郭圩水库初步设计报告（修正审阅稿）

1 综合说明

1.1 工程概况

郭圩水库位于霍邱县孟集镇郭圩村境内，距孟集镇政府约5.0km，属淮河流域汲河水系。水库以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等，水库设计灌溉面积为6000亩，防洪保护水库下游孟集镇郭圩村近0.08万人、耕地0.2万亩，控制集水面积1.98km2，是淠史杭汲东干渠灌区里的一座反调节式小(1)型水库。

郭圩水库是一座完全靠拦截地面径流的小(1)型水库，现有主坝长515m，坝顶高程在36.00～38.90m（废黄高程系，以下皆同），最大坝高7.6m，顶宽3.0～5.0m，内、外坡分别为1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道(废弃)、北高涵、北低涵和南高涵(废弃)组成。水库设计防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核，设计洪水位34.84m，相应库容为107.0万m3；校核洪水位34.89m，相应库容为130.0万m3；兴利水位34.50m，相应库容为82.06万m3；死水位30.5m，相应死库容0.4万m3。

郭圩水库大坝为均质土坝，始建于1953年10月，1955年12月未完工蓄水。大坝兴建期间，由乡、村自筹资金先后自建了3座简易灌溉涵和一座溢洪道，由于大坝未按当时设计标准完成，现存的南高涵和溢洪道均已废除。目前大坝中高两端低，坝顶凹凸不平，两端满足不了防洪要求；迎水坡由于未护砌，部分段浪蚀严重；背水坡散浸碎漏，坡坡湿软、坝脚沼泽化现象较严重。

水库现有溢洪道位于大坝北端，为开敞式宽顶堰，砌石圬工结构，2孔每孔净宽5.0m，底高程34.60m。目前由于大坝为半拉子工程，溢洪道自建成起，从未泄过洪，现已被当地群众废除，平整为耕地。

大坝共建有3座灌溉放水涵，分别位于大坝南、北两端，系坝下埋涵，南高涵现已废除，现存的北高涵和北低涵管径分别为φ70cm、φ80cm砼园形有压涵，上游启闭台为砼竖井式,进口底高程分别为34.50m、32.00m，设计灌溉流量为0.46 m3/s；闸门均为铸铁闸门，配2t手动螺杆式启闭机。

由于水库大坝建于特定的年代，施工质量差， 2009年2月由安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院及安徽省水利厅闸坝安全检测中心对该水库进行安

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全鉴定，根据《大坝安全鉴定报告书》结果可知：“该水库大坝为半拉子工程，两端现状坝顶高程不能满足防洪要求；清基不彻底，岸坡处理不规范，坝体填筑质量差，穿堤建筑物物出现接触渗漏，下游无排水设施，坝脚大片沼泽化；现存放水建筑物混凝土结构老化、裂缝，漏水严重，下游出口消能防冲设施破损，不能满足安全运行要求；闸门及启闭设备老化、止水失效，无法正常运行；大坝无观测设施，管理和交通设施简陋等。”鉴定为三类坝。根据鉴定结论，水库大坝存在诸多不利条件和安全隐患：坝顶高程两端不足；穿堤建筑物物出现接触渗漏；水库建筑物混凝土结构老化失修，闸门及启闭设备老化、止水失效，无法正常运行；缺少必备的管理和观测设施。以上险情的存在，均对水库安全运行构成直接威胁，因此水库急需进行除险加固。

本次除险加固初步设计前曾做如下工作：

（1）2008年12月安徽省水利水电勘测设计院对该库进行工程地质勘察，并提供《郭圩水库除险加固工程工程地质勘察报告》（工程编号084013-2）。

（2）2008年12月霍邱县水务局提交《安徽省霍邱县郭圩水库大坝现场安全检查报告》。

（3）2009年9月2日，由安徽省六安市水利局主持对《霍邱县郭圩水库安全评价报告》进行评审，评审专家分别来自六安市水利局、霍邱县水务局。评审结果将郭圩水库大坝鉴定为三类坝，详见《大坝安全鉴定书》。

本次初步设计工作主要依据：相关国家现行规程、规范，并在《运行管理报告》、《霍邱县郭圩水库大坝安全评价报告》及《地质勘察报告》基础上进行初步设计文件的编制。

1.2 水文

郭圩水库库区地处霍邱县孟集镇郭圩村境内，距罗花路东约400m，属淮河流域汲河水系，为汲东干渠反调节小（一）型水库。

该库是一个以兴利灌溉为主的水库，库容较小，来水面积不大，原为2.16km2，后被汲东干渠拦截部分地面径流，从万分之一地形图上实量为1.98km2，水库设计控制灌溉面积0.6万亩。

郭圩水库库区属亚热带和暖温带半湿润季风气候，为我国南北气候过渡地带。

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据霍邱县气象站气温观测资料统计，该区多年平均气温15.4℃，极端最高气温41.2℃（1959年8月23日），极端最低气温零下16.6℃（1969年1月31日），多年平均地面温度17.7℃，极端最高地面温度69.2℃，极端最低地面温度－23.7℃；年平均降雨量为944mm，最大日降雨量168mm。该地区夏秋季盛行东南风或东风，多年均风速在3.0m/s，生成风向为东北风，最大风速20m/s。

