xx河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究xx河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计报告

'XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究XX河上游右岸片拐沟中型拦沙坝典型工程设计报告XX上中游管理局西安规划设计研究院XX会XX水土保持科学试验站二〇一二年二月66 拐沟中型拦沙坝工程特性表水系XX河明渠段型式矩形建设地点XX县总长度（m）5.0地理坐标X37°20′6.87″断面尺寸（m）宽×高0.8×0.8Y109°58′40.06″溢洪道型式溢流堰建设性质新建总长度（m）132.62工程规模控制面积（km2）2.46断面尺寸（m）宽×高4.1×2.8总库容（万m3）116.88主要工程量土方（万m3）8.05拦泥库容（万m3）91.29石方（m3）2195.58设计/校核洪水重现期300混凝土（m3）10.5淤积年限（年）30合计（万m3）8.27拦沙坝型式投工（万工时）5.61施工方式碾压投资总投资（万元）213.06坝高（m）25.0中央投资（万元）213.06坝顶长（m）99.2地方匹配（万元）坝顶宽（m）4.0效益防洪保护（hm2）坝坡比上游2.5淤地面积（hm2）10.53下游2.0～1.5灌溉（hm2）　坝体方量（万m3）8.05养鱼（尾）　投资（万元）213.06单位库容投资（元/m3）1.83反滤体型式棱式单位拦泥投资（元/m3）2.33尺寸（高）5.0单位工程量投资（元/m3）25.75放水设施型式卧管单位淤地投资（元/hm2）20.23总高度（m）17.2单位工程量换库容（m3/m3）14.06每台高度（m）0.4单位淤地面积拦泥（m3/hm2）8.67断面尺寸（m）宽×高0.6×0.6主要材料用量水泥（t）223.92直径钢材（t）0.75进水口尺寸（m）宽×高木材（m3）2.81直径0.30沙子（m3）909.76输水洞（管）型式窑洞型柴油（t）33.91洞（管）身长度（m）90计划施工开工时间2012.9断面尺寸（m）宽×高0.8×1.2竣工时间2013.6直径总工期9个月66 目录前言11综合说明11.1工程概况11.2水文计算方法11.3工程主要参数11.4主要工程量22基本情况32.1自然概况32.2社经情况72.3　坝址及其上下游沟道工程情况82.4气象与水文泥沙82.5　建筑材料103水文计算133.1水文计算内容133.2计算依据133.3设计洪水计算134工程设计204.1设计依据及枢纽组成204.2坝体设计214.3放水建筑物设计284.4溢洪道设计365施工组织设计285.1施工条件285.2施工进度计划295.3施工导流方案295.4工程渡汛2966 5.5施工方法、技术与质量要求315.6主要材料与设备管理396工程量计算406.1土坝工程量计算406.2放水建筑物工程量计算426.3溢洪道工程量计算457工程概算477.1编制原则和依据477.2基础单价487.3费用标准497.4工程总投资527.5资金筹措528工程建设与运行管理538.1建设期管理538.2运行期管理549效益分析569.1基础效益569.2经济效益569.3社会效益569.4生态效益579.5效益评价5710附表59附表1拐沟中型拦沙坝总概算表附表2分部分项工程投资概算表附表3拐沟中型拦沙坝独立费用概算表附表4拐沟中型拦沙坝勘测设计费概算表附表5拐沟中型拦沙坝监理费概算表66 附表6拐沟中型拦沙坝工程单价汇总表附表7主要材料预算价格汇总表附表8施工机械台班费汇总表附表9主要工程量投工主要材料用量汇总表附表10工程单价分析表11附图78附图1小流域坝系总体布局图（所在沟道的布局图）附图2枢纽平面布置图附图3坝高～库容、淤地面积曲线附图4土坝设计图（包括坝体横断面图、坝轴线沟道横断面图以及反滤体、坝面及岸坡排水沟等细部构造详图）附图5放水工程设计图（平面、纵横剖面图、配筋图及详图等）附图6溢洪道设计图（平面、纵横剖面图、配筋图及详图等）66 前言2002年7月国务院正式批复了《XX近期重点治理开发规划》【国函（2002）61号】，该规划要求到2010年，多沙粗沙区建设中型拦沙坝1.35万座，同时指出应尽快开展重点支流等重点工程的项目建议书和可行性研究。XX流域黄土高原地区水土流失面积45.4万km2，治理难度非常大，需要长期不懈的努力。为了使有限投资尽最大可能发挥减淤作用，必须加强控制对XX下游淤积影响最大的粗泥沙。经过长期的努力，在前人研究的基础上，XX会在20世纪90年代末提出了7.86万km2的多沙粗沙区，2005年又提出了其中1.88万km2的粗泥沙集中来源区，明确了控制粗泥沙的重点区域。本次选择粗泥沙集中来源区作为XX拦沙工程建设项目区。2007年4月、2007年10月和2008年2月，水利部水利水电规划设计总院对项目《建议书》进行了3次审查。经审查，基本同意《建议书》，并上报水利部。后于2008年6月通过部长办公会，并报国家发展改革委员会。2009年3月，国家发改委委托中国国际工程咨询公司对《建议书》进行了评估，出具了评估意见。受XX县水务局的委托，XX水土保持XX规划设计研究院在地方有关单位的大力配合下，依据《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》/GB16453.3－200866 规范，（以下简称技术规范）、《榆林地区治沟骨干工程及淤地坝扩大初步设计编制依据》等有关技术规范、规定；利用《XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告》中的计算成果，利用了XX勘测规划设计有限公司提供的《XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究拐沟中型拦沙坝工程地质勘察报告》（以下简称地勘报告）成果，采纳了地勘报告对工程设计提出的建议，通过设计人员实地踏勘和测量，针对地勘报告中坝址区主要工程地质问题，提出了工程设计对策，完成了拐沟中型拦沙坝的初步设计工作。拐沟中型拦沙坝地处经纬度109°58′40″，37°20′07″，行政隶属XX县XX乡，位于XX一级支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中。设计工程枢纽由坝体、放水工程和溢洪道“三大件”组成，坝高25.00m，控制流域面积2.46km2，总库容116.88万m3，拦泥库容91.29万m3，淤积年限30年。工程概算总投资330.45万元，工程建成后可淤地10.53hm2。66 1综合说明1.1工程概况拐沟中型拦沙坝位于XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟中，工程区地处陕西XX县境内的XX镇，距XX县城约55km，坝址区距210国道29km，307国道46km，简易土路3km，交通条件相对较好。坝址区土地大部分为梁峁坡地，水土流失极为严重，种植效益较低。建设该拦沙坝的主要作用是全拦全蓄拐沟的洪水和泥沙。拐沟中型拦沙坝拟定坝高25.0m，建筑物由坝体、溢洪道和放水工程三大件组成，控制流域面积2.46km2，总库容116.88万m3，拦泥库容91.29万m3，淤积年限30年。1.2水文计算方法拐沟拦沙坝工程设计中的水文泥沙资料，是直接利用《XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告》中的计算成果值。根据现场勘查确定的坝址位置和工程建设规模，该工程等级为四级建筑物，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇，设计淤积年限取30年。1.3工程主要参数通过在万分之一地形图上量算坝控面积、沟道长度和比降，分析计算设计洪水总量、洪峰流量和淤积库容，经调洪演算之后确定总库容。拐沟中型拦沙坝控制面积2.46km2，总库容116.88万m3，淤积库容91.29万m3，滞洪库容25.0万m3，坝高25.0m，坝顶长99.2m，坝顶宽4.0m，上游坝坡坡比为1：2.5，下游坝坡坡比为1：2.066 ；马道以上下游坝坡坡比为1：1.5。在距沟底15m处设一马道，马道宽1.5m。铺底宽108.0m。设计淤泥面高程▽1023.52m，校核洪水位▽1026.52m，坝顶高程▽1027.50m。拐沟中型拦沙坝放水建筑物由卧管、消力池、涵洞、明渠及明渠陡坡段组成。