水利水電-羅家溝蓄水工程方案設(shè)計(jì)

摘要羅家溝蓄水工程位于沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)中部羅家溝村北，蒲河的一條支流上，控制流域面積1.8平方公里。工程始建于20世紀(jì)70年代，由于蓄水工程興建時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之多年運(yùn)行，壩面剝蝕，斷面縮窄、壩頂高降低，原蓄水工程已經(jīng)不能正常發(fā)揮作用,為下游工礦企業(yè)及農(nóng)田防洪帶來沉重的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)在將原壩址向下游平移80米重新修建此工程,即節(jié)約工程量，又利于交通和開發(fā)區(qū)整體規(guī)劃。羅家溝蓄水工程是一座以防洪為主的蓄水工程。羅家溝蓄水工程以防洪為主、兼顧蓄水，是開發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，能夠促進(jìn)開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，緩解水資源短缺矛盾，為兩側(cè)的節(jié)水灌溉示范園提供充足的灌溉水源。水庫(kù)總庫(kù)容21.60萬立方米，屬于小型水庫(kù)，按一百年一遇洪水設(shè)計(jì)，三百年一遇洪水校核。蓄水工程大壩的設(shè)計(jì)根據(jù)水文、地質(zhì)、天然材料等相關(guān)資料綜合考慮，選用均質(zhì)土壩。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是水文計(jì)算和主要建筑物的設(shè)計(jì)。按照《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》一書中的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果為死庫(kù)容：3.40萬立方米，死水位：83.00米，興利庫(kù)容：9.80萬立方米，正常蓄水位：85.50米，溢洪道寬度：10.00米，設(shè)計(jì)洪峰：38.01立方米/秒，設(shè)計(jì)下泄流量：23.40立方米/秒，設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容：8.40萬立方米，設(shè)計(jì)庫(kù)容：21.60萬立方米，設(shè)計(jì)洪水位：86.85米，校核洪峰：48.90立方米/秒，最大下泄流量：30.80立方米/秒，校核防洪庫(kù)容：10.00萬立方米，校核庫(kù)容：23.20萬立方米，校核洪水位：87.10米。羅家溝蓄水工程主要由土壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。確定壩頂總寬度4.5m，凈寬4m。壩頂上游側(cè)設(shè)高1.2m的不銹鋼防護(hù)欄桿，下游設(shè)高20cm的路緣石，壩頂面鋪彩磚。大壩上游邊坡選為1：3，下游壩坡上建有9m寬公路，公路軸線距壩軸線16.75m。在壩體0+970斷面處布置10m寬溢洪道，采用鋼筋混凝土U形斷面。在壩體0+930斷面處布置1孔輸水洞，采用內(nèi)徑為1m×1m的混凝土方涵。關(guān)鍵詞：均質(zhì)土壩溢洪道輸水洞

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u前言 前言沈陽市“十五”規(guī)劃綱要指出：“十五”期間，沈陽市要在城鄉(xiāng)一體化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)上取得新突破，形成以生產(chǎn)水平現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)?；?、運(yùn)行機(jī)制市場(chǎng)化、農(nóng)業(yè)科技高新化、農(nóng)村發(fā)展城鎮(zhèn)化和農(nóng)民隊(duì)伍知識(shí)化為主要特征的發(fā)展新格局。為了實(shí)現(xiàn)沈陽市“十五”規(guī)劃提出的宏偉目標(biāo)，使沈陽農(nóng)業(yè)在“十五”期間及未來的10年里，能夠充分利用科技進(jìn)步的成就，吸納國(guó)際國(guó)內(nèi)的有效資源和商業(yè)機(jī)會(huì)，從而躍上新的臺(tái)階，并在東北亞經(jīng)濟(jì)圈中有所作為，沈陽市委、市政府在新世紀(jì)初推出了成立沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的重大舉措。開發(fā)區(qū)本著高起點(diǎn)開局、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的要求，以區(qū)位和資源優(yōu)勢(shì)為基礎(chǔ)，依托現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，探索全新發(fā)展理念，塑造都市農(nóng)業(yè)典范，立志成為中國(guó)的“農(nóng)業(yè)硅谷”。農(nóng)業(yè)要發(fā)展，水利須先行。開發(fā)區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)必將極大地促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程、農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化和開發(fā)區(qū)現(xiàn)代化綠色觀光農(nóng)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。