平罗县王家沟水库安全评价报告.docx
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平罗县王家沟水库安全评价报告
宁夏石嘴山市平罗县
王家沟水库安全评价报告
宁夏固原市水利勘测设计院
二00九年十二月
批准:
李世虎
核定:
马志坚
审查:
李文坛
校核:
张宽旭
编写:
辛殿文卜金道
1基本情况
1.1流域概况
红崖子山位于平罗县河东地区北部,东与内蒙接壤,南以厥扎拉井为界,西靠红崖子乡,北至都思兔河。
在平罗县境内面积42.4km2,分布有上马道、中马道、下马道、王家沟四条较大的山洪沟,均流入红崖子乡境内。
王家沟水库位于红崖子乡王家沟沟口附近,坝址处汇流面积6.05km2,流域概化长度5.0km。
汇流区气候干旱,多年平均降水量160mm,多年平均水面蒸发量1400mm(E601型),干旱指数8.75;多年平均径流深11mm;多年平均气温为8.3℃,年内极端气温:
最高37.9℃,最低-30.3℃;年平均无霜期145天左右;年平均风速为2.9m/s;冻土层深度为1.2~1.4m。
1.2工程概况
王家沟水库建于1994年,为小
(一)型水库,设计洪水标准30年一遇,校核洪水标准500年一遇,设计淤积年限30年,水库总库容106.5万m3,其中淤积库容16.1万m3,兴利库容61万m3,调洪库容29.4万m3。
该水库是一座以灌溉为主,兼顾防洪的多功能水库。
设计灌溉面积6000亩。
保护王家沟村2个行政村5个村民小组,农户430户,人口1505人,耕地6020亩以及203省道。
水库由土坝和溢洪道两大件组成。
1.2.1土坝
大坝为均值坝,长550米,坝高11.5米,顶宽5米,坝顶高程1136.5米。
前坝坡坡比1:
2.0,后坡坡比1:
2.0。
1.2.2溢洪道
溢洪道布设于坝体右侧,洪水通过溢洪道排入都思兔河。
溢洪道由闸室、涵洞和陡坡组成。
①闸室
闸室为钢筋混凝土箱形框架结构,闸墩高7.8m,墩顶高程1136.50m,进口底板高程1128.70m。
闸墩顺水流方向长1.25m,宽3.2m,进水孔口尺寸2.0×2.0m,闸门槽尺寸宽×深=0.25×0.25m。
闸墩、闸室前后胸墙及闸室底板厚均为0.5m。
闸室前端布置重力式挡土墙,顺水流方向长10.4m,挡土墙用浆砌石砌筑,墙顶宽50cm,迎水侧垂直,背水侧坡比1:
0.3,最大高度7.8m。
②涵洞
闸室后接长6m的钢筋混凝土箱型涵洞,洞底高程1128.70m,涵洞尺寸宽×高=2.0×2.0m,壁厚0.35m。
涵洞洞顶覆土5.45m。
③陡坡
涵洞出口接陡坡,陡坡长共154m,坡比1:
200,断面为梯形,底宽6.0m,高2.3m,边坡1:
0.3。
陡坡用浆砌石砌筑,地板、边墙厚均为0.3m。
王家沟水库前坝坡
1.2.3闸门及启闭机
闸门为2×2m钢闸门,启闭机为螺杆式手电两用启闭机。
1.3现场安全检查情况
1.3.1土坝
坝顶宽度均一,坝面平整,前后坝坡较均一。
坝顶及前后坝均无护坡,坝坡上小冲沟较多。
1.3.2溢洪道
(一)闸室
闸室整体状况较好,无裂缝,无沉陷痕迹,但局部有几处混凝土脱落,闸室顶无操作室。
(二)陡坡
陡坡除局部有一些小裂缝外,基本完好。
1.3.3闸门及启闭机
闸门止水不严,有漏水现象。
螺杆及启闭机运行正常,但由于长期暴露,锈蚀较严重。
1.3.4现场检查结论及建议
(1)由于坝顶及前后坡未采取防护措施,导致出现许多冲沟,建议坝顶及前后坝坡采取防护措施。
(2)溢洪道工程状况较好。
(3)钢闸门密封性不好,影响水库蓄水,建议更换钢闸门。
(4)建议在闸室顶修建操作室,以方便管理。
2工程质量评价
2.1工程地质
