大坝工程可行性研究报告

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1 综合说明 22 基本情况 42.1 自然条件 42.2 社会经济 53 水文计算 53.1 设计洪水标准与设计淤积年限 53.2 水文设计 53.3 工程特征曲线绘制 94 工程地质 115 项目任务和规模 135.1 设计依据 135.2 工程布置 135.3 工程设计 136 工程施工与管理 206.1 工程施工 206.2 工程管理 207 投资估算 227.1 投资指标 227.2 编制说明 228 工程效益 248.1 经济效益 248.2 生态效益 258.3 社会效益 269 结论和建议 269.1 结论 269.2 建议 27附图综合说明**市**治沟骨干工程位于**市**镇北**村,毗邻著名的北**遗址群核心区。发源于小秦岭北麓，主沟道长7.5km，流域面积4.28km2。属山前黄土侵蚀沟壑区，西部为该流域多年平均侵蚀模数为5500t/km2·a，年均输沙量2.35万t，水土流失较为严重。截止2007年底，累计治理水土流失面积3.3km2。取得了一定的经济、生态、社会效益，但因缺少治沟骨干工程，严重制约当地农业经济的可持续发展，为了增强农村经济发展的后劲，强化农村基础设施建设，解决村民的发展出路，解决保护和发展的矛盾，化解因保护区内原貌不能变，不准深挖、修渠、建厂等的制约引起农民困缺地而产生的对立情绪。同时减少水土流失，改善生态环境，为北**遗址的保护创造良好的社会环境和经济环境。因此急需在该区域尽快修建治沟骨干工程本次可行性研究是依据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289—2003、《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》GB／T16453.3-1996和《水土保持工程可行性研究报告编制暂行规定》，参考《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》、《淤地坝防洪保收技术》、《小型水利工程设计手册》等技术成果资料，根据该流域沟道特征、水土流失规律现状，针对现实中存在的突出问题，以最大限度利用水沙资源，最大限度发挥投资效益，通过规模论证、方案优选和可行性分析，确定该工程的建设方案：1、新建治沟骨干工程一座,控制流域面积4.28km2，最大坝高14.3m,总库容63.97万m3。淤积库容33.62万m3，淤积年限20年，可淤地5.3hm22、新建净扬程260.0m高的提水站一座，解决塬上40hm2土地的灌溉问题。3、新建输水、排洪渠道（兼景观用）2.0km，为下步遗址公园的建设和水资源的合理配置做好前期准备。工程建设总动用土石方10.3万m3，总投资394.37万元，其中骨干工程投资215.3万元，提水站44.55万元，输水渠道104.62万元，其它费用30万元。工程建设期1年。基本情况自然条件地形、地质**小流域面积4.28km2，主沟道长7.5km，沟道平均比降7.3%，沟道基本呈矩形，平均底宽150.0水文、气象当地多年平均气温13.5℃，最高气温42.7℃，最低气温-17℃，,多年平均降水量569.4mm，6—9月降水量占全年总降水量的61%以上，无霜期199—215天，年最大24小时点雨量为106社会经济全流域共有5个自然村，11个村民小组，436户，1723人，耕地面积3300亩，荒山荒沟造林5500亩。2007年农民人均收入5000元。