沈陽農(nóng)業(yè)高新開發(fā)區(qū)位于沈陽市的東北部，距市中心12Km。開發(fā)區(qū)地理位置東至棋盤山水庫(kù)風(fēng)景區(qū)，西跨沈鐵公路，南含毛望公路，北抵蒲河鎮(zhèn)，沈哈高速公路橫貫其中，總面積41.2Km2，開發(fā)區(qū)的項(xiàng)目區(qū)均處交通發(fā)達(dá)地區(qū)，主要骨干交通網(wǎng)均已形成，公路四通八達(dá)，經(jīng)過項(xiàng)目區(qū)的全國(guó)主要干線有沈哈、沈鐵，可以說交通運(yùn)輸四通八達(dá)，十分方便。區(qū)內(nèi)山清水秀，風(fēng)景優(yōu)美，生態(tài)環(huán)境較佳，是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的佳地。沈陽農(nóng)業(yè)高新開發(fā)區(qū)成立于2002年1月28日，經(jīng)過開發(fā)區(qū)全體職工這兩年的共同努力，在市政府的正確領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展，區(qū)內(nèi)企事業(yè)單位林立，經(jīng)濟(jì)繁榮。因此，對(duì)開發(fā)區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的要求也越來越高，所以必須提高基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)開發(fā)區(qū)的總體規(guī)劃，以滿足開發(fā)區(qū)的要求。羅家溝蓄水工程位于開發(fā)區(qū)的中部，開發(fā)區(qū)孵化器單位的東南部,蓄水工程下游500米處為開發(fā)區(qū)的經(jīng)濟(jì)、商業(yè)中心和人口密集居住區(qū),壩西側(cè)400米為沈哈高速公路。開發(fā)區(qū)由于氣候特點(diǎn)，旱災(zāi)、澇災(zāi)頻繁交替發(fā)生。羅家溝蓄水工程始建于20世紀(jì)70年代，蓄水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,經(jīng)多年運(yùn)行,壩面剝蝕，斷面縮窄、壩頂高降低，現(xiàn)已不能發(fā)揮防洪作用，一旦發(fā)生洪災(zāi)直接威脅位于下游的工礦企事業(yè)單位及居民生命、財(cái)產(chǎn)安全，長(zhǎng)期以來實(shí)為下游工礦企業(yè)、周邊居民的防洪帶來負(fù)擔(dān)。因此對(duì)羅家溝蓄水工程進(jìn)行改造、提高其標(biāo)準(zhǔn)已勢(shì)在必行。羅家溝蓄水工程的任務(wù)是保護(hù)蓄水工程下游企事業(yè)單位、商業(yè)中心、人口密集居住區(qū)的安全；提高蓄水工程的蓄水量，緩解開發(fā)區(qū)境內(nèi)水資源供需矛盾，滿足蓄水工程附近的企事業(yè)單位、果樹、農(nóng)田的用水需求，適時(shí)適量灌溉改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境；涵養(yǎng)水源，清潔環(huán)境，使有限的水土資源得到科學(xué)優(yōu)化的合理利用。1.基本資料1．1蓄水工程概況羅家溝蓄水工程位于沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)中部羅家溝村北，蒲河的一條支流上，控制流域面積1.8平方公里。工程始建于20世紀(jì)70年代，由于蓄水工程興建時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之多年運(yùn)行，壩面剝蝕，斷面縮窄、壩頂高降低，現(xiàn)已不能正常發(fā)揮作用，為下游工礦企業(yè)及農(nóng)田防洪帶來沉重的負(fù)擔(dān)。結(jié)合沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)東西三號(hào)路規(guī)劃，將原壩址向下平移80米，即節(jié)約工程量，又利于交通和開發(fā)區(qū)整體規(guī)劃。1．2庫(kù)區(qū)水文概況1．2．1流域概況羅家溝蓄水工程位于沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)中部羅家溝村北，蒲河的一條支流上，蒲河屬渾河水系，是渾河右岸較大的一條支流，發(fā)源于鐵嶺縣橫道河子鄉(xiāng)想兒山一帶。部分支流發(fā)源于新城子區(qū)的望濱鄉(xiāng)東部山谷和馬剛鄉(xiāng)的馬泉溝一帶，蒲河上游建有棋盤山水庫(kù)。1．2．2氣候特性開發(fā)區(qū)地處中緯度，位于歐亞大陸的東岸，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤?，雨熱同季，一年四季分明。多年平均氣?.5℃,1月最低平均為-12.1℃，7月最高平均為24.1℃，年溫差達(dá)36.2℃，極端最高氣溫36.5℃（出現(xiàn)在1979年5月28日），極端最低氣溫-31.5℃（出現(xiàn)在1969年1月24日）。年平均降水量為650mm，降水量由南向北遞減，降水量的年際變化較大，豐枯水年降水量比值一般可達(dá)2-3倍以上。如：沈陽有記錄以來，年最大降水量1064.5mm（1923年）為最小降水量341.1mm（1913年）的3.1倍，可見豐枯水年降水量相差較為懸殊。由于受季風(fēng)影響，降水量的年內(nèi)分配極不均，降雨量主要集中6-9月份，約占年降水量的70%以上，其中以7-8月份最大，約占年降水量的50%，特別是在這段時(shí)間內(nèi)降雨量又多集中在幾次暴雨。多年平均蒸發(fā)量為1700mm以上（20cm口徑蒸發(fā)皿），蒸發(fā)量與降水量分布相反，是由南向北遞增，其最大與最小蒸發(fā)量出現(xiàn)在每年的5月和1月。1．3庫(kù)區(qū)地質(zhì)概況及相關(guān)資料1．3．