皮湖水库初步设计报告

1 综合说明

1.1 前言

皮湖水库地处丰城市曲江镇皮湖村委会，距丰城市城区18公里，属赣江水系罗湖水。水库流域中心位置为经度115°45′46〃，纬度28°13′50〃，坝址以上控制流域面积10.66km2，主河长为6.3公里，主河纵比降2.12‰，是一座以灌溉为主兼顾防洪、养殖等综合利用的重点小㈠型水库，该水库总库容为605万m3，其中滞洪库容为266万m3，兴利库容为319万m3，死库容为20万m3；原设计灌溉面积10000亩，现有实际灌溉面积为6000亩。

该工程始建于1958年11月，1959年4月基本建成并开始受益，投入运行后已为当地农业生产发挥了较大的经济效益和社会效益，但因历史原因和投资限制，工程质量较差，运行中暴露出不少影响水库安全的严重隐患。虽经多次加固处理，但至今仍控制在低水位运行，成为江西省的重点病险小（一）型水库之一，主要表现在：大坝坝顶高程不能满足规范要求，大坝上游块石护坡范围不够，块石粒径小，未设垫层，风化、风浪淘刷严重；下游坝坡凹凸不平，坝面无护坡和排水沟；坝脚无反滤排水设施。坝体新填筑坝段多处裂缝，局部塌坡。大坝坝体填筑质量差，压实度和渗透系数均不满足规范要求，存在坝体渗漏问题；实际运行中下游坝脚出现多处集中渗漏。下游皮湖长期浸泡坝脚，渗漏无法观测。渗流计算表明，在各种特征水位下，坝体浸润线位置偏高，出逸坡降大于允许值，渗流出口无保护，易产生渗透破坏，大坝渗流性态不安全。经复核大坝坝坡整体抗滑稳定满足规范要求。坝体白蚁危害严重。溢洪道未完建。堰体、桥墩和进出口边墙浆砌石破损、局部倒塌；出口桥涵进出口边墙高度不够，无消能设施，洪水下泄直冲皮湖村。洪水通过进村公路桥涵时，严重冲刷大坝坝脚，影响大坝安全运行。机耕桥涵底板较高，抬高皮湖水位，长期浸泡坝脚。经复核，进出口边墙、桥墩高度不够；出口桥涵过流能力不够，严重阻水。输水涵管砼质量差，老化、剥落，

接头漏水严重；进口边墙断裂、塌陷，启闭框架和工作桥破损，工作桥长度不够；出口边墙局部倒塌，消能工冲毁，出口无启闭房和工作桥。经复核，输水涵管配筋、抗裂不满足要求。两座已封堵的老涵管漏水严重。输水涵管进出口钢筋砼闸门老化、破损，止水橡皮脱落，闸门漏水严重，启闭设备严重锈蚀、老化，机座断裂，螺杆弯曲，运行困难。库水对混凝土具中等溶出型腐蚀，对砼具弱硫酸盐型腐蚀。水库无雨情、水情观测设施和大坝安全监测设施，进库公路及溢洪道公路标准低、路况差，水库无管理站房、通讯设施。上述险情的存在，使得水库运行存在极大隐患，工程效益不能充分发挥。

为确保工程安全，保证水库正常运行，丰城市水利局于2004年12月委托宜春市水电勘测设计院对皮湖水库进行了地形测量、地质勘察及水库大坝安全鉴定，编写了《丰城市皮湖水库大坝安全评价报告》，2005年5月，宜春市水利局组织有关专家在丰城市对皮湖水库进行安全鉴定，鉴定皮湖水库的三大主要建筑物均存在严重的质量问题，属于三类病险水库，需尽快对该水库大坝进行全面的除险加固。

为此，我院根据《丰城市皮湖水库大坝安全评价报告》、《丰城市皮湖水库大坝鉴定报告书》的结论和建议，组织设计人员对该水库进行加固

设计等工作，编制完成了《丰城市皮湖水库除险加固工程初步设计报告》，《丰城市皮湖水库地质勘察报告》及有关图纸，现一并上报，敬请审批。1.2 工程概况

该工程始建于1958年11月，1959年4月基本建成并开始受益。水库枢纽工程等别为Ⅳ等，主要永久性建筑物等级为4级,设计洪水标准为20年一遇，校校洪水标准为100年一遇。水库正常高水位为27.53m（黄海高程、下同），相应库容339万m3,死水位为23.00m，死库容为20万m3,设计洪水位(P=5%)为28.88m，相应库容475.4万 m3,校核洪水位(P=1%)为29.95m，相应库容605万 m3。