1.3 工程地质

郭圩水库库区地层属皖北（华北）地层区两淮分区长丰小区(Ⅰ23 )，河湖相沉积较为发育。水库区地表大部分为第四系地层覆盖，上更新统（Q3al ）地层分布最广，全新统（Q4al ）主要零星分布于河漫滩、老河槽内及人工活动频繁区，岩性主要为灰、灰黄色重、中粉质壤土、粉质粘土。根据勘探揭露地层自上而下分述如下：

（1）人工素填土

主要分布于坝身，土质主要以重粉质壤土为主，局部夹少量粉质粘土和中粉质壤土，一般灰黄色，下部与原坝基接触部位1.0m左右夹较多灰、灰绿色。坝身填土填筑于特定的历史时期。上部2～3m左右经多年人工活动，为硬可塑状，相对较紧密，下部一般软可塑状，局部软塑状，压实度不够，结构相对较松散；填土与坝基结合部含少量草根、树叶等杂物。

（2）1层重粉质壤土

（Q4al）重夹中粉质壤，颜色灰黄夹灰、灰色，与填土接触处多含有草根等植物根系，软可塑状，属中等偏高压缩性土。层厚0.80~2.0m。层底高程30.01～31.09m。本层主要分布于大坝中段。

（3）2层重粉质壤土

（Q3al）重粉质壤土，颜色棕黄、褐黄等色，含铁锰质结核及少量砂礓。一般硬可塑状，局部硬塑状，属中等压缩性土。野外现场注水试验渗透系数为2.10×10-6cm/s。本层普遍分布，未揭穿，可见最大厚度15.9m，相应高程15.00m。据室内试验，本层土具膨胀性，自由膨胀率为51％，膨胀潜势为弱。

1.4 工程任务及规模

本次郭圩水库加固工程的任务主要是根据安全鉴定成果，针对水库大坝、输泄

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水建筑物及相关设施现状存在的问题，进行除险加固，以消除水库正常运行中可能出现的各种安全隐患，确保水库的安全运行，使其发挥应有的效益。根据水库现状，本次加固工程的主要内容如下：

1.水库大坝：根据安全鉴定复核成果，现有坝身断面不足，大坝两端局部高程不足，中间坝段超高较大，顶高程悬殊较大，应对此进行适当削高培厚，从中间向两端平顺衔接，设计顶高程38.00～36.50m，顶宽6.0m，设计内坡1：3.0，外坡修整为1:3.0，为减少占地，采取上游前帮土，下游修坡，取土优先选用高坝削高土，不足部分从库区上游滩地上取用；为避免坝脚出现湿软、沼泽化现象，减少穿堤建筑物数量，在背水坡坝脚处增设一条自北向南排灌沟，由北涵引水向南保证大坝沿线耕地的灌溉。

2.溢洪道：根据洪水调节计算成果，废除原北高涵并将其改建成开敞式宽顶堰。 3.拆除重建北低涵，为方便检修将原坝下埋涵改建为钢筋砼箱涵结构。 4、为方便灌溉和泄洪调度，在北低涵出口下游新建1座节制闸。

5、为方便防汛器材运输，对加固后515m堤顶进行砼硬化，道路采用四级公路单车道标准，宽4.0m，20cm厚C30混凝土路面，15cm厚多孔水泥碎石水稳层,20cm厚级配石基层，两侧安装预制砼路缘石。

6、新增必要的管理设施，配备一定的观测及通讯设备。

1.5 除险加固工程设计

1.5.1 工程等别、枢纽建筑物级别及防洪标准

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），郭圩水库设计总库容130.00万m3，属小（1）型水库，水库枢纽工程等级为Ⅳ等，其主要永久性水工建筑物级别为4级，次要建筑物为5级。

依据《防洪标准》（GB5021-2000）和水库枢纽工程等级，该工程设计标准为30年一遇，校核标准为300年一遇。

1.5.2 现状工程布置及主要建筑物型式

郭圩水库于1953年10月开工，1955年12月未完工蓄水，现有主坝长515m，

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坝顶高程在36.00～38.90m（废黄高程系，以下皆同），最大坝高7.6m，顶宽3.0～5.0m，内、外坡分别为1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道和3座灌溉放水涵组成。主要建筑物型式：原溢洪道为2孔×5m砌石宽顶堰，位于大坝北端，现已废除；大坝南端设有1座放水涵，为φ60cm坝下埋管，现已废除；北端设有高、低两座放水涵，分别为φ70cm、φ80cm坝下埋管，是目前库区灌溉主要放水建筑物。

1.5.3 主要建筑物加固设计

针对郭圩水库目前存在的主要问题，按照大坝安全鉴定意见和相关规范对大坝及建筑物进行加固，其加固内容主要有：

1、采取削高填低办法加宽培厚主坝515m：根据现有大坝断面情况，设计坝顶宽6.0m，迎水坡设计坡比1：3，背水坡修整为1：3，设计坝顶高程36.50m。

2、迎水坡新建锁形砼预制块护坡，并用现浇砼进行衬砌：砼预制块护坡底起止高程为33.00～34.00m，护顶高程36.50m，护长492m，护坡厚度为0.12m，底设10cm厚碎石垫层；背水坡坡脚2m平台下沿坡脚南北向设一条长407m长排灌沟，排灌沟底、顶起止高程为31.00～32.50m，设计沟底宽0.5m，内坡比为1:1.0，排灌沟用10cm厚现浇砼进行衬砌。