1工程地質(zhì)地形：開發(fā)區(qū)城區(qū)地勢(shì)平坦，平均海拔68米左右，郊區(qū)地勢(shì)差異較大，東部、東北部、東南部有部分丘陵山地，中部西部大部均為蒲河沖積平原。羅家溝蓄水工程位于開發(fā)區(qū)的中部，地勢(shì)南高北低，為山前平原地貌，平均海拔80米左右。地貌：羅家溝蓄水工程壩址處為山前平原地貌，東、南部為山區(qū)，西部丘陵地貌。土壤：羅家溝蓄水工程的土壤主要是棕壤土、草甸土、風(fēng)砂土、沼澤土。工程地質(zhì)條件：工程地質(zhì)條件為：耕土層厚0.3—0.6m；粉質(zhì)粘土1.3—8.7m；粗砂1.7m厚。1．3．2水文地質(zhì)徑流：根據(jù)水文站十一年觀測(cè)資料，蒲河上游最大年徑流量1.6億立方米，發(fā)生于1974年，最小徑流量0.74億立方米。洪水：根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，羅家溝蓄水工程曾經(jīng)發(fā)生過多次洪水，分別發(fā)生于95、96、98、2003年。地下水：開發(fā)區(qū)水文地質(zhì)條件良好，又處于蒲河水系的中下游，始終能夠?qū)⒌乇硭c地下水結(jié)合起來綜合利用，開發(fā)區(qū)多年平均地下水1479.7萬m3，可采量1226.4萬m3。泥沙：羅家溝蓄水工程壩址地處狹窄低洼地段，地形、地勢(shì)為兩山夾一溝，上游兩側(cè)山體林立、溝谷寬闊，樹木林立，植被豐富，汛期不能產(chǎn)生泥石流，因此，蓄水工程的死庫(kù)容只考慮上游來水中的泥砂含量而確定。水質(zhì)及水面蒸發(fā)：羅家溝蓄水工程的水質(zhì)未受污染，滿足灌溉用水以及企事業(yè)單位用水的需求，水面蒸發(fā)峰值為8.55毫米。1．3．3地震情況本地區(qū)地震烈度為7度。1．3．4建筑材料工程的主要材料：水泥采用本溪工源牌32.5級(jí)水泥，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際價(jià)格為350元/噸，沙子采用渾河的凈沙，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際價(jià)格為55元/立方米，碎石采用當(dāng)?shù)厥瘓?chǎng)的碎石，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際價(jià)格為55元/立方米，鋼筋采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際價(jià)格為3600元/噸。粘土取自壩址附近料場(chǎng)，運(yùn)距在一公里以內(nèi)，土料的最大干容重的rmax=1.56g/cm3，最優(yōu)含水量ωop=24.7%。2.工程等級(jí)及建筑物級(jí)別根據(jù)SL252—2000《水利水電工程樞紐等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，綜合考慮水庫(kù)的總庫(kù)容、防洪效益、工程規(guī)模得：主要建筑物為5級(jí)、次要建筑物為5級(jí)、臨時(shí)建筑物為5級(jí)。根據(jù)沈陽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃方案和水利規(guī)劃安排，參照國(guó)家防洪標(biāo)準(zhǔn)來確定羅家溝蓄水工程的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：100年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)：300年一遇3.水文水利計(jì)算3．1設(shè)計(jì)洪水與校核洪水計(jì)算3．1．1概況此地區(qū)河流長(zhǎng)度L=2.0km，河道平均比降J=4.0%，流域面積F=1.64km2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。本設(shè)計(jì)中由于沒有詳細(xì)的水文資料，所以計(jì)算參照《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》遼寧省水文水資源勘測(cè)局，一九九八年八月。以下簡(jiǎn)稱《計(jì)算方法》。以及《遼寧省水文手冊(cè)》，遼寧省水文總站，遼寧省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1975年編。在《計(jì)算方法》中附圖（1-1）遼寧省水文分區(qū)圖中查得本地區(qū)水文分區(qū)為I1區(qū)。3．1．2設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算`根據(jù)查《計(jì)算方法》中附表(3—1)各水文地區(qū)徑流參數(shù)（x，y）表，查得x=1.2，y=0.8計(jì)算：匯流歷時(shí)：=1.2（0.3162）0.8=0.478（h）計(jì)算10分鐘、1、6、24小時(shí)和三日設(shè)計(jì)暴雨量P及暴雨衰減指數(shù)nop。在這里偏態(tài)系數(shù)Cs與變差系數(shù)Cv關(guān)系為Cs=3.5Cv,查《計(jì)算方法》中附圖（1—3）、（1—4）、（1—5）、（1—6）、（1—7）、（1—8）、（1—9）及附表（1—1）得下表：表3-1點(diǎn)暴雨值計(jì)算表時(shí)間(暴雨均值)mm(變差系數(shù))(模比系數(shù))10分鐘150.402.31一小時(shí)300.522.836小時(shí)650.552.9624小時(shí)900.552.96三日1070.552.96由《計(jì)算方法》中附圖（1—12）遼寧省東部地區(qū)暴雨時(shí)～面～深關(guān)系曲線（Kf～F～t）查得，當(dāng)F=1.64平方公里，t=24小時(shí)，點(diǎn)面折減系數(shù)Kf=1.0，計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨量得：=15×2.31×1.0=34.7mm=30×2.83×1.0=84.9mm=65×2.96×1.0=192.4mm=90×2.96×1.0=266.4mm=107×2.96×1.0=316.7mm查附表（1—2）得nop=0.503．