水库枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道、输水涵管等组成。

1.2.1 大坝

水库大坝为均质土坝，总长687m，坝顶宽20m左右，最大坝高9.6 m，原有坝段（0+000～0+505）坝顶高程为30.2～30.7m，上游坡比1：1.5～1：4.0，下游坡比1：1.5～1：2.3；新建坝段（0+505～0+687）坝顶高程为30.7～35.4m，上下游坡比均为1：1.5～1：2.3；下游坝脚无排水设施。

1.2.2 溢洪道

溢洪道位于大坝左坝端，控制段为4孔泄流，每孔净宽3.0m，底板高程27.53m。出口桥涵为钢筋混凝土箱涵，净宽4m，长14.6m，底高程为26.55 m。下泄洪水通过进村公路桥涵(5孔×2.0 m，底板高程25.32m)流入皮湖，而后通过机耕桥涵(3孔、净宽8.5m、底板高程24.28m)汇入赣江。

1.2.3 大坝输水涵管

输水涵管位于大坝右端（桩号0+505），为钢筋砼箱涵，管长55.5m，过水断面(宽×高) 0.7 m×1.2 m，壁厚0.2m，涵管进口底板高程为23.0m，出口底板高程22.9 m。进口为框架式，采用钢筋砼平板闸门控制。涵管出口设竖井及节制闸。

该水库从1959年运行至今已四十六年，为曲江镇的农业生产发展和经济建设作出了较大贡献，但由于水库大坝等主要建筑物存在各种安全隐患，水库一直限制蓄水，使水库综合效益难以充分发挥。水库地理位置重要，下游为赣江航道、曲江镇及皮湖、红门等5个村1.5万人口及2万亩耕地。水库一旦失事，将对下游人民生命财产和国家重要公共设施造成重大损失。

1.3 水库存在的主要问题及除险加固的必要性

据参与该水库施工的有关人员回忆、工程管理单位多年运行观察、我院2004年12月所做工程地质勘察及室内土工试验结果、工程复核计算以及该水库枢纽建筑物的安全鉴定综合评价结论，皮湖水库目前存在以下一些主要问题：

⑴、当库水位到达26.0m时，大坝坝脚开始出现渗漏；2003年6月库水位为

28.1m时，在桩号0+490、高程为25.2m处有一集中渗漏水点，渗水量达0.8L/s；

当库水位达29.03m（历史最高水位）时，大坝下游坡脚沿线严重渗漏；现场安全检查水位为26.5 m时，桩号0+199、桩号0+493原已封堵的二座老涵管出口渗水严重。

⑵、原有坝段下游侧新培土方和新建坝段填土压实不够，边坡陡，坝体新填土区有较多裂缝，局部塌坡；坝后为水塘,下游坝脚渗漏无法观测，大坝下游坝脚无反滤排水体；大坝坝基清基不彻底,截水槽开挖不到位，坝体填土多为粘土，但土层松散，渗透系数及压实度均不能满足规范要求，坝体存在渗漏问题；高水位时坝体浸润线偏高，坝坡出逸坡降大于相应的允许渗透坡降；坝后无排水反滤体。

⑶、大坝上游护坡块石风化严重，块石粒径小，未设置垫层,护坡范围不够,下游坝面无护坡。

⑷、在桩号0+053～0+101坝段和左岸山体发现5处白蚁群，面积为560m2。

⑸、溢洪道未完建。溢洪道堰体、桥墩和进出口边墙浆砌石破损、局部倒塌；出口桥涵进出口边墙高度不够，出口桥涵过流能力不够，严重阻水，无消能设施，洪水下泄直冲皮湖村。洪水通过进村公路桥涵时，严重冲刷大坝坝脚，影响大坝安全运行。机耕桥涵底板较高，抬高皮湖水位，长期浸泡坝脚。洪水直接汇入赣江，受赣江洪水顶托。当赣江丰城水位站水位达八年一遇为28.13m（吴松高程为30.5m）时，因溢洪道无闸控制，赣江水经溢洪道倒灌流入皮湖水库，影响水库安全运行。

⑹、大坝原有两座涵管1982年用砼进行了封堵,但封堵质量差,在原出水口仍有较大的渗漏。

现有涵管进口闸门漏水严重，启闭机锈蚀、老化，机座断裂，螺杆弯曲，框架闸房和工作桥破损。工作桥长度不够，栏杆损毁，进水口边墙断裂、塌陷；涵管施工质量差，未修建截水环，涵管节头严重漏水，砼老化剥落严重；涵管出口无启闭房和工作桥，启闭机老化严重，闸门启闭和检修困难，漏水严重，出口消能工冲毁，边墙局部倒塌。经复核，涵管满足过流能力、结构满足强度要求，但配筋、抗裂不满足要求。