水文计算设计洪水标准与设计淤积年限按照《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289—2003和《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》（GB/T1643.3-1996）等规范标准，并结合近年来工程建设实际情况，本工程库容在50万方以上，确定洪水标准按30年一遇设计，300年一遇校核，设计淤积年限为20年。水文设计由于小流域内无水文观测资料，根据沟道的实际情况，本次水文计算采用《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003）中规定的经验公式法进行计算。设计暴雨Htp=HtKp式中：Htp——t时段设计频率为P点的点雨量，mm；Ht——t时段点雨量均值，H1=31mm，H24=6Kp——频率为p的模比系数；由雨量变差系数Cv查皮尔逊Ⅲ型曲线Kp值表求得，偏态系数Cs=3.5Cv，Cv在《图集》相应历时雨量变差系数等值线图上的流域重心处读取，得Cv1=0.58，Cv24=0.5，计算参数详见表3-1。表3-1设计点雨量计算表P(%)H1Cv1KpH1pH24Cv24KpH24p3.33310.582.4676.26600.52.23133.80.333.74115.943.24194.4设计洪峰流量计算结合本地实际情况，采用《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》洪峰流量计算方法进行计算。QP=0.278ψ（S/τn）Fψ=1-（μ/S）τnτ=0.278（L/mJ1/3Q1/4）式中：QP—设计频率洪峰流量，m3/s；ψ—洪峰径流系数；τ—洪峰汇流时间，h；F—流域面积，km2；L—干流长度，设计断面至干流分水岭，km；J—L的平均坡度；S—设计频率下1小时雨量，mm/h；N—设计暴雨递减系数；μ—平均入渗率，查图集取7mmm—汇流参数，依据θ=L/(J1/3F1/430年一遇、300年一遇洪峰流量计算结果见表3-2：表3-2洪峰流量计算结果表F(km2)L(km)Jmµ(mm/h)P(%)Q((m3/s)4.287.50.0731.42573.3355.30.3390.3设计洪水总量计算一般用24小时降雨量查山丘区次降雨径流关系P+Pa～R曲线求得。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=Ⅰmax，10～20年一遇Pa=（2/3）Ⅰmax，本区域属于水文分区Ⅳ区，Ⅰmax=60。W24=0.1R24式中：Wp—24小时设计频率下的洪水总量，万m3；R24—不同频率下24小时净雨深，mm；F—流域面积，km2；不同频率洪量模数详见表3-3。设计洪水总量成果表表3-3设计频率P（%）24h设计雨量HP（mm）最大初损值Imax（mm）设计前期影响雨量Pa（mm）净雨深R24（mm）设计洪水总量W24（万m3）3.33133.8604084360.33194.4606014662.5不同频率洪水过程线不同频率洪水过程线采用概化三角形法计算。根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》，洪水总历时计算公式为：式中：—洪水总历时，h；其它符号意义同前。涨水历时公式为：式中：—涨水历时，h；—涨水历时系数，视洪水产汇流条件而异，其值一般为0.1-0.5，根据当地情况取0.35。设计和校核频率下洪水总历时和涨水历时计算结果见表3-4：表3-4设计和校核情况下洪水历时和涨水历时计算结果表P(%)Wp（万m3）Qp（m3/s）洪水总历时T(h)涨水历时t1(h)3.333655.33.611.260.3362.590.33.841.34工程特征曲线绘制大坝水位一库容、水位一面积关系曲线见附图。库容1滞洪库容滞洪库容由滞洪坝高h查库容曲线而得，而滞洪坝高h由泄水建筑物确定。