2.1.1区域地质概况
2.1.1.1地形地貌
工作地区处于银川平原的北部,位于鄂尔多斯丘陵前缘地貌单元交界地带。
工作区东起鄂尔多斯丘陵,南起平罗县陶乐镇,西以黄河为界,北至内蒙边界。
场地范围主要为丘陵残丘。
工作区海拔高程一般为1089-1132m,地势自东而西倾斜,地面较平坦,地面坡降为0.15%,形成黄河顶托倒灌,排水极为困难,盐泽化严重。
工作区地貌按其成因类型属堆积成因类,这是银川断陷盆地及其周边地区构造的控制之下,在内外应力的相互作用下,造就了该地区的地貌特征。
2.1.1.2地层岩性
该地区地层以第四系上更新统及全新统为主,岩性如下:
(1)第三系(E3q)砂岩,砂质泥岩。
主要出露在黄河东侧残积丘陵上。
强风化,棕褐色,中密-密实,水平层理发育,坚硬。
(2)第四系上更新统(Q3apl)
主要出露在110国道附近至贺兰山东麓之间。
岩性以壤土、粗砂、角砾、碎石等为主。
属冲洪积物。
(3)第四系全新统(Q41al)
主要出露在黄河阶地中。
岩性以壤土、粉质粘土、粉细砂等为主。
属河湖相沉积。
2.1.1.3地质构造及地震
该地区位于祁吕贺山字型构造体系的脊柱––贺兰褶带的西南段,陇西系旋卷构造清水河––天景山旋回褶带和窑山––烟筒山旋迥褶带之西北部;卫宁北山东西向构造东段。
本区是一个多构造体系复合交织的地区。
2.1.1.3.1银川平原的基底构造特征
银川平原受银川断陷盆地所制约,北起石嘴山,南至青铜峡,东为黄河,西迄贺兰山东麓,总体走向NE30。
南北起140km,东西宽50km,为新生代断陷盆地。
东侧为卓子山-云雾山隆起带,西侧为贺兰山隆起带,银北地区位于银川断陷盆地的中-北部。
该断陷盆地的形成始于第三纪的始新世,是喜马拉雅运动和新构造运动的产物。
在构造形态上,为一北东30度延伸的地显式断阶下落的宽缓向斜构造,轴部在银川金凤区,向北延伸至平罗-黄渠桥一线。
其西翼略陡,倾角在10度左右,东翼平缓,倾角在10度左右。
2.1.1.3.2银川断陷盆地构造形迹特征
银川断陷盆地构造形迹特征是多种构造体系和构造应力作用方式的综合产物。
断陷盆地构造本身及其内部的主要构造形迹的形成和分布规律,主要受来自NW—SN方向的拉张和张扭应力作用影响,其原动力导源于青藏高原自SW向NW方向巨大的推挤压力。
自始新世以来,伴随着喜马拉雅运动和青藏高原的急剧隆起,并向我国中部广大地区屯呀,并迫使后者又向南移动的趋势,从而原受NNE向的拉张应力和张扭应力的作用,在改造利用原来的NNE和S-N向构造形迹的基础上,又产生了一系列的NW-SE向和NE-SW向两组断裂构造,以及伴随产生的次级构造成分。
纵贯宁夏的贺兰山断裂带至今仍有活动,属活动性构造。
根据中国地震动参数区划图《GB18306––2001》划分,该地区地震动反应谱特征周期为0.40S,地震动峰值加速度为0.20g,地震基本烈度为Ⅷ度。
属抗震不利地段。
2.1.1.4水文地质
银北地区其得天独厚的引黄灌溉条件,丰富的地下水资源,对该区的农业发展和经济建设起着较大的作用。
而不良的水文地质条件和长期的灌排失调(引灌量大于排出量),使地下水位不断上升浅埋,造成该地区大面积的土壤盐渍化,严重的危害着农业发展。
2.1.1.4.1地下水的分布特征
银北地区地下水赋予第四系松散堆积物的孔隙中,形成了孔隙潜水。
其含水层的厚度,受银川断陷盆地基底构造及地形的控制,岩性岩相变化悬殊,因而地下水的分布规律也极为复杂。
2.1.1.4.2地下水的补给、迳流、排泄
(1)补给区
贺兰山区具有丰富的基岩裂隙水,该地下水受大气降水渗入补给,水量较丰富。
除部分消耗于潜水蒸发和农作物吸收外,其余以侧向迳流的方式补给山前洪积扇地区地下水。
