某水库除险加固初步设计报告.doc

1 综合说明
1 综合说明
1.1 绪言
XX水库位于甘渭河支流XX沟上，地处XX县温堡乡XX沟村，距县城约25km。坝址以上控制流域面积3.4km2，属小（二）型水库。
水库流域气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，流域年平均气温5.1℃，多年平均降水量540mm，保证率为50%、75%的降水量分别为532mm、460mm，多年平均水面蒸发量（E601型）810mm。流域多年平均径流深65mm，多年平均径流量22.1万m3，保证率P=50%、P=75%的径流量分别为20.2万m3、13.8万m3。水库以上流域输沙模数1700t/km2，多年平均输沙总量0.578万t。p=5%的设计洪水总量和洪峰流量分别为8.5万m3、14.3m3/s； P=0.5%的校核洪水总量和洪峰流量分别为17.5万m3、22.6m3/s。
水库于1976年建成，2007年加高1.0m，坝高25m，总库容57.0万m3，是一座以防洪为主的小（二）型水库。由于水库建设标准低，坝体碾压质量较差，泄洪建筑物淤积严重，水库已成为一座险库，急需进行除险加固。
受XX县水务局委托，我院于2012年4月对XX水库除险加固工程进行初步设计。
我院组织设计人员对水库进行现场踏勘，初步拟定以下方案：①坝前培厚3.0m；②卧管改建水塔、封堵原卧管； 2012年5月15日完成《宁夏固原市XX县XX水库出险加固初步设计报告》（送审稿）。
1.2 工程概况
1.2.1 工程建设及现状
水库于1976年建成，库容51.0万m3，由土坝、输（泄）水建筑物组成，为碾压式均质土坝，2007年坝体加高1.0m，总库容57.0万m3，最大坝高25.0m，坝顶高程2118.0m，坝顶宽3.0m，顶长156m，迎水坡比为1:2.75，背水坡比1:2.0,背水坡采用生物防护措施，前坝坡无任何砌护。
输水建筑物位于土坝左岸，由叠梁卧管、涵洞、明渠、陡坡及消能设施组成。卧管为侧进水,孔口尺寸为0.85m×1.0m，廊道为箱型钢筋混凝土结构，输水涵洞为拱涵，尺寸为0.8m×1.5m(宽×高)，最大输水量2.6 m3/s。
2012年4月经我院实测，坝顶高程2118.0 m，现状淤泥面高程2112.0m，有效库容26.1万m3，经调洪计算防洪能力满足200年一遇校核洪水标准。
1.2.2 水库存在的问题
水库自建成以来，经过多年运行，目前已存在诸多问题：
① 坝体碾压不均匀，质量较差，内部有裂隙，水库难以在高水位蓄水。
② 前坡无砌护，坝顶无防护、平整度较差，坝后无排水体，。
③ 坝顶有交通要求，但坝顶宽度仅3.0m。
④ 卧管经多年运行，淤积严重，由于建筑物尺寸较小清淤困难，且卧管泄洪流量不好控制。
⑤水库基本没有管理设施，无法对水库进行正常的管护；无交通、通讯设施，与外界联系不通畅；主坝没有渗流和沉陷、位移观测设施，无法对主坝进行监测；缺乏必要的工情观测设施及水、雨情监测设施。
1.3 水文
XX水库位于甘渭河支流XX沟上，流域面积3.4 km2，地势自东向西倾斜，沟道流向与地势相同展布。地貌类型以阴湿土石山区为主，流域上游植被良好，林草茂密。土壤为山地草甸土。山顶浑圆，土坡陡陖多阶状。
水库区域气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，春低温少雨，夏短暂多雹，秋阴涝霜旱，冬严寒绵长。降雨集中，历时短、强度大，蒸发强烈，气温变化大，无霜期较短，日照充足。灾害性天气主要有大风、干旱、冰雹、霜冻等，年均气温5.1℃,1月份最低，极值为－25.7℃；7月份最高，极值为31.4℃。热量丰富，春温上升快，秋温下降迅速，无霜期124天，最少94天。年平均太阳总辐射量5007兆焦耳/平方米，年日照时数2228小时，夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风速2.2m/s。冻土深度最大为1m，流域内沟道一般11月中、下旬开始有岸冰，次年2月开始融冰，2月底至3月初终冰。封冻期水温0℃。
XX水库流域多年平均降水量为540mm，降水年内分配不均，主要集中在6～9月，占全年总降水量的72%。保证率为50%、75%的年降水量分别为532mm、460mm、多年平均水面蒸发量（E601型）810mm。流域多年平均径流深65mm，多年平均径流量22.1万m3，保证率为50％、75%的径流量分别为20.2万m3、13.8万m3。水库以上流域输沙模数1700t/km2，多年平均输沙总量0.578万t。
因水库流域为干旱黄土丘陵区，洪水的产流方式为超渗产流。洪水的形状受暴雨的影响多为尖瘦形，陡涨陡落，一般不超过一天。由于坝址处无实测流量资料，因此采用暴雨资料推求设计洪水，依据《宁夏暴雨洪水图集》及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等值线图。采用暴雨资料推求设计洪水，经计算P=5%的设计洪峰流量及洪水总量分别为14.3m3/s、8.5万m3；P=0.5%的校核洪峰流量及洪水总量分别为22.6m3/s、17.5万m3。
1.4 工程地质
1.4.1 库区工程地质条件
库区属中低山地貌单元,河谷受水流的冲刷切割,使河谷形成“U”字型。两岸冲沟发育.第三系基岩零星出露.风化强烈,裂隙发育,使表部岩体呈碎块状。
