水库除险加固工程放水建筑物加固工程初步设计 毕业论文

'水库放水建筑物除险加固设计摘要:********水库属于典型的“三边”工程，由于受到当时政治、经济和技术的影响，枢纽工程存在着许多安全隐患。2007年6月********水利局组织有关专家，按照水利部1995年颁发的《水库大坝安全鉴定办法》之规定，对********水库大坝进行了安全鉴定工作，评定********水库大坝为三类坝，并建议管理单位“尽快对水库有针对性的除险加固，消除大坝枢纽的不安全隐患”。本次设计主要针对水库放水建筑物进行除险加固设计，包括进水建筑物（卧管）、泄水建筑物（泄水涵洞）、出口消能段（消力池）等工程。一、综合说明1、原水库工程概况2、工程现状存在的主要问题（放水建筑物、岸坡等）3、工程安全鉴定情况4、除险加固的必要性（任务分配）二、工程地质及调节计算1、工程地质（主要为大坝、岸坡涉及范围地质情况）2、调节计算⑴、洪水标准⑵、设计洪水⑶、调洪计算（包括现状泄流曲线推算）三、放水建筑物除险加固设计1、除险加固设计内容及工程任务2、水力设计计算⑴、卧管进口过水能力计算⑵、洞身段水力计算⑶、出口消能水力计算3、结构设计四、附图36 目录一、综合说明11、原水库工程概况12、工程现状存在的主要问题13、工程安全鉴定情况24、除险加固的必要性2二、工程地质及调节计算31、工程地质32、调节计算33、调洪计算16三、放水建筑物除险加固设计181、除险加固设计内容及工程任务192、水力设计计算193、结构设计22四、结语22五、附图22六、参考文献22七、附录24八、致谢3136 综合说明1、原水库工程概况********水库位于********西部四十里********上游卫东镇杨沟口，与********水库南部相邻，通过350m隧洞使两库相连，由洛惠渠总干渠供水，经********水库涵洞流入该库。控制流域面积1.0km2。********水库枢纽工程始建于1973年8月，1975年6月工程全面建成后投入使用，是一座以灌溉为主，同时兼顾供水和水产养殖等任务的综合利用小（一）型水利枢纽工程。********水库自1975年建成后，为灌区的农业和经济发展做出了重要贡献，为改善灌区群众生产生活条件发挥了重要作用，但在工程建设过程中，片面追求工程进度，忽视工程质量，技术力量不足、施工手段落后，质量控制不严。又限于工程建设资金较少，安排发动群众投工投劳，因而造成工程质量先天不足，留有隐患，给管理运行带来较大困难，随着时间的推移，部分枢纽工程老化失修，带病运行，不但水库效益得不到正常发挥，而且还对下游0.7万人、0.3万亩耕地构成极大威胁。每年汛期，各级部门都把该库列为防汛重点库。********水库枢纽工程由均质土坝、放水设施、进退水渠道、副坝四部分组成。水库为Ⅳ等工程，主要建筑物为Ⅳ级建筑物。该库20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。总库容171万m3，有效库容150万m3，死库容10万m3，滞洪库容11万m3。正常蓄水位1088.05m，设计洪水位1088.35m，校核洪水位1088.55m，死水位1078.71m。设施灌溉面积0.997万亩，有效灌溉面积0.75万亩。2、工程现状存在的主要问题********水库修建于上世纪七十年代，受历史条件和生产力水平制约，是典型的“三边”工程，施工中主要采用人工铺土、拖拉机拉动砼碾碾压，为追求施工进度，导致坝体碾压不均匀，造成坝体沉隐和渗水。据了解在施工时分队平行施工，界限间可能出现漏压现象，造成松软带，所以坝体质量较差。在运行过程中，上下游坝坡产生不均匀水平位移和沉陷，迎水坡已形成80—100cm粗的孔洞塌陷漏斗，反滤层严重破坏，放水涵洞内壁有多处渗漏现象，闸板闸门、放水设施落后，老化失修，漏水情况严重。启闭设备常出现故障，根据上述情况，大坝存在的主要问题是：(1)大坝：坝顶沉降位移，最大沉降59mm，水平位移39mm；迎水面：放水涵洞上部坝体有渗漏通道，反滤料失效，坝肩库岸风浪剥蚀严重；背水面比降1：1.95,马道以上有3处鼓包，面积4－6m2，高0.3m，较大冲沟一道长18m，深0.2m；坝基渗水严重，形成140m2的沼泽；马道、坝基、坝坡均未设排水系统，退水渠不畅；36 右坝肩马道以下有12m长渗漏段，最大渗漏量2.4升/分钟；副坝长63m，高2m，副坝单薄，低矮，本压变形严重,外坡脚渗漏，造成径流、冲沟；坝端岸坡潮湿渗水；上游反滤料护坡大面积损坏。(2)输水洞：洞口内33m－46mm处有9处渗漏通道，最大孔径10cm，渗漏量1.76升/秒，洞身未处理；斜拉闸门锈蚀，启闭困难。(3)水库淤积严重，主要来源于周围耕层活土被风、水剥蚀所致。(4)退水渠淤积，侵蚀严重，退水不畅，退水闸老化失修，开启不灵，空隙较大，跑水、漏水严重。(5)水库无各项观测设施，无专用电力、通讯及交通设施，不能满足防洪需要。3、工程安全鉴定情况依据《水库大坝安全鉴定办法》第六条规定和《水库大坝安全评价导则》的有关内容，经本次安全鉴定，****************水库工程施工质量建议评价为不合格，防洪能力建议评价为C级，坝体结构稳定建议评价为A级，渗流稳定评价为C级，抗震安全评价为A级，运行管理较差。大坝综合评价建议为三类坝，应尽快采取除险加固措施。4、除险加固的必要性********水库建成运行后，由于采用群众会战，人工铺土、人工夯填、缺少机械，而又盲目追求速度，造成工程质量不高，每年汛期，各级部门都把该库列为防汛重点库。一旦溃坝，对下游0.7万人、0.3万亩耕地带来极大威胁。水库一直带病运行，使水库运行效率大幅度降低，不能适应灌区生产发展的需要。建议尽快对水库有针对性的除险加固，消除大坝枢纽的不安全隐患。********水库没有设置溢洪道，故大坝除险加固必须使坝体和放水建筑物能够满足防洪要求，确保大坝安全。除险加固主要任务：（1）大坝坝体方面（由杨亚萍负责完成）：①大坝坝顶设计；②迎水坡改造及防渗处理；③背水坡加固处理及增设坡面排水系统；④渗流稳定计算与分析；⑤坝坡稳定分析。（2）放水建筑物方面（由本设计完成）：①卧管进口过水能力计算与结构计算；②洞身段水力计算与结构计算；③出口消能水力计算与结构计算。二、工程地质及调节计算1、工程地质工程区位于秦岭东部指状山地内的腰市～洛南断陷盆地中部，********县河以北、洛河以南四十里黄土塬梁沟壑区，地势西高东低，黄土********南北宽2.0～3.0km，东西长20km左右。黄土塬面梁峁相间，冲沟发育，冲沟多为南北向宽浅形“U”36 型谷。黄土梁峁主要由Q2黄土状壤土夹古土壤组成，下伏Q1冰积砂砾石。洛河发育有五级阶地，县河发育有三级阶地，阶地堆积物二元结构清晰，上部粉质壤土、黄土、黄土状壤土，下部砂砾石。工程区周围断裂活动明显，地壳运动北升南降，地震频繁，构造稳定性较差；从现有的地质调查资料来看，工程区周围30km范围内无大于2级地震记录，最大的地震记录为1971年洛南北发生的1.4级地震。地震活动对工程区的影响烈度不超过Ⅶ度。水库枢纽区距铁炉子——三要活动断裂带距离小于8km。属水利工程抗震不利地段。据《中国地震动参数区划图（GB18306—2001）》划分，工程地震动峰值加速度a=0.01g，相应的地震基本烈度Ⅶ度。工程区地下水分为孔隙潜水和基岩裂隙水两种类，孔隙潜水的含水层为砂砾石和粉质粘土，砂砾石渗透系数K＞10m/d，属强透水层；粉质粘土渗透系数K＜1×10-4cm/s，弱透水；基岩裂隙水含水层为强～弱风化岩体，地下水的主要补给来源为大气降水，以泉和渗流型式补给河水或向下游河道排泄，地下水和河水均属低矿化度的淡水。2、调节计算⑴、洪水标准********水库流域内为坡界地带，而且植被差，若遇到特大暴雨，跨坝失事，将危及水库下游卫东镇的太平村、永丰镇的庙西、川口、永丰街、张坡、四皓、白川以及城关等11村，28组，390户，1558人，1806间房屋的人民生命和财产安全，同时可能冲毁农田2098亩耕地，直接经济损失约达479.50万元。原设计标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。本次设计根据《防洪标准》（GB50201-94），参考原设计标准，按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。⑵、设计洪水由于该水库所在区域无水文测站，属无资料地区。因此只能借用《商洛地区实用水文手册》和《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》进行设计洪水推求。a.汇水面积法：《商洛实用水文手册》提供的洪峰流量经验公式的基本形式为：（1）式中：——设计频率为P的洪峰流量，m3/s；F——流域面积，km2；、——设计频率为P的经验参数和经验指数。《商洛地区实用水文手册》根据商洛地区水文、气象和地形、地貌、土壤、植被等自然地理特点，并照顾流域，将全地区分为六个汇水分区：即洛河、丹江上游、丹江中游、丹江下游、金钱河、旬河、乾佑河，而********36 水库处于洛河区，n＝0.606，不同重现期的参数值如表1所示。计算的不同重现期设计洪峰流量见表1。表1汇水面积法不同重现期设计洪峰流量表重现期T（年）500年300年50年30年频率P（％）0.20.3323.3346.843.023.119.1（m3/s）46.843.023.119.1b.综合参数法（2）式中：——重现期为P的设计洪峰流量（m3/s）；F——流域面积（km2）J——主河道平均比降（以小数计）；——重现期为P的6小时暴雨量（mm）；——经验参数和经验指数。“手册”提供的洛河分区综合经验指数为、、，查“手册”提供的“年最大6小时点雨量均值等值线图”得流域中心均值为52mm，查“手册”提供的“年最大6小时点雨量变差系数CV等值线图”得流域中心CV＝0.56，采用Cs＝3.5Cv，求得不同重现期的********水库洪峰流量计算结果如表2。表2综合参数法不同重现期洪峰流量表重现期N（年）50030050306h点雨量（mm）203.3187.7136.275.8经验参数Kp3.12.922.081.90设计洪峰流量（m3/s）45.040.724.416.4I.由暴雨资料推求设计洪水I.1设计暴雨由于********水库控制流域面积仅1km2，根据《商洛地区实用水文手册》，设计暴雨历时取12h。I.1.1设计面雨量查《商洛地区实用水文手册》提供的年最大1h、3h、6h、12h、点雨量均值等值线图和变差系数等值线图，得不同历时流域中心的暴雨量均值36 和变差系数如表3，采用查P－Ⅲ型频率曲线模比系数KP值表，利用公式计算不同频率不同历时的点暴雨量Htp（见表4）。