攔泥淤地，減少入黃泥沙，提高水資源利用率，改善當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活條件和區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，建設(shè)逛河小流域壩系工程是必要的。受河南省登封市水務(wù)局委托，按照黃河流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱和水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL289-2003等有關(guān)規(guī)定，河南華北水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司于2

4、009年2月組織技術(shù)人員深入實(shí)地，通過實(shí)地測量和勘察，參考河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報(bào)告審查意見和杜窯南中型壩典型設(shè)計(jì)報(bào)告，遂編制完成了河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩新建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告及附件。本次初步設(shè)計(jì)工作，得到了登封市水務(wù)局和地方各級政府的大力支持，在此表示衷心的感謝。主要成果：1主體報(bào)告河南省登封市逛河小流域片壩系工程杜窯南中型壩新建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告2附件：河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報(bào)告審查意見登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見3附圖 逛河小流域片壩系工程布局圖（GHXLY-DYN-01）大壩總平面布置圖 （GHXLY-DYN-D

5、B-01）壩軸線剖面圖 （GHXLY-DYN-DB-02）水位庫容面積曲線圖（GHXLY-DYN-DB-03）大壩標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖 （GHXLY-DYN-DB-04）大壩細(xì)部構(gòu)造圖 （GHXLY-DYN-DB-05）溢洪道平面布置圖 （GHXLY-DYN-YHD-01）溢洪道剖面圖 （GHXLY-DYN-YHD-02）溢洪道橫斷面圖 （GHXLY-DYN-YHD-03）溢洪道細(xì)部圖 （GHXLY-DYN-YHD-04）臥管平面、剖面圖 （GHXLY-DYN-SSD-01）涵管設(shè)計(jì)圖 （GHXLY-DYN-SSD-02）臥管、平管細(xì)部圖 （GHXLY-DYN-SSD-03）蓋板配筋圖 （GHXLY-

6、DYN-SSD-04）1綜合說明根據(jù)河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報(bào)告審查意見（以下簡稱審查意見）的批復(fù)，小流域壩系建設(shè)范圍，即小流域總面積為65.35km2；侵蝕模數(shù)采用4750t/km2a；壩系建設(shè)原則為以中型壩為主控制流域水沙，因地制宜布設(shè)中、小型淤地壩，攔截泥沙，合理利用水資源，最大限度地發(fā)揮壩系工程的綜合效益；壩系工程布局與建設(shè)規(guī)模為，該壩系總規(guī)模為18座，其中：新建中型壩3座，加固配套中型壩2座，新建中型壩10座，新建小型壩3座。杜窯南中型壩位于壩系西北部的潁陽鎮(zhèn)，壩址位置為東經(jīng)1128548，北緯381618，地屬伊河支流逛河小流域的潁陽溝9溝道上，該區(qū)屬黃土山麓丘陵溝

7、壑區(qū)，境內(nèi)植被稀少，地形支離破碎，溝壑縱橫，水土流失較為嚴(yán)重。該壩建成后，將泥沙就地?cái)r蓄，使荒溝變良田，促使溝道實(shí)現(xiàn)川臺(tái)化，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化，進(jìn)而能夠促進(jìn)陡坡地退耕還林還草，增加林草覆蓋率，有利于保障區(qū)域糧食和生態(tài)安全。同時(shí)，將使流域區(qū)間范圍水沙資源得到充分合理利用，保障了該壩下游至流域出口段群眾生命財(cái)產(chǎn)和生產(chǎn)建設(shè)的安全，同時(shí)減輕了流域下游工程防洪壓力，為國家節(jié)省了防洪費(fèi)用。在庫區(qū)1/10000地形圖上量出匯水面積1.83km2，與河南省登封市逛河小流域壩系工程可行性研究報(bào)告（以下簡稱可研報(bào)告）一致；根據(jù)實(shí)測1/1000地形圖，采用等高線法量計(jì)不同高程的水位、面積成果，繪制出水位面積庫

8、容關(guān)系曲線。經(jīng)計(jì)算，工程總庫容為11.09萬m3，最大壩高為17.3m，與批復(fù)可研報(bào)告總庫容為10.69萬m3，最大壩高為18.5m基本一致。流域內(nèi)及鄰近地區(qū)無實(shí)測水位、流量資料，也沒有雨量資料，利用河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集，采用小流域推理公式法推求設(shè)計(jì)洪水。經(jīng)計(jì)算，20年設(shè)計(jì)洪峰流量為62.21m3/s，洪水總量為19.75萬m3；50年一遇校核洪峰流量為80.64m3/s，洪水總量為28.57萬m3。本工程為新建工程，采用由土壩、放水建筑物(臥管、涵管)和泄洪建筑物（溢洪道）“三大件”組成。設(shè)計(jì)最大壩高為17.3m，壩頂長121.5m，壩頂寬度3.0m，上游壩坡12，下游壩坡11.5

9、。工程總庫容為11.09萬m3，其中，攔泥庫容為7.00萬m3，滯洪庫容為6.44萬m3；設(shè)計(jì)淤泥面高程為643.38m，校核洪水位為646.41m，壩頂高程為647.91m。放水工程由臥管和涵管兩部分組成。臥管最低放水孔高程640.00m，臥管最高放水孔高程646.81m，臥管長度21.67m，斷面尺寸為0.4m0.4m；放水孔孔型為倒圓臺(tái)型，上口直徑0.28m，下口直徑0.25m；涵管出口高程638.40，第一段比降1:100，長64.0m，內(nèi)徑0.8m，壁厚0.2m，第二段比降33.33%，長14.34m，內(nèi)徑0.8m，壁厚0.2m；消力池長度3.50m，斷面尺寸為3.50m1.2m0.

