中型坝初设报告

1、河南省登封市逛河小流域片坝系工程杜窑南中型坝新建工程初步设计报告河南华北水利水电勘察设计有限公司二零一一年H一月批准：张新中审核：田林钢校核：张献才编写：张献才巴超参加人员：衡家然王广杰巴超王洁 TOC o 1-5 h z 前言3 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1综合说明5 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2基本情况8 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2.1自然概况8 HYPERLINK l bookmark12 o Current Docum

2、ent 2.2社经情况9 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.3坝址及其上下游沟道工程情况10 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4气象水文泥沙10 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 5建筑材料11 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3水文计算13 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1工程等别及建筑物级别13 HYPERLINK l bookma

3、rk36 o Current Document 2水文计算13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4工程设计23 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.1设计依据及枢纽组成23 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2坝体设计24 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 3放水建筑物设计30 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 4溢洪道的设计39 HYPERL

4、INK l bookmark84 o Current Document 5施工组织设计43 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 1施工条件43 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 5.2施工进度计划43 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 5.3施工方法与质量44 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 4施工导流49 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 6

5、工程量计算50 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 1土坝工程量计算50 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 2放水建筑物工程量计算51 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 3溢洪道工程量计算52 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 7工程概算53 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 1编制依据和方法53 HYPERLINK l bookmark1

6、20 o Current Document 2基础单价53 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 3建筑工程单价编制54 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 4独立费用55 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 5编制成果55 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 8工程建设与运行管理67 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 1建设期管理67 HYPER

7、LINK l bookmark146 o Current Document 2运行期管理69 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document 9效益分析71 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 1基础效益71 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 9.2经济效益72 HYPERLINK l bookmark170 o Current Document 9.3社会效益73 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 9.

8、4生态效益74 HYPERLINK l bookmark174 o Current Document 9.5效益评价74附件一:河南省登封市逛河小流域坝系工程可行性研究报告审查意见附件二：登封市逛河小流域坝系杜窑南中型坝初步设计审查意见附件三：杜窑南中型坝初步设计图册、，一、-刖逛河小流域位于登封市西南部，距市区约45km,系黄河支流伊河的一级支沟，属黄土丘陵沟壑区m副区，流域内总人口4.2万人，山崩起伏，沟壑纵横、坡陡沟深、支离破碎，沟壑密度1.76km/km2,流域内地面组成物质以褐土和棕壤土为主，植被覆盖率较低，水土流失较为严重，生态环境脆弱，水资源紧缺。为治理水土流失，拦泥淤地，减少入

9、黄泥沙，提高水资源利用率，改善当地群众生产生活条件和区域生态环境，促进区域经济社会发展和社会主义新农村建设，建设逛河小流域坝系工程是必要的。受河南省登封市水务局委托，按照黄河流域水土保持骨干坝扩大初步设计编制大纲和水土保持治沟骨干工程技术规范SL289-2003等有关规定，河南华北水利水电勘察设计有限公司于人员深入实地，通过实地测量和勘察，参考河南省登封市逛河小流域坝系工程可行性研究报告审查意见和杜窑南中型坝典型设计报告，遂编制完成了河南省登封市逛河小流域片坝系工程杜窑南中型坝新建工程初步设计报告及附件。本次初步设计工作，得到了登封市水务局和地方各级政府的大力支持，在此表示衷心的感谢。王妥成果

10、：1主体报告河南省登封市逛河小流域片坝系工程杜窑南中型坝新建工程初步设计报告2附件：河南省登封市逛河小流域坝系工程可行性研究报告审杳意见登封市逛河小流域坝系杜窑南中型坝初步设计审意见3附图逛河小流域片坝系匚程布局图(GHXLY-DYN-01)大坝总平面布置图坝轴线剖面图水位库容面积曲线图大坝标准横断面图大坝细部构造图溢洪道平面布置图溢洪道剖面图溢洪道横断面图溢洪道细部图卧管平面、剖面图涵管设计图卧管、平管细部图(GHXLY-DYN-DB-01)(GHXLY-DYN-DB-02)(GHXLY-DYN-DB-01)(GHXLY-DYN-DB-02)(GHXLY-DYN-DB-03)(GHXLY-D

11、YN-DB-04)(GHXLY-DYN-DB-05)(GHXLY-DYN-YHD-01)(GHXLY-DYN-YHD-02)(GHXLY-DYN-YHD-03)(GHXLY-DYN-YHD-04)(GHXLY-DYN-SSD-01)(GHXLY-DYN-SSD-02)(GHXLY-DYN-SSD-03)(GHXLY-DYN-SSD-04)1综合说明根据河南省登封市逛河小流域坝系工程可行性研究报告审查意见（以下简称审查意见）的批复，小流域坝系建设范围，即小流域总面积为65.35km；侵蚀模数采用4750t/km,a；坝系建设原则为以中型坝为主控制流域水沙，因地制宜布设中、小型淤地坝，拦截泥沙，合

