山东省泰安市大汶河流小型水库(浆砌石重力坝)工程设计彭志芳

1、山东省泰安市大汶河流小型水库（浆砌石重力坝）工程设计导 师：高鹏教授 姓 名： 彭志芳 学 号： 20137101 专业班级： 13级水保2班E-mail： pzhf520 博客：1 设计目的1.1 实验设计目的（1）掌握沟道骨干工程的水文计算与调洪演算的计算方法；（2）掌握沟道骨干工程大坝、溢洪道、放水建筑物三大件的设计；（3）掌握沟道骨干工程之总体规划与布局；（4）改观学生分析和解决沟道治理与蓄水工程规划建设之实践贯彻能力。1.2 水库修建的目的（作用）（1）防洪作用水库水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一.在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库,利用水库库容拦蓄洪水,削减进

2、入下游河道的洪峰流量,达到减免洪水灾害的目的.水库对洪水的调节作用有两种不同方式,一种起滞洪作用,另一种起蓄洪作用。（2）滞洪作用 滞洪就是使洪水在水库中暂时停留.当水库的溢洪道上无闸门控制,水库蓄水位与溢洪道堰顶高程平齐时,则水库只能起到暂时滞留洪水的作用。（3）蓄洪作用在溢洪道未设闸门情况下,在水库管理运用阶段,如果能在汛期前用水,将水库水位降到水库限制水位,且水库限制水位低于溢洪道堰顶高程,则限制水位至溢洪道堰顶高程之间的库容,就能起到蓄洪作用.蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有计划地用于兴利需要。当溢洪道设有闸门时,水库就能在更大程度上起到蓄洪作用,水库可以通过改变闸门开启度来调节下泄流

3、量的大小.由于有闸门控制,所以这类水库防洪限制水位可以高出溢洪道堰顶,并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来控制下泄流量,具有滞洪和蓄洪双重作用.（4）兴利作用降落在流域地面上的降水（部分渗至地下）,由地面及地下按不同途径泄入河槽后的水流,称为河川径流.由于河川径流具有多变性和不重复性,在年与年、季与季以及地区之间来水都不同,且变化很大.大多数用水部门（例如灌溉、发电、供水、航运等）都要求比较固定的用水数量和时间,它们的要求经常不能与天然来水情况完全相适应.人们为了解决径流在时间上和空间上的重新分配问题,充分开发利用水资源,使之适应用水部门的要求,往往在江河上修建一些水库工程.水库的兴利作用就是进

4、行径流调节,蓄洪补枯,使天然来水能在时间上和空间上较好地满足用水部门的要求。2 流域基本情况（附注：此次工程设计规划却流域及相关水文资料，故以水土保持工程学梯田设计资料为依据进行设计，在前期的梯田规划设计中规划了该流域用于防洪灌溉的水库）。项目工程设在山东省泰安市黄河水土保持生态工程大汶河流域安家林小流域，该流域总面积540hm2，其中，坡耕地面积28hm2，水浇地面积仅为10hm2。全流域水利设施少，且老化严重，加之地下水源贫乏，水资源危机是制约该流域经济和旅游业发展的主要瓶颈。因此，要改变流域水源不足的现状，必须通过修建库坝工程，蓄水拦洪灌溉，促进当地农业产业全面升级，使得经济得有效之发展

5、。2.1地理位置境域泰安位于山东省中部的泰山南麓（东经1162011759，北纬35383628），东邻莱芜市、淄博市、临沂市，南连济宁市，西隔黄河与聊城市、河南省濮阳市相望，北以泰山与济南市为界。泰安市土地总面积77.62万公顷，人均占有土地0.15公顷，为全省平均的80%，其中可利用土地67.2万公顷，占总面积的86.6%。其中大汶河发源于山东旋崮山北麓沂源县境内，汇泰山山脉、蒙山支脉诸水，自东向西流经莱芜、新泰、泰安、肥城、宁阳、汶上、东平等县、市，汇注东平湖，出陈山口后入黄河。干流河道长239公里，流域面积9098平方公里。习惯上东平县马口以上称大汶河，干流长209公里，流域面积863

6、3平方公里；泰安大汶口以上为上游，大汶口至东平县戴村坝为中游，戴村坝以下为下游，为大清河。东平县马口以下称东平湖区，流域面积（不包括新湖区）465平方公里。2.2地貌泰山地貌分为冲洪积台地、剥蚀堆积丘陵、构造剥蚀低山和侵蚀构造中低山四大类型，在空间形象上，由低而高，造成层峦叠峰、凌空高耸的巍峨之势，形成多种地形群体组合的地貌景观。泰山位于华北大平原的南北通道与黄河中下游的东西通道交叉枢纽之侧，这一独特的地理位置对泰山影响的扩大及其文化的弘扬，起了极为重要的作用。泰安地处鲁中山区的一部分，整个地势自东北向西南倾斜，境内拥有多种地貌类型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊兼而有之。2.3气候泰安市属于温