本次骨干坝均设计带溢洪道的“三大件”工程，滞洪坝高为校核洪水位与设计淤泥面之差，即溢洪道最大过水水深，由调洪演算确定；溢洪道为开敞式溢洪道，溢洪道进口高程为拦泥库容对应高程，溢洪道溢流堰设计为宽顶堰，依据部颁《水土保持治沟骨干工程技术规范（SL289-2003），结合坝系布置中骨干坝的位置关系进行调洪演算。本工程上游无设计标准较高或同等设计标准的工程，用下面两式进行调洪演算：式中：—频率为P的洪水时溢洪道最大下泄流量，m3/s；—设计洪峰流量，m3/s；—滞洪库容，万m3；—设计洪水总量，万m3；—流量系数，取1.55；—溢洪道宽，m；—计入流速水头的堰上总水头，m；滞洪库容及溢洪道堰上水深，由上述公式、水库水位～库容曲线及泄量～库容曲线进行试算。调洪演算成果表表3-5溢洪道宽（m）30年一遇300年一遇溢洪道洪水泄量（m3/s）滞洪溢洪水深（m）溢洪道洪水泄量（m3/s）滞洪溢洪水深（m）库容库容（万m3）（万m3）525.919.142.2446.4530.353.3拦泥库容1、拦泥库容V拦：V拦=S×F×N/γs式中:V拦——设计拦泥库容(万m3)S——多年平均侵蚀模数，取0.55万t/km2·a。N——淤积年限，取20年。γs——淤积泥沙干容重（t/m3）取1.4t/m3则：V拦=33.62万m3总库容V总=V拦+V滞=33.62+30.35=63.97万m3坝高的确定坝高H设可由下式确定：H设=H栏+H滞+ΔH从H-V曲线图中查得：当V拦=33.62万m3时,H拦=9.96m；当洪水位在相应坝高13.3m（即H滞=3.3m）处，V总=63.97万m3，安全超高一般为1.0-1.5m则：H设=H拦+H滞+ΔH=9.96+3.3+1=14.3m则坝顶高程474.3m工程地质1、工程地处**黄土丘陵沟壑区，地貌由峁、梁、坡、沟组成，以梁为主。水库区内沟谷发育，地形破碎，沟壑纵横，形成黄土冲沟地貌；冲沟、裂缝、坍塌现象较为发育。2、坝区地形封闭条件较好，地层单一，坝基、两坝肩及坝周地层岩均为第四系黄土状粉土。坝岸坡破坏类型主要为崩塌，塌岸宽度较大。现状岸坡目前处于相对稳定状态，水库蓄水后库岸不稳定，土体将向两岸发展。黄土状粉土为弱透水性，水库蓄水后，一般不会产生侧向渗漏和绕坝渗漏。水库不存在耕地及居民点淹没问题。坝淤积量较大，一方面来源于汛期洪水携带的泥砂，另一方面来源于塌岸。3、工程区地震基本烈度为7度，设计时可按7度设防。水工建筑物的场地土类型为中硬场地土，场地类别为Ⅱ类。可不考虑地震液化。4、坝址土在饱和状态下以中压缩性为主，承载力能够满足建坝要求。坝址两侧岸坡的黄土部分具有湿陷性；坝址土体受水浸湿后。会产生湿陷变形，存在不均匀沉降问题，应根据需要对其进行处理。5、坝址土属弱透水层，坝址土的渗透变形类型以流土为主；但不存在渗透破坏问题。6、该区域属于中低山土石地区，地表水排泄条件好，雨季地表水量较大，其它季节地表水量较小。区内地下水以第四纪松散积层孔隙及裂隙孔隙潜水为主，第四纪松散堆积层孔隙水埋藏较浅。7、该工程的土料可采用库区两岸的黄土状粉土，开采条件较好，运输条件较好；土料储量很大，物理力学指标满足碾压坝土料质量要求。**市区内分布的粗细骨料，质量、数量满足要求，可以满足工程需要。项目任务和规模设计依据1、《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289—20032、《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》GB/T16453.3—19963、《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》4、《水工设计手册》5、《土石坝设计手册》工程布置本工程主要建筑物有拦河大坝、放水工程、溢洪道、提水站和引水渠组成。