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1、1 工程基本情况1.1 工程概况瑞安市集云山水库位于瑞安市锦湖街道横山偏北山腰，水系属愚溪，集雨面积2.2km。工程于1958年9月动工兴建，竣工于1960年2月。水库总库容163.59万m，正常库容136.70万m。水库枢纽由拦水坝、溢洪道、老放空涵管、放空遂洞和泄流明渠组成。水库下游有锦湖街道和12个村庄，最近距离1km，还有104国道，最近距离10km。水库影响人口3万人，耕地1000亩。该水库是一座以防洪、供水、灌溉为功能的综合利用的小（1）型水库，现有灌溉农田面积650亩，年供水量180万m。本工程水库由于运行时间较长，为了保证水库大坝的安全运行，根据水利厅关于印发浙江省小型水库大坝
2、安全技术认定办法（试行）的通知要求，应对该水库大坝进行安全技术认定。2008年6月，我所受瑞安市锦湖街道办事处的委托，承担瑞安市集云山水库大坝安全技术认定综合评价报告的编制工作。1.2 主要特性指标集云山水库总库容163.59万m3，根据水利部水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）规定，水库规模为小（1）型，工程等级为等。（一）拦水坝拦水坝坝型为粘土心墙坝，最大坝高25.70m，坝顶高程为119.45119.58m（假设高程，下同），坝顶宽2.32.7m，坝顶长度215m，防浪墙顶高程为120.35120.38m，宽0.5m。上游坝坡坡比从上到下分别为1：1.93、1:1.43
3、、1:6.0，均为干砌石护坡，在高程112.92m处为宽5.5m的平台。下游坝坡坡比从上到下分别为1:2.52、1:9.17、1:2.72，其中高程101.45m以下为排水棱体，底宽19.0m，高程101.45m以上为土坡。坝体粘土防渗心墙底宽19.50m，顶宽4.30m，顶高程为118.52m。（二）溢洪道溢洪道位于大坝左侧，为开敞正槽式溢洪道，进口底高程116.40m，进口底宽13.9m，泄槽长56.5m，为山体开挖而成。（三）老放空涵管老放空涵管位于坝体右侧，为钢筋砼结构，洞长70m，洞径0.6m，进口底高程99.75m，出口底高程99.15m，进口处配置插板闸门和1台螺杆式启闭机，启闭
4、力为3T。目前，该放空涵管已封堵，停止使用。 （四）放空隧洞放空隧洞位于大坝右岸山体内，隧洞洞径1.71.7m，全长171.647m，进口中心高程99.75m，出口中心高程95.416m，为城门型无压隧洞。（五）泄流明渠放空隧洞下游即为泄流明渠，全长94.357m，渠道宽度1.5m，深度1.0m，纵坡9.0%。工程有关特性指标见表1-1。工程主要特性表表1-1序号名 称单 位数 量备 注一水文1坝址以上集雨面积Km22.22设计暴雨（P=2%）mm362.43实测资料3校核暴雨（P=0.1%）mm584.15实测资料4设计洪峰流量（P=2%）m3/s45.515校核洪峰流量（P=0.1%）m3
5、/s77.78二水库大坝等级标准1工程等级2工程规模小（1）型3永久性建筑物级别4三洪水标准1设计洪水50年一遇2校核洪水1000年一遇四水库特性1正常蓄水位m116.402设计洪水位m117.543校核洪水位m118.064死水位m101.055总库容万m3163.596正常蓄水库容万m3136.707死库容万m34.53五建筑物（一）拦水坝1坝型粘土心墙坝2最大坝高m25.703坝顶高程m119.45119.584坝顶长度m2155坝顶宽度m2.32.76防浪墙顶高程m120.35120.387防浪墙宽度m0.5（二）溢洪道1型式开敞正槽式溢洪道2进口底高程m116.403进口宽度m13.