12、理利用水资源，最大限度地发挥坝系工程的综合效益；坝系工程布局与建设规模为，该坝系总规模为18座，其中：新建中型坝3座，加固配套中型坝2座，新建中型坝10座，新建小型坝3座。杜窑南中型坝位于坝系西北部的颍阳镇，坝址位置为东经1128548，北纬381618，地属伊河支流逛河小流域的颍阳沟I沟道上，该区属黄土山麓丘陵沟壑区，境内植被稀少，地形支离破碎，沟壑纵横，水土流失较为严重。该坝建成后，将泥沙就地拦蓄，使荒沟变良田，促使沟道实现川台化，有利于实现农业生产机械化，进而能够促进陡坡地退耕还林还草，增加林草覆盖率，有利于保障区域粮食和生态安全。同时，将使流域区间范围水沙资源得到充分合理利用，保障了该

13、坝下游至流域出口段群众生命财产和生产建设的安全，同时减轻了流域下游工程防洪压力，为国家节省了防洪费用。在库区1/10000地形图上量出汇水面积1.83km2,与河南省登封市逛河小流域坝系工程可行性研究报告（以下简称可研报告）一致；根据实测1/1000地形图，采用等高线法量计不同高程的水位、面积成果，绘制出水位面积库容关系曲线。经计算，工程总库容为11.09万一,最大坝高为17.3m,与批复可研报告总库容为10.69万淀，最大坝高为18.5m基本一致。流域内及邻近地区无实测水位、流量资料，也没有雨量资料，利用河南省中小流域设计暴雨洪水图集，采用小流域推理公式法推求设计洪水。经计算，20年设计洪峰

14、流量为62.21m3/s,洪水总量为19.75万m3；50年一遇校核洪峰流量为80.64m3/s,洪水总量为28.57万m3o本工程为新建工程，采用由土坝、放水建筑物（卧管、涵管）和泄洪建筑物（溢洪道）“三大件”组成。设计最大坝高为17.3m,坝顶长121.5m,坝顶宽度3.0m,上游坝坡1：2,下游坝坡1：1.5。工程总库容为11.09万其中，拦泥库容为7.00万滞洪库容为6.44万m3；设计淤泥面高程为643.38m,校核洪水位为646.41m,坝顶高程为647.91m。放水工程由卧管和涵管两部分组成。卧管最低放水孔高程640.00m,卧管最高放水孔高程646.81m,卧管长度21.67m

15、,断面尺寸为0.4mx0.4m；放水孔孔型为倒圆台型，上口直径0.28m,下口直径0.25m；涵管出口高程638.40,第一段比降1:100,长64.0m,内径0.8m,壁厚0.2m,第二段比降第二段,长14.34m,内径0.8m,壁厚0.2m；消力池长度3.50m,断面尺寸为3.50mx1.2mx0.7m。溢洪道全长102.46m,20年一遇设计流量50.4m3/s,由进口段、控制段、泄槽段、消力池段四部分组成，进口底高程采用设计淤积面高程642.82m,长28.00m；控制段底高程643.38m,长30.00m；泄槽段长30.46m泄槽段起点底高程为643.38m,出口底高程为633.23

16、m；消力池段底高程为633.23m,池深2.60m,长18.00m。采用底宽8m,重力式挡墙矩形断面。总工程量3.92万m3,其中土石方明挖1.0万m3,土方回填2.89万m3,砌石1554.00m3,钢筋硅102m3,总工时3.98万个。主要材料包括钢材0.413水泥159.913柴油65.54t。工程总投资为178.3万元，其中建筑工程费156.39万元，独立费用16.72万元，预备费5.19万元。杜窑南中型坝建成后，基础效益、经济效益、社会效益、生态效益明显，建议尽早开工建设。2基本情况1自然概况1地理位置工程位于河南省登封市西北的颍阳镇，距登封市约45km,地理坐标为坝址位置为东经11

17、28548，北纬381618，地属伊河支流逛河小流域的颍阳沟山沟道上，坝控面积1.83km2地质地貌坝控流域区地处黄土丘陵沟壑区HI副区，流域以中高山区为主，沟壑密度大，山高坡陡。流域内地表土层质地疏松，抗蚀性差，易于冲刷侵蚀、沉陷，经长期水力、重力侵蚀及其它外营力的剥蚀作用，在流域内形成了以长梁为主、梁坡相间、地形破碎、沟壑纵横的地貌特征。根据批复审查意见，侵蚀模数采用4750t/km2-ao工程所在沟道的主沟长2.09km,支毛沟11条，沟壑密度1.76km/km2,沟道比降为21.4%,左岸平均坡度约为1：2.1,右岸平均坡度约为1：L2,沟深约17m,沟底宽度约45m,高程为633.6

18、1m。坝址处地质条件良好，无构造断裂带通过，地基稳定。坝址处左岸有岩石出露，右岸为川台地，分布有中粉质壤土，且位于地下水以上，易开采，质地良好，满足筑坝要求。3地震情况根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)查得：工程区地震动峰加速度0.05g,地震动反应普特征周期值为0.35s,地震基本烈度为VI度，不考虑抗震问题。2.2社经情况2.2.1社经状况工程涉及颍阳镇杜窑自然村。涉及47户，总人口100多口，劳动力89人；羊257只，大家畜32头；总耕地面积9.7*2,人均基本农田0.097%2,人均粮食300kg,人均纯收入1080元/a。2.2.2受益和淹没区的情况工程涉及颍阳镇杜