根据现场勘察及地形图布置工程位置及建筑物型式。工程布置见图工程设计大坝工程5.3.1.1坝址选择通过在地形图上比选，现场踏勘，初步将坝址选在距李沟村1.5km处。坝型采用均质土坝，施工方法采用机械碾压填筑。5.3.1.2库容的确定1、拦泥库容V拦：V拦=S×F×N/γs式中:V拦——设计拦泥库容(万m3)S——多年平均侵蚀模数，取0.55万t/km2·a。N——淤积年限，取20年。γs——淤积泥沙干容重（t/m3）取1.4t/m3则：V拦=33.62万m32、滞洪库容V滞经5.3.2节调洪验算及经济比较确定溢洪道水深取3.3m，则滞洪库容V滞：查水位—库容—面积曲线V滞=30.35万m33、总库容V总V总=V拦+V滞=33.62+30.35=63.97万m35.3.1.3坝高的确定坝高H设可由下式确定：H设=H栏+H滞+ΔH从H-V曲线图中查得：当V拦=33.62万m3时,H拦=9.96m；当洪水位在相应坝高13.3m（即H滞=3.3m）处，V总=63.97万m3，安全超高一般为1.0-1.5m则：H设=H拦+H滞+ΔH=9.96+3.3+1=14.3m则坝顶高程4745.3.1.4坝体断面设计1、坝顶宽土坝施工采用碾压法施工，坝顶宽按《技术规范》规定，坝高为14.3m，坝顶宽为3-4m。由于坝顶存在交通要求，坝顶宽取5m，且在坝顶铺0.5m泥结碎石路面。2、坝坡坡率根据《技术规范》确定上游坝坡为1：2.5，下游坝坡为1：2.0。3、坝体排水和护坡为使坝体免遭暴雨冲刷，在坝上游淤积面以上采用块石护坡，砂层厚0.2m，碎石层厚0.2m，干砌块石厚0.4m。下游坝坡采用生物护坡。为增强下游坝坡稳定性，防止土体的渗透破坏，在下游坡脚设贴坡式排水，贴坡式排水体高3m，顶宽1.0m，坡度1:2。在贴坡与坝接触面上设粗沙、小砾石、块石反滤料层，厚度为0.2m、0.2m、0.4m。并在坝肩与岸坡结合处设置纵向排水沟，排水沟断面尺寸为0.2×0.2m，采用砼砌护。5.3.1.5坝基与岸坡处理1、清基：坝体填筑前，对坝基和岸坡进行处理，清除草皮、树根、腐质土等，清基厚度1.0m2、开挖结合槽：为使坝体稳定，增长渗径，沿坝轴线方向开挖坝基、岸坡结合槽，梯形断面底宽1.5m，深1.5m，边坡1:1。3、岸坡修整：坝体与两岸结合处，岸坡应开挖成平顺的正坡，岸坡坡度小于1:1.5。5.3.1.6防渗处理因河床砂砾层较深，防渗采用粘土铺盖防渗，先对库区进行清基，然后用粘土进行回填。放水工程根据地形和地质条件，放水工程设置在坝的左岸坡上，由卧管、消力池、涵管和明渠四部分组成，卧管、消力池盖板采用钢筋混凝土浇筑，其它工程全部采用浆砌石砌筑。5.3.2.1放水量的确定由于本骨干工程有溢洪道，平时库内水位在溢洪道底面以下，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5天泄完库内水量（即设计拦泥总量）来计算：Q设=W拦/（3×24×3600）=33.62×104/（5×24×3600）=0.78m5.3.2.2卧管设计根据地形条件，卧管底坡采用1:2.0，底部高程为460.0m，顶部高程为471m，则卧管高度H=111、放水断面尺寸确定采用平孔进水方式，台高为0.4m，同时开启上下三孔放水，计算公式为：d=0.68[Q/(H11/2+H21/2+H31/2)]1/2式中：Q=0.78H1=0.4mH2=0.8mH3=1.2m将以上数据代公式得：d=0.38m，取0.40m。2、断面尺寸确定计算卧管和流量时，应考虑由于水位变化而导致的放水孔调节，比正常运用时流量加大20%—30%。