計(jì)算τ歷時(shí)設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度ip當(dāng)τ=0.478小時(shí)<1小時(shí)，由《計(jì)算方法》中公式：4．查《計(jì)算方法》中附表（3—2）各種頻率設(shè)計(jì)洪水徑流系數(shù)表得：洪峰徑流系數(shù)=0.68三日洪量徑流系數(shù)=0.57前峰洪量徑流系數(shù)=0.095．計(jì)算洪峰流量：（P=1%）=0.278×0.68×122.8×1.64=38.07m3/s6．計(jì)算洪量三日洪量=0.1×0.57×316.7×1.64=29.6萬m3/s前峰洪量=0.1×0.09×（316.7-266.4）×1.64=0.7萬m3主峰洪量=29.6-0.7=28.9萬m37．洪水過程線（1）計(jì)算形狀系數(shù)（東部地區(qū)）（2）、推求過程線由于=0.042<0.05故采用簡(jiǎn)化三角形法計(jì)算洪水過程線=0.67×28。9+0.12×38.07×0.478=21.547萬m3其中：W調(diào)—調(diào)洪流量Qm=Qp=38.07m3/h洪水歷時(shí):由于〈0.05，小集水面積的洪水是由24小時(shí)內(nèi)的短歷時(shí)暴雨所形成的，考慮到小水庫(kù)設(shè)計(jì)調(diào)洪的需要，小面積設(shè)計(jì)洪水過程線的洪量應(yīng)為參與調(diào)洪的洪量W調(diào)，而參與調(diào)洪的洪量W調(diào)是24小時(shí)洪量主峰τ時(shí)段及其以前的那部分洪量。根據(jù)設(shè)計(jì)雨型，小面積洪水的主峰基本發(fā)生在最大24小時(shí)暴雨產(chǎn)生的洪水過程的2/3處，則洪水總歷時(shí)T:T=t1+t2且t1/t2=1/2則t1=1.049小時(shí)；t2=2.098小時(shí)由此可繪出設(shè)計(jì)洪水過程線如圖3-1所示：圖3-1設(shè)計(jì)洪水過程線3．1．3校核洪水的計(jì)算校核洪水的計(jì)算方法同設(shè)計(jì)洪水,采用300年一遇校核洪水的計(jì)算方法同設(shè)計(jì)洪水，其計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如下：PτP面=100.8mmip=144.8mm/hQp=48.9m3/sW三p=38.0×104m3W(三-24)p=1.4×104m3W24p=36.6×104m3γp=0.041W調(diào)=27.3×104m3T=3.1h洪水過程總歷時(shí)T=t1+t2取t2/t1=2，則：t1=1.03ht2=2.07h由此可繪出校核洪水過程線如圖3-2所示通信圖3-2校核洪水過程線3．2庫(kù)容計(jì)算3．2．1水位庫(kù)容曲線根據(jù)《遼寧省水文手冊(cè)》，遼寧省水文總站；遼寧省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1975年編；《水利計(jì)算》，袁作新編，武漢水利水電學(xué)院。根據(jù)壩址地形圖用等高線計(jì)算法得出水位～庫(kù)容曲線如下表所示：圖3-3水位-庫(kù)容特征曲線3．2．2墊底庫(kù)容計(jì)算墊底庫(kù)容應(yīng)滿足泥沙淤積的要求。G——懸移質(zhì)多年平均輸沙量,G=g×Fg——多年平均輸沙模數(shù)，根據(jù)遼寧省水文手冊(cè)查得g=200t/km2F——流域面積F=1.64km2T——設(shè)計(jì)淤積年限T=30年E——推移質(zhì)占懸移質(zhì)比重E=20%γ——泥沙容重γ=1.3t/m3萬m3．根據(jù)庫(kù)區(qū)地形特點(diǎn)，死水位應(yīng)為：Z死=83.00m（低于該水位時(shí)，庫(kù)區(qū)部分地面露出水面），查羅家溝水庫(kù)的水位—庫(kù)容特征曲線，相應(yīng)的死庫(kù)容為3.40萬立方米。V死>V墊，滿足泥沙淤積要求。3．2．3興利庫(kù)容和正常蓄水位的確定了滿足給下游河道供水和景觀需要，堰頂高程即正常蓄水位取為85.50米，查羅家溝水庫(kù)的水位—庫(kù)容特征曲線，得堰頂以下庫(kù)容為13.20萬立方米，則興利庫(kù)容為9.80萬立方米。3．2．4防洪庫(kù)容、設(shè)計(jì)水位和校核水位的確定防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年設(shè)計(jì)300年校核，采用簡(jiǎn)化三角形法進(jìn)行調(diào)洪演算。本設(shè)計(jì)采用開敞式寬頂堰溢洪道，不設(shè)閘門，溢洪道寬取10m，根據(jù)堰泄流公式：q—下泄流量，m3/sM—流量系數(shù)，取1.55（由《水文手冊(cè)》）B—溢洪道寬，取10m由上式可得表3-2表3-2羅家溝水庫(kù)q～V關(guān)系計(jì)算表hh1.5qv總v滯Z總水位注0.00013.20085.50M取1.550.20.0891.38014.601.4085.70B取10米0.40.2533.92116.002.8085.900.60.4657.20417.204.0086.100.80.71611.09118.405.2086.301.01.00015.50019.606.4086.501.21.31520.37520.707.5086.701.31.48222.97521.408.2086.801.41.65725.67621.908.7086.901.51.83728.47522.509.3087.001.62.02431.37023.4010.2087.101.72.21734.35624.4011.2087.201.82.41537.43225.3012.1087.301.92.61940.59426.2013.0087.402.02.82843.84127.2014.0087.50用表3-2數(shù)據(jù)點(diǎn)繪水庫(kù)蓄泄曲線q~V防，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)化三角形法進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。