4、拆除北高涵，并在原址附近新建单孔3m宽开敞式溢洪道，过流堰设计为宽顶堰 。

5、拆除重建北低涵，重建放水涵结构为钢筋砼箱涵，洞身断面尺寸为1.5m(高)×1.0m(宽)。

5、在北涵出口处下游新建1座φ60cm管式节制闸，便于防洪调度和灌溉调节。

1.6 电气与金属结构

1.6.1 电气

郭圩水库放水涵和节制闸的启闭机均为手摇螺杆式；溢洪道设计为开敞式宽顶堰，无动力设备，离库区下游100m左右为郭圩中学，内设有30kvA照明变压器，可以为施工管理区和砼拌和站提供临时用电，无需单设输变电设备。

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1.6.2 金属结构

按照《水利建设项目经济评价规范》（SL72-94）规定：中小型闸门、启闭机设备的折旧年限为20年，本工程金属结构早已达到折旧年限，且由于年久失修，启闭机螺杆弯曲，启闭机及闸门锈蚀相当严重，已无法正常开启。因此，将现有的闸门和启闭机全部更换是必要的。设计的各建筑物参数及金属结构规格、型号、数量详见本报告6.3。

1.7 工程占地与拆迁安置

本工程为水库除险加固工程，工程规模未进行调整，不存在水库淹没处理问题。除管理设施外，其余工程永久占地均为原库区范围内，无需征地，经计算管理设施需永久征地4亩，此项可与徐郢水库统筹考虑。

本工程经过土方平衡计算，施工区临时占地2.0亩，均为库区两侧滩地，经调查本工程建设范围内涉及地面附着物有：

（1）树木：大坝整治涉及果树(桃树)600棵；

（2）青苗：管理设施占地青苗4亩，此项可与徐郢水库管理设施统筹考虑。

1.8 环境保护与水土保持设计

1.8.1 环境保护目标

环境保护目标主要有：水环境、大气环境、声环境、生态环境等。

1.8.2 环境保护措施

对工程施工带来的水质污染、植被破坏、水土流失等不利影响，只要在施工中采取一定的措施，对环境的不利影响可以得到减小或避免。

（1）水质保护

施工期间主要包括生产废水和生活污水。生产废水主要为砂石料冲洗废水、生产机械冲洗废水，主要污染物为悬浮物，有机质含量低。生活废水主要来自施工人员日常排放，有机质含量高，细菌较多，是工地水体的主要污染物。为减小污水对

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水质的影响，在施工地点建立临时厕所和废水沉淀池，将污水集中处理，达标后排放。

（2）劳动人员保护

注意施工人员的健康保护，定期进行身体检查，发现传染病应立即治疗，防止传染病的发生和流行。同时禁止在工地乱砍乱伐，乱挖乱占、乱堆乱建，破坏环境卫生。

（3）弃土堆置与环境绿化

工程施工中的开挖和弃土，除工程本身利用一部分外，其余部分应规划出场地进行堆置。工程施工中难免有植被破坏，结束后应及时恢复和绿化。按照水土保持设计，采用植物措施与工程措施相结合的方式进行防治。

（4）水环境监测

环境监测主要为施工期间排水水质的监测，委托环境监测部门对施工前、中、后的水质等进行监测。监测项目主要为悬浮物和PH值两项。加强宣传，增强施工人员的环境保护意识。为使环保工作顺利进行，建议在工程管理单位中设立1名专职人员进行环保管理工作，与有关单位进行配合，定期监测水质。

1.8.3 水土保持设计

郭圩水库是淠史杭灌区汲东干渠上一座小（1）型反调节水库，汇水面积不大，因此水土流失影响较小。但是该工程建设过程中，产生土方开挖、坡面清基、占压土地，调配运输土方和弃土弃渣等，将不可避免造成水土流失。如果忽视或者轻视对项目区及周边水土资源保护，不仅会带来生态环境问题，还会加重该区的水土流失，进而影响本工程使用寿命。根据《中华人民共和国水土保持法》：“对兴建可能引起水土流失的建设项目，必须依法按照水土保持有关法律和技术规范编制水土保持方案。在工程建设和生产过程中，采取必要的水土保持措施，合理堆放弃土弃渣，重建植被”等要求。依法编制本工程水土保持设计方案，其目的是使水土保持工作纳入工程建设中，确保水土保持工程得以顺利实施；使新增水土流失得到有效控制；使水土流失危害降到最低；使项目区及周边原有水土流失得到治理；对确保工程安全运行、合理保护利用水土资源、改善当地生态资源均具有重要意义。

本次水土保持设计以植物为主，工程措施与植物措施相结合，临时措施与永久

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措施相结合；针对水土保持分区，结合既有的与水土保持相关的防护工程，重点对主体工程及周边等地区新增水土流失进行综合防治；坚持水土保持方案经济合理、安全可靠和可操作的原则。

1.9 工程管理设计

郭圩水库现没有管理机构。此次设计结合水管体制改革，计划与相距不远的徐郢水库的管理设施整合统建，位置设在徐郢水库附近，隶属霍邱县水务局汲东分局管理，所需建设费用统一列入徐郢水库除险加固设计概算中，本库不再单列。