卧管流量按设计流量加大20%确定，即：Q设=Q设×(1+20%)=0.94m查《小型水利手册》P510表4-4-12和P515表4-4-14，P518表4-4-16，卧管断面尺寸为0.65×0.65m，卧管侧墙顶宽0.4m，基础宽0.55m，搭接长0.20m，盖板厚0.20m，配筋为φ10mm@11cm并沿卧管长度方向每隔10m做一深0.4m，宽0.4m的齿墙。3、消力池设计查《小型水利手册》P510表4-4-12，P516表4-4-15，P518表4-4-16和4-4-17，消力池宽1.05m。长7.35m，深1.0m，消力池侧墙顶宽0.65m，底宽1.5m，基础外伸0.2m，基础厚度0.6m，盖板搭接长0.35m，盖板厚0.17m，配筋φ10mm，@12cm。4、涵洞设计在卧管与明渠之间拟建涵洞，涵洞采用砌石拱涵，进口高程为460.0m，比降为1/100，Q=1.0m3/S，查《小型水利手册》P525表4-4-18，P526表4-4-22确定，拱涵跨度0.8m，净高1.20m，水深0.77m,墩高0.8m，基础宽0.85m，起拱面宽0.5m。再按《规范》P23涵管设计a规定，沿涵洞长度方向每隔10m做一道截水环，以防沿管壁集中渗流，截水环高0.4m5、明渠设计明渠进水口紧接涵洞出水处，明渠采用矩形断面形式，全长5m，比降为1/100，明渠断面尺寸侧墙顶宽0.4m，底宽0.6m，垫层厚度0.4m，宽0.8m，明渠净高0.8m，其水深与涵洞相同也为0.77m，明渠后无陡坡。溢洪道设计5.3.3.1泄洪流量计算**骨干坝上游没有设计标准较高或相等的工程,溢洪道布设在大坝右岸，洪水过程线按概化三角形公式计算，调洪验算按下式：VZqp=Qp（1-）WP式中：qp——频率为P（校核洪水）的溢洪道最大下泄流量，m3/s。VZ——滞洪库容，104Qp——频率为P的区间面积的设计洪峰流量，m3/s。WP——频率为P的区间面积的设计洪量，10430.35qp=90.3（1-）62.5=46.45m采用明宽顶堰公式经计算:b=4.8m取b＝5.3.3.2溢洪道断面设计根据地形和地质条件，溢洪道布设在大坝右岸，由入口段、渐变段、溢流段三部分组成。入口段为梯形断面，底部高程470.0m，长20m，底宽5m，边坡1:1。经计算，当H总＝2.5m，流速V＝2.67m/s＞1.4m/s（土质渠道不冲刷流速），所以溢洪道必须护砌,采用浆砌石护砌，护砌厚度0.4m，护砌高度取3m，采用M7.5砂浆砌石。渐变段紧接入口段，长度8m提水站为解决塬上40hm2土地的灌溉问题。计划新建净扬程260米高的提水站一座，需架设高压线路2.0km，建管理房2间30m2输水渠道新建输水渠道（兼景观用）2.0km，为下步遗址公园的建设做好前期准备。渠道宽2.0m，深0.工程施工与管理工程施工施工条件1、对外交通该水库坝址位于**市西部的北**村，离**市约25km。对外交通不便。需修通往大坝道路1.5km2、自然条件坝址处多年平均气温13.5℃，极端最高气温42.7℃，极端最低气温-17.0℃，全年汛期较短，非汛期时间为8个月，可利用施工时间较长。3、建筑材料及水电供应条件水泥、钢材、木材、砂石料等均可由市场供应。施工用水可直接设泵取用溪水。施工用电需架设输电线路2.0km施工导流工程所在沟道无常流水，开工选择在十月份，雨水较少，可以不考虑施工导流。工程管理施工管理1、工程虽然规模不大，但坝体填筑工程，技术性较强，在施工时要统一建立指挥部，协调工程建设并监督检查，验收工程质量及施工进度，确保工程顺利完工。2、通过工程招标，选择有施工经验，技术能力强的专业队伍承担施工。3、现场设置监督机构，跟踪监督施工质量，严格把关。工程管理1、工程建成后，成立专门管理机构，制定落实管理管护制度，负责坝体及其他建筑物的管理管护和维修工作。2、工程检查与观测工程竣工后，在蓄水、泄水前后，应对各项建筑物进行全面检查。