6、90（三）老放空涵管已封堵1结构钢筋砼2洞径m0.63洞长m704进洞口底高程m99.755出洞口底高程m99.156闸门型式插板式7闸门数量扇18启闭机台1斜拉式螺杆启闭机（四）放空隧洞1隧洞型式城门型2洞径mm1.71.73洞长m171.6474进洞口中心底高程 m99.755出洞口中心底高程m95.416（五）泄流明渠1长度m94.3572尺寸mm1.51.0宽深3纵坡%9.01.3 工程建设及运行情况集云山水库于1958年9月动工兴建，1960年2月竣工，原坝顶高程为119.45m。1991年10月经保坝复核计算，发现该水库未达到保坝标准，同年采取了加深加宽溢洪道，拆建抬高堰上的人行桥
7、，并在坝顶修筑防浪墙。水库运行至今已四十多年,坝内现浇钢筋砼涵管在1964年观测发现有裂缝3条,1971年观测无其它异常情况。2002年对涵管进行了封堵,并新开了一条放空隧洞。该水库原建有电站一座,装机200KW，灌溉农田5000余亩。1983年,经瑞安县(现为瑞安市)政府研究决定,电站停止发电,水库作为城关镇(现为锦湖街道)供水的补充水源。目前,水库运行基本正常。1.4 编写依据与基础资料1.4.1 基础资料集云山水库安全检查普查登记表(1998年7月)；(2)集云山水库放空工程施工图纸；(3)集云山水库坝下涵管封堵施工图纸；(4)集云山水库大坝、溢洪道实测平面及断面图。1.4.2 编写依据
8、水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）；防洪标准（GB50201-94）；碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）；溢洪道设计规范（SL253-2000）；水库工程管理设计规范（SL106-96）；土石坝养护修理规程（SL210-98）；土石坝安全监测技术规范（SL60-94）；瑞安市集云山水库测压管工程竣工报告（浙江浙峰岩土工程有限公司丽水分公司，2008年4月）；省水利厅关于进一步加强水库除险加固工作的通知（浙水管 199970号）文件；省水利厅关于印发浙江省小型水库大坝安全技术认定办法（试行通知）（浙水管200310号）文件；浙江省中型水库大坝安全鉴定及小型水库大坝安
9、全技术认定大纲（试行）（省水利厅，2003年3月）。2 设计洪水与洪水标准复核2.1 概况集云山水库位于瑞安市锦湖街道横山偏北山腰，水系属愚溪，水库坝址以上控制集雨面积2.2km2，主流长度3.18km，主流平均坡降3.68%。流域内山高坡陡，植被良好，水土保持良好。2.2 水文气象本区域属亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明，雨量丰沛，日照长，霜期短，冬无严寒，夏无酷署。多年平均气温17.9，历年极端最高气温39.3（出现在7月份），历年极端最低气温-4.5（出现在1月份）。多年平均降雨量约在1695mm，年降雨量月份分配不均，差异很大，月份分配情况是：13月降雨量占全年的15.516.5%，
10、49月降雨量占全年的71.975.4%，1012月降雨量占全年的9.111.6%。一般年份主要有两个明显降水季节，4月、5月、6月的梅雨，7月、8月、9月的台风雨。梅雨占年降雨量的34.5%，台风雨占年降雨量41.2%。2.3 工程等级及洪水标准本工程拦水坝坝型属粘土心墙坝，水库总库容为163.59万m3，按水利部水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）的规定，本工程规模为小（1）型，工程等别为等，主要建筑物级别为4级，设计洪水标准为3050年一遇，校核洪水标准为3001000年一遇。由于该水库下游有锦湖街道和12个村庄分布，人口密集，故本工程洪水标准取用上限值，即设计洪水标准采
11、用50年一遇，校核洪水标准采用1000年一遇。洪水标准见表2-1。洪 水 标 准表2-1工程等别工程规模水库总库容永久建筑物级别设计洪水标准校核洪水标准小（1）型163.59万m3450年一遇1000年一遇2.4 洪水计算2.4.1 设计暴雨本流域无实测雨量站，洪水计算降雨资料引用邻近区域的瑞安站。该站设立于1956年，实测降雨资料有自1956年至2007年共51年（其中1959年缺失），经统计组成样本为年最大一日降雨，详见表2-2。经P-型曲线适线排频得坝址处各频率的设计暴雨，成果详见表2-3，设计暴雨计算时年最大24小时雨量采用年最大一日的1.12倍来计算求得。瑞安站年最大一日降雨统计情况
12、表表2-2 单位:mm年份最大一日降雨量年份最大一日降雨量年份最大一日降雨量1956128197473.31991115.11957170197599.01992208.91958130.8197692.1199372.71960237.7197762.11994321.4196172.71978101.5199566.11962178.6197966.51996137.11963157.9198067.3199783.91964126.81981180.5199869.11965334.51982105.7199988.51966107.71983176.82000103.5196766.6
