湖北省恩施市屯堡馬者水庫除險加固工程初步設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 點面系數頻率（%）210設計面雨量（mm）10min11h6h24h 壩址洪水本工程位于鄂西南恩施市境內，屬我省水文氣象分區第十分區。本階段設計暴雨通過查《湖北省暴雨徑流查算圖表》（以下簡稱《圖表》）和《湖北省可能最大暴雨圖集》（以下簡稱《圖集》）中提出的瞬時單位線法和推理公式法兩種方法進行推求。 瞬時單位線法計算壩址設計洪水設計凈雨及雨型本工程控制流域面積小于20km2，凈雨歷時tc選取6h，凈雨時段Δt=，設計雨型選用《湖北省暴雨徑流查算圖表》中地區綜合概化雨型，雨型分布見表。　　　　　 六小時雨型分布表　　　　　 　 　　Δt=時段123456789101112占H1的%3862占（H3H1）的%占（H6H3）的%161718201514凈雨過程采用6小時雨量不扣初損只扣穩損。穩滲強度fc=，式中R總為24小時的設計總徑流，為扣除初損I0后的24小時設計面雨量，即R總=H24面－I0。初損I0采用全省綜合的設計條件下的數值。取I0=，設計條件下Im=90mm，則I0=。各歷時凈雨量計算式為Ii=Ri－fcΔt。匯流計算流域匯流采用瞬時單位線法推求設計斷面洪峰流量及洪水過程線。1）匯流參數本流域屬湖北省第十水文分區，按十水文分區綜合匯流參數計算水庫設計洪水（不考慮天坑影響）。十水文分區匯流參數m1和n值按下列公式計算： m1= n= J 式中： F——集水面積，km2；　 L——主河道長，km；　 J——主河道加權平均比降，‰；由于本流域屬巖溶地質不發育地區，不計算天坑率，應對匯流參數m1作非線性改正。計算結果：m1= ，n=，k=m1/n= 2）地面徑流計算由所求匯流參數n、k，按瞬時單位線法計算無因次單位線并轉換為時段單位線配以相應的設計凈雨過程，推求地面徑流過程。3）地下徑流計算地下徑流由下列經驗公式計算：T≤T時：Qt＝Q0＋（Qg－Q0）t＞T時：Qt＝Qge －β（t－T）其中： Q0——起漲流量，Q0＝； Qg——地下徑流洪峰（即退水拐點流量），Qg＝： β——退水指數，β＝； T——地面徑流過程線底寬，T＝tc＋D－Δt； D——時段單位線底寬； tc ——凈雨歷時； fc——穩滲強度。瞬時單位線法計算洪水成果將地面徑流過程與地下徑流過程迭加即可得出設計洪水過程，由瞬時單位線法計算的洪水成果見表。　　　　 　　　瞬時單位線法壩址洪水成果表洪水頻率P（%）210洪峰流量（m3/s） 推理公式法計算壩址設計洪水暴雨遞減指數N和雨力S的計算已知24小時面雨量HT面，則面遞減系數為： 1≤τ＜6 時， n1=1+ 6≤τ≤24時， n2=1+上式中β1=H1面/H6面，β2=H6面/H24面 當1≤τ＜6時，采用n1，則S1=H1面 當6≤τ≤24時，采用n2，則S2=H6面6n21匯流參數m 本工程所在水文分區屬第十區，屬于鄂西地區森林覆蓋面積占50%以上且植被良好的小流域，則 m==(L/j1/3)損失參數u損失參數按下式計算： u= R24＝H24面－H24面為設計頻率的面雨量。洪峰流量Q設計洪峰流量Q＝Qm+Qo，其中 Qm＝K1(m/θ)K2(SF)K3－K4μF Qo＝式中：K1＝(1n)/(4n) ， K2＝4n/(4n)， K3＝4/(4n)， K4＝（（4n））。根據以上公式可得洪峰流量結果如表。 　　　　推理公式法計算壩址洪水成果表洪水頻率P（%）210洪峰流量（m3/s） 洪水復核成果合理性分析不同計算方法計算的洪水成果比較如表57。　　　　　　　 　 洪水成果比較表頻率P（%）%%2%%瞬時單位線法Q1（m3/s）推理公式法Q2（m3/s）Q1比Q2增加（m3/s）Q2與Q1相差（%）%%%%兩種計算結果相差不大，均在10%以內，說明本次設計成果是合理可行的。