库区出露的地层岩性有第三系红柳沟组(N1h)泥岩；第四系上更新统马兰组(Q3m)黄土；第四系全新统冲积层(Q41aL)壤土；第四系全新统冲洪积层(Q42apL)角砾。由老至新分述如下：第三系红柳沟组(N1h)泥岩：浅红，砖红色，厚层状，泥质结构，风化强烈，裂隙发育，表部岩体呈碎块状。该层分布于库区下部。出露于坝体上下游的冲沟中。第四系上更新统马兰组(Q3m)黄土：灰白、土黄色，坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广泛分布于库区两岸，厚度大于20m。
第四系全新统冲积层(Q41aL)壤土：灰白、灰褐色，坚硬状态，具水平层理，局部含砾，有机质含量较高 ，植物根系发育，主要分布于河谷的Ⅰ、Ⅱ级阶地上。厚度1—5m。第四系全新统冲洪积层(Q42apL)角砾：杂色，松散—稍密状，呈棱角及片状，主要由砂岩、泥灰岩、泥岩等组成。常见粒径1—3cm ,充填物为砂及粘性土，主要分布于河谷的底部。厚度1—2.5m左右。
库区地表水主要由上游各沟谷流水汇集，受季节性影响较强。勘察期间沟内有地表水和地下水，其地表水化学类HCO3––SO42-––CL—Mg—Na––Ca型，对混凝土一般酸性、重碳酸盐型、镁离子型不具有腐蚀性，仅硫酸盐型具有中等腐蚀性，[SO42-]含量434.67mg/ L。对钢筋混凝土结构中的钢筋，具有弱腐蚀性。（CL=CL+ SO42-×0.25=386.96 mg/ L），对钢结构具中等腐蚀性。（PH值3-11. CL+ SO42-=712.95 mg/ L）。
该库地下水水化学类型为HCO-3––SO42-—Ca—Mg型水，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487—2008） 附录L环境水腐蚀性评价，对混凝土一般酸性型、碳酸盐型、重碳酸盐型、镁离子型、硫酸盐型不具有腐蚀性。对钢筋混凝土结构中的钢筋，不具腐蚀性。对钢结构具有弱腐蚀性。
库区地处中低山区，两岸为低山均高于设计最高水位线，也没有低于该库设计正常蓄水位的邻谷及洼地。为此不存在两岸渗漏问题。
水库地处中低山地貌单元，两岸低山或丘陵均高于正常蓄水位。经调查水库在正常蓄水位高度范围无村庄、公路、农田及低于库水位的洼地，故培厚后不存在浸没问题。
经调查库区上部覆盖层较厚，没有发现有断裂，特别是没发现活动性断裂存在，也未发现有滑坡现象。该水库规模较小，蓄水量不大，因此水库加高、培厚后诱发地震的可能性不大。
1.4.2 坝体（址）工程地质条件
坝址区经现场地质调查及区域地质资料分析，库区未发现有大的断裂和断层等对坝体有不利影响的构造形迹。
通过地质勘察，坝址区的地层岩性有第三系中新统红柳沟组（N1h）砂质泥岩、第四系上更新统马兰组（Q3m）黄土、第四系全新统冲洪积（Q41apL）壤土、（Q42apL）角砾碎石，人工填土（Q4mL）等
土料场布置在大坝右岸，料场平均运距为150m左右。
块石料场地位于三关口，开采多年，已形成规模，岩性为奥陶系灰岩，致密、坚硬，天然容重在2.6g/cm3以上，符合建筑材料标准，属外购料，距坝址区65km，交通方便。砾料场与块石料为同一料场，岩性及指标相同，同属外购料。
砂料位于静宁威戎 砂料场，主要分布于甘肃省静宁县城的河谷中，为第四系冲积作用形成，属砂砾混合料，总储量大于500万立方米，砂含量占70%，属中粗砂。砂料的总储量约350万立方米，可做为建筑材料使用，现料场开采已形成一定规模，属外购料，距XX水库坝址区约35km，交通方便。
结论与建议:
该水库处第三系地层广泛分布，第四系覆盖较薄，无不良工程地质构造，适宜兴建该工程。
水库所处的第三系地层是良好的天然隔水层，不存在渗漏问题。
原坝体碾压不均，施工质量差，坝后坡最为明显，培厚后高水位运行时可能会产生渗漏及渗透变形破坏，危及大坝安全，应进行处理。
水库两岸均有大面积第三系岩层，培厚时应对两岸淤积面以上强化岩层进行处理，以防止由于风化裂隙，岩体破碎而引起绕坝渗漏。
库区上游植被覆盖较差，水土流失严重，库区淤积很严重，应进行必要的措施。
工作区地表水对普通水泥具硫酸盐型中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。建议采用抗硫酸盐水泥。
坝址区及库区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期0.45S，地震基本烈度Ⅷ度，属抗震不利地段。该地区最大冻土深度115cm。
1.5 工程任务及规模
1.5.1 工程任务
该水库是一座以防洪为主的小（二）型水利枢纽工程。
防洪任务：利用水库滞洪、削峰作用保护水库下游村庄、农田，及隆秦公路的防洪安全。
水库水资源利用任务：该水库是一座防洪兼水资源利用的多功能水库，由于淤积严重，蓄水量逐年下降，水库灌溉功能基本丧失。
环境保护：本工程拦截地表径流，减少下游河道泥沙及水土流失，充分利用当地水资源，要求对水土保持及涵养水源发挥作用。
1.5.2 工程规模
XX水库属小（二）型水库，主要建筑物（土坝、输水建筑物）属Ⅴ等5级。次要建筑物及临时建筑物（库内施工围堰等）属Ⅴ等5级。设计洪水标准：主要建筑物20年一遇，临时性建筑物10年一遇；校核洪水标准：200年一遇；水库设计水平年(淤积年限)为20年。
本次除险加固的主要内容有：(1)坝前培厚3.0m ,前坡面用8cm厚的C15、W4、F150的砼预制板护坡；(2)卧管改建水塔，新建5.0m方涵连接段，设计泄流量2.6m3/s。
1.6 工程布置及主要建筑物
1.6.1 工程等别、洪水标准及抗震标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000规定，该水库属小（二）型水库,工程等别Ⅴ等,主要建筑物Ⅴ等5级,次要建筑物及临时工程Ⅴ等5级,设计洪水标准20年，校核洪水标准200年,抗震标准按8°设防,设计淤积年限20年。