“手册”提供的点面折算系数公式为（3）式中：——历时为t的暴雨点面折算系数；——线性拟合参数；F——设计流域面积（km2）。当t=1h时，=0.00489，=0.3444，点面折算系数=0.99832；当t=3h时，=0.00516，=0.2828，点面折算系数=0.99855；当t=6h时，=0.00542，=0.2434，点面折算系数=0.99869；当t=12h时，=0.2394，=0.0041，点面折算系数=0.99902。计算的不同重现期的设计面暴雨量HtB如表3。表3不同频率不同历时面暴雨量计算表历时项目1h3h6h12h均值H（mm）30405260变差系数Cv0.560.560.560.54偏态系数Cs3.5Cv3.5Cv3.5Cv3.6CvP＝3.3%Kp2.42.623.613.91Htp（mm）7278.6108.3117.3HtB（mm）71.978.5108.1117.1P＝2%Kp2.42.623.613.91Htp（mm）96104.8144.4156.4HtB（mm）95.9104.6144.2156.2P＝0.33%Kp2.42.623.613.91Htp（mm）124.8136.24187.72203.32HtB（mm）124.6136.1187.5203.1P＝0.2%Kp2.342.553.483.76Htp（mm）140.4153208.8225.6HtB（mm）140.3152.9208.6225.4I.1.2设计面雨量时程分配根据“手册”提供的12h设计暴雨概化雨型（表4），计算的********36 水库不同重现期的设计暴雨过程如表5。表412h设计暴雨概化雨型历时（h）时段123456789101112合计H1（%）100100.0H3-H1（%）48.151.9100.0H6-H3（%）47.834.617.6100.0H12-H6（%）22.426.913.717.510.98.6100.0表5********库不同重现期设计暴雨过程单位：mm历时(h)重现期(年)123456789101112合计303.54.213.811.571.912.410.05.12.12.71.71.3140.3503.84.515.012.678.513.610.95.52.32.91.81.4152.93004.75.720.717.4108.118.715.07.62.93.72.31.8208.65005.06.022.418.8117.120.316.28.33.13.92.41.9225.4I.2产流计算I.2.1产流量计算********水库处于洛河区，适合蓄满产流，由《商洛地区实用水文手册》查得，Im＝75mm，前期影响雨量=50mm，则在暴雨过程上一次扣除初损雨量I0=Im-Pa=25mm，求得不同频率暴雨的产流过程如表6。表6不同频率暴雨产流计算表历时（h）1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h合计3.3%Pa（mm）50.053.557.771.575.075.075.075.075.075.075.075.0H（mm）3.54.213.811.571.912.410.05.12.12.71.71.3140.3R(mm)0.00.00.08.071.912.410.05.12.12.71.71.3115.32%Pa（mm）50.053.858.373.375.075.075.075.075.075.075.075.036 H（mm）3.84.515.012.678.513.610.95.52.32.91.81.4152.9R(mm)0.00.00.010.978.513.610.95.52.32.91.81.4127.90.33%Pa（mm）50.054.760.475.075.075.075.075.075.075.075.075.0H（mm）4.75.720.717.4108.118.715.07.62.93.72.31.8208.6R(mm)0.00.06.117.4108.118.715.07.62.93.72.31.8183.60.2%Pa（mm）50.055.061.075.075.075.075.075.075.075.075.075.0H（mm）5.06.022.418.8117.120.316.28.33.13.92.41.9225.4R(mm)0.00.08.418.8117.120.316.28.33.13.92.41.9200.4I.2.2地面净雨过程计算根据《商洛地区实用水文手册》，潜流量占产流总量∑R的20％，各时段采用平均扣损，计算过程见表7。从产流过程中减去潜流过程即得地面净雨过程（表7）。表7不同频率地面净雨过程计算表历时（h）频率项目3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h合计3.3%潜流量（mm）3.03.03.03.03.02.12.71.71.323.1地面净雨（mm）0.05.068.99.57.02.10.00.00.00.092.42%潜流量（mm）3.43.43.43.43.42.32.91.81.425.6地面净雨（mm）0.07.575.110.27.52.10.00.00.00.0102.30.33%潜流量（mm）4.34.34.34.34.34.32.93.72.31.836.7地面净雨（mm）1.813.0103.814.410.63.30.00.00.00.0146.90.2%潜流量（mm）4.84.84.84.84.84.83.13.92.41.940.1地面净雨（mm）3.614.0112.315.511.43.50.00.00.00.0160.3I.3设计洪峰流量计算采用推理公式法进行汇流计算。计算公式如下：36 （4）式中：τ——流域汇流时间，h；——单一洪峰的净雨量和相应于时段的最大净雨量，mm；——产流历时，h；L——沿主河槽从出口断面至分水岭的最长距离，km；J——沿流程L的平均比降，以小数计;m——经验性汇流参数；——经验性指数，商洛市统一采用。其他符号含义同前。汇流参数m采用下式计算:(5)(6)经量算沿主河槽从出口断面至分水岭的最长距离1.42Km，沿流程L的平均比降14.6‰。计算得：8.25，m＝0.56。采用图解法推求不同频率的洪峰流量，t～Qm曲线计算过程如表8，Qm～τ曲线计算过程如表9。将t～Qm和Qm～τ关系曲线绘制在同一张坐标纸上，如图1，两条曲线交点的纵坐标即为洪峰流量，横坐标为汇流历时。不同频率的结果见表10。表8t～Qm曲线计算表历时（t）123456P=0.2%∑ht(mm)68.978.385.390.392.4Qm(m3/s)19.210.97.96.35.1P=0.33%∑ht(mm)75.185.292.7100.2102.3Qm(m3/s)20.911.88.67.05.736 P=2%∑ht(mm)103.8118.2131.2141.8145.1146.9Qm(m3/s)28.916.412.29.98.16.8P=3.33%∑ht(mm)112.3127.8141.8153.2156.8160.3Qm(m3/s)31.217.813.110.68.77.4表9Qm～τ曲线计算表Qm（m3/s）1008060402010τ(h)0.910.971.041.151.371.63表10不同频率洪峰流量和汇流历时表频率P3.33%2%0.33%0.2%洪峰流量Qm（m3/s）15172527汇流历时τ(h)1.481.441.301.28Q(m3/s)图1Qm～τ和t～Qm关系曲线图t(h)36 I.4设计洪水过程线推求洪水过程线由地面径流和地下径流过程所组成，地下径流过程包括潜流和基流两部分。I.4.1地面径流过程线地面径流过程线是由主雨峰和主雨峰以外的次雨段所组成的洪水过程线。（1）主雨峰过程线根据《商洛地区实用水文手册》，主雨峰过程线采用五点概化过程法，形状系数的计算公式为：（7）（8）（9）（10）式中：Qm——洪峰流量，m3/s；Qa、Qb——概化过程线上涨水和退水段折点流量，m3/s；Wτ——涨水段洪量，m3；W——洪水总量，m3；τ——上涨历时，即流域汇流历时，h；T——洪水总历时，h。由《商洛地区实用水文手册》中查得0.05，0.197，0.259，0.225。五点概化过程线特征点时间计算公式为：(11)(12)(13)(14)(2)次雨段过程线次雨段过程线采用三角形概化，次雨段净雨历时为，总历时为，当，则三角形的底宽取为c。洪峰流量按下式计算：36 （15）从不同频率的地面净雨过程和汇流历时（见表11）可以看出，在主雨峰前后都有次雨段。次雨段位于主雨峰之前，其过程线的峰值防灾主雨峰的起涨点，次雨段位于主雨峰之后，其过程线的峰值放在主雨峰过程线退水拐点，起点都位于次雨段净雨的开始点，不同频率次雨段洪水过程线如表12。主雨峰洪水过程线和次雨段洪水过程线叠加后即为出口断面的地面径流过程，不同频率地面洪水过程线如表12。表11不同频率的主雨段净雨和次雨段净雨计算表历时（h）3456783.33%产流量(mm)0.05.068.99.57.02.1主雨段净雨(mm)0.068.94.50.0次雨段净雨(mm)0.05.00.04.97.02.12%产流量(mm)0.07.575.110.27.52.1主雨段净雨(mm)0.075.14.5次雨段净雨(mm)0.07.50.05.77.52.10.33%产流量(mm)1.813.0103.814.410.63.3主雨段净雨(mm)0.0103.84.3次雨段净雨(mm)1.813.00.010.110.63.30.2%产流量(mm)3.614.0112.315.511.43.5主雨段净雨(mm)0.00.0112.34.3次雨段净雨(mm)3.614.00.011.111.43.5I.4.2地下径流过程线（1）潜流回加潜流按等腰三角形计算，其底宽T潜＝2T，潜流峰值Q潜按下式计算。36 （16）式中：h潜——潜流净雨量，mm；T——地面径流过程总历时，h。不同频率潜流净雨量如表7。潜流过程的起点与地面径流过程的起点对应，峰值位于地面径流过程的终点，Q潜以后的潜流量，按对称分布计入。不同频率潜流过程如表12。（2）基流回加基流按等流量加入，采用“手册”提供的经验公式计算：（17）I.4.3设计洪水过程线将地面径流过程和地下径流过程叠加即得设计洪水过程线，不同频率的设计洪水过程线如表12。