本次采用暴雨途徑瞬時單位線計算的洪水成果作為馬者水庫壩址設計洪水成果。 　 　　 馬者水庫洪水過程線時段（）P（%）2100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 馬者水庫所在小流域無實測水文資料，本流域內無水文站，施工洪水的計算借用恩施水文站的實測資料，其控制流域面積為2928km2。依據恩施水文站1958～2007年的實測水文資料，統計得出50年的分期洪水（11月1日至次年3月31日）系列。采用PIII型曲線適線，求得恩施水文站的設計值。 恩施站分期洪水成果表 單位：m3/s分期P(%)25102011～次年3月902731601467馬者水庫的施工洪水，按與恩施站分期洪水面積比的2/3次方進行修正移置，得分期設計洪水成果。 馬者水庫分期設計洪水計算成果表 單位：m3/s分期P(%)25102011～次年3月 壩下水位流量關系水庫溢洪道位于大壩左岸， ，水庫洪水經溢洪道泄入大壩下游排洪溝。采用曼寧公式計算壩下水位、流量關系。基本資料大壩下游現未修建排洪溝，本階段初步擬定排洪溝為矩形斷面，底坡按1:1000，為漿砌石結構，砂漿抹面。曼寧公式Q=1/nωR2/3i1/2式中：Q—斷面流量；n—糙率，；ω—斷面面積；R—水力半徑；i—坡降。 馬者水庫壩下水位流量關系表渠道水深（m）泄流量（m3/s）湖北省恩施市屯堡馬者水庫除險加固工程初步設計報告 3 工程地質3 工程地質 工程概況馬者水庫位于恩施市屯堡鄉馬者村，距恩施市區47km。水庫于1958年1月動工興建，1959年12月竣工投入運行。水庫屬于清江的一條小支流，水庫流域內最高點高程1200m，最低點高程1080m，落差120m。，‰，屬于山區扇形流域。壩型為均質土壩。本工程是一座以灌溉為主，兼有防洪、人畜飲水、生態等綜合效益的小（2）型水庫。工程建設至今發揮了良好的經濟效益，它擔負著馬者村15組1428戶4876人和5000多頭牲畜飲水供應，可灌溉農田4100畝，下游影響耕地1000畝，人口2300人。當時屬困難時期，國家大力推進農田水利基本建設，設計資料不全，施工情況無文字記載。據調查了解，大壩由當地民工挑抬填筑，石輾、木夯輾壓、夯實而成，密實度達不到現行規范規定；由于建壩當初生產技術條件落后，對壩體填土的物理力學性質指標不甚了解，也沒有對土料的物理力學指標做任何測試和分析，壩體填筑質量較差。壩基、岸坡存在清基不徹底的問題，強風化巖體未清除，長期的滲水帶走了細顆粒，導致大量漏水。水庫多年限制水位運行，一直未得到改善。該水庫自修建完成至今已運行了近40年，在這40年里，對該水庫大壩進行過維修，但由于資金不夠，沒有從根本上解決問題，以至水庫存在較多的安全隱患。通過安全鑒定，本水庫主要有以下問題：大壩壩頂凹凸不平，形狀不規則，上游塊石護坡剝落、損毀嚴重，下游壩坡無護坡。上、下游壩坡均嚴重沉降、變形。反濾排水設施損毀嚴重。壩肩和壩腳有集中滲流。溢洪道僅開挖形成進口段，未襯砌，基礎和邊坡均為松散的碎石土，局部垮塌，堵塞嚴重，形狀不規則，抗沖能力極差。無泄槽和消能設施；后來當地村民組織施工完成了交通橋附近的溢洪道開挖襯砌施工，有待完善。輸水建筑物進口斜臥管局部損毀，壩下漿砌石方涵斷裂、漏水，不能正常運用。庫岸邊坡基本穩定，水庫蓄水到一定高程后，通過左岸崩塌堆積體向外滲漏，有多處集中滲漏。有一專管人員進行水庫現場管理，無必要的觀測、管理、通訊設施。防汛道路路況差，晴通雨阻。為保證水庫安全運行，達到水庫設計效益，發揮水庫的應有作用，須對以上隱患進行加固維修處理。 區域地質工程區地處鄂西南山區、恩施市西北部；區內地勢上北高南低，東西高中間低，山脈走向受構造線控制，呈NE向展布。區內以構造剝蝕、侵蝕為主，呈中低山山地地貌。河床為區內最低排泄基準面。區內地形以構造剝蝕、侵蝕地貌為特征。沿河階地發育，岸坡山體多呈渾圓狀。