1.6.2 除险加固方案
XX水库是一座以防洪及拦泥为主的水利枢纽工程，总库容57.0万m3，已淤积库容30.9万m3,有效库容26.1万m3,设计水平年取20年，校核洪水标准取200年，根据水文资料，经调洪计算库容能够满足防洪要求，因此坝体不用加高。
1.6.2.1 坝体加固、防渗
在本次勘察中，所有钻孔钻至孔深6m处，孔口均不返水，且漏水漏浆。由此可判定原坝体施工质量差，碾压不均匀，压实度未达到设计要求，现在坝后可见库水渗漏汇成地表水沿沟道排泄。
设计拟采用坝前培厚方案进行坝体防渗处理。
坝前培厚的目的是形成一道防渗斜墙，增长渗径，降低坝后渗流溢出点高程及水力坡降值，防止发生流土破坏，培厚土料的渗透系数应小于1.0×10-5cm/s,压实度不小于0.96，筑坝土料含水率控制在17.1%（最优含水率）±3%之间。
为使新老坝体良好结合，在坝脚新旧坝体结合处设置结合槽，底宽3.0m，高2.0m，边坡1:1。为防止风浪侵蚀，前坡面铺设8cm厚的C15砼预制板,下垫0.2m砂砾石，板缝宽5cm，每10m设置一道伸缩缝，并在坝脚处设置0.5m×0.5m的浆砌石防滑槽。
1.6.2.2 输（泄）水建筑物改造
原输（泄）水建筑物为卧管，侧进水，经多年运行，淤积严重，由于建筑物尺寸较小清淤困难，且泄洪流量不好控制，为方便运行管理，本次设计拟改建为水塔，并利用原有输水涵洞，新建水塔与原卧管通过5.0m方涵连接。
新建水塔位置拟定为原卧管上游侧5.0m处，岸坡与泥面衔接处。水塔为钢筋砼框架结构，水塔进口底板高程2111.0m，塔高7.0m，塔顶高程2118.0m，与坝顶齐平，平行于原卧管方向架设1跨长11.5m的钢桁架桥工作桥，桥面宽1.2m， 桥两边设φ30mm钢管栏杆，工作桥一端搭在牛腿上，另一端搭在岸坡的支墩上，工作桥与土坝左岸道路通过踏步连通，踏步水平长7.5m、宽1.5m，坡比1:1.5，两侧安装φ30mm钢管栏杆，栏杆高1.2m，间距1.5m。
水塔与原卧管连接段，采用一孔钢筋砼方涵，埋置于淤泥面下，洞前与水塔相接，洞后接原卧管侧面，接口以上卧管廊道进行封堵。方涵断面尺寸初步拟定为1.0×1.2m（宽×高），其底板、侧墙及顶板厚度均为0.3m，洞长5.0m，比降1/50。
1.7 工程施工
施工区位于XX县、温堡乡、新庄村，施工道路、用电、通讯等均可利用现有设施，施工用水从附近机井抽取，施工条件便利。坝体培厚土料由右岸取土场提供，平局运距150m。
砂料位于静宁威戎 砂料场，主要分布于甘肃省静宁县城的河谷中，为第四系冲积作用形成，属砂砾混合料，总储量大于500万立方米，砂含量占70%，属中粗砂。砂料的总储量约350万立方米，可做为建筑材料使用，现料场开采已形成一定规模，属外购料，距XX水库坝址区约35km，交通方便。
块石料场地位于三关口，开采多年，已形成规模，岩性为奥陶系灰岩，致密、坚硬，天然容重在2.6g/cm3以上，符合建筑材料标准，属外购料，距坝址区65km，交通方便。
砾料场与块石料为同一料场，岩性及指标相同，同属外购料，距坝址区65km，交通方便。
在施工安排上先进行泄洪建筑物（水塔）施工，后进行坝体培厚，但应安排在非汛期施工，水塔施工需要修建围堰，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》小（二）型水库施工围堰洪水标准为5～10年，本工程拟采用10年，对应洪水总量6.1万m3，对应静水位高程2113.5m，安全超高取0.5m，围堰顶高程为2114.0m，顶宽3.0 m，长76m，内、外边坡均为1:2.0，压实度同主坝，不小于0.96。
工程计划总工期为17个月。2013.2.1～2013.6.30，主要完成围堰、水塔、涵洞的施工，2014.2.1-2014.6.30，主要完成清基、坝前培厚、砼预制板护坡的施工。具体施工安排见施工组织设计。
1.8 工程占地及淹没
经调查经，XX水库除险加固的兴建无搬迁农户。
工程占地16亩，其中永久性占地2亩（旱耕地），临时性占地14亩（旱耕地）。
1.9 水土保持和环境保护
根据《水土保持法》有关规定，水土保持方案应坚持水土保持措施与主体工程“同时设计，同时施工，同时验收”的制度，防止新的水土流失发生，保证生态环境的良性循环。征用土地的复垦方案，根据实际地形，因地制宜新修成水平梯田，土坝施工完成后，坝后坡面裸露，遇雨水易冲刷，形成细沟，影响坝体安全和美观。规划采用草灌结合，选择树种为柠条，草种为芨芨草。
工程的环境保护效益较大。XX水库工程的实施，为当地提供更为安全的生产和生活环境，解决水库上游水资源利用问题，促进当地的经济发展和生态环境建设，工程建设的环境保护意义较大。
1.10 工程管理
工程建成后，新建XX水库管理所，增设大坝监测设施，方便水库运行管理；加强管理人员岗位培训，提高管理水平；建立健全管理制度，科学管理工程，确保公益性水利工程长久发挥其工程效益。
1.11 工程概算
工程总土方1.42万立方米，其中：土方开挖0.6万立方米，土方回填0.82万立方米；砌石4.0立方米，其中：浆砌石4.0立方米；浇筑混凝土413立方米。
劳力4.4万工时。
工程共需钢材9吨，水泥166吨，砂子603立方米，石子773立方米，块石5立方米。
工程概算总投资为150.94万元。工程部分投资144.81万元，其中建安工程88.2万元，设备费17.49万元，临时工程9.74万元，独立费用25.15万元；预备费4.22万元；水保及环保费0.72万元；淹没及征地补偿费5.41万元。