表12不同频率设计洪水过程线计算表单位：m3/sP＝3.3%历时（h)0.01.01.82.53.76.67.69.118.1地面径流过程主雨段0.00.00.815.03.00.80.00.00.0前次雨段0.00.40.40.30.20.00.00.00.0后次雨段0.00.00.00.01.20.50.30.00.0合计0.00.41.115.34.41.30.30.00.0潜流过程0.00.10.10.20.30.50.60.70.0基流过程0.20.20.20.20.20.20.20.20.2洪水过程0.20.71.515.74.92.01.20.90.2P＝2%历时（h)0.01.01.82.43.66.47.48.817.7地面径流过程主雨段0.00.00.917.03.30.90.00.00.0前次雨段0.00.60.60.50.30.00.00.00.0后次雨段0.01.01.82.53.76.67.69.10.0合计0.00.61.417.55.01.50.40.00.0潜流过程0.00.10.20.20.30.60.70.80.0基流过程0.20.20.20.20.20.20.20.20.236 洪水过程0.21.01.817.95.62.31.31.00.2P＝0.33%历时（h)0.02.02.73.34.35.87.89.118.2地面径流过程主雨段0.00.01.325.04.92.90.00.00.0前次雨段0.01.41.20.90.50.00.00.00.0后次雨段0.00.00.00.02.31.60.60.00.0合计0.01.42.425.97.84.50.60.00.0潜流过程0.00.20.30.40.50.71.01.10.0基流过程0.20.20.20.20.20.20.20.20.2洪水过程0.21.93.026.68.55.41.81.40.2P＝0.2%历时（h)0.02.02.73.34.35.77.79.017.9地面径流过程主雨段0.00.01.427.05.33.10.00.00.0前次雨段0.01.71.41.10.60.00.00.00.0后次雨段0.00.00.00.02.51.80.70.00.0合计0.01.72.828.18.54.90.70.00.0潜流过程0.00.30.40.50.60.81.11.20.0基流过程0.20.20.20.20.20.20.20.20.2洪水过程0.22.23.428.89.36.02.01.50.2II.水文比拟法********水库所在区域虽无历史调查洪水，但据《陕西省洪水调查资料》（第一册），在其同一水文分区的其它相邻河流上有一些调查洪水，如表13。表13参考河段历史调查洪水表序号河名河段所在地点河长（km）集水面积（km2）发生时间洪峰流量（m3/s）1洛河灵口********灵口公社12424761898191919571965.7.2137003410303023702蒿坪川麻家边华县金堆公社1462.4196531036 3大沟河老爷庙********巡桥公社13.569.81956.7.131971.62791624龙河焦村********灵口公社22.213519522675西沙河吴庙村221321876191719581440850165“商洛地区实用水文手册”提供了洛河灵口站的不同频率洪峰流量及特征值（表14），P＝3.33%的洪峰流量为2443m3/s，该值与灵口1956年7月21日的洪峰流量很接近，据此，将1965年洪水的重现期定为30年。而其他年份洪水由于无法确定重现期，本次不作为参证。表14洛河灵口站不同频率洪峰流量及特征值表均值CvCs/Cv频率P（%）0.5123.335817.130.83.539793416285224432133按照面积接近原则，以蒿坪川麻家边断面为参证断面，采用水文比拟公式，将表13中1965年洪水折算至********水库坝址处，作为该水库30年一遇洪峰流量，其成果为：m3/s李村水库是和********水库同一地区的水库，李村水库30年一遇，300年一遇的设计洪峰分别为20.5m3/s和31.2m3/s。III.洪峰流量合理性分析将几种方法推求的不同频率洪峰流量和水库原设计洪峰流量汇总于表15。表15不同方法设计洪峰流量汇总表单位：m3/s重现期（年）5003005030备注汇水面积相关法46.843.023.119.1综合参数法45.040.724.416.4采用推理公式法28.826.617.915.7水文比拟法历史洪水3.31李村水库31.220.536 由表15可以看出，汇水面积相关法和综合参数法的计算结果相近，而推理公式法结果偏小，再参照同一地区的李村水库洪峰流量，因此本次洪水设计采用综合参数法计算的洪峰结果。IV.洪水过程线的计算********水库控制流域面积1Km2，由暴雨推求设计洪峰的计算结果偏小，不能选为《手册》提供的洪水过程线的计算方法。李村水库控制流域面积1Km2，与********水库同属一区。因此本次洪水复核采用李村水库洪水过程为参证，以洪峰控制做同倍比计算。李村水库30年一遇洪峰20.5m3/s，300年一遇洪峰31.2m3/s。30、300年的洪水过程见表16，按照同倍比方法的方法计算********水库的30年一遇，300年一遇的洪水过程线见表16。表16不同频率洪水过程线的计算单位：m3/s历时（h)0123456789101112洪水过程(李村)00.190.171.581.393.615.5631.174.173.922.691.781.97洪水过程（0.33%）00.250.222.061.814.717.2540.665.445.113.512.322.57洪水过程（3.33%）00.180.140.950.861.913.0516.402.252.091.421.111.22历时（h)131415161718192021222324洪水过程（李村）2.172.110.390.310.330.360.280.420.420.330.250.14洪水过程（0.33%）2.832.750.510.400.430.470.370.550.550.430.330.18洪水过程（3.33%）1.341.290.340.260.290.310.250.380.380.250.220.11⑶、调洪计算I.库容曲线********洛惠渠灌区管理局处提供的********水库库容曲线如下表。表********水库库容曲线水位（m）1074.5531075.5531076.5531077.5531078.5531079.5531080.5531081.553库容（104m3）012.55.7149.2841420.529水位（m）1082.5531083.5531084.5531085.5531086.5531087.5531088.0531088.553库容（104m3）3950.556989.5100125135.85146.736 水深(m)00.10.20.30.40.50.60.7流量(m3/s)0.000.110.310.570.871.221.602.02水位（m）1088.0531088.1531088.2531088.3531088.4531088.5531088.6531088.753水深(m)0.80.91.01.11.2流量(m3/s)2.472.953.453.984.54水位（m）1088.8531088.9531089.0531089.1531089.253II.调洪计算********水库没有设置溢洪道，泄洪采用1.8×2m涵洞斜拉闸，设计流量为2m3/s。起调水位取正常蓄水位1088.053m，当来流量小于2m336 /s，控制闸门，按来流量泄流，水库水位维持不变；当来流量大于2m3/s，按照涵洞的泄流能力泄洪，泄流量为2m3/s。采用试算法进行调洪计算。表不同频率洪水调洪计算表频率P（％）时间t(h)入库流量Q（m3/s）（104m3）出库流量q（m3/s）（104m3）(3)-(5)（104m3）库容V（104m3）水位Z（m）0.3300　0　　135.851088.05310.20.0360.20.0360135.851088.05320.20.0720.20.0720135.851088.05332.10.41420.3960.018135.871088.05341.80.7021.80.6840.018135.891088.05354.71.1720.6840.486136.371088.05667.32.1620.721.44137.811088.062740.78.6420.727.92145.731088.51385.48.29820.727.578153.311088.86395.11.8920.721.17154.481088.913103.51.54820.720.828155.311088.953112.31.04420.720.324155.631088.963122.60.88220.720.162155.791088.973132.80.97220.720.252156.051088.983142.81.00820.720.288156.331089.00314.32.00.320.30.1156.381089.003150.50.29320.470-0.18156.211088.993160.40.16220.72-0.558155.651088.9733.33000　00135.81088.05310.20.0360.20.0360135.801088.05320.10.0540.10.0540135.801088.053310.19810.1980135.801088.05340.90.3420.90.3420135.801088.05351.90.5041.90.5040135.801088.053630.88220.7020.18135.981088.06336 716.43.49220.722.772138.751088.19382.23.34820.722.628141.381088.31392.10.77420.720.054141.431088.3139.12.00.10520.1030.003141.441088.313101.40.52520.617-0.093141.341088.313111.10.4520.72-0.27141.071088.293由表1可以看出，300年一遇洪水经水库调节能达到的最高水位为1089.00m，相应库容为156.38×104m3；30年一遇洪水经水库调节能达到的最高水位为1088.31m，相应库容为141.44×104m3。二、放水建筑物除险加固设计由于原放水涵洞损坏严重，坝体有渗流通道，洞内壁出现有压射流，对大坝和涵洞安全构成严重威胁。另外，斜拉式启闭系统年久失修，老化严重，经常出现断绳现象，操作不灵活，塔房受力出现裂缝，不能保证启闭正常使用。因此，泄流安全性得不到保证，放水卧管不具备安全下泄的能力。