19、窑自然村。涉及47户，总人口100多口，劳动力89人；羊257只，大家畜32头；总耕地面积9.7hm2,人均基本农田0.097hm2,人均粮食300kg,人均纯收入1080元/a。淹没区无村镇、学校，以坡耕地为主，由于干旱少雨且汛期受洪水影响较为严重，农业保收率较低。工程下游为农田及GZ-06杨沟南中型坝,设计标准为20年一遇,校核标准为50年一遇。2.2.3综合治理现状情况截止2007年底，工程所在小流域内共有各项坡面治理措施2192hm2,其中修建基本农田879hm2,营造乔木林632hm灌木林447hm2,栽植经济林(果)126*2,人工种草i09hm2,水土流失治理程度为41.23虬已

20、建成两座中型坝，现状工程控制面积7.63km2,尚未形成系统的沟道工程。2.3坝址及其上下游沟道工程情况2.3.1坝址上下游沟道工程情况本工程上游无坝系工程，下游游拟建有杨沟南中型坝，和杜窑南中型坝组成一个坝系单元。根据批复审查意见，杨沟南中型坝设计淤积年限均为10年，设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准50年一遇，可淤地6.45*2,拟2011年12月年开工建设，杜窑南中型坝设计淤积年限均为10年，设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准50年一遇，可淤地1.25%2,拟Zou年开工建设。2.4气象水文泥沙2.4.1气象特征项目区年平均气温14.2,年最高气温为40.5,年最低气温-15.1,年

21、平均蒸发量1898.6mm,最大蒸发量2456.3mm(1971),最小蒸发量1474.7mm(1989)。冬季开始于11月12日至3月26日，历时135天，为一年最长的季节，这时在蒙古高压的控制下，天气寒冷，冬季历年平均气温1.5,冻土深为50cm,无霜期最长为266d。年平均日照时数2275h,平均日照率为25.97%。冬季多西北风，夏季多偏东风，大风日数23天，全年平均风速2.5m/s。2.4.2水文根据登封市气象站观测：项目区多年平均降水量599.8mm,最大降水量为909.2mm（1983年）,最小降水量428.1mm（1981年），汛期多年平均（69月）降水量为401.9mm,占年

22、降雨量的67%。其降水特点为年内分布不均，69月份降水多以暴雨的形式出现，历时短，强度大，灾害性强。根据河南省地表水资附图和登封市水文站观测资料分析，逛河小流域洪水具有历时短、暴涨暴落、峰高量大、含沙量高的特点。据登封雨量站25年实测资料分析，小流域年平均径流深147.5mm,年平均径流量为1989.5万m;,o径流主要来源于汛期6-9月暴雨产生的洪水，以7-8月份为最多，多年平均汛期径流量为1498.1万m3,多年平均汛期径流量占年均径流量的73.78%O水文气象特征见表2-1o表2-1水文气象特征表年降水量（mm）多年平均暴雨次数（次/年）多年平均径流量（万m3）气温（C）无霜期（d）10

23、积温()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泥沙可研报告对流域土壤侵蚀模数的确定采用分析流域内侵蚀强度分布、调查现状水库淤积状况与查阅水文手册相结合的方法进行了论证，据批复审查意见，侵蚀模数为4750t/km2a。项目区流域年输沙量为8692.5to5建筑材料工程所需土料可就地取材，坝址处左岸有岩石出露,右岸为川台地，分布有中粉质壤土，土料有机质含量为1.8除水溶盐含量为4.6%,均满足筑坝要求，但土层较薄，需从上、下游较远处取土，平均运距2000m。工程所需材料均在本市境内购买，平均运距约45km。3水

24、文计算3.1工程等别及建筑物级别依据水土保持综合治理技术规范（GB/T16453.116453.6-1996）和水土保持治沟骨干工程技术规范（SL289-2003）之规定，该中型坝工程等别为五等，其主要建筑物大坝、溢洪道及放水设施均为5级建筑物。工程防洪标准：依据水土保持综合治理技术规范（沟壑治理技术）GB/T16453.3-1996之规定，设计洪水标准取20年一遇；校核洪水标准取50年一遇。设计淤积年限：依据水土保持综合治理技术规范（沟壑治理技术）GB/T16453.3-1996之规定，设计淤积年限取10年。本设计与可研报告批复一致。2水文计算2.1设计暴雨量计算利用河南省中小流域设计暴雨洪

25、水图集（以下简称“84图集”）和河南省水文水资源局2005年12月编制的河南省暴雨参数图集（以下简称“05图集”）计算方法和有关参数查算设计暴雨。.设计暴雨根据“84图集”附图和“05图集”附图，在流域重心处读得各时段点雨量均值和相应的变差系数，以C=3.5c查P小型曲线模比系数，采用下式计算设计频率点暴雨量。Hlp=HtKp(3-1)式中1时段设计频率为P的点雨量，mm；Ht1时段点雨量均值；KP频率为P的模比系数。再根据流域面积查附图求得点面折减系数，计算面暴雨量。由于该中型坝控制流域面积F=L83knM50km，以点雨量作为面雨量，即点面折减系数a=l。设计暴雨量计算成果见表3T、表3-