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2水 文
2 水 文
2.1 流域概况
XX水库位于XX县温堡乡XX沟村，属于甘渭河支流XX沟上，所在位置处于黄土丘陵半干旱区，集水面积3.4km2。地势自东向西倾斜，沟道流向与地势相同展布。地貌类型以阴湿土石山区为主，流域上游植被良好，林草茂密。土壤为山地草甸土。山顶浑圆，土坡陡陖多阶状。
2.2 水文站点及基本资料
XX水库所处甘渭河流域雨量站点很少。借用渝河流域的雨量站和水文站进行水文要素分析。
2.3 气象要素
2.3.1 气候
区域深居内陆，气候属中温带季风区半湿润向半干旱过渡性气候，春低温少雨，夏短暂多雹，秋阴涝霜旱，冬严寒绵长。降雨集中，历时短、强度大，蒸发强烈，气温变化大，无霜期较短，日照充足。灾害性天气主要有大风、干旱、冰雹、霜冻等。
年均气温5.1℃,1月份最低，极值为－25.7℃；7月份最高，极值为31.4℃。热量丰富，春温上升快，秋温下降迅速。
无霜期124天，最少94天。年平均太阳总辐射量5007兆焦耳/平方米，年日照时数2228小时。
夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风速2.2m/s。冻土深度最大为1m。
流域内沟道一般11月中、下旬开始有岸冰，次年2月开始融冰，2月底至3月初终冰。封冻期水温0℃。
2.3.2 降水
XX水库所在流域内多年平均降水量540mm，降水量年内分配不均，主要集中在6~9月，占全年总降水量的72%，保证率50%、75%的年降水量为532mm、460mm，月分配情况见表2-1。