⑺、水库无水、雨情观测设施和大坝安全监测设施，进库公路及至溢洪道公路标准低、路况差。水库无管理站房、交通、通讯设施。

综上所述，皮湖水库枢纽工程主要三大建筑物存在严重的质量问题，在未来高水位的情况下很难安全运行，属三类病险水库，为了确保工程的安全运行，充分发挥工程效益，对该工程进行加固处理是非常必要的，且迫在眉睫。

1.4 工程规模和任务

1.4.1 工程等级及建筑物级别

皮湖水库正常蓄水位为27.53m，水库总库容为605万立米，最大坝高10.5米，根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程等别为Ⅳ级，主要建筑物级别为4级，由于最大坝高低于15米，且上下游最大水头差小于10m，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定，由于水库库容大，故设计洪水采用20年一遇,校核洪水采用100年一遇。

1.4.2 工程加固设计内容

(1)、工程地质勘测

为了全面准确了解皮湖水库地质、测量资料，我院共完成地质钻孔11个，总进尺155米，注水试验32段，原状土样15个，扰动土样1组，水质分析2组，标准贯入试验33次，探坑3个。

(2)、水文水利复核计算

本次加固设计的设计洪水及调洪演算以《丰城市皮湖水库大坝安全评价报告》中的结果为基础进行了重新复核论证，同时对水库的集雨面积、库容等进行了复核，对水库降雨资料进行了收集和计算，溢洪道按宽顶堰公式计算下泄流量，进行调洪演算。

(3)、枢纽建筑物加固设计内容

①、大坝加固设计内容

针对大坝存在的问题，综合本次加固设计所进行的地质勘探、复核计算结果，确定大坝加固设计的内容为：上游护坡设计、坝身和坝基（覆盖层）防渗处理设计、下游反滤排水设计、下游护坡及整坡设计、白蚁防治处理、坝顶钢筋砼防浪板墙和泥结碎石路面设计、坝面排水系统与踏步设计等。

②、坝下输水涵管加固设计内容

由于现有输水涵管砼质量差，老化、剥落，接头漏水严重；进口闸门漏水严重，启闭机锈蚀、老化，机座断裂，螺杆弯曲，本次除险加固设计将坝下输水涵管拆除,在涵管原址重建一座钢筋砼箱涵,考虑今后运行检修方便,过水断面尺寸选为(宽×高)0.8×1.2m，考虑库水水质对砼有侵蚀性，设计涵管壁厚取0.3m，进口底板高程为仍23.0m，新建进口塔式启闭框架和工作桥。

③、溢洪道加固设计内容

针对溢洪道存在的问题，本次溢洪道加固的主要项目有：进水渠衬砌设计、堰体、箱涵、节制闸、陡槽、消力池及交通桥、出水渠衬砌设计等，本次加固设计对溢洪道泄流形式采用对溢洪道拆除重建。拆除原有堰体，新建开敞式平底宽顶堰，宽顶堰位于原段堰体位置，堰宽12.0m，长10.0m，堰顶高程27.53m，堰前进水渠底板高程27.53m，堰体采用C25砼砌筑；砌筑堰后接箱涵及节制闸，底板高程27.53m；节制闸后接陡槽，底板高程27.53m，底宽12.0m，轴线长30.0m。底坡i=0.144，进口底板高27.53m，出口底板高程23.2m，直线段后接消力池，池宽12.0m，消力池后接池塘，塘后为出水渠，渠宽8.0m，长200.0m，底坡i=0.0033，为满足交通要求，需在出水渠进、出上各设一交通桥，交通桥桥面采用C25钢筋砼结构，净跨10.0m，宽4.5.0m，桥面板厚0.15m。

进水渠采用C20砼衬砌，边墙采用现浇C20砼；箱涵采用钢筋C25砼结构；在外河高水位时，为避免外河水倒灌入水库，在箱涵后设置节制闸，采用QPQ-15T 螺杆式启闭机启闭；节制闸后接陡槽，陡槽底板采用C25钢筋砼结构，边墙采用C25砼；消力池底板采用C25砼结构；出水渠标准断面采用C20砼护坡的衬护结构；机耕桥采用C25钢筋砼结构。