本次设计拟拆除原斜拉式放水卧管，改建为操作方便的螺杆式开启卧管，布置在左岸岸坡上。开挖矩形放水涵洞，并利用原涵洞。除险加固后的放水建筑物由进水建筑物（卧管）、泄水建筑物（泄水涵洞）、出口消能段（消力池）等部分组成。初步拟定卧管闸门尺寸为1.2m×1.5m，涵洞底宽为1.2m，进行水力计算和结构设计。1、除险加固设计内容及工程任务原放水设施放水设施采用1.8×1.2m门洞型放水涵洞，斜拉式闸门，设置Φ30闸孔3个，后封墙1个，设计最大泻洪量3.0m3/s，实际2.0m3/s，投入运行至今，一直未进行过修复，存在一定安全隐患。鉴于目前放水洞及其枢纽的布置形式，并结合周边的地质、地形条件分析认为原涵洞断面过小且损毁严重对原放水设施修复的难度较大，本次加固拟定对原放水洞进行拆除，另行新建放水设施，为今后提高泄洪能力考虑新建放水洞加大流量按.2.81m3/s设计，设计流量为2.0m3/s，坡比1/100，涵洞洞身为明流断面尺寸1.2m×1.8m（宽×高）。2、水力设计计算（1）卧管进口过水能力计算卧管共设6级取水口，每级高差1.86m，最低取水口高程为1078.71m，最高取水高程为1088.05m。闸孔尺寸均初步拟定为1.2m×1.5m，因洞子需要引水流量比较小，最大流量为2m3/s，因此选用1.2m×36 1.5m的铸铁闸门，既能满足引水要求又节约投资。闸孔为自由出流，孔口1.2m×1.5m。计算公式：Q=µ式中Q——流量（m3/s）µ——取0.65——过流面积（m2），=e×B如上图，当上游水位1078.71m~1088.05m时，各级闸门在不同开度下，均能满足进口过水流量2m3/s设计要求。即目前各进口高程，各种水位下可充分保证灌溉引水。（2）洞身段水力计算涵洞按无压流过水设计，矩形形式，初步拟定底宽1.2m，纵向坡比1/100。在泄流量2m3/s一定的情况下，假定不同的高度，试算满足的尺寸：36 式中n——粗糙系数，取0.025b——底宽（m）i——纵向坡比涵洞高（m）00.10.20.30.40.50.60.7流量（m3/s）00.090.270.490.741.011.291.58涵洞高（m）0.80.91.01.11.21.31.41.5流量（m3/s）1.882.192.502.813.133.453.774.09水力计算结果：当灌溉引水需要流量达2.81m3/s时，洞内水深为1.1m，流速v=Q/A=2.13m/s.（3）出口消能水力计算依据洞身流速v=2.13m/s，设计下泄流量2.81m3/s时，单宽流量q=Q/b=2.34m3/（），出口消能方式采用底流消力池，下游水深取ht=0.56m，收缩断面是矩形断面，故：迭代计算求得，36 共轭水深h2==1.211m自由水跃L=（5.9~6.15）h2=7.145~7.448m池长L0=0.8L=5.958m池深S=δh2-ht-△z式中：δ——水深淹没度，取δ=1.05ht——下游水深，ht=0.56m。z——消力池出口水面跌落（m），△z经计算为0.054m故S=0.657m，取S=0.7m3、结构设计（1）卧管设计该库原设计为塔式输水，由于多年的运行，放水塔已经破旧，开启困难，闸门处漏水情况比较严重，故本次设计拟拆除原斜拉式卧管放水改建为螺杆式卧管型式放水，卧管与输水涵洞用砼管相接，将原输水涵洞利用。原涵洞开挖在靠左岸的坝轴中线离岸边较远，卧管必须布置在岸坡上，故需新开挖涵洞，采用立式卧管，布置在上游左岸坡上。整个卧管结构为C20钢筋砼箱涵结构，新建卧管共设6级取水口，每级高差1.86m，取水高程1078.71m~1088.05m，各级进水口断面均为B×H=1.2×1.5m，每个进口设1.2×1.5m的铸铁闸门一扇，手动螺杆启闭机一台。卧管沿斜坡布置，坡度为1：2.0，侧墙和顶板厚度均为0.5m，底部接“L”型消力池，池长约8m，宽2m，高4m，壁厚0.5m，顶部高程1078.71m，底部高程1074.71m。消力池地基采用0.4m厚碎石垫层处理，并在卧管一侧设C15砼台阶式踏步，便于各级闸门的启闭操作。（2）放水洞洞身段由于洞身段均位于坝体内，且洞顶最大覆土厚度仅10m左右，成洞比较困难，本次设计采用大开挖施工，开挖坡比为1：1，成洞后壤土回填，压实度不小于96%。原泄水涵洞段洞长70m，洞底坡降为1/100，进口高程1074.05m，出口高程1073.35m，新开挖泄水涵洞与原涵洞成一定角度连接，一直开挖到左岸岸坡，坡降为1/100，进口高程1076.05m，出口高程1074.05m。断面形式为矩形洞型，尺寸为1.2×1.8m（宽×高），采用C20现浇钢筋砼结构，厚度为0.4m，每10m设置一道变形缝，缝宽20mm，缝内夹设橡胶止水带，采用沥青油毡填缝。涵洞基础5cm厚C15素砼找平层，为了防止涵洞外壁发生渗漏，每隔10m设一道截水环，截水环采用C15素砼，详见设计图。（3）陡坡明渠段泄水涵洞出口处接5m长的陡坡明渠段，坡比i=0.1，断面型式为矩形，尺寸为1.2×1.5m（宽×36 高），采用C20现浇钢筋砼挡墙式结构，挡墙顶宽0.3m，底宽0.5m，墙高1.8m，底板厚度0.35m，基础采用0.3m厚的浆砌石处理。（4）消力池本次设计采用底流消能方式，即消力池消能。消力池采用矩形断面，底宽1.5m，池长7m，池深0.6m，采用C20现浇钢筋砼挡墙式结构。消力池末端下游明渠段相接。（5）出水口在坝体下游设有退水渠和放水渠，原退水闸和放水闸已经破旧开启不便，退水渠道损坏严重，渠道出现出水不畅和堵塞现象，本次设计拟拆除原退水闸和放水闸，并重建退水和放水建筑物。四、结语本次毕业设计是大学课程的最后一门，通过这次毕业设计，我可以熟悉水利水电工程设计的基本方法和步骤，掌握放水建筑物设计的基本要求和方法，熟悉有关规范，掌握调洪计算的基本原理及方法；掌握放水建筑物水力计算的基本内容。毕业设计是我们对自己大学知识的一次回顾，一次总结，一次应用。五、附图1、新建卧管设计图2、施工总平面布置图六、参考文献1.吴持恭主编.高速水力学国家重点实验室（四川大学）.水力学第三版:上、下册.北京：高等教育出版社，20032.武汉水利水电学院水力学教研室.闸孔出流水力特性的研究.武汉水利电力学院学报，1974，（1）3.全苏给水、下水道、水工建筑物及工程水文地质科学研究所.水工手册.华东水利学院译.北京：水利出版社，19574.王涌泉.坝上孔流系数.水利学报：1958，（3）5.《中国大百科全书》水利编辑委员会.中国大百科全书·水利卷.北京：中国大百科全书出版社，19926.倪汉根著.高效消能工.大连：大连理工大学出版社，20007.谈松曦.水闸设计.北京：水利电力出版社，19868.罗义生，林秀山等编著.泄水建筑物进水口设计.北京：中国水利水电出版社，20049.中国人民共和国水利部.SL265——2001水闸设计规范.北京：中国水利水电出版社，200110.天津大学祁庆和主编.水工建筑物.北京：中国水利水电出版社，199711.孙钧，侯学渊主编.地下结构.北京：科学出版社，198712.武汉大学水利电力学院农水系.小型水库工程.人民教育出版社，197813.陈德亮.水工建筑物.中国水利水电出版社，200736 1.吕宏兴、裴国霞、杨玲霞.水力学.中国农业出版社，20022.VenTeChow.Open-channelhydraulics.NewYork:McGraw-Hill,19593.陈龙珠、彭程.新编小型水利水电工程设计标准图集.中国水利水电出版社，20064.HendersonFM.Open-chanellflow.NewYork:MacmillanPublishingCoInc,19665.中华人民共和国水利部部颁《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-20006.张启岳.土石坝加固技术.中国水利水电出版社，20007.中华人民共和国水利部部颁《水工建筑物抗震设计规范》SL203-978.潘家铮.土石坝.水利电力出版社，199236 七、附录Discussiononaddingrapidreleaseculvertatmediumandsmall-sizedreservoirsAbstract：Therearemorethan80000reservoirsinChina．but36％ofthemhavediseases．Inrecentyears．moreandmoredambreachhappenedundertheconditionoffineweatherandlowwaterlevel．Sometypicalexamplesweregivenhere，andthemainreasonwasthattheseepageexistedbutthewaterlevelcouldn"tfallrapidly，thenfailurebypipingwascaused．Counter—measurethataddingrapidreleaseculvertinrehabilitationwasadvanced．Furthermore，pointsaboutthelayoutpositionanddesignedwaterdischargeamountoftherapidreleaseculvertwerediscussed．