26、2。表3-1设计暴雨量计算成果表(84图集)时段点雨量均值Ht(mm)变差系数CvCs=3.5Cv模比系数Kp设计频率点雨量Ht(mm)点面折减系数a设计频率面雨量Hp(mm)10min160.441.54k2.0733.12133.12k22.5540.840.8lh370.541.89k52.177.7177.7k22.5895.4695.466h590.561.96k52.12125.081125.08k22.62154.58154.5824h800.551.93降2.07165.61165.6k22.55204204表3-2设计暴雨量计算成果表(05图集)时段点雨量均值Ht(mm)变差

27、系数CvCs=3.5Cv模比系数Kp设计频率点雨量Ht(mm)点面折减系数a设计频率面雨量Hp(mm)10min160.501.75k1.9931.84131.84k22.4238.7238.72lh350.521.82Ks2.0371.05171.05k22.4886.886.86h600.572.00K52.14128.41128.4Kz2.66159.6159.624h800.551.93k52.1Kis1168k22.58206.4206.4.暴雨递减指数暴雨递减指数由、”、加按下列各式计算：(3-2)(3-3)(3-4)n.n=1-1.2851g一包(3-2)(3-3)(3-4)aH

28、6n忒n3=1-1.6611g砒pP叫式中：ngn2pn3P为暴雨递减指数；H,oP,Hlp,%H24p分别为同一设计频率年最大10分钟、1小时、6小时、24小时雨量，a为暴雨点面折减系数。暴雨递减指数计算结果见表3-3表3-4o表3-3暴雨递减指数成果表（84图集）设计频率4）暴雨递减指mpn2pn3p100.4920.7330.78550.4720.7260.78720.4520.7240.791表3-4暴雨递减指数成果表（05图集）暴雨递减指数设计频率nip112Pn3P100.5530.6830.80150.5520.6700.80620.5490.6610.8133.2.2设计洪峰流

29、量计算按图集要求200km2以下采用推理公式为宜。基本公式为:(3-5)(3-6)(3-7)s(3-5)(3-6)(3-7)(P=-Tnsr=-278式中：Qn设计洪峰流量(m7s)夕一洪峰径流系数;7洪峰汇流历时(h)；F流域面积(km2),F=1.83km；L,干流长度(km),L=3.13km；J干流平均坡降，J=0.214；S设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率lh的面雨量(mm/h)；n一设计暴雨递减指数，小时取a；t=16小时取ri2；t=624小时取m；口一平均入渗率，根据河南省中小流域设计暴雨洪水图集中查得该流域位于V水文分区，值取58,考虑到该流域土层为粘土,透水性差，U值

30、取5mm/h；m-汇流参数机由夕1相关线查得，。二马门，。的范围为5100,若。小于5或大于100,可采用。等于5或等于100；m=0.99。将各数值代入公式经试算，得设计洪峰流量计算成果，见表3-5.表3-6。表3-5不同频率洪峰流量计算成果表(84图集)频率(年)10年一遇20年一遇50年一遇项目(P-10%)(P=5%)(P-2%)流域面积F(kmJ)1.831.831.83干流长度L(km)2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分区VVV平均入渗率y5.005.005.009=L/(F,/4J1/3)333汇流参数m0.990.990.99设计雨强S(mm

31、/h)63.2776.5994.35设计暴雨递减指数nDip0.4920.7330.785n2P0.4720.7260.787洪峰汇流时间t(h)0.3670.3490.301洪峰径流系数V0.9520.9600.969设计洪峰流量Q050.1761.5780.08表3-6不同频率洪峰流量计算成果表(05图集)频率(年)10年一遇20年一遇50年一遇项目(P=10%)(P=5%)(P=2%)流域面积F(km2)1.831.831.83干流长度L(km)2.092.092.09平均坡度J0.2140.2140.214水文分区VVV平均入渗率U5.005.005.00o=l/(f1/4j,/s)3

32、33汇流参数m0.990.990.99设计雨强S(mm/h)59.1571.0586.80设计暴雨递减指数nniP0.5530.5520.549n2p0.6830.6700.661洪峰汇流时间T(h)0.3670.3480.316洪峰径流系数W0.9510.9610.969设计洪峰流量Q“(ms)49.8162.2180.643.2.3设计洪水量计算设计洪量采用降雨径流关系，按24小时设计净雨量计算。24小时设计洪量用下式计算：W24=1000RF(m3)(3-8)式中：F流域面积(km?),本工程控制流域面积为1.83km2。R24小时净雨深(mm),由河南省中小流域设计暴雨洪水图集降雨径流

33、关系P+PaR曲线中VI-1线求得。流域最大初损Lax=60mm。P为24小时设计雨量，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨Pa=I皿，1020年一遇Pa=2/3Ia,30年一遇暴雨Pa=0.8Ia=48mm。各设计频率净雨量及洪水总量计算成果见表3-7、表3-8o表3-7设计净雨量及设计洪量计算成果表(84图集)p(%)1052P(mm)137.6168206.4Pa(mm)36.736.755P+Pa(mm)174.3204.7261.4净雨深(mm)84.3107.9156.1洪量模数(104m7km2)8.4310.7915.61洪量(104m3)15.4319.7528.57表