（一）設(shè)計(jì)情況下：圖3-3簡(jiǎn)化三角形法圖解示意由圖3查得：q=23.40m3/s；V防=8.40×104m3設(shè)計(jì)庫(kù)容V設(shè)=V正+V防設(shè)=13.20+8.40=21.60×104m3正常蓄水位下的庫(kù)容，V正=13.20×104m3設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)=86.85m（二）校核情況下：圖3-4簡(jiǎn)化三角形法圖解示意由圖3-4查得：q=30.80m3/s；V防=10.00×104m3由以上圖3-3、圖3-4查得的最大下泄流量qm=30.80m3/s，與其對(duì)應(yīng)的最大防洪庫(kù)容V防=10.00×104m3，則：V總＝V正＋V防＝13.20+10.00=23.20×104m3正常蓄水位下的庫(kù)容，V正=13.20×104m3由V正=13.20×104m3；V總=23.20×104m3，查羅家溝水庫(kù)的水位—庫(kù)容特征曲線得：正常蓄水位Z正=85.50m；Z總=87.10m，即為校核洪水位。則堰上水頭H=87.10-85.50=1.60m。驗(yàn)算溢洪道寬B誤差=（10-9.82）/10=1.8%<5%所以溢洪道寬度可以取10m。表3-3羅家溝水庫(kù)特征值特征值數(shù)據(jù)死庫(kù)容3.40萬立方米死水位83.00米興利庫(kù)容9.80萬立方米正常蓄水位85.50米溢洪道寬度10.00米設(shè)計(jì)洪峰38.01立方米/秒設(shè)計(jì)下泄流量23.40立方米/秒設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容8.40萬立方米設(shè)計(jì)庫(kù)容21.60萬立方米設(shè)計(jì)洪水位86.85米校核洪峰48.90立方米/秒最大下泄流量30.80立方米/秒校核防洪庫(kù)容10.00萬立方米校核庫(kù)容23.20萬立方米校核洪水位87.10米4.工程布置及建筑物4．1設(shè)計(jì)依據(jù)主要依據(jù)為《沈陽農(nóng)業(yè)高新區(qū)的總體規(guī)劃》與附近企事業(yè)單位、果園、農(nóng)田的具體特點(diǎn)。參考《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—94）、《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）、《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44—93）等技術(shù)規(guī)范。4．2方案選擇根據(jù)羅家溝蓄水工程現(xiàn)狀及開發(fā)區(qū)的總體規(guī)劃對(duì)蓄水工程的壩址選擇初選了兩個(gè)設(shè)計(jì)方案：一是在原壩址處修建，二是結(jié)合開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃中的東西三號(hào)道路規(guī)劃，在原壩址向下平移80米位置處修建。1.在原壩址處修建方案此方案的特點(diǎn)是：蓄水工程原壩體不是均勻土質(zhì)壩，修建新大壩時(shí)必須將原壩體拆除后才能修建新的壩體，開發(fā)區(qū)水資源短缺，蓄水工程中的水不能放空，給筑壩工程帶來相當(dāng)大的難度，從而提高了工程造價(jià)，因此，此方案工程造價(jià)相對(duì)高，施工難度大。2.在原壩址向下平移80米的位置處修建方案此方案的特點(diǎn)是：在原大壩的下游修建新的大壩，利用原大壩作為圍堰，蓄水工程中的水不用放空，緩解了開發(fā)區(qū)水資源短缺的矛盾。從而降低了工程造價(jià)和工程施工難度，因此，此方案工程造價(jià)相對(duì)低，施工難度小。同時(shí)結(jié)合東西三號(hào)路，使開發(fā)區(qū)整體布置規(guī)整。經(jīng)過方案比較后，選擇第二方案作為本工程的設(shè)計(jì)方案。4．3工程設(shè)計(jì)4．3．1概況根據(jù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃中的東西三號(hào)道路規(guī)劃，工程布置在原壩址向下平移80米的位置處修建。羅家溝蓄水工程大壩軸線平行于原大壩的軸線，大壩軸線選擇在原大壩的軸線的下游80米處。羅家溝樞紐工程主要由土壩、輸水洞、溢洪道等構(gòu)成。水庫(kù)下游為公路，大壩軸線與公路軸線相距16.75m。4．3．2土壩設(shè)計(jì)1、壩型選擇：根據(jù)地質(zhì)、水文、天然材料等相關(guān)資料及施工技術(shù)、施工工藝、材料用量、工程造價(jià)、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用等的對(duì)比分析選擇合適的壩型。重力壩：工程造價(jià)高、投資大，施工機(jī)械不齊全，不經(jīng)濟(jì)，不適合于本工程。拱壩：要求兩岸有堅(jiān)硬的巖石基面，地質(zhì)條件良好，適用于山區(qū)河谷修建大壩。不適合于本工程。