XX水库流域多年平均及各保证率年降水量月分配表
表2-1 单位：mm
月 份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
多年平均
5.1
7.9
13.0
29.7
42.6
71.2
120.3
110.3
85.0
38.1
13.1
3.8
540
P=50%
5.1
7.7
12.8
29.2
41.9
70.1
118.5
108.6
83.8
37.5
12.9
3.8
532
P=75%
0.5
4.5
23.5
33.7
56.0
96.3
108.5
50.7
57.4
23.6
4.9
0.5
460

2.3.3 蒸发
该流域多年平均水面蒸发（E601型）810mm，干旱指数1.50。水面蒸发量月分配见表2-2。
XX水库水面蒸发量逐月分配表
表2-2 单位mm
月 份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
多年平均
26.7
32.4
61.6
94.8
119.1
111.8
102.1
96.4
61.6
48.6
30.8
24.3
810
%
3.3
4
7.6
11.7
14.7
13.8
12.6
11.9
7.6
6
3.8
3
100

2.4 径流量
该流域多年平均径流深65mm，多年平均径流量22.1万m3，p=50%、75%保证率的径流量及月分配情况见表2-3。
XX水库多年平均及各保证率年径流量月分配表
表2-3 单位：万m3
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
多年平均
0.54
0.57
1.07
1.08
1.26
1.78
3.51
3.94
3.59
2.22
1.54
0.99
22.1
P=50%
0.50
0.52
0.98
0.99
1.15
1.63
3.21
3.60
3.28
2.03
1.41
0.91
20.2
P=75%
0.57
0.58
0.69
1.21
1.43
3.62
2.30
1.54
0.62
0.58
0.42
0.23
13.8