34、3-8设计净雨量及设计洪量计算成果表(05图集)P(%)1052P(mm)137.6168206.4Pa(mm)36.736.755P+Pa(mm)174.3204.7261.4净雨深(mm)84.3107.9156.1洪量模数(104m7km2)8.4310.7915.61洪量(lOm3)15.4319.7528.57由表3-53-8中查得各频率设计洪量与设计洪峰流量，经比较,“84图集”与“05图集”的暴雨参数基本一致，各频率设计洪量与设计洪峰流量差别均在15%以下。由于“05图集”系列更长，资料更为全面，本次洪水复核设计暴雨采用“05图集”的暴雨参数，沿用“05图集”的洪水查算图表推求设

35、计洪水。3.2.4设计洪水过程线计算采用概化三角形过程线法推求设计洪水过程线，见图3-1。图3-1概化三角形洪水过程线根据水土保持治沟骨干工程技术规范SL2892003,洪水历时计算公式为：Tp=5.56X(匕/Q)(3-9)式中：Tp洪水总历时，h；频率为P的设计洪水总量(10M)；点频率为P的设计洪峰流量(nf/s)o涨水历时一般取洪水汇流历时7，退水历时7=7；。计算结果见表3-9o表3-9中型坝坝校核年洪水过程计算表编号坝名控制面积F(knf)洪峰流量Qp(7s)洪水总量Wp(10W)洪水总历T(h)涨水历时r(h)GZ-03杜窑南1.8380.6428.571.970.3163.2.

36、5调洪演算由于该流域汇流历时短，洪峰流量大，所以该工程采用“三大件”设计，需进行调洪演算，计算滞洪库容和溢洪道最大下泄流量。由于该坝上游无标准较高或等标准工程，按照水利部水土保持治沟骨干工程技术规范SL2892003要求，按单坝调洪演算。溢洪道泄流曲线采用宽顶堰流量公式计算，调洪演算计算公式为：(V外=0,(3-10)Iqp=MB(2g)0.5*hl.5(3-11)式中：为一频率为P的洪水时溢洪道最大泄量，mVs；0一频率为P的洪峰流量，rn7s；匕一滞洪库容，万淀；叫一频率为P的洪水总量，万nr5；M-流量系数，取0.36;B溢洪道底宽，m；h溢洪水深，m；计算步骤：1、假定溢洪道底宽B,再

37、假定溢洪水深h,由水位库容关系曲线查得匕；2、把查得的V7代入式(3-10)中计算q0；3、由宽顶堰流量公式式(3-11)计算下泄流量；使公式(3-10)和(3-11)中的值相等时，假定溢洪水深即为相应频率下的堰上水深，此时心为相应频率下的溢洪道最大泄量，V”为滞洪库容。20年一遇设计洪峰流量Q设=62.21m3/s,相应洪水总量W设=19.75万n?,50年一遇校核洪峰流量Q校=80.64m3/s,相应的洪水总量W校=28.57万m,!o经试算，溢洪道底宽B取8m,20年一遇q50.4m3/s,V,=3.72万溢洪水深h=2.50m；50年一qP=67.5m3/s,Vz=4.65万溢洪水深h

38、=3.04m。2.6输沙量计算(3-12)年平均输沙量按公式计算：(3-12)S=MsxF式中：S一年输沙量，t；Ms年均侵蚀模数，本流域取4750t/kmJ,a；F坝控面积，本工程为1.83km2o经计算，本工程坝址以上年均输沙量为8692.5，4工程设计4.1设计依据及枢纽组成设计依据黄河流域水土保持骨干坝扩大初步设计编制大纲；本院编制河南省登封市逛河小流域片坝系建设杜窑南中型坝典型设计报告；登封市逛河小流域坝系杜窑南中型坝初步设计审查意见水土保持治沟骨干工程技术规范SL289-2003；水土保持综合治理效益计算方法GB/T15774-1995;1.2坝型及筑坝材料选择坝型选择主要是根据坝

39、址处地形、地质条件、筑坝材料情况及交通运输情况等综合分析确定。常用的坝型有土坝、堆砌石坝等。杜窑南中型坝坝址处沟道较窄，库容量大；土料丰富、易开采；水、电、路可满足施工需要，选用碾压土坝。工程所需土料可就地取材，坝址处左岸有岩石出露,右岸为川台地，分布有中粉质壤土，土料有机质含量为1.8临水溶盐含量为4.6%,均满足筑坝要求。3施工方式的选择本工程主要施工内容：坝体填筑、溢洪道砌筑、放水工程砌筑、基础开挖，工地对外交通便利，坝体采用机械碾压；浆砌石和干砌石工程采用人工砌筑。4枢纽组成及布设根据当地地形条件及考虑到该流域降雨形成的径流峰高量大，易形成洪水的实际情况，该坝以选用“三大件”为宜，即工

40、程由土坝、放水建筑物(卧管、涵管)和泄洪建筑物(溢洪道)组成。坝址右岸距冯堂自然村100m,并分布有耕地，左岸有有利地形分布，故溢洪道布设于坝体左岸，采用正槽开敞式。放水工程位于坝体右岸，进水形式为分级卧管，采用浆砌石砌筑,卧管下接消力池，后接涵洞，水流经消能后泄入下游河道。卧管采用方形，涵洞采用预制混凝土圆涵。2坝体设计2.1坝高库容淤地面积曲线的绘制根据坝址坝轴线位置，在库区1/10000地形图上量出汇水面积1.83km2。采用等高线法在实测1/1000地形图上量计不同高程的水位、面积成果，由公式4-1推求不同高程对应的库容成果。AVi=(A,+7MT+A2)X(4-1)式中：卜、A?一相