土石壩：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工工序少、施工技術(shù)容易掌握，土石壩對(duì)地形、地質(zhì)條件的要求較低，該地區(qū)土質(zhì)較好，主要為粉質(zhì)粘土，適宜筑壩，材料充分，所以選用土石壩。2、土石壩壩型選擇影響土石壩壩型選擇的因素很多，本研究綜合考量，最后選定技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的壩型。堆石壩:壩坡較陡，工程量減小。堆石壩施工干擾較小，對(duì)石量的要求量很大，需要壩址附近有豐富的石料資源，不適合于本工程。心墻壩:以砂礫料作為壩殼，防滲體設(shè)在壩體，壩殼與防滲體兩者施工干擾相對(duì)較小，工期較短，但對(duì)壩體、壩基的沉降比較敏感，抗震性能較差，易產(chǎn)生裂縫。又由于本地區(qū)多為粘土，砂礫料儲(chǔ)量較少，所以不適合本工程。均質(zhì)壩:材料單一，施工簡(jiǎn)單。本地區(qū)有豐富的土料儲(chǔ)量，并且根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐亮系膶?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)分析，本地區(qū)的土料的滲透系數(shù)很小，粘性很大，適宜筑壩，綜合考慮地質(zhì)，氣候、施工、投資等條件，比較各種類型土石壩的優(yōu)缺點(diǎn)選定本工程大壩定為均質(zhì)土壩。3、大壩輪廓尺寸的擬定a.壩頂寬度參照各種已建成的土壩,根據(jù)《中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)參考資料》，遼寧省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院編，結(jié)合本蓄水工程實(shí)際情況，根據(jù)我省的工程經(jīng)驗(yàn)，本工程初步采用總寬度4.5m，凈寬4m。b.壩坡選定及護(hù)坡設(shè)計(jì)根據(jù)《水工建筑物》第四版，天津大學(xué)林繼鏞主編，中低高度坡率約為1:3,大壩上游坡采用干砌石護(hù)坡，其結(jié)構(gòu)型式為：干砌石50cm，TW0806特種堤壩護(hù)坡網(wǎng)，250g/m2長(zhǎng)絲針刺土工布。土工布從防沖槽一直鋪到設(shè)計(jì)水位，從設(shè)計(jì)水位至坡頂設(shè)綠化帶。從防沖槽向下垂直鋪設(shè)土工膜LDPE(厚度0.5mm,滲透系數(shù)為10-11~10-12cm/s)，穿過粗砂層和角礫層，直至強(qiáng)風(fēng)化巖層。背水坡及路基坡設(shè)菱形綠化排水帶。c.壩頂高程壩頂高程按下式計(jì)算：d=hB+e+a式中：d——壩頂高程（米）,波浪爬高h(yuǎn)B=AV5/4D1/3hB——波浪在壩坡上的爬高（米）e——壩前壅水高度（該值很小，一般可略去不記）（米）a——安全加高V——風(fēng)速（查《遼寧省水文手冊(cè)》本地區(qū)多年平均最大風(fēng)速為15m/s）A=0.0666KtgαK——系數(shù)塊石護(hù)坡K=0.77tgα——上游壩坡角的正切（我省壩高小于15米的水庫(kù)可以根據(jù)表查得）D——吹程（米）(1)正常運(yùn)行條件下壩頂高程.因設(shè)計(jì)洪水位高于正常蓄水位,故正常運(yùn)用條件按設(shè)計(jì)洪水位考慮.計(jì)算風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍,V=1.5×15=22.5m/s.在1:100地形圖上量得吹程D=0.43km、K=0.77、tgα=1/3。查得A=0.0171hB=AV5/4D1/3=0.0171×49×0.75=0.63m根據(jù)表中查得安全超高a=0.4m將hB、a代入得：d=hB+e+a=0.63+0.4=1.03>0.7m，則選用d=1.03m則正常運(yùn)行條件下壩頂高程=86.63+1.03=87.66m(2)非常運(yùn)用條件下壩頂高程：計(jì)算風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速，V=15m/s,A=0.0171,則波浪爬高h(yuǎn)B=AV5/4D1/3=0.0171×0.75×29.52=0.38m查表得安全超高a=0.3md=hB+e+a=0.38+0.3=0.68>0.5m查表則選用d=0.68m則非常運(yùn)用條件下壩頂高程=86.85+0.68=87.53m本設(shè)計(jì)選定壩頂高程為88.00m。(3)壩頂高程及防浪墻的確定:由以上計(jì)算得知,壩頂高程為正常運(yùn)用條件控制,計(jì)算的壩頂高程為87.53m,考慮旅游觀光美觀的需要,壩頂不設(shè)置防浪墻,布置不銹鋼欄桿,欄桿高度1.2m。長(zhǎng)度均為380m。適當(dāng)增加壩頂高程.根據(jù)需要壩頂高程選為88.0m.d．下游壩腳貼坡排水體排水體的結(jié)構(gòu)：干砌石貼坡厚40cm，TW0806特種堤壩護(hù)坡網(wǎng)，250g/m2長(zhǎng)絲針刺土工布，砂礫料70cm。e．土料設(shè)計(jì)筑壩粘性土的設(shè)計(jì)目的是確定粘性土的填筑干容重、含水量。根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)和地堪資料，粘土的最大干容重的平均值即：rmax=1.56g/cm3最優(yōu)含水量ωop=24.7%.根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274-2001》節(jié)4.2.3條規(guī)定，取壓實(shí)度P=0.96。通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果，確定粘土的填筑標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)干容重rd=1.497g/cm3最優(yōu)含水量 ωop=24.7%施工控制含水量為19.4～27.4%。