卧管工程采用分级涵卧管，卧管断面为0.6m×0.6m，纵坡为1/2，台阶高为0.4m，最低放水孔高程▽1009.8m，最高放水孔高程为▽1027.00m，卧管垂直高度为17.2m，断面尺寸为0.60×0.60m。每台阶设一孔，放水孔孔径为0.30m，设计同时开启三孔。消力池底部高程为▽1007.5m，消力池深0.5m，宽1.0m，长4m；涵洞进水口高程▽1008.0m，出水口高程▽1007.1m，涵洞断面尺寸为0.8m×1.2m（矢高0.4m），长度90.0m，比降i=1/100；明渠断面0.8m×0.8m，长度5.0m，比降1/100，明渠陡坡段断面0.8m×0.8m，长18.2m，比降1/4。溢洪道由引水渠、溢流堰、陡坡段及出口消能段组成，全长132.62m。渠道纵坡比为1:100，陡坡段坡比为1:4，引水渠渠底进口高程为▽1023.52m，引水渠断面形式采用矩形，为浆砌石护砌，溢流堰、陡坡段、消力池断面形式采用矩形，底板为现浇钢筋砼，侧墙为浆砌石护砌。1.4主要工程量总工程量：用土方8.05万m3；石方2195.58m3；钢筋混凝土(混凝土)10.05m3。材料用量为：水泥223.92t；钢筋0.75t；木材2.81m3；柴油33.91t；草籽56.7kg。66 2基本情况2.1工程地质勘察2.1.1地形地貌拐沟库区位于陕西省XX县XX支流XX河一级支流XX河流域上游右岸内的二级支沟上，经纬度109°58′40″,37°20′07″，。库尾回水长度约1.2km，该支沟水在坝址下游汇入关王岔沟。整个库区属侵蚀剥蚀型低中山区，区内地势总体呈北高南低。该支沟为季节性流水沟，库区内流向近由西向东，河床纵比降约为20‰。坝址区为“V”形河谷，河床底宽40m左右，较平缓。库区左岸边坡下缓上陡，坡度为20°～50°，右岸边坡较陡，坡度30°～50°，坝址区高程1000～1210m。2.1.2坝址区工程地质条件1）地层岩性库区出露的地层为侏罗系中统直罗组及第四系上更新统和全新统。（1）第四系全新统（Q4）：残坡积碎石及壤土（Q4dl+el），分布于两岸山顶及山坡，厚度不一；冲洪积砂及砾石（Q4al+pl），分布于谷底，厚度一般小于5~7m。（2）第四系上更新统黄土状土（Q3eol）：灰白色、灰黄色砂壤土、壤土，质地疏松，具有大孔隙，柱状节理发育，含少量钙质结核，覆盖于第三系上新统（N2）之上，厚100～150m不等。（3）第三系上新统（N2）：棕红色泥岩夹钙质结核层。2）地质构造库区为单斜岩层，倾向北西，倾角小于3˚，整个库区未发现断层。泥岩中节理不甚发育。66 工程区50年超越概率10%一般场地条件下地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为VI度，地震动反应谱特征周期为0.35s。历史上亦无重大破坏性地震发生。3）水文地质条件坝址区未见泉水出露，地下水主要为松散岩类孔隙水，赋存于洪积沙及砂砾石中。主要接收大气降水补给的补给，直接排泄于沟谷。4）覆盖层与风化带厚度据竖井、坑槽及物探资料，坝址河床覆盖层厚度为6.0～8.0m，岩性为沙和砂砾石；右岸坡积物厚度2～5m，主要为棕黄色碎石土或黄土。在山顶和局部坡面有少量残坡积土，厚度一般小于1.0m。5）岩土体物理力学性质坝址区岩土体物理力学性质见表2-1、2-2。黄土的湿陷特征在200kPa压力下湿陷系数δs为0.021~0.046，平均为0.035，属中等湿陷性，湿陷起始压力为48~120kPa，见表2-3。坝址区岩土体物理力学指标建议值见表2-4、2-5。表2-1坝址区黄土颗分试验成果表编号岩性颗粒组成（粒径mm）砂粒粉粒粘粒2～0.50.5～0.250.25～0.0750.075～0.005<0.005%GG-TKB1重粉质砂壤土937GG-TKB2轻粉质壤土8911GG-TKB3轻粉质壤土8812表2-2坝址区黄土物理试验成果统计表编号天然状态基本物理指标土粒比重Gs液限Wl塑限Wp塑性指数Ip含水率ω湿密度ρ干密度ρd孔隙比e饱和度Sr液性指数IL%g/cm3g/cm3%%%GG-TKB15.41.401.331.03314.1-1.622.7018.513.55.0GG-TKB24.01.541.480.82313.1-0.922.7025.914.511.4GG-TKB38.51.491.370.96623.8-0.512.7027.514.912.6最大值8.51.541.481.03323.8-0.512.7027.514.912.666 最小值41.401.330.82313.1-1.622.7018.513.55.0平均值6.01.481.390.94117.0-1.022.7024.014.39.7表2-3坝址区黄土力学试验成果统计表编号压缩试验湿陷试验渗透试验直剪试验压缩系数Av1-2压缩模量Es1-2湿陷变形系数200δs湿陷起始压力Ｐsh自重湿陷系数δzs垂直渗透系数k20自然快剪凝聚力Cq摩擦角φqMPa-1MPakPacm/skPa°BLC-TKB10.10818.7640.037600.0044.5E-41123.5BLC-TKB30.10317.7050.046480.009　1325.0BLC-TKB40.4664.2190.0211200.0033.7E-4最大值0.46618.7640.0461200.0094.50E-041325.0最小值0.1034.2190.021480.0033.70E-041123.5平均值0.22613.5630.035760.0054.10E-0412.24.3表2-4坝址区黄土物理指标建议值表岩性天然状态基本物理指标土粒比重Gs液限Wl塑限Wp塑性指数Ip含水率ω湿密度ρ干密度ρd孔隙比e饱和度Sr液性指数IL%g/cm3g/cm3%%%轻粉质壤土～重粉质砂壤土8.01.501.400.800.94117.0-1.022.7024.014.3表2-5坝址区岩土力学指标建议值表岩性压缩系数Av1-2压缩模量Es1-2抗剪强度渗透系数Kv承载力凝聚力Cu摩擦角φuMPa-1MPakPa°E-03cm/skPa轻粉质壤土～重粉质砂壤土0.22613.56312.521.06～12100～300沙及砂砾石03330～50200～300泥岩200～4006）坝基承载力根据试验资料及工程经验类比，黄土承载力为100～300，泥岩承载力取200～400kPa。坝基覆盖层较厚，主要岩性为沙及砂砾石，凝聚力c值取0，内摩擦角φ值取33˚，承载力取200～300kPa。66 2.1.3天然建筑材料拐沟拦沙坝采用均质土坝方案，工程需用大量筑坝土料，初估土料需求量约为8.05万m3，溢洪道衬砌需用少量块石，需用少量块石、反滤料和混凝土骨料。1）土料初选土料场位于坝轴线上游约500m两岔沟之间的山坡上，高程为1050~1150m，经计算，可开采方量60×104m3，能满足筑坝需求；经试验，粘粒含量和含水量偏低，使用时需洒水，使其含水量接近最优含水量。料场土料颗分、物理性质试验成果统计见表2-6、2-7，土料击实与击实后物理力学试验成果统计见表2-8，土料击实与击实后物理力学指标建议值表2-9，土料质量评价见表2-10。表2-6土料颗分试验成果表编号岩性颗粒组成（粒径mm）砂粒粉粒粘粒2～0.50.5～0.250.25～0.0750.075～0.005<0.005%GGB-LYC1重粉质砂壤土937GGB-LYC2重粉质砂壤土937GGB-LYC3轻粉质砂壤土946GGB-LYC4轻粉质壤土8911GGB-LYC5重粉质砂壤土9010GGB-LYC6重粉质砂壤土928GGB-TKL1轻粉质壤土8713GGB-TKL2轻粉质壤土8614最大值9414最小值866平均值90.59.5表2-7土料物理性质试验成果统计表编号天然含水率w天然密度ρ天然干密度ρd土粒比重Gs液限WL塑限WP塑性指数IP66 %g/cm3g/cm3%%GGB-LYC18.91.441.3119.513.46.1GGB-LYC29.31.501.3621.813.78.1GGB-LYC318.313.44.9GGB-LYC425.814.811.0GGB-LYC524.114.59.6GGB-LYC622.314.47.9GGB-TKL18.31.461.342.7028.216.311.9GGB-TKL27.21.521.412.7029.516.712.8最大值9.301.521.412.7029.516.712.8最小值7.201.441.312.7018.313.44.9平均值8.431.481.362.7023.714.79.0表2-8土料击实与击实后物理力学试验成果统计表编号击实击实后最大干密度ρd最优含水率wop制样干密度制样含水率制样压实度压缩系数av1-2压缩模量Es1-2凝聚力Cu内摩擦角Фu渗透系数kg/cm3%g/cm3%%MPa-1MPakPa°E-4cm/sGGB-TKL11.6814.10.1908.5111819.51.2GGB-TKL21.7113.20.1629.8092118.52.3最大值1.7114.10.199.8092119.52.3最小值1.6813.20.1628.5111818.51.2平均值1.7013.70.1769.16016221.75表2-9土料击实与击实后物理力学指标建议值表编号击实击实后最大干密度ρd最优含水率wop制样干密度制样含水率制样压实度压缩系数av1-2压缩模量Es1-2凝聚力Cu内摩擦角Фu渗透系数kg/cm3%g/cm3%%MPa-1MPakPa°E-4cm/s建议值1.7013.7///0.1769.1602019.01.75表2-10土料质量评价表项目土料试验结果均质坝土料指标SL289-2003质量评价最小值最大值平均值粘粒含量（%）6.014.09.510～30偏低塑性指数4.912.89.07～17合格渗透系数（10－4cm/s）1.22.31.75＜1偏大有机质含量（%）＜5＜2合格水溶盐含量（%）＜3＜5合格7.28.98.43与最优含水率接近偏低66 天然含水率（%）PH值＞7合格SiO2/R2O3＞2合格坝体干容重1.681.711.70＞1.55合格2）块石料坝址区附近地层岩性为第三系上新统棕红色泥岩和第四系上更新统黄土，缺乏块石料，建议施工时根据需求外购。3）反滤料经调查，河床砂砾石含砾量低，附近没有用于制造人工骨料的石料，由于用量少，建议施工时根据需求外购。4）混凝土骨料经调查，河床砂砾石含砾量低，附近没有用于制造人工骨料的石料，由于用量少，建议施工时根据需求外购。2.1.4坝址区主要工程地质问题1）库区库区物理地质现象不发育，两岸自然边坡稳定，库首段黄土岸坡，当高水位运行时，有可能发生崩塌，但不会对拦沙坝的正常运行造成影响。库区两岸山体较薄，两侧相邻支沟规模与该支沟相当，谷底高程相当，蓄水以后，库水可能沿着砂岩中的节理裂隙向下游和邻谷发生暂时性渗漏。库区内没有大的构造，最高水位以下无明显的集中渗漏通道，不会产生严重的渗漏问题。2）坝址区坝基和坝肩基岩为泥岩和黄土，地层水平，岩体较完整，泥岩为相对隔水层，黄土为相对透水层。蓄水后，有产生绕坝渗漏的可能。河床表层的砂砾石和两坝肩表层坡积碎石土为中等透水～强透水，建议采取相应工程处理措施。3）溢洪道及放水建筑物66 左岸岸坡坡度为30°~70°。溢洪道布置在左岸，所在处上部为第四系上更新统黄土（Q3eol）黄土，厚20~30m，下部为第三系上新统（N2）棕红色泥岩，地层近水平。进口段上部Q3eol黄土厚23m左右，下部为三系上新统N2棕红色泥岩。出口段上部为坡积物，厚约1m，下部地层为三系上新统N2棕红色泥岩。溢洪道黄土段边坡建议开挖坡比1：0.75~1：1.25。放水建筑由卧管和排水管组成。右岸岸坡坡度40°～70°，卧管建议布置在坝轴线上游约50m的坡面上，该处上部为第四系上更新统黄土（Q3eol）黄土，下部为三系上新统（N2）棕红色泥岩，岩层近水平。坝基河床主要为沙及砂砾石，排水管基础地质条件较好。2.2社经情况2.2.1社经状况该工程属XX河一级支流XX河支流上南沟流域内。涉及XX镇官王岔一个行政村。该村总户数137户，总人口570人，总劳力2483个，总耕地面积为199.6hm2，人均耕地0.35hm2，人均基本农田0.1hm2，农业生产以粮食为主，主要农作物有玉米、谷子、土豆等，粮食总产量22万kg，人均粮食386kg，人均收入4500元。其次兼营林、牧、副业，经济发展主要依靠农业和牧业和外出打工，但由于自然条件差，耕作方式落后，种植结构单一，故产出效益低下。村、社教育相对落后，群众对新文化、新技术了解程度滞后。现有主要植被乔木林有柳树、杨树，灌木林主要是柠条、紫穗槐，经济林为苹果、红枣等，人工草地为苜蓿、沙打旺，植被覆盖率为34.5%。牧业：主要以养羊、养猪为主。2.2.2收益和淹没情况66 1）收益情况工程建成后，前期工程蓄水可作为生态用水，后期可淤地10.53hm2，将成为收益村最好的基本农田，年可增产粮食6.31万kg，而且可以大大改善区域生态环境。2）淹没情况占压影响耕地面积8.4亩，占压影响林地面积1.2亩，占压影响其它土地面积1.5亩。　　　　2.2.3综合治理状况现有梯田76.8hm2，经济林19.5hm2，乔木林15.2hm2，灌木林98.5hm2，人工草地82.3hm2，治理面积2.92km2，植被覆盖率为36.2%。2.3　坝址及其上下游沟道工程情况　　　拐沟中型拦沙坝上游目前没有工程，本项目规划一期新建1座小型拦沙坝，即：红花山圪槽小型拦沙坝。中型拦沙坝是30年设计，300年校核；小型拦沙坝是20年设计，50年校核，所以中型拦沙坝控制坝址以上的洪水泥沙，拦蓄上游各项水土保持措施不能承受的超标准洪水和泥沙，保护下游水利水保工程不受洪水泥沙危险；小型拦沙坝可以延长中型拦沙坝的淤积年限。2.4气象与水文泥沙2.4.1气象工程所在区属典型大陆性季风性气候，四季分明，春季干旱多风，夏季炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。据当地气象站建站以来资料统计，多年平均气温10.2℃，极端最高气温38.9℃，极端最低气温-20.3℃，多年平均无霜期192天，平均风速1.5m/s，最大风速15m/s。流域内多年平均降水量454.8mm，多集中在汛期7-9月份，占全年降雨量的66 60%，年最大降雨量648mm，其特点是年际变化大，年内分布不均匀，降雨多以暴雨形式出现，历时短，强度高，造成灾害性大。多年平均蒸发量1785mm。最大冻土深度95cm，一般每年11月低冻结，到第二年3月份中旬解冻。自然灾害主要为旱灾和沙尘暴。2.4.2水文1）地下水类型根据含水介质特征、地下水的赋存条件和水力性质等，可将库区地下水分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙孔隙水。松散岩类孔隙水：含水层为砾卵石及淤泥质粉细砂层，厚度一般2-3m，地下水位埋深0-1.2m。由于含水层厚度薄，泥质含量高富水性差。水化学类型为HCO3-Na·Mg型水，矿化度小于1g/L。基岩裂隙孔隙水：含水层为侏罗系下统砂岩、泥岩互层，以砂岩为主，风化带厚20-30m，地下水埋深5-8m,富水性强。水化学类型为HCO3-Na·Mg型水，矿化度小于1g/L。2）地下水补排条件第四系松散岩类孔隙水以大气降水补给为主，也接受阶地后缘山区基岩裂隙孔隙水的侧向径流补给，河谷上游地表水的补给，大气降水大部分以径流的形式流出，只有少部分渗透到地下，补给地下水；排泄以蒸发、径流为主。基岩裂隙孔隙水主要接受大气降水及邻区侧向径流补给，大气降水通过节理裂隙渗入，也接受上游含水层的侧向补给。排泄主要以径流形式排泄，径流方向受地貌条件的控制。坝址区未见泉水出露，地下水主要为松散岩类孔隙水，赋存于冲洪积砂砾石及粉细砂中。主要接收大气讲述补给和来自基岩裂隙-66 孔隙水的补给，直接排泄于沟谷。坝址区河床覆盖层为砾卵石及淤泥质粉细砂，根据工程经验，渗透系数分别为1.2×10-3cm/s。2.4.3泥沙泥沙主要来源于各级沟道两岸黄土丘陵大面积裸露区及沟谷坡。流域侵蚀产沙过程主要集中在汛期，而汛期的输沙又往往集中于几场大暴雨，由于强度大，超渗产流洪量大，加之流域呈相对均匀的羽毛状分布，创造了较好的产汇流条件，形成的洪峰一般为尖瘦型，即峰高、历时短、洪量大、含沙量高的特点。据统计分析，小流域汛期输沙量占全年输沙量的96.50%。最大年输沙量与最小年输沙量之比达6.7倍，年际变化大。该流域多年平均侵蚀模数为1.67万t/km2·a。详见表2-6流域水文气象特征表。表2-6流域水文气象特征表气温(℃)≥10°积温(℃)年日照时数(h)无霜期(d)大风日数(d)年降水量(mm)多年平均暴雨次数(次/年)年最高年最低多年平均最大最小多年平均38.9-20.310.23442.126371926648280454.81.62.5　建筑材料拐沟拦沙坝采用均制土坝方案，工程需要大量建坝土料，初估土料需求量约为8.05万m3,初选土料场位于坝轴线上游约120m两岔沟之间的山坡上，高程为1050~1150m，经计算，可开采方量60×104m3，能满足筑坝需求；根据地质勘探报告：粘粒含量和含水量偏低，见表2-9试验测定表和表2-10料场土土料质量评价表。