10、7m。溢洪道全長102.46m，20年一遇設(shè)計(jì)流量50.4m3/s，由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池段四部分組成，進(jìn)口底高程采用設(shè)計(jì)淤積面高程642.82m，長28.00m；控制段底高程643.38m，長30.00m；泄槽段長30.46m泄槽段起點(diǎn)底高程為643.38m，出口底高程為633.23m；消力池段底高程為633.23m，池深2.60m，長18.00m。采用底寬8m，重力式擋墻矩形斷面?？偣こ塘?.92萬m3，其中土石方明挖1.0萬m3，土方回填2.89萬m3，砌石1554.00m3，鋼筋砼102m3，總工時(shí)3.98萬個(gè)。主要材料包括鋼材0.41t，水泥159.91t，柴油65.54t

11、。工程總投資為178.3萬元，其中建筑工程費(fèi)156.39萬元，獨(dú)立費(fèi)用16.72萬元，預(yù)備費(fèi)5.19萬元。杜窯南中型壩建成后，基礎(chǔ)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益明顯，建議盡早開工建設(shè)。2基本情況2.1自然概況2.1.1地理位置工程位于河南省登封市西北的潁陽鎮(zhèn)，距登封市約45km，地理坐標(biāo)為壩址位置為東經(jīng)1128548，北緯381618，地屬伊河支流逛河小流域的潁陽溝7溝道上，壩控面積1.83km2。2.1.2地質(zhì)地貌壩控流域區(qū)地處黃土丘陵溝壑區(qū)副區(qū)，流域以中高山區(qū)為主，溝壑密度大，山高坡陡。流域內(nèi)地表土層質(zhì)地疏松，抗蝕性差，易于沖刷侵蝕、沉陷，經(jīng)長期水力、重力侵蝕及其它外營力的剝蝕作用，在

12、流域內(nèi)形成了以長梁為主、梁坡相間、地形破碎、溝壑縱橫的地貌特征。根據(jù)批復(fù)審查意見，侵蝕模數(shù)采用4750t/km2a。工程所在溝道的主溝長2.09km，支毛溝11條，溝壑密度1.76km/km2，溝道比降為21.4%，左岸平均坡度約為1：2.1，右岸平均坡度約為1：1.2，溝深約17m，溝底寬度約45m，高程為633.61m。壩址處地質(zhì)條件良好，無構(gòu)造斷裂帶通過，地基穩(wěn)定。壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺(tái)地，分布有中粉質(zhì)壤土，且位于地下水以上，易開采，質(zhì)地良好，滿足筑壩要求。2.1.3地震情況根據(jù)中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001）查得：工程區(qū)地震動(dòng)峰加速度0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)普特

13、征周期值為0.35s，地震基本烈度為度，不考慮抗震問題。2.2社經(jīng)情況2.2.1社經(jīng)狀況工程涉及潁陽鎮(zhèn)杜窯自然村。涉及47戶，總?cè)丝?00多口，勞動(dòng)力89人；羊257只，大家畜32頭；總耕地面積9.7hm2，人均基本農(nóng)田0.097hm2，人均糧食300kg，人均純收入1080元/a。2.2.2受益和淹沒區(qū)的情況工程涉及潁陽鎮(zhèn)杜窯自然村。涉及47戶，總?cè)丝?00多口，勞動(dòng)力89人；羊257只，大家畜32頭；總耕地面積9.7hm2，人均基本農(nóng)田0.097hm2，人均糧食300kg，人均純收入1080元/a。淹沒區(qū)無村鎮(zhèn)、學(xué)校，以坡耕地為主，由于干旱少雨且汛期受洪水影響較為嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)保收率較低。工程

14、下游為農(nóng)田及GZ-06楊溝南中型壩，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。2.2.3綜合治理現(xiàn)狀情況截止2007年底，工程所在小流域內(nèi)共有各項(xiàng)坡面治理措施2192hm2，其中修建基本農(nóng)田879hm2，營造喬木林632hm2、灌木林447hm2，栽植經(jīng)濟(jì)林（果）126hm2，人工種草109hm2，水土流失治理程度為41.23%。已建成兩座中型壩，現(xiàn)狀工程控制面積7.63km2，尚未形成系統(tǒng)的溝道工程。2.3壩址及其上下游溝道工程情況2.3.1壩址上下游溝道工程情況本工程上游無壩系工程，下游游擬建有楊溝南中型壩，和杜窯南中型壩組成一個(gè)壩系單元。根據(jù)批復(fù)審查意見，楊溝南中型壩設(shè)計(jì)淤積年限均為1