根據(jù)變形計(jì)算，大壩填筑時(shí)預(yù)留沉降10cm。壩體土壤物理力學(xué)性質(zhì)結(jié)合地質(zhì)資料經(jīng)分析確定：C=11KPa，φ=150f．壩頂路面及道路設(shè)計(jì)大壩壩頂寬度根據(jù)要求及實(shí)際情況，采用4.5m，彩磚鋪路，下鋪10cm三合土。根據(jù)總體規(guī)劃，下游接公路，壩頂路面軸線與公路軸線平行，且相距16.75m，即壩頂路面邊線和公路邊線相距10m。公路寬9m，路基坡為1：3。兩路之間設(shè)菱形綠化排水帶，安設(shè)路燈。4、滲流計(jì)算本設(shè)計(jì)采用均質(zhì)土壩，下游設(shè)貼坡排水，下游無水。根據(jù)設(shè)計(jì)壩體如圖，下游壩坡采用平均壩坡，如圖所示。平均壩坡為1:4.圖4-1滲流計(jì)算圖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)ε取0.3求縱坐標(biāo)軸oy的位置.則=0.3×3×7.5=4.05m下游坡腳到縱坐標(biāo)軸的距離是:=4.05+7.5+4+28=43.55m縱坐標(biāo)軸oy到壩頂上游邊線的距離:=11.55m在下游坡逸出點(diǎn)浸潤(rùn)線的縱坐標(biāo):坐標(biāo)原點(diǎn)到浸潤(rùn)線在下游坡的逸出點(diǎn)距離:=43.55-4×0.97=39.67m壩頂上游邊線浸潤(rùn)線高度:單寬滲流量:下游壩坡逸出短滲流最大坡降為：J出逸=1/m=0.25結(jié)論分析為防止發(fā)生滲透破壞，必須使壩下游出逸段在沒有保護(hù)層的情況下，滲流的出逸坡降小于破壞的允許坡降，即：J出逸＜J允許對(duì)于滲透破壞的允許坡降，參考以下原則：（參考中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)）對(duì)于粘性土和不均勻系數(shù)＜10的無粘性土,主要破壞形式是流土,其破壞坡降可近似地用下式計(jì)算:相應(yīng)的允許坡降J允許可以按下式計(jì)算:式中:Δ——土粒比重,由實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：Δ=2.93KN/m3n——土的孔隙率,KB——流土安全系數(shù)，對(duì)于粘性土采用1.5。對(duì)于非粘性土，一般中小型水庫(kù)可以采用2.0。=0.9843=0.9843/1.5=0.6562則J出逸＜J允許滿足要求。5、穩(wěn)定分析計(jì)算:壩坡穩(wěn)定分析主要考慮如下三種情況1.水庫(kù)為校核洪水位時(shí)，且浸潤(rùn)線已形成，此時(shí)滲透水壓力指向下游。此時(shí)是影響下游壩坡穩(wěn)定的最不利水位。故下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算，只考慮校核壩坡穩(wěn)定即可。2.當(dāng)上游水位處于1/3壩高時(shí)，是對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最不利的水位，所以在計(jì)算上游壩坡穩(wěn)定時(shí)應(yīng)按1/3壩高水位時(shí)計(jì)算。3.庫(kù)水驟落及地震時(shí)土壩的穩(wěn)定計(jì)算。對(duì)于小型水庫(kù)不必考慮。壩坡的安全系數(shù)此工程為Ⅴ級(jí)建筑物，參照《中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)》如下表：表4-2土壩的穩(wěn)定安全系數(shù)表運(yùn)用條件壩的級(jí)別ⅡⅢⅣⅤ正常（設(shè)計(jì)）1.301.251.201.15非常（校核）1.151.101.051.05得：[Kc]=1.15土壩穩(wěn)定的計(jì)算土壩穩(wěn)定的計(jì)算采用條分法，因計(jì)算量大，本設(shè)計(jì)只以下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算為例。具體步驟圖4-3滑弧穩(wěn)定計(jì)算圖1.根據(jù)具體條件確定最危險(xiǎn)裂面圓心的大概位置M2M直線上,M2M直線按如下方法計(jì)算：首先定出M1點(diǎn),M1位于壩頂高程以下2H(H系壩高).距壩腳4.5H處,然后作Aa和B1b兩直線交于M2點(diǎn):A點(diǎn)是壩肩,Aa與壩頂成β1角,B點(diǎn)是壩腳,B1b與壩坡成β2角,β1和β2與壩坡有關(guān),可由表查得,連接M1M2并延長(zhǎng)之,即為M2M線.表4-3穩(wěn)定傾角數(shù)據(jù)表壩坡坡度壩坡坡角β2β11:11:1.51:21:31:41:545°33°40′26°34′18°26′14°03′11°19′28°26°25°25°25°25°37°35°35°35°36°37°2.最危險(xiǎn)滑裂面圓心還可能在內(nèi)外半徑R1及R2所夾的扇形面積內(nèi),該扇形按下面計(jì)算方法確定:在壩坡中點(diǎn)G作一鉛垂線,并在該點(diǎn)作另一直線與坡面成85°角,以壩坡中點(diǎn)為圓心,分別用R1和R2為半徑作弧,與上述兩直線相交即得所求扇形.R1和R2的大小隨壩坡坡度而變:表4-4半徑數(shù)據(jù)表壩坡坡度1:11:21:31:41:51:6內(nèi)半徑外半徑0.75H1.H0.75H1.75H1.0H2.3H1.5H3.75H2.2H4.8H3.0H5.5H3.最危險(xiǎn)圓弧的試算.在M2M線上取點(diǎn)OO1O2O3……為圓心作弧,使其均通過壩腳,求出各圓弧的穩(wěn)定系數(shù),標(biāo)于OO1O2O3之位置上,連成變化曲線,通過變化曲線中最小的一點(diǎn),作直線垂直于M2M,再在此線上定幾點(diǎn)作為圓心重復(fù)以上的步驟,找出最小的穩(wěn)定系數(shù)點(diǎn),在大多數(shù)情況下此點(diǎn)的穩(wěn)定系數(shù)值即代表通過壩腳的圓弧的最小穩(wěn)定系數(shù),具體計(jì)算過程如下以O(shè)點(diǎn)為例計(jì)算穩(wěn)定系數(shù).