1.10 设计概算

根据《郭圩安全鉴定报告书》和实际运行中存在的问题，本次除险加固设计的主要工程内容包括：按设计标准加固培厚主坝段；新建迎水面砼预制块护坡；增做背水坡下游排灌沟；新建节制闸；拆除重建溢洪道和1座灌溉放水涵；新建堤顶防汛道路等。

主要土建工程量为土方开挖及回填32097.1m3、砼及钢筋砼2950.8m3、砌石792.0m3，砼路面2163.0m2，模板1437.0m2。

本工程总投资316.93万元；其中工程基本预备费14.85万元；水土保持工程投资2.00万元；环境保护投资3.00万元，建设及施工场地征用费27.29万元。

1.11 经济评价

该工程的经济内部收益率大于社会折现率，经济净现值大于零，经济效益费用比大于1，从国民经济评价的角度看，本项目在经济上是合理的。

在投资增加15％及效益减少15％两种情况下，国民经济评价指标仍然是合理的。可见本工程的经济抗风险能力较强，只要工程完建后，就能充分发挥郭圩水库的经济效益及社会效益。

从上述分析评价指标可以看到，该项目经济上合理的，建议尽快实施，以利发挥工程的经济效益和社会效益。

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附： 霍邱县郭圩水库除险加固工程特性表

郭圩水库除险加固工程特性表 序 号 一 1 2 3 4 5 二 1 2 3 三 1 2 3 4 5 6 7

名 称 水文 流域面积 水文资料系列年限 多年平均降雨量 多年平均径流量 洪水 设计标准洪峰 校核标准洪峰 实测最高库水位 水库 洪水标准 设计标准 校核标准 特征水位 校核洪水位 设计洪水位 正常蓄水位 汛期限制水位 死水位 库容 总库容 正常蓄水位下库容 死库容 大坝 坝型 地基特性 最大坝高 坝顶长度 坝顶宽度 坝顶高程 防浪墙顶高程 单 位 km2 年 mm 万m3 m3/s m3/s m P（%） P（%） m m m m m 万m3 万m3 万m3 m m m m m 9

数 量 （加固后） 1.98 / 944 / 26.50 53.17 / 3.3 0.33 34.89 34.84 34.50 34.50 30.50 130.00 82.06 0.40 均质粘土坝 重粉质壤土 7.6 515.0 6.0 38.00～36.50 / 备 注

郭圩水库除险加固工程特性表 序 号 四 1 2 3 4 5 6 五 1 2 3 4 5 六 1 2 3 4 七 1 2 3 4 八 1 2 3 4 5 6 7 名 称 溢洪道（正常、非常） 型式 地基特性 堰（槛）顶高程 溢流段长度 设计流量 校核流量 放水涵洞 结构型式 进口高程 断面尺寸 洞身长度 设计流量 加固处理措施 大坝 溢洪道 节制闸 放水涵洞 工程占地与拆迁 永久占地 临时占地 拆迁房屋 其他 经济指标 工程总投资 工程效益 保护面积 保护人口 灌溉面积 发电装机容量 年供水量 单 位 m m m3/s 3m/s m cm m m3/s 亩 亩 间 km2 人 亩 万立方 数 量 （加固后） 宽顶堰 2层重粉质壤土 34.50 6.0 1.02 1.23 北低涵 钢筋砼箱涵 32.00 150×100 24.86 0.46 削高填低培厚、迎水坡护砌 废除北高涵，新建宽顶堰 新建 北低涵拆除重建 4.0 2.0 / 1.33 800 6000 100.0 备 注 高×宽

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2 水文

2.1 流域概况

郭圩水库库区地处霍邱县孟集镇郭圩村境内，距罗花路东约400m，属淮河流域汲河水系，为汲东干渠反调节小（1）型水库。

该库是一个以兴利灌溉为主的水库，库容较小，来水面积不大，原为2.16km2，后被汲东干渠拦截部分地面径流，从万分之一地形图上实量为1.98km2，水库设计控制灌溉面积0.6万亩。

郭圩水库库区属亚热带和暖温带半湿润季风气候，为我国南北气候过渡地带。据霍邱县气象站气温观测资料统计，该区多年平均气温15.4℃，极端最高气温41.2℃（1959年8月23日），极端最低气温零下16.6℃（1969年1月31日），多年平均地面温度17.7℃，极端最高地面温度69.2℃，极端最低地面温度－23.7℃；年平均降雨量为944mm，最大日降雨量168mm。该地区夏秋季盛行东南风或东风，多年均风速在3.0m/s，生成风向为东北风，最大风速20m/s。

2.2 历次设计洪水计算方法与成果

由于郭圩水库是在特定年代下建设的，且大坝施工是在“边勘察、边设计、边施工”的状况下进行的，从建设到竣工蓄水，前后跨跃2年多，期间无施工记录和竣工资料，原洪水计算方法已无从查考。

2.3 本次设计洪水复核计算

郭圩水库流域较小，缺少实测降雨资料，也没有长系列水位观测记录，因此，设计洪水计算参照省水利勘测设计院1984年5月编制的《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（以下简称《84年办法》）。

郭圩水库为典型丘陵区水库，原设计总库容102万m3，依据《防洪标准》（GB5021-2000）和水库枢纽工程等级，该工程设计洪水标准应为30年一遇，校核标准为300年一遇。本次设计洪水复核时仍采用原设计洪水标准，即设计洪水标准