15、0年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，可淤地6.45hm2，擬2011年12月年開工建設(shè)，杜窯南中型壩設(shè)計(jì)淤積年限均為10年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，可淤地1.25hm2，擬2011年開工建設(shè)。2.4氣象水文泥沙2.4.1氣象特征項(xiàng)目區(qū)年平均氣溫14.2，年最高氣溫為40.5，年最低氣溫-15.1，年平均蒸發(fā)量1898.6mm，最大蒸發(fā)量2456.3mm（1971），最小蒸發(fā)量1474.7mm（1989）。冬季開始于11月12日至3月26日，歷時(shí)135天，為一年最長的季節(jié)，這時(shí)在蒙古高壓的控制下，天氣寒冷，冬季歷年平均氣溫1.5，凍土深為50cm，無霜期

16、最長為266d。年平均日照時(shí)數(shù)2275h，平均日照率為25.97。冬季多西北風(fēng)，夏季多偏東風(fēng)，大風(fēng)日數(shù)23天，全年平均風(fēng)速2.5m/s。2.4.2水文根據(jù)登封市氣象站觀測：項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量599.8mm，最大降水量為909.2mm(1983年)，最小降水量428.1mm(1981年)，汛期多年平均（69月）降水量為401.9mm，占年降雨量的67%。其降水特點(diǎn)為年內(nèi)分布不均，69月份降水多以暴雨的形式出現(xiàn)，歷時(shí)短，強(qiáng)度大，災(zāi)害性強(qiáng)。根據(jù)河南省地表水資附圖和登封市水文站觀測資料分析，逛河小流域洪水具有歷時(shí)短、暴漲暴落、峰高量大、含沙量高的特點(diǎn)。據(jù)登封雨量站25年實(shí)測資料分析，小流域年平均徑流

17、深147.5mm，年平均徑流量為1989.5萬m3。徑流主要來源于汛期6-9月暴雨產(chǎn)生的洪水，以7-8月份為最多，多年平均汛期徑流量為1498.1萬m3，多年平均汛期徑流量占年均徑流量的73.78%。水文氣象特征見表2-1。表2-1 水文氣象特征表年降水量（mm）多年平均暴雨次數(shù)（次/年）多年平均徑流量（萬m3）氣溫（）無霜期(d)10積溫()最大最小多年平均最高最低多年平均909.2428.1599.841989.540.5-15.114.226644232.4.3泥沙可研報(bào)告對流域土壤侵蝕模數(shù)的確定采用分析流域內(nèi)侵蝕強(qiáng)度分布、調(diào)查現(xiàn)狀水庫淤積狀況與查閱水文手冊相結(jié)合的方法進(jìn)行了論證，據(jù)批復(fù)

18、審查意見，侵蝕模數(shù)為4750t/km2a。項(xiàng)目區(qū)流域年輸沙量為8692.5t。2.5建筑材料工程所需土料可就地取材，壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺(tái)地，分布有中粉質(zhì)壤土，土料有機(jī)質(zhì)含量為1.8%，水溶鹽含量為4.6%，均滿足筑壩要求，但土層較薄，需從上、下游較遠(yuǎn)處取土，平均運(yùn)距2000m。工程所需材料均在本市境內(nèi)購買，平均運(yùn)距約45km。3水文計(jì)算3.1工程等別及建筑物級別依據(jù)水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范（GB/T16453.116453.6-1996）和水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范（SL289-2003）之規(guī)定，該中型壩工程等別為五等，其主要建筑物大壩、溢洪道及放水設(shè)施均為5級建筑物。工程防洪標(biāo)

19、準(zhǔn)：依據(jù)水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范（溝壑治理技術(shù)）GB/T16453.3-1996之規(guī)定，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取50年一遇。設(shè)計(jì)淤積年限：依據(jù)水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范（溝壑治理技術(shù)）GB/T16453.3-1996之規(guī)定，設(shè)計(jì)淤積年限取10年。本設(shè)計(jì)與可研報(bào)告批復(fù)一致。3.2水文計(jì)算3.2.1設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算利用河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集（以下簡稱“84圖集”）和河南省水文水資源局2005年12月編制的河南省暴雨參數(shù)圖集（以下簡稱“05圖集”）計(jì)算方法和有關(guān)參數(shù)查算設(shè)計(jì)暴雨。1設(shè)計(jì)暴雨根據(jù)“84圖集”附圖和“05圖集”附圖，在流域重心處讀得各時(shí)段點(diǎn)雨量均值和相應(yīng)的變差系數(shù)，以