數(shù)據(jù):H=7β2=25°β1=36°R1=1.5H=10.5R2=3.75H=26.25R=28γ濕=1.76t/m3γ浮=0.98γ飽=1.98取采用的土條寬度b=0.1R=2.8m按考慮滲透水壓力時(shí)作用時(shí)的壩坡穩(wěn)定分析方法進(jìn)行計(jì)算.見表4～5：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式中,求地壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù):式中:tgφ=tg15°=0.268再選取其他點(diǎn)做圓弧重新進(jìn)行上述的滑弧計(jì)算,從而得到最小的穩(wěn)定安全系數(shù).經(jīng)計(jì)算得最小安全系數(shù)K=1.89>1.15則此壩坡滿足穩(wěn)定要求.同理：計(jì)算上游壩坡的穩(wěn)定系數(shù)為為K=1.62>[Kc]=1.15,滿足穩(wěn)定要求。由于本工程處于地震區(qū)，地震烈度為7°，壩坡穩(wěn)定分析中考慮地震慣性力的影響，其簡(jiǎn)化算法，可以不在滑動(dòng)土體上加地震作用力，而是減少土的內(nèi)摩擦角值，當(dāng)?shù)卣鹆叶葹?°～8°時(shí)，可將內(nèi)摩擦角減少3°，當(dāng)為9°時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門的研究，所以本工程中采用將內(nèi)摩擦角減少3°的計(jì)算方法，取φ=12°進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算：tgφ=tg12°=0.213下游壩坡K=1.73>[Kc]=1.15滿足土壩的穩(wěn)定要求。上游壩坡K=1.38>[Kc]=1.15滿足土壩的穩(wěn)定要求。土條編號(hào)h1h2h3(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)=(5)+(6)+(8)(10)=(5)+(7)+(8)(11)(12)76543210-1-2-3合計(jì)0.70.60.50.40.30.20.10-0.1-0.20.710.831.49101.4911.4911.0431.05830.83.065.49605.4965.4963.2974.39640.872.254.0411.543.1115.5817.1523.5764.85530.921.342.4072.745.5365.1477.9423.1774.73480.950.450.8082.865.7780.74.3687.2872.1864.14980.980.390.72.615.2731.424.737.3941.4794.63580.990.661.1852.344.7281.855.3757.7630.7765.321610.971.7422.034.1011.995.7627.83305.7620.990.891.5981.643.3131.855.0886.762-0.685.03750.980.450.8081.142.3031.423.3684.531-0.913.30080.9500.661.3330.71.362.033-0.611.29213.3444.544表4-5壩坡穩(wěn)定計(jì)算表4．3．3溢洪道設(shè)計(jì)溢洪道結(jié)構(gòu)由進(jìn)口段、堰面、消力池、尾水渠組成，按水利計(jì)算泄水寬為10m。進(jìn)口段總長(zhǎng)30m，前7.5m為水平，高程為78.30m，后22.5m為斜坡段，坡比為1：3。堰頂長(zhǎng)為23.50m，高程為85.50m～84.80m。再后15.90m為陡坡段，最后進(jìn)入消力池。消力池底高程為79.50m，寬為10m，池內(nèi)設(shè)一道消力坎，然后送入尾水渠，尾水渠以1/400坡比將水引入老河道。圖4-4溢洪道平面圖溢洪道為開敞式寬頂堰溢洪道，采用U形斷面，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)墻厚為0.3m，底板厚為0.5m，平均6m設(shè)一道橫縫，縫內(nèi)用橡膠止水。混凝土標(biāo)號(hào)為C25。為防止上游坡面受泄水水流影響，在溢洪道左側(cè)5.0m范圍內(nèi)采用漿砌石護(hù)坡，右側(cè)與右岸連接處向上游50m長(zhǎng)內(nèi)采用漿砌石護(hù)坡。溢流堰頂設(shè)人行橋一座，跨度為10.24m，寬為4.5m。采用鋼筋混凝土拱形斷面，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。4．3．4輸水洞設(shè)計(jì)為向下游供水，設(shè)計(jì)一條輸水洞。洞徑為1×1m現(xiàn)澆混凝土箱涵，引入下游溢洪道尾水渠。根據(jù)方案比較結(jié)果，選定方案為進(jìn)水底板高程82.0m，進(jìn)水口前14.4m為引水渠，然后依次為進(jìn)水塔、輸水洞洞身，直接引入溢洪道尾水渠。引水渠底寬3.9m，矩形斷面，長(zhǎng)度為14.4m，采用混凝土U形槽。充分考慮景觀及羅家溝蓄水工程來水實(shí)情，進(jìn)水塔閘室頂面高程底于正常蓄水位500mm，使其能隱藏于水下，且計(jì)算溢洪道泄水能力時(shí)不考慮輸水洞泄水，因此設(shè)計(jì)洪水時(shí)可以不開啟輸水洞閘門。閘門采用平板鑄鐵閘門，閘門孔口尺寸（寬×高）1.0m×1.0m，共1扇。圖4-5輸水洞進(jìn)口平面圖4．3．5消力池設(shè)計(jì)圖4-6消力池剖面圖1、判別下游銜接形式單寬流量流速總水頭根據(jù)公式求