土料除含水量偏低外，其他各项指标均满足《水利水电天然建筑材料勘查规程》（SL251-2000）和《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-200366 ）要求。因此，土料在使用时需洒水，使其含水量接近最优含水量。工程需要少量块石、反滤料和混凝土骨料，石料场选在距坝址32km处的老君殿镇，石料场为砂岩。砂子、水泥、钢材、木材等材料需在XX县城采购，运距57km；购价采用榆林地区2011年第三季度价格水平。66 3水文计算3.1水文计算内容按照《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）的要求，水文计算主要包括设计暴雨、设计洪峰流量、设计洪水总量、设计洪水过程线和多年平均输沙量。3.2计算依据工程水文计算的主要依据有下列几个：1)《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）2)《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）3)《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》（GB/T16453.3－2008）4)《榆林地区实用水文手册》（1987年）5)《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》（1985年）6)《内蒙古自治区水文手册》（1977年）7)《内蒙古XX流域水土保持治沟骨干工程细则（试行）》（1987年）8)《内蒙古自治区水土保持治沟骨干工程技术手册》（1993年）9)中国暴雨统计参数图集（2001）3.3设计洪水计算由暴雨资料推求设计洪水。3.3.1设计暴雨计算1）暴雨参数确定采用代表站法，确定暴雨参数。确定本区代表雨量站，对（1960—2007）实测暴雨系列，进行频率分析计算，确定代表站最大24h、12h、6h、3h、1h、1/3h暴雨量雨量均值和变差系数Cv值。66 2)不同时段设计暴雨量计算由实测代表站暴雨资料确定的暴雨参数，不同时段年最大1/3h、1h、3h、6h、12h、24h点雨量均值及相应时段点雨量变差系数Cv值,查皮尔逊Ш型频率曲线表，得不同时段不同频率对应的模比系数kp值，代入不同时段设计暴雨量计算式（1），计算出各时段不同频率设计暴雨量。Hp=kp·H（1）式中：Hp—不同频率不同时段设计暴雨量，mm；kp—不同频率对应的模比系数；H—年最大不同时段暴雨量均值，mm。3.3.2设计洪峰流量计算采用水利行业标准《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289—2003）中的推理公式：Qp=0.278·h/τ·F（2）τ=0.278·L/(mJ1/3Qp1/3)（3）式中：Qp—设计频率为P的最大洪峰流量，m3/s；h—净雨深，mm，在全面汇流时代表相应于τ时段的最大净雨，在部分汇流时代表单一洪峰对应的面平均净雨；F—流域面积，km2；τ—流域汇流历时，h；L—沿主沟道从出口断面至分水岭的最长距离，km；m—汇流参数；J—沿程L的平均比降（以小数计）。0.278—单位换算系数。考虑到项目区暴雨历时短，强度大，时空分布不均，属于典型的“超渗产流”66 方式，小流域洪水陡涨陡落，形成的洪峰尖瘦，汇流速度快，汇流时间短等特性，因此在采用推理公式时运用“暴雨推求设计洪水”水文推流的方法。现将对净雨h、汇流参数m、汇流历时τ的推求方法介绍如下：1）设计暴雨雨型根据《榆林地区实用水文手册》、《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》提供的可能最大及设计暴雨雨型（偏前型）6小时、24小时暴雨雨型中在以1小时为时段的基础上，设计出以20分钟（1/3小时）为基本时段的24h暴雨雨型。见下表3-2表3-2小时段24小时设计暴雨雨型历时（小时）雨型（％）H1/3H1-H1/3H3-H1H6-H3H12-H6H24-H121/33.52/33.513.54/34.05/34.024.07/36.08/36.036.010/37.311/37.347.313/317.414/317.4517.416/35017/310065019/315.920/315.9715.922/311.823/311.8811.825/39.6726/39.6799.6728/311.8329/311.831011.8331/35.132/35.1115.134/37.535/37.5127.537/33.138/33.1133.166 40/34.841/34.8144.843/32.544/32.5152.546/31.747/31.7161.749/32.550/32.5172.552/31.053/31.0181.055/31.556/31.5191.558/34.659/34.6204.661/32.562/32.5212.564/32.565/32.5222.567/33.168/33.1233.170/33.471/33.4243.4Σ100.0100.0100.0100.0100.0100.0采用上述雨型根据不同频率设计雨量进行分配、造型。2)净雨推求：采用“入渗曲线法”扣损推流A、前期影响雨量Pa：根据《榆林地区实用水文手册》、《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》，本区流域最大蓄水量Im取100mm，前期影响雨量Pa≈Im/3＝33mm。B、入渗率及土壤含水量关系曲线f～S:《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》根据岔巴沟实测资料建立了陕北地区f～S关系：f＝9.68/s（mm/min）（4）C、产流过程及净雨过程计算：查入渗率及土壤含水量关系曲线f～S，先由横坐标截取一点S0等于Pa，其与曲线交点的纵坐标f1即为第一时段的平均入渗率，若第一时段的降雨强度i166 大于入渗率f1，则第一时段的入渗量ΔS1＝f1Δt1，其产流量R1＝（i1－f1）Δt1。若i190时采用90B、汇流历时τ及洪峰流量Qp推求：查算出汇流参数m后，按τ=0.278·L/(mJ1/3Qp1/3)式假定Qp计算并绘制Q～τ曲线，同时根据净雨过程绘制Q～t曲线，两条曲线的交点所对应的纵坐标即为所求的洪峰流量Qp，横坐标即为汇流历时τ。见图1-266 图3-2Q～τ曲线和Q～t曲线4）设计洪峰流量取值拐沟拦沙坝设计频率洪峰流量模数资料，是直接利用XX会水文局《XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究单坝水文计算》成果。拐沟拦沙坝不同设计频率洪峰流量。见表3—1。表3—1拐沟拦沙坝不同设计频率洪峰流量表1、基础数据表片区流域名称小流域名称坝名侵蚀模数坝控面积汇流沟道长汇流沟道比降万t/km2.akm2km小数表示黄土丘陵区4片　XX河　XX河上游右岸片　拐沟　2.462.560.0772、设计洪峰流量频率％1053.3210.50.33重现期10203050100200300洪峰流量模数(m3/s·km2)28.4633.7436.5940.6546.7554.8858.94洪峰流量(m3/s)7083901001151351453.3.3设计洪水总量计算1）设计洪水总量的推求采用水利行业标准《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》（SL289—2003），根据降雨径流关系，不同频率洪水总量按下式计算：Wp＝0.1·hp·F（6）66 式中：WP—不同频率对应的洪水总量，万m3；0.1—单位换算系数；hp－频率为p的不同时段暴雨径流深（净雨深），mm；F—坝址以上集水面积，km2。2）设计洪峰流量取值拐沟拦沙坝设计频率洪水总量模数资料，是直接利用XX会水文局《XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究单坝水文计算》值。拐沟拦沙坝不同设计频率洪水总量模数。见表3—2。