20、Cs=3.5Cv查P型曲線模比系數(shù)，采用下式計(jì)算設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)暴雨量。 （3-1）式中Htpt時(shí)段設(shè)計(jì)頻率為P的點(diǎn)雨量，mm；Htt時(shí)段點(diǎn)雨量均值；Kp頻率為P的模比系數(shù)。再根據(jù)流域面積查附圖求得點(diǎn)面折減系數(shù)，計(jì)算面暴雨量。由于該中型壩控制流域面積F=1.83km250km2，以點(diǎn)雨量作為面雨量，即點(diǎn)面折減系數(shù)=1。設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果見表3-1、表3-2。表3-1 設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果表（84圖集）時(shí)段點(diǎn)雨量均值Ht（）變差系數(shù)CvCs=3.5Cv模比系數(shù)Kp設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)雨量Ht()點(diǎn)面折減系數(shù)設(shè)計(jì)頻率面雨量Hp（）10min160.441.54K52.0733.12133.12K2 2.5540.8

21、40.81h370.541.89K52.177.7177.7K2 2.5895.4695.466h590.561.96K52.12125.081125.08K2 2.62154.58154.5824h800.551.93K52.07165.61165.6K2 2.55204204表3-2 設(shè)計(jì)暴雨量計(jì)算成果表（05圖集）時(shí)段點(diǎn)雨量均值Ht（）變差系數(shù)CvCs=3.5Cv模比系數(shù)Kp設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)雨量Ht()點(diǎn)面折減系數(shù)設(shè)計(jì)頻率面雨量Hp（）10min160.50 1.75K51.9931.84131.84K2 2.4238.7238.721h350.521.82K52.0371.05171.05K

22、2 2.4886.886.86h600.572.00K52.14128.41128.4K2 2.66159.6159.624h800.551.93K52.11681168K2 2.58206.4206.42暴雨遞減指數(shù)暴雨遞減指數(shù)n1、n2、n3按下列各式計(jì)算： （3-2） （3-3） （3-4）式中：nlp、n2p、n3p為暴雨遞減指數(shù)；H10p，Hlp，H6p、H24p分別為同一設(shè)計(jì)頻率年最大10分鐘、1小時(shí)、6小時(shí)、24小時(shí)雨量，為暴雨點(diǎn)面折減系數(shù)。暴雨遞減指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表3-3、表3-4。表3-3 暴雨遞減指數(shù)成果表（84圖集） 設(shè)計(jì)頻率（%）暴雨遞減指數(shù)n1pn2pn3p100.49

23、20.7330.78550.4720.7260.78720.4520.7240.791表3-4 暴雨遞減指數(shù)成果表（05圖集） 暴雨遞減指數(shù)設(shè)計(jì)頻率（%）n1pn2pn3p100.5530.6830.80150.5520.6700.80620.5490.6610.8133.2.2設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算按圖集要求200km2以下采用推理公式為宜?；竟綖椋?（3-5） （3-6） （3-7）式中：設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）洪峰徑流系數(shù)；洪峰匯流歷時(shí)（h）；F流域面積（km2），F(xiàn)1.83km2；L干流長度（km），L=3.13km；J干流平均坡降，J=0.214；S設(shè)計(jì)最大1小時(shí)雨量平均強(qiáng)度，即設(shè)計(jì)頻

24、率1h的面雨量（mm/h）；n設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)，1小時(shí)取n1；=16小時(shí)取n2；=624小時(shí)取n3；平均入滲率，根據(jù)河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集中查得該流域位于V水文分區(qū)，值取58，考慮到該流域土層為粘土，透水性差，值取5mm/h；m匯流參數(shù)由相關(guān)線查得，的范圍為5100，若小于5或大于100，可采用等于5或等于100；m=0.99。將各數(shù)值代入公式經(jīng)試算，得設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果，見表3-5、表3-6。表3-5 不同頻率洪峰流量計(jì)算成果表（84圖集）頻率（年）10年一遇20年 一遇50年一遇 項(xiàng) 目(P=10%)(P=5%)(P=2%)流域面積F（km2）1.831.831.83干流長度L（

25、km）2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分區(qū)VVV平均入滲率5.00 5.00 5.00 =L/(F1/4J1/3)3 33匯流參數(shù)m0.990.990.99設(shè)計(jì)雨強(qiáng)S（mm/h）63.2776.5994.35 設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)nn1p0.4920.7330.785n2p0.4720.7260.787洪峰匯流時(shí)間(h)0.367 0.349 0.301 洪峰徑流系數(shù)0.952 0.960 0.969 設(shè)計(jì)洪峰流量Qp（m3/s）50.17 61.57 80.08表3-6 不同頻率洪峰流量計(jì)算成果表（05圖集）頻率（年）10年一遇20年一遇50年一遇項(xiàng)目(P=1