41、邻两等高线各自包围的面积，m2;Z一两条相邻等高线的高差，mo由计算成果，绘制出坝高库容淤地面积关系曲线。见图(GHXLY-DYN-DB-03)o4.2.2库容计算(1)拦泥库容拦泥库容按下式计算:Vs=Sxn/y(4-2)式中：匕一设计拦泥库容，万；S一年均输沙量，本工程坝址以上年均输沙量为8692.5t；一设计淤积年限，取10年。/一泥沙容重，取L35t/m3。经计算坝拦泥库容为6.44万m3o(2)滞洪库容该坝采用溢洪道泄水，根据调洪演算成果，滞洪库容采用50年一遇校核洪水下滞洪库容为4.65万m3o(3)总库容总库容为拦泥库容和滞洪库容之和，为11.09万射。4.2.3坝高确定采用公式

42、：H=H拦+H滞+H安(4-3)式中：H总坝高(m)H拦拦泥坝高(m)-滞洪坝高(m)H-安全超高(m)由拦泥库容6.44万n?查坝高库容曲线，查得淤积高程为643.38m,由此确定拦泥坝高H拦=643.38-633.61=9.77m。滞洪坝高H滞为校核洪水位与设计淤泥面高程之差，即溢洪道最大溢洪水深，根据调洪演算成果，H滞=3.04m。安全超高H安，按规范选用，采用1.5m安全超高。经计算确定最大坝高为14.31m,坝顶高程为647.91m,坝顶长109.84m。4.2.4坝体断面尺寸确定4.2.4.1坝顶宽度的确定根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),本工程有交通要求，

43、确定坝顶宽度为4m。4.2.4.2坝坡的确定根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),并通过稳定计算，上游坝坡选定1：2,下游坝坡1：1.5,由此可计算得土坝最大铺底宽度为58.00mo为防止坝坡受洪水冲刷，上游坡及下游坝坡上种植草皮进行生物防护。4.2.4.3结合槽为了增加坝体的稳定性，使坝体与沟底及沟岸结合良好，在坝轴线处设结合槽1道，坝基结合槽尺寸根据表4-1中计算的上下游水位差及允许渗透系数选取，拟定结合槽的尺寸为边坡1:1的梯形断面，底宽3m,深2mo4.2.4.4排水设施大坝下游采用贴坡排水，根据计算，坝体浸润线出逸点高程为635.11m,冻土深度选0.5m,确定排

44、水体高度3.68m,高程范围由636.61m至坝脚632.9m,反滤层采用三层，第一层为粒径0.252mm的粗砂，厚150mm,第二层为粒径520mm的碎石，厚150mm,第三层为粒径250mm的干砌石，厚500mm。底脚设排水沟，底宽500mm0为保证工程安全运行，防止暴雨冲刷坝体和坝肩，在下游坡设一道横向排水沟，在坝体与岸坡结合处设计岸坡排水沟，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，危及坝体安全，在坝顶顺纵向排水沟设DNlOOmm排水孔。排水沟为矩形断面，排水沟尺寸为300X300mm(宽X深)，边墙底板厚均为300mll1,用浆砌石砌筑，曲。水泥砂浆勾缝。根据黄河流域水

45、土保持骨干坝扩大初步设计编制大纲，本工程为蓄水运用工程，应进行渗流和稳定计算。1渗流计算工程设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。根据调洪演算成果，设计洪水位为645.88m,校核洪水位为646.41m。(1)计算断面本次渗流计算分析，典型断面选取主河槽处最大坝高断面，上游坝坡为L2.0,下游坝坡为1：1.5,在坝基坝轴线处设置结合槽。(2)计算方法及成果渗流计算采用有限元二维渗流方法，土层渗透系数按各向同性考虑。坝体采用最大断面进行计算。计算内容包括渗透坡降、浸润线出逸点高程、下游排水起点处渗流水深。渗透坡降计算按达西定律基本公式：J-AH/L(4-4)式中：J一-渗透坡降；H

46、库水位与排水点处渗流水位差；渗径长度。坝体上游水面以下1：nh的斜坡部分，用具有相同渗流阻力的虚拟矩形体代替，虚拟矩形的宽度4L按下式确定：AL=叱xH.(4-5)21TI+1式中：H.坝体上游水深；m.大坝上游平均坡比。坝下游无水，贴坡排水起点的渗流水深h,按下式确定：he=Ji+“J_l(4-6)坝体浸润线方程为：y2=he2+2he(x+L)(4-7)由以上各式计算可得坝体渗透坡降计算参数，见表4-1。表4-1坝体渗透坡降计算参数表计算工况渗流水深he水位差H(m)渗径长度L(m)设计洪水位1.3210.3127.67校核洪水位1.7812.3426.61(3)允许渗透坡降计算根据水利水