Keywords：rapidreleaseculvert；discussion；mediumandsmall—sizedreservoirs；rehabilitation1problemChinaisabigcountryReservoir,accordingtostatisticsbytheendof2002,varioustypesofreservoirshavebeencompletedand85,288seats,inordertoaccountforthevastmajorityofsmallandmedium-sizedreservoirs,atotalof84801,accountingfor99.43%ofthetotalnumberofreservoirs.Mostsmallandmedium-sizedreservoirsbuiltinthelastcentury,50to70years,isanotherearth,themajorityofdeficiencies,acquiredindisrepair,dangerousserious.Dangerousreservoirsof30268,representingthetotalnumberofsmallandmedium-sizedreservoirsand36%ofthedangerousreservoirsinsomeareasevenmorethanhalfofthetotalreservoir.Dangerousreservoirs,andcollapseonthenumberofaccidents.From1954totheendof2003,atotalcollapseofChina3484seats,anaverageof70nearcollapse.Inrecentyears,occurredfromaccidentsanddamcollapsetheredangersituation,incompletewhentorrentialrainandfloodintheaccident,andsunnyconditionswithlowwaterlevelincaseofcollapseintheredangerincreasing.Smallandmedium-sizedreservoirswithlowwaterlevelincaseofweathertheredangercollapse,mostlyasaresultofthedamfoundation,damleakageintheinitialstage,intheabsenceofrapidwaterculvert,thewaterleveldoesnotdropdownalongtime,resultinginleakageofmoreandmoreserious,theformationofpiping,causingdam-break.Ibelievethatsetupquicklyinthesmallandmedium-sizedreservoirwaterculvertistoavoiddangerousreservoirswithlowwaterlevelincaseofcollapseaccidents,oneofthemosteffectivemeasures.Forsmallandmedium-sizedreservoirsbelowthemainproblemsinrecentyearscombinedwiththeauthortoparticipateinemergencyreservoirexample,toexplorethesmallandmedium-sizedreservoirsofdangerousreservoirsinparticular,therapidadditionofwaterthenecessityandimportanceofculverts.2smallandmedium-sizedreservoirengineeringproblemsthemainsmallandmedium-sizedissueoftheprevalenceofdangerousreservoirsare:First,inadequatefloodcontrolcapacity.Mostofthesmallreservoirdamandspillwayfacilitiesstandardsnotflood,floodscausedbyroofcollapsediffusethehighproportionofthe36 incident,itisestimatedthatnationwideabout13600smallreservoirssuchproblemsexist.Second,leakageproblemsaremoreserious.Mostsmallandmedium-sizedreservoirdam,generallypoorqualityoftheproject.Damleakagephenomenoniswidespread,itisestimatedthatthereare16,000smallandmedium-sizedissueoftheexistenceofthereservoir,andtheleakageismostlikelytocollapseintoapipingfactors.Third,bodysizelessthanthedesignrequirements,structuralinsecurity.Dambodythin,steepslope,theexistenceofcracks,landslidesandotherdangers.Cracksinthesmallreservoirs,landslidesproblemsTheproportionaccountedfor,someprovincesmorethan50%.Fourth,alackofreservoirspillway.Spillway,spillwayculvertwashedserious,donothoistthegatesandfacilities,obsoleteequipment,agingrust,nospillwayculvert,thewaterlevelbelowthetopofthespillwayweirtheredangercircumstances,cannotquicklyreducethewaterlevel.3smallandmedium-sizedreservoirstheredangercollapseandthemainreasonsforatypicalcaseInrecentyearsoccurredfromaccidentsanddamcollapsetheredangersituation,therearecasesofnon-stormfloodcollapsetheredangerincreasingtrendintheaccident.From1991-2004,theNational240collapse,floodscausedbynon-overweightand37%collapse.First,increasedlow-leveltheredanger.SuchasinShandongBlackTigerMountainlandslidedangerappearswhenthereservoirwaterlevellowerthanthefloodcontrollevel51TI;SichuanroadditchcollapseatthereservoirwaterlevelabovethenormalwaterlevelofonlyO.03m;XinjiangBayiReservoircapacityof2normal8000000ITl3,collapseofwaterandonly2whentheTreasury3,000,000m3;2004collapse,thecountry"sonlyaccident-RockinGuangxifloodwaterreservoirisnotthetopreasonfordiffuse,buttheinfiltrationandsabotagethecollapse.Second,sunnyday,anincreaseinnon-floodseasoncollapse.BlackTempleReservoirDaminYunnan,XinjiangandSichuansecondreservoirroadditchorreservoirarenon-floodseasoncollapsesunny.SicklXinjiangBayiReservoirReservoirandMarch,respectively,andinthebreachinJanuary.IworkinChenzhouCity,since1956~1994,thecity"s42totalcollapse,therearesevenlow-waterlevelisfinewhenthecollapse,inwhichcasethecollapsecausedcasualtiesandpropertylossesarethegreatest.Chenzhousincetheliberationofthelargestpersonalinjuryanddeathcausedbycollapseofthetwoisnotdestroyedasaresultofflooddam-man,butnorainwhenthecollapseofthedamleakage.Suchas:theoriginalChenLuTongCommuneCountysmalltower(2)reservoirinJune1968theeveningofthe17th9amcollapse,destroyedhousing48,thedeathof128peopleandinjuring58people.Collapsewhentherainhasstopped,thetopofthedamwaterlevelislowerthan0.3m,capacityof177,000m3.Collapseismainlyduetothreedaysbeforetherainsothatwaterlevelrise,waterculvertpipeisverysmall,thewaterlevelcannotbelandedassoonaspossible,centeroftheolddamseepagecracks,gaps,resultingindam-break.Heyetanganrencountysmall(1)reservoirat2:00onMay13,1973collapse,destroyedhousing60,thedeathof11peopleandinjuring15people.Collapsewhenthesunnydays,thetopofthedamwaterlevelislowerthan1.5m.Themainreasonisthecollapse:collapsewithintheslopebeforethedamfor13consecutivedaystosink,whileasmallculvert,waterisslow,cannotbekeptintheRegisterinalongtimetoreducethewaterlevel,leadingtocollapseandthecollapse36 