26、0%)(P=5%)(P=2%)流域面積F（km2）1.831.831.83干流長度L（km）2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分區(qū)VVV平均入滲率5.00 5.00 5.00 =L/(F1/4J1/3)3 33匯流參數(shù)m0.990.990.99設(shè)計(jì)雨強(qiáng)S（mm/h）59.15 71.05 86.80 設(shè)計(jì)暴雨遞減指數(shù)nn1p0.553 0.552 0.549 n2p0.683 0.670 0.661 洪峰匯流時(shí)間(h)0.367 0.348 0.316洪峰徑流系數(shù)0.9510.9610.969 設(shè)計(jì)洪峰流量Qp（m3/s）49.8162.2180.64 3.2

27、.3設(shè)計(jì)洪水量計(jì)算設(shè)計(jì)洪量采用降雨徑流關(guān)系，按24小時(shí)設(shè)計(jì)凈雨量計(jì)算。24小時(shí)設(shè)計(jì)洪量用下式計(jì)算： W24=1000RF（m3） （3-8） 式中：F流域面積（km2）,本工程控制流域面積為1.83km2。R24小時(shí)凈雨深（mm），由河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集降雨徑流關(guān)系P+PaR曲線中-1線求得。流域最大初損Imax=60mm。P為24小時(shí)設(shè)計(jì)雨量，Pa為設(shè)計(jì)前期影響雨量，50年一遇以上暴雨P(guān)a=Imax，1020年一遇Pa=2/3Imax，30年一遇暴雨P(guān)a=0.8Imax=48mm。各設(shè)計(jì)頻率凈雨量及洪水總量計(jì)算成果見表3-7、表3-8。表3-7 設(shè)計(jì)凈雨量及設(shè)計(jì)洪量計(jì)算成果表（84

28、圖集）P()1052 P（mm）137.6168206.4 Pa（mm）36.7 36.7 55 P+Pa（mm）174.3 204.7 261.4凈雨深（mm）84.3107.9156.1洪量模數(shù)（104m3/km2）8.4310.7915.61洪量（104m3）15.43 19.75 28.57 表3-8 設(shè)計(jì)凈雨量及設(shè)計(jì)洪量計(jì)算成果表（05圖集）P()1052P（mm）137.6168206.4Pa（mm）36.7 36.7 55P+Pa（mm）174.3 204.7 261.4凈雨深（mm）84.3107.9156.1洪量模數(shù)（104m3/km2）8.4310.7915.61洪量（10

29、4m3）15.43 19.75 28.57 由表3-53-8中查得各頻率設(shè)計(jì)洪量與設(shè)計(jì)洪峰流量，經(jīng)比較，“84圖集”與“05圖集”的暴雨參數(shù)基本一致，各頻率設(shè)計(jì)洪量與設(shè)計(jì)洪峰流量差別均在15%以下。由于“05圖集”系列更長，資料更為全面，本次洪水復(fù)核設(shè)計(jì)暴雨采用“05圖集”的暴雨參數(shù)，沿用“05圖集”的洪水查算圖表推求設(shè)計(jì)洪水。3.2.4設(shè)計(jì)洪水過程線計(jì)算采用概化三角形過程線法推求設(shè)計(jì)洪水過程線，見圖3-1。WpQpTt1Q圖3-1概化三角形洪水過程線 根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL2892003，洪水歷時(shí)計(jì)算公式為： 5.56（） （3-9）式中： 洪水總歷時(shí)，h；頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總

30、量（104m3）；頻率為P的設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)。漲水歷時(shí)一般取洪水匯流歷時(shí)，退水歷時(shí)=。計(jì)算結(jié)果見表3-9。表3-9 中型壩壩校核年洪水過程計(jì)算表編號(hào)壩名控制面積（km2）洪峰流量(m3/s)洪水總量(104m3)洪水總歷(h)漲水歷時(shí)(h)GZ-03杜窯南1.8380.6428.57 1.970.3163.2.5調(diào)洪演算由于該流域匯流歷時(shí)短，洪峰流量大，所以該工程采用“三大件”設(shè)計(jì)，需進(jìn)行調(diào)洪演算，計(jì)算滯洪庫容和溢洪道最大下泄流量。由于該壩上游無標(biāo)準(zhǔn)較高或等標(biāo)準(zhǔn)工程，按照水利部水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL2892003要求，按單壩調(diào)洪演算。溢洪道泄流曲線采用寬頂堰流量公式計(jì)算，調(diào)洪

31、演算計(jì)算公式為： （3-10）qpMB(2g)0.5*h1.5 （3-11）式中：頻率為P的洪水時(shí)溢洪道最大泄量，m3/s；頻率為P的洪峰流量，m3/s；滯洪庫容，萬m3；頻率為P的洪水總量，萬m3；M流量系數(shù)，取0.36; B溢洪道底寬，m； h溢洪水深，m；計(jì)算步驟：1、假定溢洪道底寬B，再假定溢洪水深h，由水位庫容關(guān)系曲線查得Vz；2、把查得的Vz代入式（3-10）中計(jì)算qp；3、由寬頂堰流量公式式（3-11）計(jì)算下泄流量qp；使公式（3-10）和（3-11）中的qp值相等時(shí)，假定溢洪水深即為相應(yīng)頻率下的堰上水深，此時(shí)qp為相應(yīng)頻率下的溢洪道最大泄量，Vz為滯洪庫容。20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流