13、1984100.7200185.9196875.8198599.820021841969122.6198663.22003102.5197058.81987184.920041001971113.2198877.220052971972114.1198917820061261973114.51990104.32007190.5设计暴雨成果表（适线法，由实测资料分析）表2-3时段均值(mm)CvCs/Cv不同重现期降雨量（mm）0.1%0.2%0.5%1%2%5%H1日126.90.543.5521.56475.88416.23370.55323.60262.68H24142.1584.1553
14、2.99466.18415.02362.43294.20根据本工程所处地理位置，查浙江省短历时暴雨（2003年2月）得，本工程区域年24小时平均最大降雨量H24=145mm，其相应的Cv=0.52，Cs/Cv=3.5；年6小时平均最大降雨量H6=88mm，其相应的Cv=0.50，Cs/Cv=3.5。各频率暴雨衰减指数按该图集推荐公式n6,24=1+1.661lg(H6/H24)进行推算，各频率设计暴雨按公式Hp=（1+Cv）=HKp进行计算，得各频率设计暴雨值见表2-4。设计暴雨成果表（查暴雨图集）表2-4时段均值(mm)CvCs/Cv不同重现期降雨量（mm）0.1%0.2%0.5%1%2%5
15、%H241450.523.5571.30523.45459.65410.35359.60294.35H6880.503.5333.52305.36268.40241.12212.96174.94n6,24（暴雨衰减指数）0.6120.6110.6120.6160.6220.625由表2-3、2-4比较可知，由实测资料分析得出的暴雨成果比查暴雨图集计算所得的暴雨成果稍大，为安全计，决定取实测资料分析所得的暴雨成果作为本次大坝安全评价的设计暴雨。2.4.2 汇流时间根据万分之一地形图，量得集云山水库设计流域特征参数见表2-5。集云山水库控制流域特征参数表表2-5流 域集雨面积F(km2)主流长度L
16、(km)主流坡降J(%)集云山水库2.23.183.68由于本工程坝址以上集雨面积小于50 km2，坝址处各频率汇流时间按浙江省推理公式进行推求：Qm=0.278F=0.278式中：洪峰径流系数，取=0.9；h设计净雨，mm； F集雨面积，km2；L主流长度，km；m汇流参数，按m=0.46Q0.154计算；J主流平均坡度，以小数计；Qm洪峰流量，m3/s；汇流历时，h；0.278单位转换系数。经计算，集云山水库坝址各频率汇流时间计算结果见表2-6。集云山水库坝址处汇流时间计算成果表表2-6频 率0.1%0.2%0.5%1%2%5%集云山水库汇流时间（h）1.341.371.431.471.5
17、31.622.4.3 设计雨型24小时概化雨型采用浙江省短历时暴雨（2003年2月）推荐的时程分配：老大项时段雨量末时刻排在1821点范围内（本工程计算取19点）。老二项时段雨量，紧靠老大项左边。其余项时段雨量，按大小次序，奇数项时段雨量排在左边，偶数项时段雨量排在右边，当排满24小时末时刻后，余下项从大到小全排在左边。设计中取时段与流域汇流时间相同。各时段暴雨强度见表2-7、表2-9；24小时概化设计雨型见表2-8、表2-10。2.4.4 设计净雨设计净雨采用初损后损法进行扣损计算，按浙江省短历时暴雨（2003年2月）推荐的扣损量拟定初损为20mm，后损为1mm/h。设计净雨过程见表2-8、
18、表2 -10。2.4.5 洪水过程线根据集云山水库坝址处各频率汇流时间计算成果，取设计时段与汇流时间相同，把24小时进行时段划分，然后根据推求的设计净雨过程按公式 Q=0.278（h/）F绘制设计洪水过程线，见附图2-2、2-3。各时段暴雨强度（P=2%，=1.53h）表2-7BK K项目123456789n=0.62210.300.220.170.150.130.120.110.10ik(mm/h)83.6825.0718.0114.5612.4410.979.889.048.36HK=ik(mm)128.0338.3527.5622.2819.0316.7815.1213.8312.79B
19、K K项目10111213141516n=0.6220.0930.0880.0830.0790.0750.0720.069ik(mm/h)7.807.336.936.586.276.05.75HK=ik(mm)11.9411.2110.6010.069.599.178.80洪水过程线表（P=2%）表2-8时段=1.53小时时段雨量Hk(mm)扣渗雨量(mm)时段净雨量h(mm)降雨强度h/(mm/小时)洪峰流量(m3/s)Q=0.278ipF18.808.8000029.179.1700039.592.037.564.942.72410.061.538.535.583.07510.601.53