(2)迳流区
山前洪积倾斜平原,介于贺兰山与黄河阶地之间,地形坡度和水力坡度较大,岩性以角砾、粗砂等为主,该层为主要的迳流区,水量丰富,迳流强烈,输入到黄河阶地的地层中。
(3)排泄区
银北地区具有地势低洼,迳流不畅,地下水易补不易排,水位浅埋,蒸发积盐强烈,具备了土壤盐渍化严重的特点。
该区地下水补给十分充足,由于迳流不畅,故排泄方式主要以蒸发为主,全年平均蒸发量为1162mm,其次是排水沟排泄,只占17.1%。
2.1.1.4.3地下水与地表水的补给关系
鉴于该地区大小湖泊密集,整个地区地势低洼,丰水期地表水汇集于湖泊中,无法排泄,长期滞留,渗入地下,导致以下特征:
(1)银北地区受银川断陷盆地控制,为一近似封闭状态的地下水储水盆地,由于地势低洼,迳流不畅,地下水的补、迳、排条件以垂直交替为主要特征。
(2)银北地区迳流缓慢,排水条件差,致使大量的灌溉水及其它因素的水流汇集,无法排泄,只能靠蒸发消耗来维持平衡,所以使盐渍化强烈发育,导致了土壤盐渍化程度的加重。
(3)在枯水期,地下水补给黄河:
在丰水期局部地段黄河补给地下水,造成工作区大面积的良田盐渍化。
2.1.2坝体(址)工程地质条件
2.1.2.1地形地貌
该地区属鄂尔多斯台地边缘,地势较陡,多处存在山洪冲积形成的“V”沟道,坝下周围地形平坦,多为村庄和农田,蓄水池坝体地面高程1133.50m左右。
2.1.2.2地层岩性
根据钻孔揭露,地层属第四系全新统,岩性为Q4mL人工填土,Q41apL壤土、含少量砾的细砂(粉砂)、砂壤土、夹粘土透镜体和Q41apL角砾,第三系清水营组砂质泥岩(E3q)等。
现分述如下:
⑴人工填土(Q4mL):
人工填土(Q4mL):
浅黄~土红,以粘土、壤土、砂壤土为主,厚度7.0~10.0m。
硬塑~软塑状态。
允许承载力[R]=110kpa,建议开挖边坡比1:
1.50。
其物理力学性质指标见下表所示。
人工填土(Q4mL)物理力学指标统计表
项目名称
组数
最小值
最大值
平均值
标准差
σf
变异系数δ
修正系数γs
地质
建议值
含水量W(%)
15
10.30
29.40
17.36
4.73
0.273
0.874
17.36
湿容重r(g/cm3)
15
1.575
2.155
1.902
0.140
0.073
0.966
1.902
干容重rd(g/cm3)
15
1.422
1.877
1.622
0.116
0.071
0.967
1.622
孔隙比e
15
0.449
0.913
0.682
0.120
0.177
0.919
0.682
液限WL(%)
15
23.80
28.10
26.21
1.57
0.060
0.971
26.21
塑限Wp(%)
15
16.00
18.40
17.29
0.95
0.055
0.974
17.29
塑性指数IP
15
7.60
10.50
8.91
0.89
0.100
0.952
8.91
压缩系数a1-2(MPa-1)
15
0.15
0.45
0.24
0.09
0.360
0.834
0.24
压缩模量Es(MPa)
15
3.90
12.60
7.57
2.25
0.298
0.863
7.57
凝聚力C(kPa)
15
10.0
25.0
17.93
4.61
0.257
0.882
16
内摩擦角Φ(度)
15
25.0
32.0
28.40
2.00
0.070
0.968
26
渗透系数K(cm/s)
15
1.51×10-6-3.42×10-4
允许承载力[R](kPa)
110
边坡比
1:
1.50
⑵粘土(Q41apL):
浅黄色、土红色,硬塑—塑性状态,分布在人工填土下,只在右岸钻孔ZK-16有揭露,厚度约5.7m。