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为30年一遇，校核标准为300年一遇。

2.3.1 流域特征

经实际郭圩水库集水面积为1.98km2。流域平均宽度B=1.06km；河道平均坡降J=9.09?。流域形状系数f=B2/F=0.57。水位～库容～面积关系采用安徽省水利厅1992年编制的《小型水库资料汇编（第一册）》中相关数据，水位、面积、库容关系详见表2.3.1-1和图2.3.1-1

表2.3.1-1 郭圩水库水位～面积～库容关系表

水位 (m) 面积 (104㎡) 库容 (万m3) 水位 (m) 面积 (K㎡) 库容 (万m3) 30.50 31.00 31.50 32.00 32.50 33.00 0.02 0.034 0.072 0.124 0.188 0.258 0.4 1.7 4.3 7.4 15.2 26.4 33.50 34.00 34.40 34.60 34.80 0.33 0.41 0.48 0.512 0.548 41.1 59.6 77.4 87.3 102 　32 12

2.3.2 暴雨频率计算

对于面积较小的流域，通过一天、三天设计洪水过程的实际计算分析，水库的洪水位取决于一天的设计洪量，根据该流域的暴雨及洪水特性，本次以最大24h的设计暴雨量进行设计洪水的峰、量控制，按无资料地区计算办法计算设计洪水。 “84年办法”中暴雨量由《安徽省暴雨参数等值线图》（附图1～4）查算，查得郭圩水库年最大24h和年最大1h的点暴雨平均值为：

H24?100mm，Cv24?0.52；H1?40mm，Cv1?0.50

由“84年办法”表2查 P-Ⅲ型曲线的模比系数表查得不同频率模比系数KP

值分别为：

P=3.3%，KP24=2.23，KP1=2.18； P=0.33%，KP24=3.36，KP1=3.24； 计算得点暴雨设计值：

P=3.3%，H24=223.0mm，H1=87.2mm； P=0.33%，H24=336.0mm，H1=129.6mm。

由于集水面积小，点面折算系数为1.0。点面雨量相同。

2.3.3 设计洪水过程线推求

对于面积较小，缺乏资料的流域设计洪水计算，《水利水电工程设计洪水计算规范》规定可采用推理公式进行计算。安徽省“84年办法”，根据流域及暴雨特性采用纳希线性瞬时单位线模型进行汇流计算。 1、面暴雨量计算

根据流域面积F=1.98km2，查附表3，得24h与1h暴雨点面转换系数 α24＝1.0，α1=1.0。最大面暴雨量为：

P=3.3%，P24=α24×H24=223.0mm，P1=α1×H1=87.2mm； P=0.33%，P24=α24×H24=336.0mm，P1=α1×H1=129.6mm。 2、面净雨量计算

由于水库周边汇水面积小，流程很短，不考虑地下水，查附表4， 综合考虑损失量为30mm，面净雨量为：

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P=3.3%，R24=P24-30=193.0mm， P=0.33%，R24=P24-30=306.0mm。 3、暴雨衰减指数n及三日面净雨量R3的计算

根据P1/P24，查附表6，得暴雨衰减指数n及R3/R24，计算R3：

P(%) P1/P24 n R3/R24 R3 4、k值的计算

根据流域面积F，河道平均坡度J和R3，计算k值。

3.3 0.39 0.705 0.54 104.22 0.33 0.386 0.703 0.536 164.02 F1.98??0.024＜1，故采用公式（3）求k。 J29.092?0.12F(2)F0.24R3?0.34·Jk?1.13(2)·()J30

经计算，各频率洪水k值如下：

P(%) k 5.水库入库流量过程及泄洪流量计算 （1）设计洪水过程计算

根据n和k值从《84年办法》附表9，查得纳希瞬时单位线流量模过程，然后逐项乘以

3.3 0.269 0.33 0.198 F?R24，推算郭圩水库对应不同频率的洪水过程线。推算的洪水流量过1000程线见表2.3-1和图2.3-1 （2）泄洪流量过程计算

郭圩水库溢洪道为开敞式宽顶堰溢洪道，堰顶底宽3.0m，底高程为34.5m。 溢洪道泄流量按下式计算:

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Q??mB2gH?

式中H0---包括行近流速水头在内堰上总水头，H??H?B---溢流宽度，B=3.0m； m---宽顶堰流量系数，m =0.385 ε---宽顶堰侧收缩系数，ε=1

由上述公式计算水库溢洪道的泄流曲线成果详见表2.3－2及图2.3－2。

32?v?22g；

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4.3 工程现状及工程建设必要性

4.3.1 工程现状及存在的问题

郭圩水库于1953年10月开工，1955年12月未完工蓄水，现存主坝长515m，坝顶高程在36.00～38.90m（废黄高程系，以下皆同），最大坝高7.6m，顶宽3.0～5.0m，内、外坡分别为1:2.5、1：3.0。枢纽工程主要由均质土坝、溢洪道(废弃)、北高涵、北低涵和南高涵(废弃)组成。水库原设计防洪标准为30年一遇设计，300年一遇校核，总库容300万m左右，坝顶高程为39.00m；1992省水利厅对该库的特征水位及相应的库容重新进行勘测和修订，修订后的设计洪水位34.60m，相应库容为87.3万m3；校核洪水位34.80m，相应库容为102.0万m3；兴利水位34.50m，相应库容为77.0万m3；死水位30.5m，相应死库容0.4万m3。