2.5 泥沙
本区植被较好，流水侵蚀比较轻，多年平均悬移质输沙模数1700t/km2，年输沙总量0.578万t，输沙量主要集中在6~8月，占全年输沙总量的79%以上，各月输沙量见表2-4-1,泥沙容重按1.35t/m3，折算为体积后见表2-4-2。
XX水库多年平均输沙量月分配表　
表2-4-1 　 单位：万t
月 份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
输沙量
0
0
0.008
0.017
0.058
0.201
0.135
0.122
0.019
0.018
0
0
0.578
%
0
0
1.4
2.9
10
34.8
23.3
21.1
3.3
3.2
0
0
100

表2-4-2 单位：万m3
月 份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
输沙量
0
0
0.006
0.013
0.043
0.149
0.100
0.090
0.014
0.013
0
0
0.428
%
0
0
1.4
2.9
10
34.8
23.3
21.1
3.3
3.2
0
0
100

2.6 设计暴雨洪水
2.6.1 暴雨洪水特性
区域暴雨一般集中在每年的6～9月，主要集中在7、8月，占暴雨发生次数的60％以上。暴雨强度较大，本区域能形成大洪水的暴雨一类是笼罩面积小、历时短、主雨t≤1~3h，雨强大于1mm/min。具有干旱半干旱地区暴雨的特征，即强度大、历时短，持续大暴雨少。
洪水同暴雨一样发生在汛期6～9月，以7、8月最多，4、5、10月偶尔有之。因该流域为半干旱黄土丘陵沟壑区，洪水的产流方式为超渗产流。因植被差调蓄能力小，产流后即泄，汇流快，造峰历时短，洪水多为尖瘦形，陡涨陡落，一般不超过一天，大多几个小时。
2.6.2 设计暴雨
本区的暴雨历时一般不超过24h，主雨历时在6h左右，多为短历时暴雨，暴雨笼罩面积不大，点面折减较快。本区1小时、6小时点雨量均值为23.0mm、41.0mm。设计最大点雨量参数，1小时Cv=0.59， Cs=3.5Cv，6小时Cv=0.55， Cs=3.5Cv，XX水库设计频率10%、5%、3.33%、0.33%、0.2%的1h、6h暴雨设计点雨量和设计面雨量见表2-5、表2-6。
XX水库设计点雨量表
表2-5 单位：mm
暴雨历时
（h）
均值
Cv
Cs/Cv
设计暴雨（p=%）
10
5
3.33
0.33
0.2
1h
23.0
0.59
3.5
40.6
50.1
55.9
87.6
94.5
6h
41.0
0.55
3.5
70.5
86.1
95.1
145.6
156.6

XX水库设计面雨量
表2-6 单位：mm
历时
（h）
项目
设计频率P(%)
10
5
3.33
0.33
0.2
1
点面折
减系数
0.99
0.99
0.99
0.99
0.98
设计
面暴雨
40.2
59.6
55.3
86.8
92.6
6
点面折
减系数
0.99
0.99
0.99
0.99
0.98
设计
面暴雨
69.8
85.2
94.2
144.1
153.5
2.6.3 设计洪水
2.6.3.1 计算方法
由于XX水库坝址处无实测流量资料，因此采用暴雨资料推求设计洪水，依据《宁夏暴雨洪水图集》及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等值线图。
2.6.3.2 产流计算
XX水库所在流域洪水多为超渗产流型，历时短，洪峰高。该区流域面积为3.4km2，经1/50000地形图量算，概化长度为2.6km。根据该区暴雨特性及下垫面条件采用扣损法计算产流过程。
产流公式如下：