表3—2拐沟拦沙坝不同设计频率洪水总量表1、基础数据表片区流域名称小流域名称坝名侵蚀模数坝控面积汇流沟道长汇流沟道比降万t/km2.akm2km小数表示黄土丘陵区4片　XX河　XX河上游右岸片　拐沟　2.462.560.0772、设计洪水总量频率％1053.3210.50.33重现期10203050100200300洪水模数（万m3·km2）3.965.245.927.449.3211.2012.36洪水总量（万m3）9.7412.9014.5618.2922.9227.5430.403.3.4设计洪水过程线推算1）设计洪水过程线的推求水利行业标准《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》（SL289—2003），采用概化三角形法推算设计洪水过程线，洪水总历时公式如下：T=＝5.56Wp/Qp（7）式中：T－洪水总历时，h；Wp－设计洪水总量，万m3；Qp－设计洪峰流量，m3/s；66 5.56－单位换算系数。三角形顶点位置由汇流历时τ和设计洪峰流量Qp控制。拐沟拦沙坝不同设计频率洪水过程线推算见表3—3。2）设计洪水过程线的取值表3—3拐沟拦沙坝不同设计频率洪水过程表频率％1053.3210.50.33重现期(年)10　20　30　50　100　200　300　起涨点(h)0.000.000.000.000.000.000.00涨水历时(h)0.280.290.290.310.320.310.30洪峰流量(m3/s)708390100115135145洪水总历时(h)0.770.860.901.021.111.131.173.3.5输沙量计算1）输沙量计算根据水利行业标准《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范》（SL289—2003）、《水土保持综合治理技术规范沟壑治理技术》（GB/T16453.3－2008），按下式计算：S=F·Ms（8）式中：S—年均输沙量，t；F—坝址以上集水面积，km2；Ms—坝址所在区域多年平均侵蚀模数，t/km2.a。Ms值根据项目区1954-2007年系列输沙模数分区图、试验小流域水土流失测验成果分析、已建淤地坝淤积调查成果等多种途径综合分析论证，推移质一般按悬移质的0.05～0.15计算。2）输沙量取值经分析论证确定，该坝址所在区域多年平均输沙模数采用1.67万t/km2.a，通过计算，拐沟控制范围内年均输沙量为4.11万t。见表3—4。表3—4拐沟拦沙坝设计输沙量表河名年输沙量拐沟坝控范围内年输沙量66 支流（区间）、站名W(万t/a)(万t/a)XX河下游丁家沟、XX－白家川区间1.674.114工程设计4.1设计依据及枢纽组成4.1.1设计依据1)、《中华人民共和国水土保持法》（全国人民代表大会常务委员会2011年）2)、《水土保持治沟骨干工程技术规范》（SL289-2003）（设计中简称技术规范）3)、《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》4)、《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190—96）5)、《水利水电工程制图标准水土保持图》（SL73.6—2001）6)、《水土保持工程概（估）算编制规定》（水利部水总[2003]67号）7)、《水土保持工程概算定额》（水利部水总[2003]67号）8)、《榆林地区实用水文手册》9)、《榆林地区治沟骨干工程及淤地坝扩大初步设计编制依据》10)、1:10000库区地形图11)、1:500坝址实测地形图12)、1:500坝址实测横断面图4.1.2坝型及筑坝材料选择根据当的水源与土料分布情况，坝型选为均质碾压式土坝，筑坝材料选择按照就地取材的原则，石料场选在距坝址30km处的老君殿镇，为砂岩，土料场选在坝轴线上游约120m两岔沟之间的山坡上，高程为1050~1150m，经计算，可开采方量60×104m366 ，能满足筑坝需求，土料以轻粉质壤土为主。4.1.3施工方式的选择施工方式采用机械碾压。4.1.4枢纽组成及布设拐沟中型拦沙坝结构组成为三大件，即坝体、放水建筑物和溢洪道。依据坝址沟道条件，放水工程布设在左岸，由卧管、消力池、涵洞、明渠段、陡坡段及陡坡消力池组成。溢洪道布设在右岸，由引水段、溢流堰段、缓坡段、陡坡段及陡坡消力池组成。具体布设详见工程总体平面布置图。4.1.5工程等别和标准依据《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289—2003规范要求，确定设计标准为：设计洪水标准：P设=3.33%校核洪水标准：P校=0.33%工程设计淤积年限取30年工程等别：四等建筑物级别：4级放水工程设计标准为4天排完30年一遇的一次洪水总量。4.2坝体设计4.2.1水位～库容、面积关系曲线采用断面法实测库区内沟道的比降及横断面，计算点绘水位~库容、面积关系曲线，计算结果见下表，坝高－库容、坝高－淤地面积曲线见下图。　　表4－1拐沟中型拦沙坝水位~库容、面积计算表水位坝高坝库面积平均面积水层厚度水层间体积库容累计淤地面积mmm2m2m万m3万m3hm21002.50066 506852.530.5110055101362.531957759.791.961010102901712.3248219524.114.821015156742136.4383863541.938.3910202078.36556.8711.37102525135.24569.6713.93103030204.9116.47582.37103535287.28595.9319.19104040383.21111.6922.344.2.2库容计算工程总库容由滞洪库容和淤积库容两部分组成。1）拦沙库容计算采用《水土保持治沟骨干工程技术规范》SL289—2003规范中公式计算：Ws=F·MoN/r式中：Ws——多年平均悬移质输沙量，万m3；Mo——侵蚀模数万t/km2·a，根据XX会水文局《XX河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文计算成果》Mo=1.67万t/km2·a；F——坝控流域面积km2，F=2.46km2；r——泥沙容重，取1.35t/m3；N——淤积年限，30年。则：WS=1.67×2.46/1.35×30=91.29万m3。66 2）滞洪库容计算（调洪演算）（1）起调水位根据淤积总量为91.29万m3，由水位—库容曲线查得淤积高程为▽1023.52m，设计起调水位为▽1023.52m，查水位—淤地面积曲线得可淤地面积为10.53hm2。2）基本方程圪柳嘴中型拦沙工程，上游没有串联同等级的工程，依据《规范》，只对本工程控制区域内的洪峰进行调洪演算，溢洪道下泄流量采用以下公式计算：Q泄=Q区泄[1-V滞/W区洪]；B=Q泄/MH滞3/2；式中：Q区泄—校核频率区间面积的最大流量，m3/s;W区洪—校核频率区间面积的一次洪水总量M—流量系数，取1.59(1.42～1.62)　　　　　　　　　Q洪――区间面积频率为p的设计洪峰流量，m/s3;V滞――坝地淤泥面与设计洪水位之间的库容，万m3;B—溢洪道宽度（m）；查《XX粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目可行性研究水文成果报告》得：Q区泄0.33%=145.0m3/sW区洪0.33%=30.40万m3Q区泄3.3%=90.0m3/sW区洪3.3%=14.56万m3F—拦沙坝坝控面积，2.46km2。根据以上公式，初步选定溢洪道断面尺寸进行调洪计算，步骤如下：66 （1）由公式Q泄=Q区泄[1-V滞/W区洪]，先假设V滞可求得Q泄值。（2）由V总=V滞+V淤，在水位库容曲线上由V总查得H总。h滞=H总-h淤；（3）将Q泄、h滞代入公式：B=Q泄/Mh滞3/2；可求得溢洪道堰宽B。在设计洪水和校核洪水条件的调洪计算结果分别见表4-2、4-3。表4-2设计洪水条件下溢洪道调洪计算表qV滞V淤V总H总h淤h滞h滞1.5BQ区泄W区洪M3/s万m3万m3万m3mmmm　mM3/s万m323.5410.7591.29102.041024.521023.521.001.0014.89014.569.7612.9891.29104.271024.721023.521.201.314.79014.568.7213.1591.29104.441024.741023.521.221.344.19014.56表4-3校核洪水情况下溢洪道调洪计算表qV滞V淤V总H总h淤h滞h滞1.5BQ区泄W区洪M3/s万m3万m3万m3mmmm　mM3/s万m367.1016.3391.29107.621025.021023.521.501.8423.014530.4039.6922.0891.29113.371025.521023.522.002.838.814530.4022.9225.5991.29116.881025.821023.522.303.494.114530.40确定安全超高取1.68m。