47、电技术标准汇编一水利水电卷普通建筑物设计，对一般性粘土，渗透变形形式只有流土，不会发生管涌。坝体为低液限粘土，渗透破坏形式为流土。粘性土允许渗透坡降计算公式采用标准汇编中公式：,破坏=(1一)(4-8)式中：G土粒密度，rv=2.65g/cm3；rw水密度，&=1.0g/cn?；n土的空隙率，n=0.35；J渗透坡降；Klt流土安全系数，取2.0。经计算得J破坏=1.07,J允许=0.54O坝基结合槽为低液限粘土，根据水工设计手册，其允许渗透坡降为5。渗透坡降计算成果见表42。表4-2大坝渗透坡降计算成果表计算工况坝体渗透坡降J1坝基渗透坡降J2计算值允许值计算值允许值设计洪水位0.350.5

48、40.245校核洪水位0.430.540.275由上表可以看出大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降，大坝渗透变形满足规范要求。2坝坡稳定计算(1)计算条件计算条件为正常运用和非常运用条件下，下游坝坡形成稳定渗流情况。(2)计算公式根据水土保持治沟骨干工程技术规范SL289-2003,坝坡稳定计算采用瑞典圆弧法进行计算。公式如下：Z(WV)cosa-泌seca-Qsin4tand+cbsecaZ(W土V)sina+Mc/R式中：k抗滑稳定安全系数；w土条重量，t；Q、V分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）;u作用于土条底面的孔隙压力；a条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间

49、的夹角；b土条宽度；c，、W-dl条底面的有效应力抗剪强度指标；Me水平地震惯性力对圆心的力矩；R圆弧半径。（3）计算参数设计坝体土料的强度指标为：W=24.2。，c=30.4kPa/m3,Y=20KN/m3,yi=18KN/m3,yi?=10KN/m3o（4）坝坡抗滑稳定计算成果及安全分析经计算,正常运用条件和非常运用条件下安全系数k分别为1.32和L29,根据水土保持治沟骨干工程技术规范SL289-2003,坝体抗滑稳定安全系数正常运用条件和非常运用条件分别采用1.25和1.15,故坝体抗滑稳定满足规范要求。4.3放水建筑物设计4.3.1放水建筑物结构形式放水工程进水形式为分级卧管，采用浆

50、砌石砌筑，卧管下接消力池，后接涵洞，水流经消能后泄入下游河道。卧管采用方形，涵洞采用预制混凝土圆涵。4.3.2卧管设计参照水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),卧管纵坡取大坝上游坡坡度1：3,每级孔径高差为0.4m。1放水流量确定由于杜窑南中型坝设有溢洪道，平时库内水位在溢洪道以下，在水库尚未淤满之前，考虑坝体安全及前期养鱼，后期边淤边种的原则,采用3天泄完滞洪洪水总量(50年一遇)来计算下泄流量：Q放=(4-11)放TX8.64计算得。放=0179m32放水孔径计算根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003)计算要求，每个台阶设单孔，按同时开启2个台阶的放水孔计算

51、，设计水位以下2个台阶的水头依次为Hi=0.4m、H2=0.8mo则放水孔径为：d=0.68XI.q(4-12)0.68X-0-9=0.233(m)为施工方便，取d=0.25(m)3卧管断面尺寸与结构尺寸的确定根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003)计算要求，卧管、消力池输水流量由于水位变化而导致的放水孔调节比正常运用时应加大20%30%,取30%,即卧管设计流量为：。加=1.3XQ放=0.233(in3/s)卧管断面采用方形，纵坡比降1:3,用浆砌石砌筑，取糙率系数0.025,基础每隔10m设一齿墙，深1m,厚0.5m。初步确定卧管为0.40mX0.40m的方形断面，根据加大

52、流量采用下式进行试算：。加=或Qla=a)R23Xi1(4_13)na)=bhl(4-14)X=b+2%(4-15)/?=(4-16)Xb+2hc=-Ri,6(4-17)n式中：(O卧管断面面积；b卧管断面底宽：心-卧管内正常水深(第一共朝水深)；X湿周；R水力半径；C谢才系数；n糙率(取0.025);i卧管比降(l:3)o经试算，卧管的正常水深为0.10m,取卧管尺寸为正常水深的4倍，计算卧管高为0.10m,符合水跃下跌高不淹没空口的要求，所以取卧管断面尺寸为0.40mX0.40mo根据设计水深和卧管断面尺寸，并对相关设计进行参考，卧管结构尺寸如下：侧墙厚30cm,基础宽150cm,基础厚3

53、0m,搭接长度15cm。4消力池断面尺寸的确定卧管末端消力池采用浆砌石砌筑，其尺寸由以下计算确定：(1)消力池深度d的确定J=1.1/12-/(418)加(4-19)式中：h涵管水深，m；h.卧管末端水深，m；h2第二共箱水深，m；a流速不均匀系数，取1.1;q卧管单宽流量，m3/(sm);g重力加速度，可取9.81m/s2。卧管末端水深为0.1m,由上式经试算第二共朝水深1.08m。消力池深度d=。h2-h-AZ=0.47m,设计取0.50mo(2)消力池长度L的确定L=5hi(4-20)式中：L消力池长度，m；其他符号含义同前。设计取L=5/n=5X1.084=5.42(m)取L=5.42