32、量Q設(shè)=62.21m3/s，相應(yīng)洪水總量W設(shè)=19.75萬m3，50年一遇校核洪峰流量Q校=80.64m3/s，相應(yīng)的洪水總量W校=28.57萬m3。經(jīng)試算，溢洪道底寬B取8m，20年一遇qp=50.4m3/s，Vz=3.72萬m3，溢洪水深h=2.50m；50年一遇qp=67.5m3/s，Vz=4.65萬m3，溢洪水深h=3.04m。3.2.6輸沙量計(jì)算年平均輸沙量按公式計(jì)算： （3-12）式中：年輸沙量，t；年均侵蝕模數(shù)，本流域取4750t/km2a；壩控面積，本工程為1.83km2。經(jīng)計(jì)算，本工程壩址以上年均輸沙量為8692.5t。4工程設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)依據(jù)及樞紐組成4.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)黃河

33、流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱；本院編制河南省登封市逛河小流域片壩系建設(shè)杜窯南中型壩典型設(shè)計(jì)報(bào)告；登封市逛河小流域壩系杜窯南中型壩初步設(shè)計(jì)審查意見水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL289-2003；水土保持綜合治理效益計(jì)算方法GB/T15774-1995;4.1.2壩型及筑壩材料選擇壩型選擇主要是根據(jù)壩址處地形、地質(zhì)條件、筑壩材料情況及交通運(yùn)輸情況等綜合分析確定。常用的壩型有土壩、堆砌石壩等。杜窯南中型壩壩址處溝道較窄，庫容量大；土料豐富、易開采；水、電、路可滿足施工需要，選用碾壓土壩。工程所需土料可就地取材，壩址處左岸有巖石出露,右岸為川臺(tái)地，分布有中粉質(zhì)壤土，土料有機(jī)質(zhì)含量為1.8%

34、，水溶鹽含量為4.6%，均滿足筑壩要求。4.1.3施工方式的選擇本工程主要施工內(nèi)容：壩體填筑、溢洪道砌筑、放水工程砌筑、基礎(chǔ)開挖，工地對外交通便利，壩體采用機(jī)械碾壓；漿砌石和干砌石工程采用人工砌筑。4.1.4樞紐組成及布設(shè)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件及考慮到該流域降雨形成的徑流峰高量大，易形成洪水的實(shí)際情況，該壩以選用“三大件”為宜，即工程由土壩、放水建筑物(臥管、涵管)和泄洪建筑物（溢洪道）組成。壩址右岸距馮堂自然村100m，并分布有耕地，左岸有有利地形分布，故溢洪道布設(shè)于壩體左岸，采用正槽開敞式。放水工程位于壩體右岸，進(jìn)水形式為分級臥管，采用漿砌石砌筑，臥管下接消力池，后接涵洞，水流經(jīng)消能后泄入下游河

35、道。臥管采用方形，涵洞采用預(yù)制混凝土圓涵。4.2壩體設(shè)計(jì)4.2.1壩高庫容淤地面積曲線的繪制根據(jù)壩址壩軸線位置，在庫區(qū)1/10000地形圖上量出匯水面積1.83km2。采用等高線法在實(shí)測1/1000地形圖上量計(jì)不同高程的水位、面積成果，由公式4-1推求不同高程對應(yīng)的庫容成果。Vi=(A1+A2) （4-1）式中：A1、A2相鄰兩等高線各自包圍的面積，m2;Z兩條相鄰等高線的高差，m。由計(jì)算成果，繪制出壩高庫容淤地面積關(guān)系曲線。見圖（GHXLY-DYN-DB-03）。4.2.2庫容計(jì)算（1）攔泥庫容攔泥庫容按下式計(jì)算： （4-2）式中：設(shè)計(jì)攔泥庫容，萬m3；年均輸沙量，本工程壩址以上年均輸沙量為

36、8692.5t；設(shè)計(jì)淤積年限，取10年。泥沙容重，取1.35t/m3。經(jīng)計(jì)算壩攔泥庫容為6.44萬m3。（2）滯洪庫容該壩采用溢洪道泄水，根據(jù)調(diào)洪演算成果，滯洪庫容采用50年一遇校核洪水下滯洪庫容為4.65萬m3。（3）總庫容總庫容為攔泥庫容和滯洪庫容之和，為11.09萬m3。 4.2.3壩高確定采用公式： (4-3)式中：H總壩高(m)H攔攔泥壩高(m)H滯滯洪壩高(m)H安安全超高(m)由攔泥庫容6.44萬m3查壩高庫容曲線，查得淤積高程為643.38m，由此確定攔泥壩高H攔=643.38-633.61=9.77m。滯洪壩高H滯為校核洪水位與設(shè)計(jì)淤泥面高程之差，即溢洪道最大溢洪水深，根據(jù)調(diào)