7、带大陆性半湿润季风气候区，四季分明，寒暑适宜，光温同步，雨热同季。春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴和气爽，冬季寒冷少雪。年平均气温13，7月份气温最高，平均26.4，1月份最低，平均-2.6。年平均降水量697毫米。境内泰山海拔1532.7米，具有明显的高山气候特征。山顶气温一般比山下常年低78，年平均降水1106毫米。全年平均日照数2627.1小时，年际变化在2342.3-3413.5小时之间。日照百分率58%左右。年内以小麦灌浆的5、6月份最多，月均268小时左右，对小麦生长很有利。全市平均气温为12.9。年内7月份最高，平均26.4，1月份最低，平均为-2.6。极端最高气温41，极端最

8、低气温-27.5。在地域分布上，南部、西部较高，东部、北部偏低。全年平均0的积温4731，10的积温4213，无霜期平均195天，最长可达241天，最短为161天。气温适宜， 满足了农作物一年两熟或通过间作套种一年三熟的需要。2.4植物资源泰安有高等植物239 科1212种，以及一些古树、名木、花卉等。农作物分属32科91种240个推广品种，包括粮食、经济作物和蔬菜3大类。泰安植被覆盖率达80%，从山麓拾级而上，可依次见到落叶林、阔叶针叶混交林、针叶林、高山灌木草丛，林带垂直界线分明，植被景观各异。现有种子植物144科，989种，其中木本植物72科433种，草本植物72科556种，药用植物11

9、1科462种。林果有木本植物71科471种（变种）。经济树种主要有苹果、梨、桃、板栗、核桃等30余种。观赏性树种有40余种，主要有雪松、园柏、银杏等。此外，还有珍稀树木11种；名古树木16种884株，主要有汉柏、唐槐、六朝松等。天然草场主要有荒山荒坡草丛草场、山丘疏林草丛草场、平原沙滩荒漠草甸草场、湖洼沼泽草场4大类、6.33万公顷，另外还有各类附属草场15.59 万公顷。2.5水力资源全市多年平均天然水资源总量为19.22亿立方米，其中地表水径流量13.48亿立方米，地下水天然补给量为11.72亿立方米，重复水量为5.98亿立方米。全市多年平均水资源可利用总量为17亿立方米，其中地表水可利用

10、量为6.3 亿立方米，地下水可开采量为10.7亿立方米。丰水年为25.38亿立方米，平水年为17.9亿立方米，枯水年为13.3亿立方米。泰安市（含东平湖水面）大汶河流域19562008年多年平均天然年径流量为109059104m3,相应年径流深为168.9mm。2.6经济发展概况农业生产得到巩固提高。粮食总产达到308.7万吨，实现“十一连丰”，岱岳区、肥城市被评为全国粮食生产先进县。全市有机蔬菜基地面积达到35万亩，苗木花卉35.4万亩，茶园2.3万亩，奶牛存栏25.8万头。规范流转土地承包经营权面积91.2万亩，家庭农场达到953家，农民合作社达到4852家，规模以上农业龙头企业达到712

11、家。新发展“旱能浇、涝能排”高标准农田20万亩、高效节水灌溉面积21万亩，治理水土流失面积80平方公里，解决了20.2万农村人口饮水安全问题。大汶河综合开发已建成唐庄等6座河道拦蓄工程，形成了长50公里、静态蓄水8000万方的大水面。新增造林面积20.9万亩，其中经济林面积7万亩，全市森林覆盖率达到38.9%。改造农村公路580.8公里。强农惠农富农政策全面落实。3 水库总体规划与布设小（）型水库（浆砌石重力坝）共设挡水坝、溢洪道、放水建筑物“三大件”按国家规定标准：小型水库库容10万100万m3库址选择：应从经济、安全、合理几方面考虑。1、 地形要肚大口小；2、 有适宜汇水面积；3、 坝址和

12、库址地质基础稳固；4、 库址靠近灌区且高程比灌区高；5、附近要有适宜开挖溢洪道山垭；6、水库上游要求水土保持良好，避免水库淤积。4 库容计算4.1库容与水面的计算表4.1 安家林小流域小（）型水库水位与库容计算表水位（高程）H（m）390395400405410415420422425库容V（万m3）00.551.252.253.756.7510.6312.2214.00图4.1 小型水库水位与库容HV曲线图4.2 死库容的确定V死=0.55*104m3 H死=395m4.3 兴利库容的确定 （1）根据上游来水量计算F=1.2km2 查水文手册 得hr=270mm（多年平均径流深）V=0.1*