确定出坝顶高程1025.82+1.68=1027.50m溢洪道明渠段底坡比降设计为1/100，溢洪道糙率n=0.025。（5）总库容确定工程总库容由滞洪库容和淤积库容两部分组成。由调洪演算得：滞洪库容V滞=25.59万m3淤积库容即为设计拦泥量V淤=W=91.29万m3工程总库容：V总=116.88万m366 4.2.3坝高确定坝高由拦泥坝高、滞洪坝高、安全超高三部分组成，即：H=H拦+H滞+H安。①最高洪水位的确定最高洪水位是与总库容水位相对应的高程，由V总＝116.88万m3，查水位~库容、面积关系曲线得：最高洪水位为▽1025.82m。②拦泥坝高与滞洪坝高的确定由拦泥库容V拦=91.29万m3，查水位~库容、面积关系曲线得，拦泥高程为1023.52m，相应的淤地面积为10.53hm2，拦泥坝高H拦=21.02m，滞洪坝高H滞=2.30m③安全超高的确定按照《技术规范》中表4.4.4—1的要求，安全超高H安取1.68m。④坝高H的确定H=H拦+H滞+H安=21.02+2.30+1.68=25.00（m）相应的坝顶高程为▽1027.50m，坝顶长为99.2m。4.2.4坝体断面尺寸确定由于该坝为机推碾压法施工的均质土坝，且坝高为25m，按照《技术规范》中表4.1.4-2，坝顶宽取4.0m，为避免风雨侵蚀坝顶，用红胶土混合粘土在坝顶铺30cm厚，两侧筑30cm高的红胶土混合粘土埂堰。坝体断面设计图见附图4。根据坝高参照《技术规范》中坝坡坡率表确定为：马道以下上游坝坡坡比为1：2.5，下游坝坡坡比为1：2.0；马道以上下游坝坡坡比为1：1.5。在距沟底15m处设一马道，马道宽1.5m。坝体铺底宽B=25×2.5＋15×2.0+10×1.5+1.5+4=113m。(坝顶宽4m)。66 为防止雨水冲刷坝体，在马道及下游坝坡和两岸坡面的结合处设置边坡排水沟，边坡排水沟设置在坝体于两岸的结合处，从坝顶布设到坝坡外底，规格、尺寸及工程量见下表。表4-4拐沟拦沙工程坝面及边坡排水沟结构尺寸表工程名称马道排水沟边坡排水沟形状断面尺寸长度侧墙厚基础厚砌筑方式方量形状上口宽下口宽高度厚度砌筑方式长度方量ｍ×ｍｍｍｍｍ３ｍｍｍｍｍｍ３拐沟矩形0.3×0.353.20.400.40浆砌石23.94梯形1.000.500.500.40浆砌石114.5104.82为防止坝体与坝基以及两岸岸坡结合处形成集中渗流，保证坝体与基础紧密结合，在坝轴线和上游20m处分别布设主、副二道结合槽，采用梯形断面，主结合槽河川基础部分断面较大，由机械开挖，结构尺寸为：上口宽7.5m，下口宽2.5m，深2.5m，边坡坡比1:0.5，坡面结合部分断面较小，结构尺寸为：上口宽4.5m，下口宽1.5m，深1.5m，边坡坡比1:1，副结合槽断面较小，均由人工开挖，尺寸为：上口宽4.5m，下口宽1.5m，深1.5m，边坡1:1。详细尺寸详见下表。　表4-5结合槽断面设计结果表坝名坝高（m）主结合槽（m）副结合槽（m）总长度（m）断面形状上口宽下口宽高基础槽长上口宽下口宽高边坡槽长断面形状上口宽下口宽高副槽总长大断面长小断面长拐沟25梯形7.52.52.512.84.51.51.5104.2梯形4.51.51.5123.8117123.8坝体与岸坡结合处，岸坡要进行削坡处理，拐沟左岸为黄土，削坡坡度以1：1.5，右岸坡为红胶土，削坡坡度以1：1.0。为了增加下游坝坡的稳定性，同时排泄土基地基及坝体渗透水流，防止渗透水流将坝身及基础的小颗粒带走，在下游坝坡趾部设置贴坡式反滤体。其结构尺寸查《技术手册》表5－12滤水坝址反滤层规格尺寸及用料表。反滤体规格尺寸详见其结构图。　　　　　　表4-6反滤体结构尺寸表66 工程名称坝高反滤体高结构形式顶长底长顶宽外坡比内坡比平均长度底宽块石方量粗沙方量砾（卵）石方量总方量ｍｍｍｍｍ1/x1/xｍｍｍ3ｍ3ｍ3ｍ3拐沟255.0棱式53.335.91.51/1.51/1.044.614.01414.56104.56209.121728.251）渗流计算平时沟道里没有常流水，所以库内不蓄水，坝体形不成浸润线。蓄洪排清时洪水在库内停留时间很短，本次设计排完一次30年一遇洪水总量是4天，等不到坝体浸润线形成库内就没有水了。没有浸润线，所以拦沙工程库内不蓄水。2）坝坡稳定计算坝体的稳定性分析不能套用水库的计算方法。采用水坠方法施工的坝体，只要施工期不鼓肚，不滑坡，运用期也不会出现稳定问题；如采用挖掘机碾压方法筑坝，土壤干容重一般都能达到1.55g/cm3以上，不会出现滑坡，所以坝体是稳定的。4.3放水建筑物设计4.3.1放水建筑物结构型式66 拐沟中型拦沙坝坝址表层为黄土及红胶土，深层为红胶土，坝肩右岸已有红胶土裸露。根据工程地质、地形条件，放水工程布设在坝体右端，为尽可能避免涵洞在平面上转弯，涵洞轴线与坝轴线基本垂直。型式上采用涵卧管式建筑物，此种型式设计与施工管理较为方便。其结构布置详见工程平面布置图。放水工程由斜卧管、消力池、涵洞、明渠、陡坡、后消力池及尾水渠组成。进水斜卧管采用方形断面分级卧管，涵洞采用浆砌石拱涵。4.3.2卧管设计1）放水流量确定依据《技术规范》的要求，放水工程的设计流量按4—7日（取4日）内排完三十年一遇的一次洪水总量计算：Q=W3.3%/（4×86400）=(14.56×10000)/（4×86400）=0.42m3/s。2）放水孔尺寸的确定根据地形、地质条件，卧管布设在坝体上游右岸坡上，底坡为1:2.0。卧管与涵洞连接处设消力池，卧管顶部设置通气孔。分级卧管采用平孔进水，每台设一孔，每一个台阶高度选取0.4m，每次开启三台三孔，则放水孔直径采用《技术规范》中公式（4.3.2—3）：d=0.68[Q/(H10.5+H20.5+H30.5)]0.5式中d—放水孔直径（m）；Q—放水流量（m3/s）；H1、H2、H3—分别为孔上水深（m）。则d=0.68[0.42/(0.40.5+0.80.5+1.20.5)]0.5=0.272(m)，取0.30m。4）卧管设计流量的确定由于考虑水位变化而导致放水流量的调节，在设计时，按照放水工程的正常流量加大20%考虑。Q加=0.42×(1+20%)=0.51m3/s66 5）卧管断面尺寸确定方形卧管的砌筑材料，依据就地取材的原则，选用浆砌块料石砌筑，卧管过水断面，卧管宽度计算采用《技术手册》中公式B=[Q/6.73i1/2]3/8式中：B—卧管宽度，（m）；i—卧管底坡；Q—加大流量，m3/s。则B=[0.51/（6.73×0.51/2）]3/8=0.43m，取0.6m 。6）卧管内水深计算采用《技术手册》中公式Q=WC（Ri）1/2式中Q—通过卧管的加大流量，m3/s;W—卧管过水断面面积，W=BH=0.6h，（m2 ）;C—谢才系数，C=（1/n）R1/6；n—糙率，卧管糙率n=0.025；i—卧管底坡，i=1/2。湿周X=B+2h=0.6+2h水力半径R=ω/X=0.6h/(0.6+2h)用试算法确定卧管断面尺寸，结果见下表：表4-7卧管水深、流量计算成果表卧管宽h(m)W(m2)X(m)R(m)CQ(m3/s)B=0.6m0.1000.0600.8000.07525.9760.300.1200.0720.8400.08626.5600.400.1400.0840.8800.09527.0410.500.1430.0860.8860.09727.1060.51当卧管内水深h=0.143m时，可以通过流量Q=0.51m3/s，即可以通过加大流量Q加=0.51m3/s66 ，说明假定水深满足过流能力。为了使水流由进入孔跌入卧管时，跃起水头不致封住卧管，卧管高度取正常水深的3—4倍，即卧管高度为0.143×3.0=0.43m，按规范要求为便于施工及检修，故卧管断面尺寸取净宽×净高=60×60cm。4）卧管第一孔进水口高程确定根据实际地形及工程总体的布局要求、管理运行等条件，卧管第一孔进水口高程确定为▽1009.80m，同时坝址右岸地形条件适宜在此高程位置布置，其地质基础稳定，开挖量少，由此确定卧管第一级进水口高程▽1027.00m，垂直高17.2m，43层台阶，卧管顶部应设通气孔，顶部高程应高出最高洪水位0.5m—1.0m。其高程为▽1027.5m，通气孔尺寸为0.50×0.50m。并在通气孔顶部设钢筋网，配筋同卧管盖板，并与侧墙浇筑为一体。5）卧管结构尺寸确定卧管主要承受水压力和淤泥压力，其结构尺寸，主要取决于在坝内的高程、跨度以及建筑材料等。