20、9.075.933.26611.211.539.686.333.48711.941.5310.416.803.74812.791.5311.267.364.05915.121.5313.598.884.891019.031.5317.5011.446.301127.561.5326.0317.019.361238.351.5336.8224.0713.2513128.031.53126.5082.6845.511422.281.5320.7513.567.461516.781.5315.259.975.491613.831.5312.308.044.43各时段暴雨强度（P=0.1%，=1.34
21、h）表2-9BK K项目123456789n=0.6121.000.310.220.180.150.140.120.110.10ik(mm/h)142.3043.9131.7325.7422.0419.4817.5816.1014.91HK=ik(mm)190.6958.8442.5134.4929.5326.1023.5521.5719.98BK K项目101112131415161718n=0.6120.0980.0920.0870.0830.0790.0760.0730.070.067ik(mm/h)13.9313.1012.3911.7711.2310.7510.329.939.58H
22、K=ik(mm)18.6617.5516.6015.7715.0514.4013.8313.3112.84洪水过程线表（P=0.1%）表2-10时段=1.34小时时段雨量Hk(mm)扣渗雨量(mm)时段净雨量h(mm)降雨强度h/(mm/小时)洪峰流量(m3/s)Q=0.278ipF112.8412.84000213.317.166.154.592.53313.831.3412.499.325.13414.401.3413.069.755.23515.051.3413.7110.235.63615.771.3414.4310.775.93716.601.3415.2611.396.27817.
23、551.3416.2112.106.66919.981.3418.6413.917.661023.551.3422.2116.579.121129.531.3428.1921.0411.581242.511.3441.1730.7216.911358.841.3457.5042.9123.6214190.691.34189.35141.3177.781534.491.3433.1524.7413.621626.101.3424.7618.4810.171721.571.3420.2315.108.311818.661.3417.3212.937.122.4.6 集云山水库调洪演算本工程水库调洪
24、演算采用半图解双辅助曲线法进行计算，水库水位库容关系曲线根据2001年11月瑞安市水利局勘测设计所测量队测绘的集云山水库库容地形图进行编制，水库调洪演算步骤及成果如下:1、绘制集云山水库水位库容关系曲线集云山水库水位库容关系曲线表表2-11水位（m）库容（万m3）水位（m）库容（万m3）94.5011165.591002.9711276.991014.4411389.211026.68114102.221039.73115116.0110413.54116136.6110518.11116.4136.7010623.53117146.1110729.89118162.5710837.26119
25、179.9210945.55120198.1011055水位库容关系曲线详见附图04。2、集云山水库水位溢洪道流量关系曲线溢洪道流量按堰流公式计算：Q=MBh3/2=1.4813.9h3/2=20.57h3/2。注：溢洪道堰顶入口边缘为钝角形，流量系数M值取1.48。库水位溢洪道流量关系表表2-12库水位H(m)溢洪深度(m)h3/2(m)泄流量Q (m3/s)备 注116.4000116.90.50.357.20117.41.01.0020.57117.91.51.8437.85118.42.02.8358.21118.92.53.9581.25119.43.05.20106.96119.9
26、3.56.55134.733、作调洪辅助曲线HQ QV+QT T1=1.533600=5508S T2=1.343600=4824S调洪辅助曲线表表2-13库水位H(m)溢洪深度(m)库容V(万m3)调节库容V0(万m3)泄流量Q(m3/s)时段泄流量(万m3)V0+QT1(万m3)V0+QT2(万m3)QT1QT2116.40136.70000000116.90.5114.527.827.203.973.479.879.56117.41.0152.5815.8820.5711.339.9221.5520.84117.91.5160.8824.1837.8520.8518.2634.6133.