dambody.Chenzhousince1995didnotcollapsetheaccidentoccurred,butthesituationisthemiddleofthereservoirincreasedtheredanger.Since2002,smallandmedium-sizedreservoirstheredangeratotalof149times,ofwhichthereare18seriousdanger.Mostofthewaterlevelinthenormalleakagetheredangerbelow.August8,2002,Chenzhou,Hunanappearrareinthehistoryofmountainreservoirs,shockedthecountry"sfourbig-moneylandslidedangerReservoir,thewaterlevelat219.5m,lowerthanthefloodwaterlevelof1.5ITI,waterlevellowerthan3.8ITI.September21,2002,Guiyangmillionmedium-sizedreservoirsideslopeofearthdamwith3.7inthecollapseofholesappearwhenitisattheendofflood,waterlevel349.89ITI,lowerthanthefloodwaterlevel3.01m.July15,2003suxianareatheleftabutmentofthereservoirmediumliuquanappearindiameter19.8In,alarge9.5mdeepholecollapse,whenthewaterlevellowerthanthefloodcontrollevel3in.April25,2005,GuiyangCountyYankousmall(2)highreservoiroccurredpipingYihanseriousdangerofexport,itwasalsosunny,waterlevellowerthannormalwaterlevelof0.3In.Reservoirtheredangermorethan4orlessthesamereasons.Siqingfootreservoirdamandthedamisleakingseriousfootdambodymediatedtheeffectofabadfilter,damsaturationlineup,plustwoconsecutivedaysofheavyrain,damoutsidetheslopeincreasedsoilsaturation,causinglarge-scalelandslide.Sincethefoundationofthereservoirsideelementnothandledproperly,alongtimeleakage,thelowerpartofthesoilawayearth,causingthecollapseofdamslopehole.Reservoirrockbecauseofthehigh-hanlyingaroundtheleakingpipe,removethesoilaroundthewalltoformahole,resultinginpiping.4smallandmedium-sizedreservoirsinfloodproblemsSmallandmedium-sizedreservoirsandrescueageneralproblemisthatitisnotquicklyreducethewaterlevel,dangercannotbebroughtundercontrolassoonaspossible,sometimesevenmoreandmoreserious.Chenzhou3torescuethereservoirasanexample:ReservoirSiqingAugust8,aftercracksfoundindamsurface,3hontheinputofmigrantworkersandtroopscarriedoutmorethan500guidedinfiltrationdrainageditching,rockpressurefoot.Intotheearlymorningonthe9th,didnotreducethedangernotonlyexpandingbut,landslideareaof6000m2fromtheexpansionto8morethan000m2,landslideverticalgapincreasedto1.8mby3.5m,andcontinueto18errv"htherateofdeclinearound.Beyondthecontrolofdangeroussituationsisamajorreasonwhythewaterlevelcannotbequicklyreduced.Siqingrapidwaterreservoirdesignculvertisnotonlysharedpowergenerationandirrigationwaterculvert,allopen,canonlydischargeamaximumof6m3/s,thecasedoesnotrain,24htolowerthewaterlevelonly30-40em.Sidethereareonlytwomillionirrigationdamandaculvertpipeculvertgeneration,thegreatestwaterflowofonly7.1m3/s,24htolowerthewaterlevelonly35cm.YankouReservoirforirrigationwateronlythreehorizontalpipe,allopen,thelargestflowventonlyO.5m3/s.Reservoirwaterlevelandthelevelofriskiscloselyrelatedto,thelowerthewaterlevelrescueeasier.Mostdangerous,aslongasthewaterleveldroppedtoacertainregion,dangeroussituationscanberuledout.Reservoirwaterleveldroppedtooslow,increasethedifficultyofrescueandincreasethevolumeoftherescueoperation.Therefore,therapidloweringreservoirThewaterlevelistheprimaryissueofrescuetechniques.Smallandmedium-sizedearthdamdesign,designconceptatthetimeandthedifferentdesigncriteria,butinlightofthe36 overwhelmingmajorityofthefloodcausedbydamcollapsediffusepossible.Ontopofthewaterlevelbelowthespillwayweirbecauseofloopholes,piping,landslidescausedcollapseofthecase,thereisnoconcepttodesignandimplement,anddesignaregenerallynotfastwaterhole(Han),watermainlydependsonirrigationwaterandpowergenerationwaterculvertCulvert.Accordingtotheauthorofseveralbasicdataanalysisofsmallandmedium-sizedreservoir,thelargestmedium-sizedreservoirwaterflowgenerally3~6m3/s,ontheprecipitation-bit30~50cm;small(1)thelargestreservoirwaterflowinthe1-2m3/s,Precipitationplaceon30-60cm;small(2)thelargestreservoirwaterflowinthe0.5~1.0m3/s,ontheprecipitation-bit40~70Cm.theredangerreservoirwhenthewaterlevelcannotbeduetotherapiddeclineinemergencylastedforalongtime,notonlyincreasedthedifficultyofrescueandcapitalinvestment,andtoincreasetheproductionandlifeofpeopleinthelowerstreamsofthedifficulties,tothecommunitytoincreasetheinstability.Rescuethelongertheduration,themoresocialinstability.Therefore,toshortenthetimerescue,reducingthedifficultyofrescueandreducetheinputofhumanandfinancialresourcesshouldbesmallandmedium-sizedreservoirsinthedesignprocessneedtoconsider.Theauthorbelievesthatthemostimportantandmosteffectivemeasuresistherapidadditionofwaterreservoirsintheculvert,especiallyinthedangerousdesignofreservoirreinforcement,butalsotoconsidertheissue.5smallandmedium-sizedwaterreservoirrapiddesignofculvertsThedesignofrapidwaterculvertlocation,sizeandstructureshouldbebasedontheactualsituationofthereservoirtodetermine,fortheauthortoexploretheideatomakeafewpoints.Thelocationoftherapidwaterculvertlayoutproblem.Rapidwaterflowovertheculvert,thewaterpressuretobearlarge,wemustfirstensureitsownsecurity,thepriorityshouldbegiventolayoutthelocationofthemountainnaturalselection(orbank),theelevationheightofthebestinone-thirdofthefollowing(newdamscanbetheuseofdiversiontunnelconstruction),canlowerthewaterlevelasmuchaspossible.Culvertspillwayspillwaythenexportthebestchannel,toensurethesafetydownstreamoutlet.Rapidwaterflowventdesignoftheculvert(iecross-sectionsize)problem.Ventflowdirectlydeterminethesizeofthereservoirwaterlevelfalltime.Fromtherescuepointofview,thebettercross-section,thegreaterthewaterflow,waterlevelthefasterthetime,theshortertherescue.Waterflowbutalsobythesizeofthestructuralsafetyoftheculvertitself,over-currentsafetyofthedownstreamreservoirdamsafetyandinvestmentwithintheslopeandotherfactors.Ingeneral,thestructuralsafetyoftheculvertitselfcanbeconsideredinthedesignandconstructionmeettherequirements.Thesafetyofthedownstreamflow.Waterculvertwaterflowofthelargestgeneraldesignofthespillwaydoesnotexceedthemaximumflooddischargecapacity.AccordingtotheauthorofChenCity,98statisticalanalysisofsmallandmedium-sizedreservoir,thespillwaydesigndischargeflowisgreaterthanthereservoirwaterlevelof2mperdayneededtoreducethedischargeflowof94,onlyfourfacilitiesinthereservoirisnotbuiltduetooverflowandcannotmeettheend,soaslongasoverflowfacilities,noproblems.Chinadecidedtowaterflowintheculvertshouldbeamajorfactorintheslopeofearthdamsafetyissues,thatis,whetherthewaterlevelwillcausetherateofdeclinewithinthelandslide.Smallandmedium-sizedearthdamdesign,ingeneralonlycheckthewaterlevelinsidethedamslopephasetolandslidinghaveariskofdamagetothewaterlevel,ratherthanaseparate36 calculationofthepressureinfiltrationofwaterlandingonthedamslopestabilitygenerated,sothewaterleveldroppedmorethanfastwillhelptogeneratewithinthelandslidedam,thereisnoexactdata.Reservoiroperationprocess,manyexpertsbelievethatthedeclineinwaterleveldoesnotexceedthespeedof50cm/dwithinthelandslidewouldnothave.Ofcourse,withinthelandslidedamandthewaterlevelisnotonlythelandingspeed,butalsowiththetypeofdamfillingslope,constructionqualityandanti-damsurfacewavesontheuniform.Theauthorbelievesthatinthedamdisaster,whethertheGovernmentwouldhavealandslideintherateofdeclineshouldnotbeusedasthewaterleveloftheconstraints.Thereasonis:Eventhoughthewaterlevelinsidethelandslidecausedbyrapiddecline,whilethelandslideareaisabovethewaterlevelintheTreasury,itisimpossibletocollapseresultinginaccidents,uptothedamistoincreasetheworkloadoflaterepair.Thedeclineinwaterlevelinexcessofthespeedof50cm/donthepotentialwithinthelandslide,isnotsureof.Accordingtotheauthorof97smallandmedium-sizedcityclayofthestatisticalanalysisofthereservoirdam,areservoir94spillwaydesigndailyflowgreaterthan2mofprecipitationdischargedbitflow,22reservoirshavebeendischargedmanytimesgreaterthanthehourlyprecipitationplace8.33cm(dailyprecipitationbit2m)ofthedischargeflowdoesnotappearinthecaseoflandslides.Ibelievethatitis:smallandmedium-sizedclaydamreservoirfortherapidflowofwaterintheculvertinthedesignofChina"slargest,inordertolowerthewaterleveldaily1.5~2.0moftheflowismoreappropriatewhentheredangerinthereservoircanquicklyreducethewaterlevel,Reservoirtomeetemergencyneeds,itwillnotaffectthesafetyofdamslope.译文：中小型水库增设快速放水涵洞问题的探讨摘要：中国有八万多座水库，而病险水库约占36％。近年来，晴天低水位情况下垮坝事故和大坝出险案例日益增多。文章列举部分典型案例，分析其主要原因是坝体渗漏而库水位不能快速降低，形成管涌导致出险或垮坝。提出在水库除险加固时增设快速放空涵洞防止晴天低水位出险和垮坝问题，并对快速涵洞的布置位置、设计泄流量等问题进行了探讨。关键词：快速放水涵洞；探讨；中小型水库；除险加固1问题的提出中国是一个水库大国，据2002年底统计，已建成各类水库85288座，以中小型水库占绝大多数，共84801座，占水库总数的99．43％。中小型水库大多建于上世纪50～70年代，又多是土坝，大多数先天不足，后天失修，病险严重。病险水库共30268座，约占中小型水库总数的36％，有些地方的病险水库甚至超过水库总数的一半。病险水库多，垮坝事故就多。从1954～2003年底，中国累计垮坝336 484座，年均垮坝近70座。从近年发生的垮坝事故和大坝出险情况来看，不全是在暴雨洪水时出事，而晴天低水位情况下出险垮坝的案例在日益增多。中小型水库晴天低水位情况下出险垮坝，多数是由于坝基、坝体初期产生渗漏，由于没有快速放水涵洞，库水位长时间降不下来，致使渗漏越来越严重，形成管涌，造成溃坝。笔者认为，在中小型水库设置快速放水涵洞是避免病险水库在低水位情况下发生垮坝事故的最有效措施之一。下面针对中小型水库存在的主要问题结合笔者近年参与水库抢险的实例，探讨在中小型水库特别是病险水库中增设快速放水涵洞的必要性和重要性。2中小型水库存在的主要工程问题中小型病险水库普遍存在的问题主要有：一是防洪能力不足。大多小型水库坝高和溢洪设施达不到洪水标准，洪水漫顶导致的垮坝事件比例很高，估计全国约有13600座小型水库存在这样的问题。二是渗漏问题较为严重。中小型水库大多是土坝，工程质量普遍较差。大坝渗漏的现象很普遍，估计全国有1．6万座中小型水库存在该问题，而渗漏也是最容易演变为管涌垮坝的因素。三是坝体尺寸达不到设计要求，结构不安全。大坝形体单薄，坝坡过陡，存在裂缝、滑坡等隐患。在小型水库裂缝、滑坡问题所占比例中，有的省份超过50％。四是水库泄洪能力不足。溢洪道、泄洪涵闸冲刷严重，闸门与启闭机不配套、设备陈旧、老化锈蚀，没有泄洪涵洞，低于溢洪道堰顶水位情况下出险，无法快速降低水位。3中小型水库出险垮坝典型案例及主要原因从近年发生的垮坝事故和大坝出险情况来看，有非暴雨洪水情况下出险垮坝事故增多的趋势。从1991-2004年，全国垮坝240座，非超标洪水引起的垮坝占37％。一是低水位出险增多。如山东黑虎山水库出现滑坡险情时库水位低于汛限水位51TI；四川大路沟水库垮坝时库水位超过正常水位仅O．03m；新疆八一水库正常库容2800万ITl3，垮坝时库水量只有2300万m3；2004年全国唯一的垮坝事故——广西岩水水库也不是洪水漫顶原因，而是渗透破坏垮坝的。二是晴天，非汛期垮坝增多。云南烂坝寺水库、新疆第二水库和四川大路沟水库均为非汛期或晴天垮坝。新疆西克尔水库和八一水库分别是在3月份和1月份决口。