郭圩水库主体工程系在“文革”期间,由当地政府领导农民自主设计的状况下兴建的,是在边规划、边设计、边施工的条件下进行的。施工时采用人海战术，因而造成大坝遗留许多隐患，如清基不彻底，土料及碾压质量差，坝两端结合部处理不彻底等等。郭圩水库为“半拉子”工程，自1955年蓄水运行至今，已达五十多年之久，一直带病运行；目前水库大坝两端高程较低,防洪能力不足，现存主坝高低悬殊较大，上游无砼护坡浪蚀严重,局部出现塌方危及大坝安全；下游无排渗设施，坝脚出现湿软、沼泽化现象。同时大坝未划定保护范围，缺乏专业管理部门管理，工程区被乱占乱垦现象特别严重。

郭圩水库现有3座放水涵，分别位于大坝南、北两端，南高涵现已废除，北高、低涵分别为φ70cm、φ80cm坝下埋管，原涵洞身为受益村群众50年代自建，由于施工质量差，管接头处理不当，管底部未做垫层，造成现在管身渗水严重，危及大坝安全，启闭设备也由于年久失修，启闭机螺杆弯曲，启闭机锈蚀相当严重，已无法正常开启。

水库原有溢洪道位于村村通砼路的北端，为2孔开敞式宽顶堰，砌石圬工结构，由于大坝未按当时设计标准完成，溢洪道自建成起就处于报废状态，从未进行过泄洪，现已被当地村民拆除平整为耕地。本次设计考虑大坝加固后泄洪安全，将原北高涵废除改建成溢洪道，并在北低涵下游新建1座节制闸将泄洪水引至北高渠泄向城东湖，同时又在灌溉时抬高北低涵水位向北高渠下游耕地输水。

26

3

4.3.2 运行管理情况

（1）防洪调度

郭圩水库汛限水位为34.50m，其防洪调度的基本原则是：①水位达到正常蓄水位34.00m高程时，结合雨情和汛情对水库进行调蓄，必要时可临时打开放水涵闸门降低库水位；②当水位超过34.50m时，利用溢洪道进行自由泄洪，必要时可同时打开放水涵闸门增加泄洪。 （2）兴利调度

郭圩水库是综合利用水库，其兴利调度原则是：在确保灌溉效益的前提下，充分发挥水库的综合效益。兴利调度以农田灌溉为主，除必须服从防洪要求外，其余各项用水必须服从农田灌溉的需要。兴利调度的顺序为：农田灌溉——水产养殖—其它类型供水。 （3）灌溉情况

郭圩水库设计灌溉面积6000亩，设计灌溉保证率90%。目前实际灌溉面积约为2000亩，实际灌溉保证率约为33%。郭圩水库灌区内农田灌溉用水主要由水库提供。在灌溉期间，利用灌区内塘坝工程的调蓄功能，增加塘坝蓄水，提高水库的调蓄能力。郭圩水库灌区内共有两农渠，由于工程配套不完善，部分输水建筑物至今尚未发挥作用，自流灌溉能力较差。灌区内近1/3的农田不能实行自流灌溉，甚至还有部分农田依然处于无水可灌的靠天收状态。 （4）管理情况

郭圩水库现无管理设施,也无专业管理人员，目前主要由受益的孟集镇郭圩村实行群管，管理较为混乱。而且到目前为止水库工程管理用地和保护区范围的确权划界工作未完成，违章垦殖屡禁不止，严重威胁大坝运行安全。

4.3.3 水库历年出险情况

郭圩水库大坝始建于“文革”初期，为人工堆成坝，受当时生产力条件限制，大坝一直为“半拉子”工程，长期处于低水位运行，存在较大的安全隐患。郭圩水库自建成以来，共发生较大洪水近11次，其中1991年和2003年在大坝南北端发生漫坝现象。

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4.3.4 工程建设的必要性

霍邱县孟集镇地处淠史杭灌区汲东干渠下游，由于近年来干渠几乎断水，依靠汲东干渠自流灌溉根本是不可能的，孟集镇农业灌溉除靠境内的塘库蓄水外，大部分地区依靠孟集站提水补给灌溉。所以搞好塘库蓄水是发展孟集镇农业经济、降低农业成本较好的出路，而孟集镇现存的塘库大多年久失修，失去调蓄功能，众多塘（库）坝处于病险状态，基础设施配套跟不上，难以发挥其应有效益。郭圩水库是一座完全靠拦截地面径流的小（1）型水库，具有调节性能强，控制面积大的特点，是孟集镇郭圩村农业灌溉的主要源头之一，其灌溉效益是不言而喻的。而该库一直处于病险状态，调蓄能力低下，不能按标准蓄水，主要灌溉效益逐年锐减，枢纽建筑物年久失修，老化损毁严重，若不对该库及时进行除险加固，势必影响该库安全运行，一旦失事，库区下游势必造成较大的损失。

4.4 水库加固洪水标准

根据《防洪标准》（GB5021-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），郭圩水库属Ⅳ等工程，主要建筑物为4级，附属建筑物为5级，洪水标准设计采用30年一遇设计，P=3.3%；300年一遇校核，P=0.33%。