汛前检查防汛准备情况，并落实抢险队伍的组织和制度。暴雨洪水来临前，应有专人观测雨情和水情，检查坝体和泄水等建筑物的安全状况。3、工程维修养护管理管护人员应经常察看坝体运行情况，如有问题，及时处理。4、环境保护建筑物四周50m以内严禁挖土采石。严禁向库内排放污水和废渣。投资估算投资指标工程概算总投资394.37万元，其中骨干坝215.3万元,提水站44.55万元,引水渠104.62万元,其它费用30万元。总需完成工程量10.3万m3。编制说明水利部文件水总［2003］67号文，《水土保持生态建设工程概（估）算编制规定》，定额采用《水土保持工程概算定额》，定额中缺项部分，参考水利部《水利建筑工程概算定额》（2002年）或其他水利定额。工程量依据设计图纸计算，并乘以工程量系数。1、基础单价：（1）、人工预算单价：该工程所在地属六类工资区，工程不太复杂，根据编制规定，工程措施人工工资取1.5元/工时，林草措施人工工资取1.2元/工时。（2）、施工用电和用水根据当地实际情况而定，分别为0.69元/kwh，和1.0元/m3。（3）、施工用风按0.12元/m3计算。（4）、材料价格：原价为2008年工程所在地市场价格，运杂费及运输保险费按规定计算，采购及保管费费率中工程措施按2%计，林草措施按1%计。砂石料由**市购买，预算价格超过70元/m3的部分计取税金后列入相应部分之后。（5）、施工机械使用费：采用《水土保持工程概算定额》附录中的施工机械台时费定额计算，对于定额缺项的施工机械，参考有关行业的施工机械台时费定额。2、工程建设费用组成：工程建设费用由工程费、独立费用和预备费三部分组成。3、各项费用取费标准：（1）单价中各项取费费率见下表。单价中各项取费费率表名称工程措施林草措施其他直接费费率4%1.5%间接费费率7%5%企业利润4%2%税金3.22%3.22%（2）独立费用：建设管理费费率为2.4%；工程建设监理费费率为2.8%；勘测设计费按国家计委、建设部计价格[2002]10号文《工程勘察设计收费标准》计算；水土流失监测费费率取0.6%；工程质量监督费费率取2.5‰。（3）基本预备费费率为3%，物价上涨指数为0。工程效益经济效益经济效益计算范围经济效益分为直接效益和间接效益。其中直接经济效益主要包括种植效益、养殖效益、灌溉效益。间接效益包括拦泥效益。经济效益分析只计因使用投资而新增加措施的效益，原有措施虽然随着时间推延和技术进步，也会提高质量，但因未投入建设资金，因此不计算其效益。经济效益计算1、直接经济效益①坝地种植效益工程淤积年限期满后，可淤地5.3hm2，坝地开始产生直接种植效益。坝地单产按7500kg/hm2计算，粮食单价按1.8元/kg计算，保收率按80%计算。经计算，项目10年计算期内累计种植效益为②水面养殖效益工程建成后，前期按水库运行考虑，若可蓄水养鱼，应计算养鱼效益。养鱼水面面积按设计面积的50%计，产量按1500kg/hm2，单价以8元/kg计算。经计算，项目20年计算期内累计养殖效益为63.6万元。③灌溉效益治沟骨干工程在前期工作运行时，是以水库的形式存在，在建成第二年就可以蓄水灌溉。灌溉效益按工程可灌溉面积40hm2计算，灌溉后粮食增产量按3000kg/hm2计，粮食单价按1.8元/kg计。经计算，项目20年计算期内累计灌溉增产效益为432万元。2、间接经济效益治沟骨干工程减少泥沙的间接效益，根据上游减少的下泄泥沙量，替代下游因此而节省的清淤及加堤费用的方法，拦蓄泥沙按1/4淤积下游河道，每吨泥沙折价30元人民币的标准计算。拦泥效益从坝建成后开始计算。经计算，项目30年计算期内累计拦泥效益为252.14万元。3、经济效益合计30年计算期项目累计产生经济效益804.98万元。生态效益**骨干工程的建设，年可拦蓄泥沙1.68万m3，20年可拦泥沙33.62万m