27、31118.42.0169.4032.7058.2132.0628.0848.7346.74118.92.5178.1441.4481.2544.7539.2063.8261.04119.43.0187.1250.42106.9658.9151.6079.8876.22119.93.5196.2659.56134.7374.2164.9996.6792.064、调洪演算起调水位：规定为水库正常蓄水位（116.4 m）。 调 洪 演 算表2-14 （P=2%，T1=1.533600=5508S）时段T1=0.42小时入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)时段来水量T1(万m3)V0+QT
28、1(万m3)时段泄流量QT1(万m3)泄流量Q(m3/s)库水位H(m)100002001.360.7532.720.750.270.492.901.6043.072.080.751.373.171.7553.263.081.142.043.371.8663.483.801.392.533.611.9973.744.401.622.953.902.1584.054.931.833.324.472.4694.895.562.083.785.603.08106.306.562.494.527.834.31119.368.383.295.9711.316.231213.2511.324.758.62
29、29.3816.181345.5122.7512.1822.1126.4914.59147.4625.1613.8925.22117.546.483.57155.4914.846.8012.354.962.73164.43调 洪 演 算表2-15 （P=0.1%，T2=1.343600=4824S）时段T2=1.34小时入库流量Q(m3/s)平均入库流量(m3/s)时段来水量T2(万m3)V0+QT2(万m3)时段泄流量QT2(万m3)泄流量Q(m3/s)库水位H(m)101.270.61022.530.610.200.413.831.8535.132.260.731.525.182.5045
30、.234.031.332.755.432.6255.635.321.783.695.782.7965.936.332.154.466.102.9476.277.122.465.096.473.1286.667.782.725.637.163.4597.668.513.026.258.394.05109.129.543.467.1810.354.991111.5811.074.188.6714.256.871216.9113.765.5911.5920.279.781323.6217.958.0816.7550.7024.461477.7834.3318.9739.3345.7022.05151
31、3.6237.4121.1743.88118.0611.905.741610.1721.9810.6622.109.244.46178.317.723.72187.12调洪演算结果：P=2%，下泄最大流量25.22m3/s，相应库水位117.54m。P=0.1%，下泄最大流量为43.88m3/s，相应库水位118.06m。2.5 防浪墙顶高程复核防浪墙顶高程按以下两种情况复核，取其较大值：1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高。2、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高。防浪墙顶超高计算按碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）规定，超高Y由下式计算:Y=R+e+A式中:Y防浪墙顶在静水位以上