粘土的物理力学性质指标见下表所示。
粘土(Q41aL)物理力学指标统计表
项目名称
组数
最小值
最大值
平均值
标准差
σf
变异系数δ
修正系数γs
地质
建议值
含水量W(%)
3
15.60
26.40
21.87
5.60
0.256
0.615
21.87
湿容重r(g/cm3)
3
1.800
2.184
1.968
0.196
0.100
0.850
1.968
干容重rd(g/cm3)
3
1.456
1.889
1.621
0.234
0.144
0.783
1.621
孔隙比e
3
0.445
0.875
0.706
0.229
0.325
0.512
0.706
液限WL(%)
3
27.60
28.90
28.30
0.66
0.023
0.965
28.30
塑限Wp(%)
3
17.30
18.00
17.53
0.40
0.023
0.965
17.53
塑性指数IP
3
10.30
11.60
10.77
0.72
0.067
0.899
10.77
压缩系数a1-2(MPa-1)
3
0.17
0.57
0.38
0.20
0.532
0.200
0.38
压缩模量Es(MPa)
3
3.30
8.50
5.47
2.71
0.495
0.256
5.47
凝聚力C(kPa)
3
20.0
22.0
21.33
1.15
0.054
0.919
20.0
内摩擦角Φ(度)
3
22.0
25.0
23.67
1.53
0.065
0.903
20.0
渗透系数K(cm/s)
3
1.63×10-6-3.86×10-6
允许承载力[R](kPa)
120
边坡比
1:
1.25
⑶壤土(Q41aL)浅黄色、土红色,硬塑—软塑状态,分布在主沟道人工填土及右岸粘土之下,厚度约3.3-10.0m。
其物理力学性质指标见下表所示。
壤土(Q41aL)物理力学指标统计表
项目名称
组数
最小值
最大值
平均值
标准差
σf
变异系数δ
修正系数γs
地质
建议值
含水量W(%)
5
16.30
21.50
19.10
2.20
0.115
0.891
19.10
湿容重r(g/cm3)
5
1.994
2.062
2.027
0.030
0.015
0.986
2.027
干容重rd(g/cm3)
5
1.664
1.758
1.702
0.039
0.023
0.978
1.702
孔隙比e
5
0.542
0.628
0.593
0.036
0.600
0.943
0.593
液限WL(%)
5
24.10
26.70
25.20
1.12
0.044
0.958
25.20
塑限Wp(%)
5
16.20
17.90
17.00
0.81
0.048
0.955
17.00
塑性指数IP
5
7.80
8.90
8.20
0.41
0.050
0.952
8.20
压缩系数a1-2(MPa-1)
5
0.14
0.29
0.20
0.06
0.308
0.707
0.20
压缩模量Es(MPa)
5
5.60
11.30
8.54
2.35
0.275
0.739
8.54
凝聚力C(kPa)
5
10.0
20.0
16.40
3.85
0.235
0.777
14.0
内摩擦角Φ(度)
5
26.0
31.0
30.0
2.24
0.075
0.929
26.0
渗透系数K(cm/s)
5
1.59×10-6-4.32×10-5
允许承载力[R](kPa)
120
边坡比
1:
1.25
⑷砂质泥岩(E3q):
暗土红色,紫红色,厚层状,厚度大。
泥质胶结,局部夹有灰色泥质砂岩层,坚硬状态。