54、m(3)消力池宽度B的确定B=6+0.4(4-21)式中：B消力池宽度，m；b卧管宽度，moB=0.40+0.40=0.80(m)根据设计水深和消力池断面尺寸，并参考相关设计资料，消力池断面尺寸确定为：池长x池宽X池深=5.42X0.50X0.80m0(4)卧管结构消力池尺寸的确定根据设计水深和消力池净宽，参考相关设计资料，消力池结构尺寸确定如下：侧墙顶宽50cm,侧墙底宽110cm,基础厚50cm,基础外伸长25cm。4.3.3涵管设计1型式及布置方案卧管与下游河道之间采用涵洞进行连接，涵洞采用钢筋混凝土预制无压涵管，进口高程涵底高程638.40m,涵管纵坡分为i=l%与i=l/3两段，管长

55、分别为64.0m与13.39m。2涵管断面与结构尺寸确定根据水土保持治沟骨干工程技术规范(SL289-2003),混凝土涵管管径不小于0.80m,经试算涵管内水深0.2/0.8=25%小于涵管净高的75%,符合要求。第二段管内(z-33.33%)管内水深用明渠均匀流计算，经试算,当正常水深为人=0.20m时，h/D=0.20/0.8=25%Pmin,配筋满足要求。查表选择钢筋选用410主筋，同时选配4中10的付筋，可满足设计要求。另外，在放水孔处配中10的钢箍。(二)消力池盖板配筋计算设计公式采用水工混凝土结构设计规范公式，混凝土采用C20,混凝土抗压强度为fc=lON/mnT,钢筋抗拉强度f

56、y=210N/mnTo盖板厚度为20cm,据前计算所知，盖板上的淤泥厚度为：643.38-640.00=3.38(m),水深为堰上水深：H=3.04(m)o经计算，选用中12主筋，可满足设计要求。4.4溢洪道的设计4.4.1溢洪道布设及结构形式根据现场勘查，杜窑南中型坝坝址右岸，并分布有耕地及房屋，左岸有有利地形分布，故溢洪道布设于坝体左岸。溢洪道采用明槽开敞式，全长102.46m,由进口段、溢流堰段、泄槽段、消力池段四部分组成。为满足下泄校核流量的要求，溢洪道堰上水深取50年一遇校核频率下溢洪水深h=3.04m,其它段按50年一遇设计频率下溢洪道最大下泄流量分别计算其水深，50年一遇设计频率

57、下溢洪道最大下泄流量q=67.5m3/s,溢洪水深h=3.04m。消力池段根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2000),洪水标准取10年一遇。4.4.2溢洪道布设及结构形式1进口段水力计算进口段设计为平坡，结合地形条件，断面设计采用梯形断面,M7.5浆砌石砌筑，边坡1：1.5,水深取50年一遇设计流量下溢洪水深3.04m,边墙护砌加0.5m的安全超高，为3.54m。2溢流堰段(4-39)(4-40)(4-39)(4-40)”=+豆2g式中B溢流堰宽；q溢洪道设计流量，m3Is;M流量系数，取0.36；H。流速水头，m；h溢洪水深，mVo堰前流速，misg重力加速度，9.81m/s

58、2根据调洪演算成果，溢流堰底宽B取8m,堰上水深取50年一遇校核频率下溢洪水深3.04m,该段护砌高度为3.54mo3泄槽段水力计算陡坡段断面为底宽8m,边坡1：1.5的梯形断面，纵坡为1:3,后接消力池段。陡坡段顺水流方向每隔7.5m应做一沉陷缝，基础每隔7.5m做一道深0.60m,宽0.30m齿墙。泄槽边墙护砌高度为50年一遇设计流量水面线加0.5m超高，并满足下泄校核流量的要求。（1）陡坡临界坡度乙iSXkkac（4-41）式中：%临界水深对应的水力半径；g一临界水深对应的谢才系数；Bk临界水深对应的水面宽度；8重力加速度，可取9.81m/s2。经计算临界坡度乙=0.007K0.333,

59、为陡坡。（2）陡坡临界水深4(4-42)式中：a流速不均匀系数，取1.05；q单宽流量，67.5/8=8.44m7s；g重力加速度，可取9.81m/s2。niI,3|1.05x8.442c”则=J-痢=2.76/n(3)正常水深心陡坡段正常水深心由公式。=试算求得，经试算:hol=0.71m由于耳4,故水面呈降水曲线。4消力池段水力计算底流消能是通过水跃，将泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式，具有流态稳定、消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应强等优点，故消力池设计采用底流消能方式。经调洪演算，10年一遇溢洪道最大泄量为39.71m7so消力池池深和池长计算公式见式4-18、19、2

60、0o下游水深采用10年一遇溢洪道最大泄量39.71m7s,按照明渠均匀流公式计算。糙率取0.045,河道比降取平均坡降0.214,河道宽度为15m,矩形断面，经计算，下游水深为L5m。消力池计算成果表见表4-3o表4-3溢洪道消力池计算成果表部位泄流量共轨水深下游水深消力池深消力池长消力池39.71m7s2.761.52.60m18.00m4.4.3溢洪道各部位结构尺寸确定根据溢洪道设计规范SL253-2000)及相关设计经验，进口段采用浆砌石结构护砌，梯形断面，边坡1:1.5,底板厚度0.50m,侧墙衬砌厚度0.50m,护砌高度0.43m3.54m0控制段底宽8.0m,长30m,采用M7.5