37、洪演算成果，H滯=3.04m。安全超高H安，按規(guī)范選用，采用1.5m安全超高。經(jīng)計(jì)算確定最大壩高為14.31m，壩頂高程為647.91m，壩頂長109.84m。4.2.4壩體斷面尺寸確定4.2.4.1壩頂寬度的確定根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范(SL2892003)，本工程有交通要求，確定壩頂寬度為4m。4.2.4.2壩坡的確定根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范(SL2892003)，并通過穩(wěn)定計(jì)算，上游壩坡選定12，下游壩坡1：1.5，由此可計(jì)算得土壩最大鋪底寬度為58.00m。為防止壩坡受洪水沖刷，上游坡及下游壩坡上種植草皮進(jìn)行生物防護(hù)。4.2.4.3結(jié)合槽為了增加壩體的穩(wěn)定性，使壩體與溝

38、底及溝岸結(jié)合良好，在壩軸線處設(shè)結(jié)合槽1道，壩基結(jié)合槽尺寸根據(jù)表4-1中計(jì)算的上下游水位差及允許滲透系數(shù)選取，擬定結(jié)合槽的尺寸為邊坡1:1的梯形斷面，底寬3m，深2m。4.2.4.4排水設(shè)施大壩下游采用貼坡排水，根據(jù)計(jì)算，壩體浸潤線出逸點(diǎn)高程為635.11m，凍土深度選0.5m，確定排水體高度3.68m，高程范圍由636.61 m至壩腳632.9 m，反濾層采用三層，第一層為粒徑0.252mm的粗砂，厚150mm，第二層為粒徑520mm的碎石，厚150mm，第三層為粒徑250mm的干砌石，厚500mm。底腳設(shè)排水溝，底寬500mm。為保證工程安全運(yùn)行，防止暴雨沖刷壩體和壩肩，在下游坡設(shè)一道橫向排

39、水溝，在壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)計(jì)岸坡排水溝，將水流送出壩腳以外。為防止壩肩兩岸排水匯流壩頂形成洞穴，危及壩體安全，在壩頂順縱向排水溝設(shè)DN100mm排水孔。排水溝為矩形斷面，排水溝尺寸為300300mm(寬深)，邊墻底板厚均為300mm，用M7.5漿砌石砌筑，M10水泥砂漿勾縫。根據(jù)黃河流域水土保持骨干壩擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)編制大綱，本工程為蓄水運(yùn)用工程，應(yīng)進(jìn)行滲流和穩(wěn)定計(jì)算。1滲流計(jì)算工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。根據(jù)調(diào)洪演算成果，設(shè)計(jì)洪水位為645.88m，校核洪水位為646.41m。（1）計(jì)算斷面本次滲流計(jì)算分析，典型斷面選取主河槽處最大壩高斷面，上游壩坡為1：2.0，下游

40、壩坡為1：1.5，在壩基壩軸線處設(shè)置結(jié)合槽。（2）計(jì)算方法及成果滲流計(jì)算采用有限元二維滲流方法，土層滲透系數(shù)按各向同性考慮。壩體采用最大斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括滲透坡降、浸潤線出逸點(diǎn)高程、下游排水起點(diǎn)處滲流水深。滲透坡降計(jì)算按達(dá)西定律基本公式：J=H/L （4-4）式中：J滲透坡降；H庫水位與排水點(diǎn)處滲流水位差；L滲徑長度。壩體上游水面以下1：m1的斜坡部分，用具有相同滲流阻力的虛擬矩形體代替，虛擬矩形的寬度L按下式確定： （4-5）式中：H1壩體上游水深； m1大壩上游平均坡比。壩下游無水，貼坡排水起點(diǎn)的滲流水深he按下式確定： （4-6）壩體浸潤線方程為： （4-7）由以上各式計(jì)算可得壩

41、體滲透坡降計(jì)算參數(shù)，見表4-1。表4-1 壩體滲透坡降計(jì)算參數(shù)表計(jì)算工況滲流水深he水位差H(m)滲徑長度L(m)設(shè)計(jì)洪水位1.3210.3127.67校核洪水位1.7812.3426.61（3）允許滲透坡降計(jì)算根據(jù)水利水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編水利水電卷普通建筑物設(shè)計(jì)，對一般性粘土，滲透變形形式只有流土，不會(huì)發(fā)生管涌。壩體為低液限粘土，滲透破壞形式為流土。粘性土允許滲透坡降計(jì)算公式采用標(biāo)準(zhǔn)匯編中公式： （4-8） （4-9）式中：土粒密度，=2.65g/cm3；水密度，=1.0g/cm3；n土的空隙率，n=0.35；J滲透坡降；KB流土安全系數(shù)，取2.0。經(jīng)計(jì)算得J破壞=1.07，J允許=0.54。壩