方形卧管的砌筑材料，依据就地取材的原则，选用浆砌块料石砌筑，侧墙基础各部分尺寸参见《陕西水土保持治沟骨干工程技术手册》表4—33结合当地砌筑石料的要求而定。两侧侧墙顶宽相同，均采用0.5m，侧墙底宽0.7m，基础厚0.5m，基础外伸长15cm，放水孔盖板长100cm，宽100cm，厚18cm，搭接长度20cm，盖板配筋见附图08。同时为了保证卧管底板的稳定，在卧管底板每隔7m设一道齿墙，齿墙深0.5m，宽1.0m。4）卧管消力池设计由于卧管坡度较大，流速较高，因此在水流进入坝底涵洞前，用消力池进行消能，使水流平稳地进入涵洞，消力池砌筑采用块料石。水力计算采用《技术规范》中公式，即：消力池，按下式计算：66 消力池长度：LK=（3—5）h2　消力池宽度：b0=b+0.4(b是卧管底宽即B=0.6m)消力池深度：d0=1.1h2-h0，为保证产生淹没水跃，应满足上式中公式中:h1—第一共轭水深，近似采用卧管正常水深h1＝H＝0.143m；h2—第二共轭水深，m；b—卧管宽度，即B=0.6m；H—放水涵洞的正常水深，m；α—系数，采用1.1；g—重力加速度g=9.81m/s2Q加—0.51m3/s则：消力池长度按5h2计算LK=5×0.72=3.6(m),取LK=4.0m消力池宽度b0=1.0m消力池深度d0=1.1×0.72-0.5=0.30m取0.5m取d0=0.5m时计算则卧管消力池尺寸：池长×池宽×池深=4.0×1.0×0.5m消力池侧墙高:池深＋涵洞高＝2.0m具体结构尺寸详见放水工程结构设计图　侧墙顶宽0.60m，侧墙底宽1.40m，基础外伸长0.25m，盖板厚厚0.30m，基础厚度0.50m（见附图06）。5）盖板配筋66 根据《陕西水土保持治沟骨干工程技术手册》表4—33、4—35确定盖板采用C20钢筋混凝土预制。主筋Ф10@12cm，副筋φ10@12，盖板规格尺寸为：1.00×1.00m，盖板厚0.25m，盖板与卧管侧墙搭接0.20m。盖板配筋见附图08。为防止卧管放水时发生真空，在卧管顶部设有通气孔，通气孔高程应高出最高洪水位0.5m—1.0m。通气孔尺寸为0.60×0.60m。并在通气孔顶部设钢筋网，配筋同卧管盖板，并与侧墙砌筑为一体。4.3.4输水涵洞的设计1）输水涵洞进口高程确定为了保证坝地的生产利用，根据实际地形地，确定输水涵洞进口高程为▽1008.0m。2）涵洞设计卧管末端消力池与坝下涵洞连接，坝下涵洞的结构型式采用无压输水砌石拱（窑洞）型，涵洞的流量按明渠均匀流公式计算：c式中：Q—涵洞流量（采用加大流量），m3/s；ω—涵洞断面过水面积，对于矩形ω=h·b，b为底宽，m2；C—谢才系数，C=R1/6R—涵洞横断面的水力半径，m，涵洞过水断面面积与湿周的比值，R=ω/x；X—湿周，即过水断面内水流与涵洞接触线长度，对于矩形断面，x=b+2h，m；i—涵洞比降，取1/100；n—糙率，取0.025。假设涵洞底宽为0.80m，计算结果见下表66 表4-8　　涵洞水深、流量计算成果表涵洞宽BhWXRCQ(m)(m)(m2)(m)(m)　(m3/s)0.80.240.1921.280.15029.160.2170.460.3681.720.21430.930.5270.5160.4131.83260.22531.200.612涵洞的设计需满足检修的要求，所以断面一般不得小于0.80×1.20m。为了保证洞内水流呈明流状态，根据要求，涵洞比降选取1/100，洞内水深为涵洞净高的75%。假定涵洞宽度0.8m，由上式经试算涵洞正常水深0.50m，涵洞高为0.8m，经计算过水流量为0.587m3/s，大于扩大流量0.51m3/s，满足过水要求，故涵洞的断面尺寸0.8×1.2m（矢高0.4m）。3）涵洞结构尺寸对于拱形砌石涵洞，先假定拱圈厚度，并进行拱顶、拱座强度验算，一般计算厚度较薄，但砌石拱涵的拱圈厚度应不小于30cm，侧墙底板同样用挡土墙原理进行计算可参考《陕西水土保持治沟骨干工程技术手册》表4—38。涵洞宽0.8m，洞高1.2m（矢高0.40m），拱座顶宽0.40m，拱座底宽0.8m，起拱高度0.4m，拱径φ=0.8m，拱圈厚0.30m，基础厚0.4m，基础伸长0.15m（见附图05）。为使涵洞与坝基密切结合，防止渗水沿管壁产生集中渗流，在涵洞周围每隔10m做一个截水环，环高2.40m，底厚0.5m，顶厚0.5m，基础厚0.5m，底宽3.7m，顶宽1.6m。用浆彻石彻筑。4.3.5明渠设计涵洞出口采用明渠连接，使水流比较平顺的进入陡坡。明渠水力计算采用明渠均匀流公式，根据地形地质情况，明渠长5.0m66 ，明渠坡比为1/100，明渠底宽0.80m、高0.8m，侧墙顶宽0.40m，侧墙底宽0.80m，基础伸长0.15m，基础厚0.4m（见附图05）。4.3.6陡坡布局设计明渠段后接陡坡段，根据地形条件，陡坡段坡比采用1:4，陡坡长（水平长）为4.92m，总落差4.55m，洪水出陡坡后进入后消力池。陡坡采用“矩形断面”，宽度与涵洞宽度相同，起始高度与明渠相同，末端水深由水力计算确定。计算陡坡长度Ln和正常水深Ho1）计算陡坡长度Ln陡坡总落差P=4.6m，i=0.25Ln=[P2+(P/i)2]1/2　　　　=18.76m2）正常水深h"计算公式与工程与卧管陡坡一致，具体计算结果详见下表放水工程陡坡断面设计计算表工程名称陡坡尺寸Q加－Q试"Q试"ωχRcinb陡坡正常水深h"比降宽度高度高度取值断面(w*h)进口与坝外坡高差出口与坝外坡高差水平长度拐沟0.0000.510.101.050.0939.700.200.0170.800.1241:40.80.650.80.8×0.84.60183）水面曲线计算采用能量平衡法逐段累计法计算，即：　　　　　　式中：h1、h2—断面1、断面2的水深(m)；v1、v2—断面1、断面2的平均流速(m/s);　a1、a2—断面1、断面2流速不均匀系数；　g———重力加速度，取9.8lm／s2；　△L——1、2断面间的距离(m)；　i—陡坡的坡度；66 　J—平均水面坡降，J=1/2(J1+J2)　　　　　　　任意断面的水面坡度可按下式计算J=n2Q2／W2R4/3　　　　　　　根据该坝中计算的水面线长度，结合陡坡的设计长度，通过比较其水面下降是否完成，是否形成均匀流，若计算结果小于设计长度，则为均匀流，则陡坡末端正常水深取计算结果，若计算结果大于设计长度，说明水面没有下降完成，则可用内插法求出陡坡末段的正常水深，进而求其末端流速。4）陡坡允许流速的检验根据计算结果，该坝明渠陡坡的起始断面流速为1.92m／s、末端流速为5.46m／s，根据《陕西省治沟骨干工程技术手册》表4-17（建筑物允许流速）选坚硬石料的块石砌体，石料标号不低于300号，能满足允许流速要求。4.3.7陡坡消力池设计由于河槽为土基，因此需采用消能措施。其设计与计算方法与前消力池不同，采用深挖式消力池，其计算步骤如下：1）计算跃后水深（第二轭水深）的计算公式采用公式（5-７），即：　h"=　　　　式中:α………流速不均匀系数，取α=1.1g………重力加速度g=9.81m/s2Q………流量1.32m3/sh1………跃前水深（m）即陡坡末端水深66 h＂………跃后水深（m）2）水跃长度计算=(4～7)　　　　　　　　　　　　　　　　　3）消力池深度=1.1-　　　　　　式中：——第二共轭水深(m)；——尾水渠正常水深(m)；4）消力池宽：取消力池宽=0.8m5）消力池断面结构设计消力池断面结构采用方型箱式结构，其消力池深和长通过削能计算确定，经过计算：消力池断面＝长×宽×高＝4×0.8×0.5m.4.3.8尾水渠设计消力池后接尾水渠，其断面采用矩形断面，宽×高为0.8×0.8m。长为2m，通过尾水渠把下泄洪水平稳送入沟底。4.4溢洪道设计4.4.1溢洪道布设及结构型式根据地形条件和地质报告显示，溢洪道布置在左岸，所在处上部为第四系上更新统黄土，厚20~30m，下部为第三系上新统棕红色泥岩，地层近水平。进口段上部黄土厚23m左右，下部为三系上新统棕红色泥岩。出口段上部为坡积物，厚约1m，下部地层为三系上新统棕红色泥岩。溢洪道黄土段边坡建议开挖坡比1:0.75~1:1.25。溢洪道由进口段、控制段、陡坡段、消能段和尾水渠组成。4.4.2溢洪道水力计算66 1进口段水力计算溢洪道引水段进口高程为设计淤泥面高程，即高程为1023.52m，进口段设计为八字墙，水平扩散角取27°，由调洪演算结果知，溢流堰底宽为4.1m，堰上水深为2.3m，根据《技术规范》-4.2.2，渐变段长度一般取堰顶水头的3-6倍，取10.00m。经计算，进口宽10.00m，末端宽4.1m。八字墙安全超高取0.5m，侧墙总高为2.80m，侧墙顶宽0.6m，底宽1.64m，基础外伸长0.20m，基础厚0.50m。