产状水平,库区局部出露于地表。
强风化层厚约1.5m,允许承载力[R]=200kpa,建议开挖边坡比1:
1.50;中等风化厚约3.0m,允许承载力[R]=280kpa,建议开挖边坡比1:
1.00。
砂质泥岩为膨胀岩土,属弱~中等膨胀潜势。
砂质泥岩物理力学指标(强风化)
项目
数值
项目
数值
含水量w(%)
21.26
凝聚力C(MPa)
0.1
湿容重r(g/cm3)
2.056
内摩擦角(度)
28
干容重rd(g/cm3)
1.699
渗透系数(cm/s)
5.0×10-7
孔隙比(e)
0.608
自由膨胀率(%)
21.5~69.5
2.1.2.3水文地质
王家沟水库常年有地表水,地表水由基岩裂隙水及降雨补给,沿沟道迳流,向黄河排泄。
场地地下水类型为第四系孔隙潜水,水位受季节影响较大,主要沟道地表水补给地下水。
地表水水化学类型Cl~SO4~Na型水,其中[SO42~]=782.89mg/L,依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287—99)关于环境水对混凝土腐蚀性评价标准,对普通水泥具有结晶类强腐蚀性。
2.1.2.4基岩的透水性评价
钻孔揭露的基岩为第三系清水营组砂质泥岩(E3q),根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL31-2003)的规定,在左岸钻孔ZK-14内对岩体进行2段压水试验。
通过压水试验成果显示,基岩的透水率为7.47—13.0Lu,属中等透水层—弱透水层。
。
2.2工程地质评价
(1)场地上部人工填土、砂壤土层呈软塑––硬塑状态,均存在着液化的现象,承载力较低,不宜作持力层。
(2)水库坝址坝基地层主要为壤土及粘土,经取样试验,其粘粒含量为14.0-26.5%,最优含水量14.8—16.5%,最大干密度平均值为1.778g/cm3,渗透系数为4.21×10-6—4.67×10-7cm/s。
所以两岸及坝下的壤土粘土可以做为加坝用土。
(3)本坝址坝体取样试验,人工填土及坝基下的壤土、粘土均无液化性。
2.3坝体质量评价
通过室内及现场容重试验判明,坝体碾压程度不均匀,干容重在1.622g/cm3~1.877g/cm3之间,孔隙比在0.449~0.913之间。
通过击实试验,在压实系数0.98下最大干容重平均值1.778g/cm3,所取的15组样品中,只有1组达到要求,占6.7%;另外14组没有达到要求,占93.3%。
因此,可以判断蓄水坝体的施工质量较差,压实不均匀。
2.4土的渗透变形评价
依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)对各层土的渗透变形类型判断依次为:
人工填土层渗透变形类型为流土型,允许水力比降为0.67~0.70;壤土层渗透变形类型为流土型,允许水力比降为0.69~0.79。
2.5溢洪道工程质量评价
溢洪道从运行和现状情况看,溢洪道工程质量较好。
2.6工程质量综合评价
通过现场检查和地质资料分析判定,土坝坝体的施工质量较差,碾压不均匀,填土压实度不能满足现行设计规范的要求,综合评定大坝填筑质量差,工程质量不合格。
3拦洪库运行管理评价
3.1拦洪库调度运用指标和基本资料
3.1.1水库调度运行指标
按照《综合利用水库调度通则》(水管[1993]61号)的要求,水库调度运用的主要技术指标包括,上级批准或有关协议文件确定的校核洪水位、设计洪水位、防洪高水位、汛限水位、正常蓄水位、综合利用的下限水位、死水位、库区土地征用及移民搬迁高程、下游防洪系统的安全标准、城市生活及工业用水量、农牧业供水量、水电厂保证出力等。