42、基結(jié)合槽為低液限粘土，根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊，其允許滲透坡降為5。滲透坡降計(jì)算成果見表42。表4-2 大壩滲透坡降計(jì)算成果表計(jì)算工況壩體滲透坡降J1壩基滲透坡降J2計(jì)算值允許值計(jì)算值允許值設(shè)計(jì)洪水位0.350.540.245校核洪水位0.430.540.275由上表可以看出大壩在各種工況下的滲透坡降均小于允許滲透坡降，大壩滲透變形滿足規(guī)范要求。2壩坡穩(wěn)定計(jì)算（1）計(jì)算條件計(jì)算條件為正常運(yùn)用和非常運(yùn)用條件下，下游壩坡形成穩(wěn)定滲流情況。（2）計(jì)算公式根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL2892003，壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。公式如下： （4-10）式中:k抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；W土條重量，t；Q

43、、V分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù)，向下為正）；u作用于土條底面的孔隙壓力；條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；b土條寬度；c、土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc水平地震慣性力對圓心的力矩；R圓弧半徑。（3）計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)壩體土料的強(qiáng)度指標(biāo)為：=24.2，c=30.4kPa/m3，飽=20KN/m3，濕=18KN/m3，浮=10KN/m3。（4）壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果及安全分析經(jīng)計(jì)算，正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下安全系數(shù)k分別為1.32和1.29，根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL2892003，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件分別采用1.25和1.15，故壩體

44、抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。4.3放水建筑物設(shè)計(jì)4.3.1放水建筑物結(jié)構(gòu)形式放水工程進(jìn)水形式為分級臥管，采用漿砌石砌筑，臥管下接消力池，后接涵洞，水流經(jīng)消能后泄入下游河道。臥管采用方形，涵洞采用預(yù)制混凝土圓涵。4.3.2臥管設(shè)計(jì)參照水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范（SL289-2003），臥管縱坡取大壩上游坡坡度13，每級孔徑高差為0.4m。1 放水流量確定由于杜窯南中型壩設(shè)有溢洪道，平時(shí)庫內(nèi)水位在溢洪道以下，在水庫尚未淤滿之前，考慮壩體安全及前期養(yǎng)魚，后期邊淤邊種的原則，采用3天泄完滯洪洪水總量（50年一遇）來計(jì)算下泄流量： （4-11）計(jì)算得2 放水孔徑計(jì)算根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范（SL28

45、9-2003）計(jì)算要求，每個(gè)臺(tái)階設(shè)單孔，按同時(shí)開啟2個(gè)臺(tái)階的放水孔計(jì)算，設(shè)計(jì)水位以下2個(gè)臺(tái)階的水頭依次為H10.4m、H20.8m。則放水孔徑為：d0.68 （4-12） =0.680.233 (m)為施工方便，取d0.25(m)3 臥管斷面尺寸與結(jié)構(gòu)尺寸的確定根據(jù)水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范（SL289-2003）計(jì)算要求，臥管、消力池輸水流量由于水位變化而導(dǎo)致的放水孔調(diào)節(jié)比正常運(yùn)用時(shí)應(yīng)加大20%30%，取30%，即臥管設(shè)計(jì)流量為：1.30.233 (m3/s) 臥管斷面采用方形，縱坡比降1:3，用漿砌石砌筑，取糙率系數(shù)0.025，基礎(chǔ)每隔10m設(shè)一齒墻，深1m，厚0.5m。初步確定臥管為0

46、.40m0.40m的方形斷面，根據(jù)加大流量采用下式進(jìn)行試算：=c 或 =R2/3i1/2 （4-13） （4-14） （4-15） （4-16） （4-17）式中：臥管斷面面積；臥管斷面底寬；臥管內(nèi)正常水深（第一共軛水深）；濕周；水力半徑；謝才系數(shù)； 糙率（取0.025）；臥管比降（1:3）。經(jīng)試算，臥管的正常水深為0.10m，取臥管尺寸為正常水深的4倍，計(jì)算臥管高為0.10m，符合水躍下跌高不淹沒空口的要求，所以取臥管斷面尺寸為0.40m0.40m。根據(jù)設(shè)計(jì)水深和臥管斷面尺寸，并對相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行參考，臥管結(jié)構(gòu)尺寸如下：側(cè)墻厚30cm，基礎(chǔ)寬150cm，基礎(chǔ)厚30m，搭接長度15cm。4 消力池

47、斷面尺寸的確定臥管末端消力池采用漿砌石砌筑，其尺寸由以下計(jì)算確定：（1）消力池深度的確定 （4-18） （4-19）式中：涵管水深，m；臥管末端水深，m；第二共軛水深，m；流速不均勻系數(shù)，取1.1；臥管單寬流量，；重力加速度，可取9.81m/s2。臥管末端水深為0.1m，由上式經(jīng)試算第二共軛水深1.08m。消力池深度d=h2-h1-Z=0.47m，設(shè)計(jì)取0.50 m。（2）消力池長度L的確定 （4-20）式中：消力池長度，m；其他符號(hào)含義同前。設(shè)計(jì)取51.0845.42（m）取L=5.42m(3)消力池寬度B的確定 （4-21） 式中：消力池寬度，m；臥管寬度，m。B0.40+0.400.80（m