笔者工作的郴州市自1956～1994年，全市共垮坝42座，有7座是晴天低水位时垮坝，这种情况下垮坝所造成的人员伤亡和财产损失往往最大。郴州解放以来造成最大人身伤亡事故的两次垮坝都不是由于大水漫坝冲毁的，而是无雨时坝体漏水垮掉的。如：原郴县鲁塘公社塔下小(2)型水库1968年6月17日晚9时垮坝，冲毁房屋48栋，死亡128人，伤58人。垮坝时雨已停，库水位低于坝顶0．3m，库容17．7万m3。垮坝的主要原因是前3天降雨使库水位升高，放水涵管很小，水位不能尽快降落，坝中心处老裂缝产生渗漏、缺口，造成溃坝。安仁县荷叶塘小(1)型水库1973年5月13日凌晨2时垮坝，冲毁房屋60间，死亡11人，伤15人。垮坝时晴天，库水位低于坝顶1．5m。垮坝的主要原因是：垮坝前坝内坡连续13天出现下沉，而涵管小，放水很慢，库内水位长时间不能降低，导致坝身塌落而垮坝。郴州自1995年以来虽未发生垮坝事故，但水库出险情况却年年增多。2002年以来，中小型水库共出险149次，其中严重险情有18次。大多在正常水位以下渗漏出险。2002年8月8日，郴州出现湖南山区水库史上所罕见、震惊全国的四清水库特大滑坡险情时，库水位在219．5m，低于汛限水位1．5ITI，低于正常水位3．8ITI。2002年9月21日，桂阳方元中型水库土坝内坡出现3．7in塌洞时，已是汛末，库水位349．89ITI，比汛限水位低3．01m。2003年7月15日苏仙区柳泉中型水库左坝肩出现直径19．8In、深9．5m的大塌洞，当时库水位比汛限水位低3in。2005年4月25日，桂阳县岩口小(2)型水库发生高涵出口严重管涌险情时，也是晴天，库水位比正常水位低0．3In。以上4座水库出险的原因大致相同。四清水库是坝脚和坝体渗漏严重，坝脚导滤体效果不好，坝体浸润线抬高，加上连续两天大雨，坝外坡土体饱和度增大，引起大面积滑坡。方元水库由于坝基处理不好，长时间渗漏，带走土坝下部泥土，引起坝内坡塌洞。岩口水库也是因为高涵卧管周边漏水，带走管壁周边泥土，形成空洞，产生管涌。36 4中小型水库抢险中的难题中小型水库抢险的一个普遍的难题就是不能快速地降低库水位，险情不能尽快得到控制，有时甚至是越来越严重。以郴州3座水库抢险为例：四清水库8月8日发现坝面裂缝后，3h内就投入民工和部队500多人进行开沟排水导渗，块石压脚。到9日凌晨，险情不但没减小反而不断扩大，滑坡面积由6000m2扩大到8000多m2，滑坡体竖向裂口由1．8m增大到3．5m，并继续以18errv"h左右的速度下滑。险情不能控制的主要原因就是水位不能快速降下来。四清水库没有设计快速放水涵洞，只有发电和灌溉共用的放水涵管，全部开启，最多只能下泄6m3／s，不下雨情况下，24h只能降低水位30-40em。方元水库只有两个灌溉涵管和一个发电涵管，最大放水流量只有7．1m3／s，24h只能降低水位35cm。岩口水库只有三个灌溉放水卧管，全部开启，最大泄流量只有O．5m3／s。水库险情与库水位高低紧密相关，水位越低抢险越容易。大多数险情，只要把库水位降到一定的区域，险情就可以排除。水库水位下降过慢，增加了抢险难度，加大了抢险投入量。所以，快速降低水库水位，是抢险技术首要的问题。中小型水库土坝设计时，由于当时设计理念和设计标准的不同，绝大多数只是考虑了大水漫坝引起垮坝的可能。对低于溢洪道堰顶水位时由于漏洞、管涌、滑坡等引起垮坝的情况，没有贯彻到设计理念中去，一般都没有设计快速放水洞(涵)，放水主要依靠灌溉放水涵管和发电放水涵管。据笔者对数座中小型水库基本资料分析，中型水库一般最大放水流量在3～6m3／s，日降水位30～50cm；小(1)型水库最大放水流量在1-2m3／s，日降水位30—60cm；小(2)型水库最大放水流量在0．5～1．0m3／s，日降水位40～70Cm。水库出险时，由于水位不能快速下降，抢险持续时间长，不但增加了抢险的难度和资金投入，而且给下游人民生产生活增加了困难，给社会增加了不稳定因素。抢险持续的时间越长，社会不稳定因素越多。所以，缩短抢险时间，降低抢险难度和减少人力财力的投入，应是中小型水库设计过程中需要考虑的问题。笔者认为，最重要也最有效的措施就是在水库中增设快速放水涵洞，特别是在病险水库除险加固设计中，更要考虑这一问题。5中小型水库快速放水涵洞设计探讨快速放水涵洞的设计位置、尺寸大小和结构形式应根据水库的实际情况确定，笔者提出几点想法供探讨。快速放水涵洞的位置布置问题。快速放水涵洞过流量大，承受的水压大，首先必须保证自身的安全，故布置位置应优先选择天然山体(或岸坡)内，高程最好在三分之一坝高以下(新建坝可利用施工导流洞)，可以尽可能降低库水位。涵洞出口最好接溢洪道泄洪渠，保证下游泄水安全。快速放水涵洞的设计泄流量(即断面尺寸)问题。泄流量的大小直接决定水库水位下降时间。单从抢险角度来讲，断面越大越好，放水流量越大，水位下降越快，抢险时间就越短。但放水流量大小还受涵洞自身结构安全、下游过流安全、水库坝内坡安全和投资等因素制约。一般来说，涵洞自身结构安全问题可以在设计施工中考虑满足要求。下游过流安全问题。放水涵洞的最大放水流量一般不超过溢洪道的设计最大泄洪量。据笔者对郴州市98座中小型水库统计分析，溢洪道设计下泄流量大于本水库每天降低2m水位所需下泄流量的有94座，只有4座水库因溢洪设施没有建完而不能满足，所以只要溢洪设施完善，都不会有问题。决定放水涵洞泄流量的主要因素应是土坝内坡的安全问题，即库水位下降速度是否会引起内滑坡。中小型土坝设计时，一般都只校核水位降落期坝内坡产生滑动破坏的危险水位，而不单独计算水位降落时渗透压力对坝内坡产生的稳定性影响，所以，库水位下降多快才不会使坝体产生内滑坡，没有确切的数据。水库运行过程中，很多专家都认为，库水位下降速度不超过5036 cm／d就不会产生内滑坡。当然，坝体内滑坡不仅仅与水位降落速度有关，还与坝内坡填土类别、施工质量和坝面防浪铺盖有关。笔者认为，在水库大坝抢险时，是否会产生内滑坡不应作为水位下降速度的约束条件。理由是：即使因库水位下降过快引起内滑坡，而滑坡区域是在库水位以上，也不可能因此产生垮坝事故，至多是增加了大坝后期修复工作量。而库水位下降速度是否超过50cm／d就可能产生内滑坡，也是不能肯定的。根据笔者对本市97座中小型粘土坝水库的统计分析，有94座水库设计溢洪流量都大于每天降水位2m的下泄流量，有22座水库曾多次下泄过大于每小时降水位8．33cm(每天降水位2m)的下泄流量，未出现过坝内滑坡的情况。故笔者认为：坝体为粘土的中小型水库的快速放水涵洞最大泄流量的设计，以每天降低库水位1．5～2．0m的流量较为合适，在水库出险时可以快速降低水位，满足水库抢险需要，也不会影响坝内坡安全。八、致谢********水库除险加固工程放水建筑物加固工程初步设计36 摘要:********水库属于典型的“三边”工程，由于受到当时政治、经济和技术的影响，枢纽工程存在着许多安全隐患。2007年6月********水利局组织有关专家，按照水利部1995年颁发的《水库大坝安全鉴定办法》之规定，对********水库大坝进行了安全鉴定工作，评定********水库大坝为三类坝，并建议管理单位“尽快对水库有针对性的除险加固，消除大坝枢纽的不安全隐患”。本次设计主要针对水库放水建筑物进行除险加固设计，包括进水建筑物（卧管）、泄水建筑物（泄水涵洞）、出口消能段（消力池）等工程。关键词：调洪计算；卧管；涵洞；消力池；水力计算；结构设计Abstract:Xinyuereservoirisatypical"triangular"projectatthattimeduetopolitical,economicandtechnologicalimpactofproject,therearemanysecurityrisks.June2007LuonanCountyWaterConservancyBureauOrganizationexperts,accordingtotheMinistryofWaterResourcesissuedin1995,"Identificationofdamsafetymeasures"oftheprovisionsoftheDamxinyueasecurityexercise,toassessdamxinyuethreetypesofdam,andrecommendedmanagementunit"assoonaspossibletothetargetedreservoirreinforcement,thehubofthedamtoeliminatehiddendangers."Thedesignofthemainwaterreservoirforthereinforcementdesignofbuildings,includingbuildingwater(horizontalpipe),dischargestructure(culvertoutlet),theexportofenergydissipationinparagraph(stillingbasin)andsoon.Keywords:flood,thehorizontalpipe,culverts,stillingbasin,hydrauliccalculation,structuraldesign目录一、综合说明11、原水库工程概况136 2、工程现状存在的主要问题13、工程安全鉴定情况24、除险加固的必要性2二、工程地质及调节计算31、工程地质32、调节计算33、调洪计算16三、放水建筑物除险加固设计181、除险加固设计内容及工程任务192、水力设计计算193、结构设计22四、结语22五、附图22六、参考文献22七、附录24八、致谢31毕业设计大纲摘要:********水库属于典型的“三边”工程，由于受到当时政治、经济和技术的影响，枢纽工程存在着许多安全隐患。2007年6月********水利局组织有关专家，按照水利部1995年颁发的《水库大坝安全鉴定办法》之规定，对********水库大坝进行了安全鉴定工作，评定********水库大坝为三类坝，并建议管理单位“尽快对水库有针对性的除险加固，消除大坝枢纽的不安全隐患”。本次设计主要针对水库放水建筑物进行除险加固设计，包括进水建筑物（卧管）、泄水建筑物（泄水涵洞）、出口消能段（消力池）等工程。36 一、综合说明1、原水库工程概况2、工程现状存在的主要问题（放水建筑物、岸坡等）3、工程安全鉴定情况4、除险加固的必要性（任务分配）二、工程地质及调节计算1、工程地质（主要为大坝、岸坡涉及范围地质情况）2、调节计算⑴、洪水标准⑵、设计洪水⑶、调洪计算（包括现状泄流曲线推算）三、放水建筑物除险加固设计1、除险加固设计内容及工程任务2、水力设计计算⑴、卧管进口过水能力计算⑵、洞身段水力计算⑶、出口消能水力计算3、结构设计四、附图36'