——为产流期某时段净雨 (mm)；
——为产流期某时段面雨量 (mm)；
——为产流期某时段损失水量（mm）；
XX水库以上流域属于黄土丘陵干旱地区，平均损失率fi公式如下：
半干旱区：
2.6.3.3 汇流计算
汇流计算是根据推求的设计净雨过程 Ri推求流域出口断面的洪水流量过程，采用纳希瞬时单位线法推求。按瞬时单位线原理，就是净雨历时趋于零的极小时段内产生的一个单位净雨（1mm净雨深）在出口处所形成的流量过程线，其公式为：
u(t)=
式中：t——时段变量；
u(t) ——为t时的瞬时单位线的纵坐标；
n,k——为瞬时单位线形状参数；
Γ(n) ——伽玛函数;
据上式可导出时段单位线方程式为：
q(Δt·t)=
式中：q(Δt·t)面积为F的流域上，t时段内净雨量为1mm的单位线在t时段的纵坐标，以m3/s计;
Δt——计算时段长（h）；
——换算系数；
——纳希瞬时单位的累积曲线，又称S(t)曲线；
——形同S(t)曲线，唯在时间坐标上错后Δt时，用S(t-Δt)表示。
[S(t)- S(t-Δt)]简写为ΔS(t)，为Δt小时无因次时段t时的纵高。以μ(Δt·t)表示。
2.6.3.4 计算参数
在计算瞬时单位线，进行洪水演进时，须求得参数n，k，滞时M，计算公式如下：
黄土丘陵区：n=1.22L0.231，K=M1i/n，M1i=0.148L0.9i-0.093
i——产流区平均净雨强度（mm/h）；
L——概化长度（km），该流域概化长度为6.6km。
采用地区均衡法进行分析比较得到该水库不同设计保证率的洪水过程线。
2.6.3.5 计算成果
该流域面积3.4km2，清浑比0.89。根据以上暴雨参数可以求得相应频率的洪峰流量、洪水总量见表2-7。由汇流原理计算不同设计频率洪水过程线见表2-8。

XX水库设计洪水成果表
表2-7 单位：m3/s、万m3
项 目
P(%)
10%
5%
3.33%
2.0%
1.0%
0.5%
0.33%
0.2%
洪峰流量
10.2
14.3
16.7
18.1
20.8
22.6
25.2
27.6
洪水总量
6.1
8.5
10.1
12.3
15.2
17.5
19.5
21.4

XX水库设计洪水过程
表2-8 单位： m3/s
P(%)
时段序号（△t=0.5h）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
10
0.0
5.8
10.2
8.1
4.7
2.6
1.2
0.7
0.3
0.2
0.1
0

5
0.0
8.1
14.3
11.2
6.6
3.5
1.8
1.0
0.4
0.2
0.1
0

3.3
0.0
9.7
16.7
13.3
7.9
4.2
2.1
1.1
0.6
0.3
0.1
0

2
0.0
12.8
18.1
14.4
9.3
5.7
3.5
1.9
1.2
0.8
0.4
0

1
0.0
10.6
20.8
19.6
13.5
8.3
5.1
2.9
1.7
1.1
0.6
0

0.5
0.0
11.2
22.6
21.6
15.6
10.3
6.5
4.0
2.5
1.5
0.8
0.6
0.2
0.0
0.3
0.0
12.6
25.2
24.0
17.4
11.5
7.2
4.5
2.7
1.6
0.8
0.6
0.2
0.0
0.2
0.0
13.8
27.6
26.5
19.1
12.6
7.9
4.9
3.1
1.8
0.9
0.6
0.2
0.0