根据本工程的实际功能,该水库调度运用的主要技术指标为水库正常蓄水位、校核洪水位和设计洪水位。
3.1.2基本资料
水库始建于1994年,设计资料、施工资料及其它资料保存较好。
水库高程-库容关系见表3-1。
2009年4月进行了淤积测量,水库淤积高程为1126.45m,对应淤积库容为6万m3。
表3-1高程、库容特性表
水位(m)
库容(万m3)
水位(m)
库容(万m3)
1125.0
0.0
1131.0
46.2
1125.5
1.6
1131.5
51.8
1126.0
3.3
1132.0
57.6
1126.5
6.5
1132.5
63.6
1127.0
10.0
1133.0
69.8
1127.5
13.8
1133.5
76.3
1128.0
17.8
1134.0
83.3
1128.5
22.0
1134.5
90.7
1129.0
26.4
1135.0
98.5
1129.5
31
1135.5
106.5
1130.0
35.8
1136.0
117.4
1130.5
40.8
3.2工程运行管理情况
该水库自建成至今,从未购买任何观测设备,也未建观测点,无水文测报站网,无自动测报系统,无法进行水情观测与预报。
3.2.1土坝
由于资金的问题,坝体沉降、渗漏及水位观测、监测设施缺乏,坝体监测完全依靠水库管理人员定期巡视检查完成,对于巡视检查发现的问题,及时处理。
3.2.2溢洪道
每年定期对溢洪道视检查,发现的问题,及时处理。
在冬季,注意及时打破闸室旁的冰层,防止对闸室的冻胀破坏。
3.2.3闸门及启闭机
每年定期对启闭机及闸门进行检查保养,使其处于较好的工作状态,但经十多年运行,启闭机锈蚀较严重。
3.3大坝运行管理综合评价
从建库至今,大坝观测设施缺乏,观测资料一片空白,管理措施落后,管理经验缺乏。
由于资金问题,管理设施简陋、人员缺少、经费不足,无大坝运行大事记。
综上所述,大坝运行管理综合评价为差。
4防洪标准复核
4.1防洪标准确定
按照《防洪标准》(GB50201-94)规定,王家沟水库为小
(一)型水库,设计洪水标准为30年一遇,校核洪水标准为500年一遇。
4.2流域概况
红崖子山位于平罗县河东地区北部,东与内蒙接壤,南以厥扎拉井为界,西靠红崖子乡,北至都思兔河。
在平罗县境内面积42.4km2,分布有上马道、中马道、下马道、王家沟四条较大的山洪沟,均流入红崖子乡境内。
王家沟水库位于红崖子乡王家沟沟口附近,坝址处汇流面积6.05km2,流域概化长度5.0km。
。
4.3水文要素分析计算
根据宁夏自治区各站点1956~2000年45年资料计算各监测站的降水、蒸发、径流及泥沙的多年平均值,点绘多年平均降水、蒸发、径流等值线图和输沙模数分区图,根据这些图,查得该流域重心处的多年平均降水、蒸发、径流及输沙模数值,并根据单站历年资料(插补延长为同频资料),计算统计参数,点绘频率曲线,绘制图集以供查用,所计算的设计值与邻近有实测资料的降水、蒸发、径流泥沙资料进行对照校核后确定报告中的数值。
4.3.1降水
拦洪库区域属温带干旱气候,蒸发强烈、气候干燥,多年平均降水量为160mm,降水年内分配不均,主要集中在6~9月,占全年总降水量的76.8%,各月降水量又以7、8月份最多。
降水量年际变化大,变差系数Cv=0.40,50%、75%降水量分别为151.5mm、113.4mm。
区域雨量代表站苦水沟站最大年降水量为385.8mm(1967年),最小年降水量为66.2mm(1974年),极值比为5.8。
多年平均年降水量见表4—1。
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