4.5 水库洪水调节计算

本次调洪演算以原设计兴利水位即34.50m为起调水位，采用溢洪道进行泄洪，溢洪道形式初拟为宽顶堰，单孔净宽为3m。根据2.2.3节计算所得洪水过程线及泄流曲线，结合水位—面积—库容曲线，通过淍洪演算推求最高洪水位。调洪演算采用静库容水量平衡方程式：

I初?I末2?q初?q末2＝V末?V初t

式中：V末、V初――时段t末、初的水库蓄水量，万m3 q初、q末――时段t初、末的泄水量，m3/s I初、I末――时段t初、末的来水量，m3/s

通过调洪演算可得，30年一遇最大泄洪流量为1.02m3/s，相应库水位34.84m，

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库容107.0万m3；300年一遇最大泄洪流量为1.23m3/s，相应库水位34.89m，库容130.0万m3；调洪演算成果见表4.5－1、表4.5－2及附图。

表4.5－1 郭圩水库调洪演算过程表

时段序号 T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

30年一遇 300年一遇 入库洪量 库水量 库水位 泄洪量 入库洪量 库水量 库水位 泄洪量 m/s 0 0.48 1.055 1.293 1.549 1.778 1.872 2.399 2.986 3.229 7.42 26.497 12.756 3.356 1.973 2.144 1.994 1.703 1.57 1.405 1.237 1.168 1.143 1.134 1.134 0.734 3万m 82.06 82.14 82.42 82.84 83.35 83.93 84.58 85.32 86.25 87.32 89.17 95.13 101.96 104.54 105.16 105.55 105.95 106.26 106.49 106.66 106.78 106.85 106.9 106.94 106.98 106.95 3m 34.5 34.5 34.51 34.52 34.53 34.54 34.55 34.56 34.58 34.6 34.63 34.72 34.8 34.82 34.83 34.83 34.83 34.84 34.84 34.84 34.84 34.84 34.84 34.84 34.84 34.84 m/s 0 0 0.003 0.01 0.02 0.036 0.055 0.08 0.116 0.16 0.239 0.526 0.833 0.932 0.954 0.967 0.98 0.992 0.997 1.005 1.01 1.014 1.016 1.018 1.019 1.02 3m/s 0 1.316 2.292 2.498 2.996 3.372 3.474 4.79 5.808 6.02 14.604 53.171 18.538 3.871 3.944 4.123 3.461 2.88 2.771 2.437 2.122 2.061 2.061 2.061 2.061 0.97 3万m 82.06 82.29 82.94 83.8 84.77 85.88 87.07 88.49 90.31 92.32 95.86 107.77 120.27 123.87 124.83 125.84 126.76 127.46 128.04 128.54 128.92 129.23 129.53 129.83 130.13 130.23 3m 34.5 34.51 34.52 34.54 34.55 34.57 34.6 34.62 34.65 34.68 34.73 34.85 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 34.89 m/s 0 0.001 0.011 0.032 0.062 0.102 0.149 0.21 0.293 0.389 0.561 1.037 1.221 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 1.227 3

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表4.5－2 郭圩水库调洪演算成果表

频率 30年一遇 300年一遇 最高库水位 （m） 34.84 34.89 相应库容 (万m3) 107.0 130.0 入库洪峰流量 (m3/s) 26.50 53.17 最大泄量 (m3/s) 1.02 1.23

郭圩水库30年一遇设计洪水调节计算过程线

郭圩水库300年一遇校核洪水调节计算过程线

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5.3.7 防渗长度计算

由地质资料可知，溢洪道基础坐落在2层重粉质壤土上，结合溢洪道两侧及上部均回填粘土并压实，按《水闸设计规范》（SL265-2001），基底防渗长度应大于等于下式计算的L值。

L?C??H

； 其中：L??基底防渗长度?H??上下游水头差：取最不利情况，即校核工况。 C??渗径系数，根据设置反滤层情况及地质条件取C?6。

计算成果见表5.3.7-1，由表中计算可知，郭圩水库溢洪道在校核工况下的设计防渗长度略大于需要的防渗长度，设计防渗长度满足要求。 表5.3.7-1 郭圩水库溢洪道防渗长度计算成果表

溢洪道设计防渗长度（有反滤层）（m） 工程名称 底板 溢洪道 6.4 泄水槽 消力池 14.34 0 合计 20.74 需要防渗长度L(m) 20.64 上游水位(m) 下游水位(m) 34.89 31.45 5.3.8溢洪道结构稳定计算

1、计算工况：溢洪道计算工况及荷载组合见表5.3.8-1

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表5.3.8-1 郭圩水库溢洪道在不同工况下荷载组合情况表

荷载 组合 计算 工况 设计水位 完建期 荷载（KN） 自重 √ √ 土压力 静压力 扬压力 波浪压力 √ √ √ √ 上游水下游水位（m） 位（m） 正常 组合 特殊 34.84 无水 31.00 无水 校核水位 组合 34.89 31.45 √ √ √ √ 2、翼墙、闸室稳定计算： 计算公式：KC?f?G?G?M? Pmax/min?