13、 hr*F32.4*104m3 （2）根据灌溉面积：28-10=18hm2 作物灌水定额：一年灌4次，取平均值1500m3/hm2（次） 0.6*104m3/hm218 hm2=10.8*104m3 再由V兴=M+=11.8*104m3 V兴=11.8*104m3 由V兴H兴=422.72m5 调洪演算设计标准：20年一遇（浆砌石） 校核标准：100年一遇5.1流域特征参数计算（K） =/（F2/5J1/3） ：流域最大流程（km） L=0.683km J：沟道平均坡降 J=0.329 F：流域面积 F=1.2km25.2设计暴雨计算 按20年一遇24h降雨量设计 按100年一遇24h降雨量校

14、核 多年平均最大24h降雨量24=110mm Cv=0.6 采用Cs=3.5Cv 由彼尔逊III型曲线，模比系数Kp表中查得： K（1/20）=2.2 K（1/100）=3.2 H24（p）=KH24 H24（1/20）=K（1/20）24=242mm H24（1/100）=K（1/100）24=352mm5.3单位面积最大洪峰流量的查算 根据水文手册（泰沂山区）qmH24K关系曲线 qm（1/20）=45m3/skm2 qm（1/100）=55m3/skm25.4最大洪峰流量的计算 Qm（1/20）= qm（1/20）F=54 m3/s Qm（1/100）= qm（1/100）F=66m3/

15、s5.5洪水总量的计算 根据 H24（1/20）=242mm H24（1/100）=352mm 有效降雨占总降雨量的75% P（1/20）= H24（1/20）75%=181.5mm P（1/100）= H24（1/100）75%=264mm 前期降雨Pa=40mm P（1/20）+Pa=221.5mm P（1/100）+Pa=304mm 查水文手册PPahr径流曲线得： hr（1/20）=145m； hr（1/100）=215m W（1/20）=0.1hr（1/20）F=17.4*104m3 W（1/100）=0.1hr（1/100）F=25.8*104m3 5.6洪水历时T计算 T（1/2

16、0）=W（1/20）/（1800Qm（1/20）=1.79*104h T（1/100）=W（1/100）/（1800Qm（1/100）=2.17*104h5.7调洪演算 q=MBH3/2 ； V防=Wp（1-qm/Qm）由 W设（1/20）=17.4*104m3 Q（1/20）=54m3/s W设（1/100）=25.8*104m3 Q（1/100）=66m3/s水位Z（m）420420.5421421.5422堰上水深H00.51.01.52库容（万m3）10.6311.0111.3111.7012.22堰上库容V防00.380.681.071.59泄流量q（m3/s）021.2160110

17、.23169.71表5.7.1 溢洪堰上水位库容泄流量关系表图5.7.1溢洪堰堰上库容与泄流量qmV防曲线图5.7.1 求qm、V防（设） 20年一遇条件下： 假定qm=50m3/s V防=17.4（1-50/54）=1.289*104m3 由qmV防图 qm=140m3/s不符 假定qm=52m3/s V防=0.644*104m3 近似0.6*104m3 由qmV防图qm=52m3/s 5.7.2 百年一遇校核 假定Qm=60m3/s 代入（1）得V=1.56万m3 2.345 查图：Qm=160 m3/s不符 假定Qm=64m3/s 代入（1）得V=0.789万m3 查图：Qm=64 m3

18、/s 所以V防=0，789*104m3 近似0.8*104m3为所求 V设计=10.63+0.6=11.23*104m3 V校核=10.63+0.8=11.43*104m3 由V设计查得Z设计=420.91m 设计条件下水深420.91-420=0.91m 由V校核查得Z校核=421.04m 校核条件下水深421.04-420=1.04m 总坝高=421.3m表、5.7.2 调洪演算结果表项目设计最大洪峰流量Qm（m3/s）最大洪水流量Wp（万m3）洪水历时T（*10-4h）最大泄洪流量qm（m3/s）防洪库容W（万m3）水位Z（m）溢流水深（m）设计坝高（m）设计（1/20）5417.41.79520.6420.910.91校核（1/100）6625.82.17640.8421.041.04421.36 大坝设计6.1材料6.2基本尺寸确定 坝高H=421.3-390=31.3m 坝顶宽b=2.5m 坝底宽=25.5m 坝顶长=70m 坝底长=17.5m 堰上宽B=40m 砌=2.4 c=0.8 =20 h泥=3.5m 坡比=1：0.76.3荷载计算 6.3.1重力 G=G1+G2=1/2（21+2.5）302.4+1/27102.4=93