工程區碎屑巖廣布，構造剝蝕現象明顯。受地殼運動的影響，工程區處于長期穩定的上升過程中，在構造剝蝕作用下形成區內溝谷波狀地形。區域內出露地層較全，除少數統段缺失外，一般均有分布。工程區一帶主要分布地層有第四系、三疊系和二疊系。巖性以灰巖、頁巖為主，各地層間的接觸關系、巖性組合特征及分布情況由老至新分述如下。⑴ 二疊系（P）二疊系下統馬鞍組（P1ma）：為深灰、灰黑色含炭質泥灰巖，底部為含炭質頁巖及石英細砂巖夾煤線，厚18m。二疊系下統棲霞組（P1q）：為灰色、深灰色厚層瘤狀灰巖，內夾含炭質頁巖及含燧石結核灰巖。厚127m。二疊系下統茅口組（P1m）：為淺灰、深灰色厚層塊狀灰巖，內夾厚及中厚層狀含燧石條帶灰巖，頂及底部為薄層炭質灰巖與硅質巖夾炭質頁巖。厚347m。二疊系上統吳家坪組（P2w）：為深灰色中厚層含燧石結核灰巖，底部為3m厚的土黃色頁巖。總厚66m。二疊系上統長興組（P2c）：為淺灰、深灰色厚層狀灰巖，含燧石結核。厚40m。⑶ 三疊系三疊系下統大冶組（T1d）：中上部為灰色薄～中厚層灰巖夾粘土質灰巖、泥灰巖；底部為黃綠色粘土質頁巖夾灰色薄～中厚層狀灰巖。與下伏二疊系長興組呈整合接觸。三疊系下統嘉陵江組：，與下統大冶組整合接觸，分為3段。一段（T1j1）：灰色薄～中厚層狀生物屑灰巖夾角礫狀灰巖。二段（T1j2）：薄～中厚層灰巖，夾角礫狀灰巖， m。三段（T1j3）：灰色中～厚層狀灰巖， 夾一層溶崩角礫巖。三疊系中統巴東組（T2b）：中段（T2b2）為灰色薄～中厚層灰巖、泥灰巖、局部夾頁巖、細砂巖、白云巖和鮞狀灰巖，厚340m。下段（T2b1）為紅綠色頁巖，粉細砂巖，底部為鈣質頁巖及白云質灰巖， 厚506m。總厚846m。⑶ 第四系（Ｑ）全新統殘坡積堆積（Ｑedl）：主要為粘土、粘土夾塊石，分布于斜坡地帶或臺地上。全新統洪沖積堆積（Ｑal+pl）：主要為現代河床、河漫灘的卵石、砂、砂壤土。本區所處構造部位屬新華夏構造體系第三隆起帶、湘黔隆起帶的北端，鄂西隆起帶的南端；自早元古代以來，區內沉積了巨厚層的海陸相沉積巖層，燕山運動使沉積蓋層產生強烈褶皺，并伴隨一系列的斷裂構造。從構造分區來看，屬揚子準地臺之次級構造單元上揚子臺褶帶。構造線以北東、北北東向為主體，褶皺、斷裂均較發育。工程場區區域構造位于屯堡～茶山背斜，長60公里，寬12公里，總體軸向為北東40176。，由于晚期構造的復合改造，軸線呈反“s”型彎曲。核部為寒武系，地層產狀平緩，兩翼由奧陶系—三疊系組成。東南翼傾角較陡，在30176。～45176。，局部倒轉，北西翼傾角較緩，為20176。～40176。左右。 本區地震記載較少，明朝以前幾無記載，清朝以后才有較詳記錄，現代儀器記錄地震不多，建國前后恩施共發生4次有記錄的地震，最大一次地震為1403年：，黔江于1860年發生（M=6）地震，震中位于黔江斷裂上盤，地震產生山崩，形成天然堤壩。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306－2001），，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。 圖1 區域構造綱要圖　圖2 工程區地震動參數區劃圖區內水文地質條件比較簡單；由于地下水的賦存條件不同，其補給、儲存、運移及排泄條件差異較大，按地下水的賦存條件將區內地下水劃分為兩類：1）孔隙水：賦存于第四系松散堆積層孔隙中，含水層為第四系沖積堆積、坡積堆積的砂、礫石、壤土、碎石中富水性受巖性的控制，砂礫石層中含水豐富，壤土層中較為貧乏；區內孔隙水一般無壓，主要接受大氣降水補給，向區內河谷排泄。2）裂隙水：分布于基巖的裂隙中，其富水性受巖性、構造及地形的共同影響極不均勻，碎屑巖層中裂隙水埋藏較淺，碳酸鹽巖區埋藏較深；斷層帶內往往富集地下水。裂隙水的補給源以大氣降水為主，以泉水或地下徑流的