?HAW式中：Pmax/min??闸室基底应力最大值、最小值；

Kc??翼墙抗滑稳定安全系数；

?G??闸室或翼墙全部竖向荷载（KPa)； ?H??翼墙上全部水平荷载（KPa);

?M??作用在闸室上或翼墙上的全部竖向和水平荷载

对基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；A—闸室基础底面面积（m）

W—闸室基础底面对于底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）

2

f—翼墙底面面摩擦系数，取0.3;

计算成果见表5.3.8-2

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表5.3.8-2 郭圩水库溢洪道翼墙及闸室稳定计算成果表

翼墙抗滑稳荷载 组合 定安全系数 闸室抗滑稳定上游 下游 系数 正常组合 特殊组合 1.31 1.42 1.57 1.27 1.32 1.19 运行 97.84 完建 92.61 运行 80.86 完建 89.05 运行 1.21 完建 1.04 最大值 闸室基础应力（KPa） 最小值 最大值/最小值 104.47 75.70 1.38 查水闸设计规范可知：翼墙、闸室抗滑稳定安全系数允许值：基本组合1.20，特殊组合1.05，表中数值均满足要求；闸室基底应力最大值与最小值比值允许值：基本组合2.0，特殊组合2.5，根据郭圩水库地质勘测报告，溢洪道地基承载力220KPa，表中数值均满足要求。

5.4 灌溉输水建筑物除险加固设计

5.4.1 放水涵加固设计

1、现状：

郭圩水库现有3座放水涵，其中南高涵已废弃，北高涵本次设计废除改建成溢洪道，故本次设计仅对北低涵进行拆除重建。北低涵为φ80cm坝下埋管，管身为群众70年代自建，管底部未做垫层。由于年久失修，涵身局部出现断裂，上、下游墙身砼碳化、砌体粉化、脱落，涵身漏水严重，危及大坝安全，需拆除重建。

2、规划资料：

北低涵在设计情况下上游水位为34.50m，下游设计水位为31.65m。为方便进孔检修，初拟1孔1.5m（高）×1.0m（宽）钢筋砼箱涵，进口底板高程为32.00m，出口渠底高程为31.00m。

3、 洞身过流能力核算：

放水涵按有压涵洞，过水能力计算根据《涵洞》中的水力计算公式，按有压涵洞淹没出流计算(开启度e/H=1/3)：

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Q???H?2g(H0?iL?ht)

?H?1?Z????2gLC2R

式中：?--侧收缩系数，取0.65 Q—涵过流量，m3/s；

?—涵洞过流断面积；?=0.5m2

H?—上下游水头差，H?=2.85m； L－洞长，L=24.80m；

ht—以出口洞底为标高的出口水深，分取0.65m；

?H—淹没出流的流量系数；

??—从进口到出口前（不包括出口）各种局部水头损失系数之和，

根据进口形状取?＝0.5；

?ζz—涵洞出口局部水头损失系数，可根据涵洞断面积w1与出口尾水渠断面积w2

比值按公式ζz＝（1- w1/ w2）计算，计算得ζz＝0.782。

1C?谢才系数，C?R6,取糙率n?0.012,水力半径R?0.25m,得C?66.14ni—洞身坡降，取i=0； 涵名 北低涵

从计算结果可以看出：所选放水涵断面尺寸均能满足灌溉取水的需要。

桩号 0+446 设计孔径 （cm） 150×100 孔数 1 设计灌溉流量 （m3/s） 0.46 计算流量 （m3/s） 1.53 15.4.2 消能防冲计

1.消力池深度计算：

根据消力槛布置要求（金永堂《灌排渠系上水闸消能方式》），小型水闸上消力

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池深度与下游渠道正常水深hs有关，即t?0.2hs，经计算可知hs=0.65m，故消力池计算深度t=0.13m，考虑抗浮要求工程设计取t=0.3m。

2.消力池长度计算：

消力槛消力池水平段长度为4hs=2.6m，设计取3.0m，斜坡段长度3×(32-31)=3m，消力池总长度L?3?3?6.0m。

3.消力池底板厚度计算：

根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B公式B.1.3-1计算消力池底板厚度：

t?k1q?H'

其中： t——消力池底板始端厚度（m）；

?H?——放水时上下游水位差（m）；?H?=2.85m

k1——消力池底板计算系数，采用0.175。

将以上数据代入计算，可得消力池厚度t=0.24m，考虑渗透压力的影响，工程设计时取t＝0.3m。

4.海漫长度计算：

根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B公式B.2.1计算海漫长度：

Lp?Ksqs?H'

其中： Lp——海漫长度（m）；

qs——消力池末端单宽流量（m2/s）； Ks——海漫长度计算系数，

由地质资料查《水闸设计规范》取Ks＝6。

将以上数据代入计算可得Lp＝4.32m，工程设计取Lp=5m。

5.4.3 放水涵工程布置

郭圩水库原有3座放水涵，其中南高涵已废弃，北高涵本次设计废除改建成溢洪道，故本次设计仅对北低涵进行拆除重建。重建北低涵位于大坝北端，原为φ80cm坝下埋管，管身系受益村群众50年代自建，由于施工质量差，管接头处理不当，管底部未做垫层，沉陷现象严重，管身渗水严重，危及大坝安全。启闭设备由于年久失修，启闭机螺杆弯曲，启闭机锈蚀相当严重，已无法正常开启，已不能满足正常

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