3工程地质
3 工程地质
3.1 绪言
受宁夏XX县水务局委托，宁夏地质工程勘察院于2011年11月20日至11月25日对XX县XX水库大坝进行了除险加固工程地质勘察工作。
XX水库位于XX县、温堡乡、新庄村，属小（二）型水库，建设日期为1976年3月。
本次勘察的主要目的有：
⑴ 查明水库及坝址区的工程地质条件；
⑵ 查明水库渗漏的原因；
⑶ 对坝体土原施工质量进行检验评价；
⑷ 提出防渗处理意见；
⑸ 查明水库配套建筑物的工程地质条件。
此次勘察工作执行的规范：
⑴《中小型水利水电工程地质勘察规范》 （SL55-2005）；
⑵《水利水电工程地质勘察规范》 （GB54287-2008）；
⑶《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251–2000）；
⑷《岩土工程勘察规范》（2009年版） （GB50021–2001）；
⑸《建筑抗震设计规范》 （GB50011–2010）；
⑹《土工试验规程》 （SL 237–1999）；
⑺《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002）；
⑻《中国地震动参数区划图》 （GB18306–2001）；
⑼《湿陷性黄土地区建筑规范》 （GB50025-2004）。
提交技术成果如下：
一、文件
宁夏XX县XX水库除险加固工程地质勘察报告 1份；
二、图件：
⑴ 宁夏XX县XX水库除险加固工程坝体(址)工程地质剖面图 1张；
⑵ 宁夏XX县XX水库除险加固工程坝体(址)工程地质渗透剖面图 1张；
⑶ 宁夏XX县XX水库除险加固工程水塔地址剖面图 1张；
三、附件
⑴ 钻孔柱状图 1张；
⑵ 土工试验成果表 1张；
⑶ 水质分析成果表 1份；
⑷ 坝体土压缩曲线 1张。
3.2 区域地质概况
3.2.1 地形地貌
XX水库位于六盘山西麓，属中低山地貌区。水库处于两山间沟谷地带，冲沟较发育，两岸岩体裸露，海拨高程2100–2150m之间，总体为东高西低，沟谷大体为“U‘字型，两岸Ⅰ、Ⅱ级阶地不连续分布。
3.2.2 地层岩性
工作区主要分布的地层有第三系红柳沟组泥岩、第四系全新统壤土、角砾、碎石等，现由老至新分述如下：
第三系红柳沟组（N1h）
泥岩：浅砖红色、灰褐色、灰绿色，中––厚层状构造，泥质结构，强风化层厚度0.5–2.0m左右，裂隙发育，多呈灰绿、灰褐色，岩体破碎，中等风化层厚0.5–1.0m，裂隙较发育。
第四系全新统上更新统马兰组(Q3m)
黄土：灰白、土黄色，坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广泛分布于该区域。
第四系全新统（Q4apL）
① 壤土：土黄色、灰褐色，可塑––坚硬状态，具水平层理。局部含砾，主要分布于河谷的Ⅰ、Ⅱ级阶地上。
② 角砾：杂色，稍密––中密状态，次棱角状，一般粒径5–15mm，含量约50%，主要成份为砂岩、粗细砂及少量粘性土充填。角砾层主要分布于沟谷。
3.2.3 地质构造及地震
工作区属陇西系旋卷构造体系，受其影响西华山––南华山––六盘山隆起断褶带对该地区影响最为显著。
西华山––南华山––六盘山隆起断褶带是陇西系较明显、突出的旋回褶带之一。该带北起自甘肃省的黄家洼以西，向南东进入宁夏，经西华山、月亮山、六盘山后复入甘肃境内。北部以西华山––南华山北麓山前断裂为界，与兴仁––海原新生带坳陷带相邻，南部紧靠西吉新生带坳陷带。该断褶带呈向北突出之弧形展布，弧顶在固原寺口子一带，为褶带出露最宽部位。往西北、南东方向，其宽度逐渐变窄。
自挽近时期以来，西华山––南华山––六盘山隆起断褶带活动强烈。在1219年––1962年的743年间，沿西华山––南华山––六盘山隆起断褶带共发生过9次破坏性大地震，发生4级以上地震24次，平均每两年半有一次4级以上地震发生。
根据《中国地震动参数区划图》（1:400万），工作区的地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期0.45，地震基本烈度为Ⅷ度。
3.3 库区工程地质条件
3.3.1 地形地貌及物理地质现象
库区属中低山地貌单元,河谷受水流的冲刷切割,使河谷形成“U”字型。两岸冲沟发育.第三系基岩零星出露.风化强烈,裂隙发育,使表部岩体呈碎块状。
3.3.2 地质构造
根据调查，库区未发现有断裂存在。
3.3.3 地层岩性
库区出露的地层岩性有第三系红柳沟组(N1h)泥岩；第四系上更新统马兰组(Q3m)黄土；第四系全新统冲积层(Q41aL)壤土；第四系全新统冲洪积层(Q42apL)角砾。由老至新分述如下：
⑴ 第三系红柳沟组(N1h)
泥岩：浅红，砖红色，厚层状，泥质结构，风化强烈，裂隙发育，表部岩体呈碎块状。该层分布于库区下部。出露于坝体上下游的冲沟中。
⑵ 第四系上更新统马兰组(Q3m)
黄土：灰白、土黄色，坚硬状态，具大孔隙，垂直节理发育，具湿陷性。广泛分布于库区两岸，厚度大于20m。
⑶ 第四系全新统冲积层(Q41aL)
壤土：灰白、灰褐色，坚硬状态，具水平层理，局部含砾，有机质含量较高 ，植物根系发育，主要分布于河谷的Ⅰ、Ⅱ级阶地上。厚度1—5m。
⑷ 第四