④、其它工程

对进库防汛公路进行拓宽改造；新建管理站房；配备通讯设备、交通车辆、办公设备、水情预报系统及观测设施（雨量、水位）；库区水土保持工程。

⑤、主要工程量及主要材料用量

主要工程量：

土石方工程68594m3，砌石工程11487m3，砼工程4631m3，钢筋制安89.1t。

主要材料用量：

水泥1380t，钢筋93t，砂2250m3，卵石4333m3，块石12200m3，板枋材200m3，总工日8.6万个。

1.5 工程概算及经济评价

本工程加固设计概算费用构成及计算标准执行江西省水利厅赣水计字（1999）032号文；定额土建部分执行水利部（88）定额；安装部分执行水利部（93）定额；机械台班部分执行水利部（91）定额；科研勘测设计费（含大坝安全鉴定费）控制在建安工作量之和的6 %。工程加固初步设计概算总投资为1131.01万元，其中：建筑工程920.81万元，机电设备及安装工程13.36万元，金属结构设备及安装工程18.15万元，临时工程40.05万元，其他费用84.78万元，基本预备费53.86万元。

国民经济评价指标分别为：经济内部收益率17%，经济净现值376.2万元，经济效益费用比1.24，国民经济评价指标较好，效益明显，项目经济可行。

1.6水库工程特性表

水库特性表见表1-1

水库枢纽工程特性表表1-1

2 水文

2.1 流域概况

2.1.1 自然地理

皮湖水库地处丰城市西面的曲江镇皮湖村委会，距丰城市城区18公里，属赣江水系罗湖水。水库流域中心地理位置为东经115°45′46〃，北纬28°13′50〃，坝址以上控制流域面积10.66km2，主河长为6.3公里，主河纵比降2.12‰。水库流域属低山岗埠地貌，山峦叠翠，植被良好，森林覆盖率为75%左右。坝址下游为丘陵平原及赣江航道。本工程开发的主要任务是以解决下游丘陵平原地区灌溉用水为主，适当减轻水旱灾害，发展水产等综合利用为目的。

2.1.2 气象

本流域属暖温带季风湿润气候区，气候温和、雨量充沛。据丰城气象站资料分析，多年平均气温15.6℃，最高气温42℃。最低气温-5℃，最大风力8级，最大风速19m/s，多年平均降水量为1530.8mm，实测最大年降水量2681.6mm（1977年），最小年水量1017.8mm（1971年）。降水量年际变化较大，年内分配也极不均匀，3～6月降水量占全年的59.25%。流域内多年平均蒸发量E601＝1045.7mm，各年变化不大，7～9月三个月蒸发旺盛，占全年蒸发总量的43.19%。全年无霜期为250天左右，初霜在11月中旬，终霜要延至3月底；积雪甚微，河流无冰冻现象。

2.2 径流

2.2.1参证站选择

罗湖水流域内未设水文测站，而流域附近的丰城雨量站经度115°47′，纬度28°11′，距皮湖水库流域中心4km，地理位置接近，雨量资料系列长，资料精度也较好，故本次加固设计采用流域附近丰城雨量站1957年—2003年47年实测暴雨值作为皮湖水库水文分析计算的代表站。

2.2.2 典型年月降雨量资料系列

2.2.2.1 皮湖水库降雨资料系列

参证站丰城雨量站为国家站网雨量站，该站1957年设立，并于同年元月一日开始观测雨量资料，至2003年共有47年年月降雨量资料系列，该系列为皮湖水库加固设计水文分析计算的依据，其历年年月降雨量资料见表2-2-1。

皮湖水库历年年月降雨量统计表

表2-2-1 单位：mm

皮湖水库历年年月降雨量统计表

续表2-2-1单位：mm

2.2.2.2 年降雨量频率计算

皮湖水库历年年降雨量经频率计算，按P-Ⅲ型曲线适线，当x=1608.9mm、Cv=0.21、Cs=2.0Cv时，经验点据与理论频率曲线配合较好，从而求得皮湖水库不同频率的设计年降雨量，结果见表2-2-2。

皮湖水库不同频率设计年降雨量表

表2-2-2

2.2.2.3 设计代表年选择

2.2.2.3 设计代表年选择

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99)，现选择P=20%、P=50%、P=80%分别代表丰水、中水、枯水三个设计典型年，经分析比较，从年降雨量频率计算成果表2-2-2中，选取相应接近的年份1980年、1984年为设计丰水、中水代表年。对于设计枯水代表年选取，主要依据水库历年7～10月降雨量，并兼顾年降雨进行选择。

皮湖水库历年7～10月降雨量见表2-2-3。

皮湖水库历年7～10月降雨量频率计算见表2-2-4。