在起始端下设宽0.8m，深0.5m的齿墙一道。引水渠水深采用明渠均匀流公式Q=W·C·(Ri)1/2试算。引水渠内流速（V）一般为1~2m/s，不宜超过3m/s。则Q=W·C·(Ri)1/2＝W·C·R1/2按照调洪计算结果，控制段即溢流堰，其断面呈矩形，水深2.3m，侧墙安全超高取0.50m，总高共计2.80m。溢流堰过水断面底宽为4.1m。根据《规范》溢流堰长度一般取堰上水深的3倍~6倍，得其长度为16.53m。2泄槽水力计算及结构尺寸确定根据地形条件，溢洪道泄槽分为缓坡段和陡坡段两段，总长度为L总=99.47m。1）缓坡段水力计算（1）缓坡段正常水深计算缓坡段断面设计为矩形。长度根据实际地形条件及转弯要求确定。缓坡段长L缓=14.0m，坡比1:80，进口高程为1023.37m，出口高程为1023.23m，底宽和溢流堰一致取4.1m。采用试算法，按明渠均匀流公式Q泄=WC计算正常水深。采用浆砌石结构，糙率n=0.025。66 设计和校核洪水条件下，缓坡段水深、流量计算过程及结果分别见表4-10、表4-11。校核洪水情况下，缓坡段水深、流量计算过程及结果见表4－10、表4－11。表4－10　　设计洪水情况下缓坡水深、流量计算成果表溢洪道底宽BhWXRCQ(m)(m2)(m)(m)(m3/s)4.11.204.966.530.75938.2018.464.10.8003.3065.730.57736.4910.254.10.7182.9685.570.53336.028.72表4－11　　校核洪水情况下缓坡水深、流量计算成果表溢洪道底宽BhWXRCQ(m)(m2)(m)(m)(m3/s)4.12.128.7628.3731.04640.3040.394.11.7607.2747.6530.95039.6631.454.11.3995.7836.9320.83438.8122.92根据以上计算结果，缓坡段正常水深为：设计洪水条件下，h设=0.718m；校核洪水条件下，h校=1.399m。（2）临界水深计算按照《技术规范》矩形断面临界水深hk=0.482q(2/3)Q—单宽流量m3/s经计算，设计洪水条件下hk设=0.482×（8.72/4.1）(2/3)=0.80m。校核洪水条件下hk校=0.482×（22.92/4.1）(2/3)=1.51m。（3）水流形态判定经以上正常水深和临界水深计算结果判断：设计洪水条件下，h设=0.718m＜hk设，水流为急流。校核洪水条件下，h校=1.399m＜hk校，水流为急流。即缓坡段水流形态为急流，缓坡段起始断面水深为临界水深。其水面曲线类型为降水曲线。66 2）陡坡段水力计算（1）陡坡段正常水深计算陡坡段采用矩形断面，陡坡进口高程1023.23m，出口高程1002.5m，陡坡段落差为20.73m，陡坡段纵坡选定为1:4，底宽和溢流堰一致4.1m。采用试算法，按明渠均匀流公式Q泄=WC计算正常水深。陡坡段采用浆砌石结构，糙率n=0.025。设计和校核洪水条件下，陡坡段水深、流量计算过程及结果分别见表4-12、表4-13。表4-12设计洪水情况下陡坡水深、流量计算成果表溢洪道底宽BhWXRCQ(m)(m2)(m)(m)(m3/s)4.10.632.6045.3930.48335.4332.054.10.451.8605.0330.37033.8819.154.10.2731.1274.6780.24131.558.72表4-13校核洪水情况下陡坡水深、流量计算成果表溢洪道底宽BhWXRCQ(m)(m2)(m)(m)(m3/s)4.10.722.985.570.53436.0341.884.10.602.485.330.46535.2131.824.10.4842.005.100.39234.2222.92设计洪水条件下，h设=0.273m；校核洪水条件下，h校=0.484m。（2）陡坡长度计算陡坡长度根据公式L陡=[P2+（P/i）2]1/2计算。则陡坡段计算长度L陡=[20.732+（20.73×4）2]1/2=85.47m，取85.47m。根据以上计算结果，陡坡段正常水深为：校核洪水情况下，h校=0.484m。（3）泄槽降水曲线的计算66 泄槽降水曲线根据《陕西省治沟骨干工程技术手册》逐段累计法进行计算，即根据能量守衡1—1断面和2—2断面两断面存在关系式即(h2+a2v22/2g)-(h1+a1v12/2g)=△L(i-j)式中：h1—断面1—1的水深（m）；v1—断面1—1的平均流速，（m/s）;a1—断面1—1的流速不均匀系数，选1；g—重力加速度，g=9.8m/sh2—断面2—2的水深（m）；v2—断面2—2的平均流速，（m/s）;a2—断面2—2的流速不均匀系数，选1；△L—两断面的距离，m；i—陡坡的坡度；j—平均水面坡降，j=(j1+j2)/2，任一断面的水面坡降j=v2/(C2*R)=n2*Q2/(w2*R4/3)设控制断面1—1处的水深为临界水深，将泄槽分为11段，已知(设计洪水条件下h1=hk设=0.8m，假定h11=0.273m)、(校核洪水条件下h1=hk校=1.51m，假定h11=0.486m),分别计算相邻两断面的距离△L1+△L2+△L3……。设计与校核洪水条件下的计算过程分别见表4－14，表4—15。表4－14　　设计洪水情况下泄槽水面曲线计算结果表断面h(m)w(m2)v(m/s)av2/2gh+av2/2gXRR4/3J平均JI-平均Ｊ△L∑△L缓坡段1-10.83.282.660.401.205.700.580.480.01　　　　2-20.793.242.690.411.205.680.570.470.010.010.000.030.032-30.7853.222.710.411.205.670.570.470.010.010.000.070.104-40.7182.942.960.491.215.540.530.430.010.010.0010.6710.77陡坡段5-50.7182.942.960.491.215.540.530.430.01　　　　6-60.602.463.540.701.305.300.460.360.020.020.230.410.47-70.401.645.321.591.994.900.330.230.080.050.203.393.866 8-80.351.446.082.072.424.800.300.200.120.100.152.826.69-90.3381.396.292.222.564.780.290.190.130.120.131.087.710-100.3331.376.392.292.624.770.290.190.140.130.120.538.211-110.2731.127.793.403.684.650.240.150.250.190.0618.8627.1表4—15校核洪水情况下泄槽水面曲线计算结果表断面h(m)w(m2)v(m/s)av2/2gh+av2/2gXRR4/3J平均JI-平均Ｊ△L∑△L缓坡段1-11.516.193.700.772.287.120.870.830.01　　　　2-21.496.113.750.792.287.080.860.820.010.0110.000.390.392-31.486.073.780.802.287.060.860.820.010.010.000.410.804-41.415.793.960.882.296.920.840.790.010.010.0013.2014.00陡坡段5-51.415.793.960.882.296.920.840.790.010.010.240.0014.006-61.355.544.140.962.316.800.810.760.010.010.240.08714.17-71.305.334.301.042.346.700.800.740.020.010.240.10814.28-81.204.924.661.222.426.500.760.690.020.020.230.34414.59-90.8003.286.992.743.545.700.580.480.060.040.215.38219.910-100.6302.588.874.415.045.360.480.380.130.100.159.84929.811-110.4861.9911.517.427.915.070.390.290.290.210.0469.70099.566 从表4-14知，在设计洪水条件下，降水曲线高度等于缓坡正常水深0.718m时，缓坡段ΣΔL=10.77m