32、的超高（m）； R风浪沿坝坡的最大爬高(m)，按规范规定计算，详见下述； e坝前库水位风壅水面高度(m)，按规范规定计算，详见下述； A安全超高（m）。该水库大坝为4级建筑物，根据规范要求：设计工况：A=0.5m；校核工况：A=0.3m。2.5.1 设计波浪要素计算波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田试验站公式计算：=0.13th0.7（）0.7 th Tm=4.438hm0.5式中：hm平均波高，m； Tm平均波周期，s； W计算风速，m/s，设计工况时采用相应洪水期多年平均最 大风速的1.5倍，取为24.5m/s，校核工况时采用洪水期多年平均最大风速，取为16.3m/s； D风区长度，62
33、0m； Hm水域平均水深，m； g重力加速度，取9.81m/s2。平均波长Lm按下式计算：Lm=式中：Lm平均坡长，m。经计算，得各设计要素如下：设计工况：hm =0.28m，Tm=2.12s，Lm=6.99m；校核工况：hm=0.18m，Tm=1.70s，Lm=4.49m。2.5.2 设计波浪爬高计算根据规范要求，设计波浪爬高应根据工程等级确定，该水库大坝为4级坝，故采用累积频率为4%的爬高值R4%。平均波浪爬高按下式计算：Rm=式中：Rm平均波浪爬高，m； m坡度系数； K斜坡的糙率渗透性系数，该大坝上游面为砌石护坡， 取K=0.78； Kw经验系数。经计算：设计工况时，Rm=0.57m/
34、s，R4%=1.900.57=1.08m；校核工况时，Rm=0.33m/s，R4%=1.900.33=0.63m。2.5.3 风壅水面高度计算最大风壅水面高度按下式计算：e=cos式中:e计算点处的风壅水面高度，m；K综合摩阻系数，取3.610-6；计算风向与坝轴线的夹角，( )。经计算：设计工况时，e设=0.01m；校核工况时，e校=0。2.5.4 防浪墙顶高程复核根据以上计算结果，得各种计算工况下的防浪墙顶高程见表2-16。集云山水库防浪墙顶高程计算成果表表2-16 计算工况静水位（m）R(m)e(m)A(m)防浪墙顶高程计算值（m）现状防浪墙顶高程（m）设计洪水（P=2%）117.541
35、.080.010.5119.13120.35120.38校核洪水（P=0.1%）118.060.6300.3118.99120.35120.38根据上表计算结果，确定本次复核的防浪墙顶高程为119.13m，该水库现状实测防浪墙顶高程为120.35120.38m，由以上计算结果说明现状防浪墙顶高程满足要求。根据浙江省中型水库大坝安全鉴定及小型水库大坝安全技术认定大纲（试行）（省水利厅，2003年3月）规定，本工程大坝防洪级别为A级。2.6 溢洪道过流能力复核集云山水库溢洪道位于大坝左岸，为开敞正槽式溢洪道，泄槽全长56.5m，为山体开挖而成，能满足1000年一遇洪水的安全泄洪要求。根据浙江省中型
36、水库大坝安全鉴定及小型水库大坝安全技术认定大纲(试用)(省水利厅，2003年3月)规定，本工程溢洪道泄洪能力安全级别为A级。3 大坝渗流与结构稳定分析3.1 渗流稳定分析大坝渗流安全评估分析根据业主提供的坝体土料土工试验资料和现场检查情况进行分析。（一）现场检查法坝基：没有发现异常渗水。坝端：没有发现异常渗水。下游坝坡面：没用发现异常渗水。老放空涵管：出洞口有渗水。坝址近区：没有发现阴湿、渗水等现象。（二）根据坝体土料土工试验资料进行分析根据2008年4月瑞安市集云山水库测压管工程竣工报告资料显示，大坝土体防渗系数为3.0410-51.2810-7cm/s，且分布规律性不强，表明在大坝施工过程
37、中未能严格控制好心墙部位的填土质量，为安全计，该大坝近似按均质土坝进行渗流计算。坝体土料渗透系数K取具有代表性的右1、右2、右3三孔渗透系数平均值作为设计参考值，K取5.3010-6cm/s。渗流计算分析按下游有排水棱体的水力学方法进行渗流计算，按碾压式土石坝设计规范规定，上游水位分四种情况：正常蓄水位，116.40m；设计洪水位，117.54m；校核洪水位，118.06m；库水位降至1/3坝高时，即为102.32m。渗流量计算采用如下公式计算：q=kh0= 坝体各种运行情况渗流计算采用浙江大学研制的浸润线计算分析系统进行分析计算。渗流计算结果见表3-1。渗流计算成果表计算内容工 况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位库水位降至1/3坝高库水位(m)116.40117
