水库灌区勘察设计工作大纲.docx
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1、水库灌区勘察设计工作大纲一、勘察设计工作大纲11对工程的认识1.1工程概况龙鳞县龙吐珠水库工程于1967年基本完工,灌溉面积约 9.04万亩,灌区渠系主要干渠包括总干渠、晨茶干渠。灌溉水 源主要来自龙吐珠水库,另有敏东水库和大宜冲水库通过引水 渠向龙吐珠水库补水。龙吐珠水库位于龙鳞县东部龙爪镇上古村,湘江一级支流 龙溪河上游,坝址控制集雨面积43.3km2o水库枢纽建成于 I960年,正常蓄水位126.7m,对应库容为3840万m3,调节 库容3762万m3,是一座以灌溉为主的中型水库。敏东水库集雨面积12.1km2,正常水位224.7m,死水位213.9m,正常库容193万m3,死库容2万m
2、3,兴利库容191万m3o龙鳞县是衡阳重要的农业生产区,因灌溉水源缺乏及基础 水利设施的不完善,严重制约着当地农业及烤烟种植的开展。灌区3个水库集雨面积相对较小,控制范围相对较小,且 下游无重要防洪对象,不承当防洪任务,故未设置专门的防洪 库容。各水库受自然削峰作用,其最大下泄流量比天然情况洪 水流量小,在一定程度上减轻了大洪水对坝址下游沿岸的威胁, 具有天然防洪作用。按照综合、合理开发利用水资源的思路,结合龙鳞县经济 开展的需要和工程自身的建设条件,确定龙吐珠源工程的开发 任务:充分利用水资源,提高龙吸水灌溉保证率。工程规模(1)渠道工程布局全灌区干渠均为已建渠系。龙吐珠水库渠道主要包括主干
3、 渠、晨茶干渠和副坝干渠共3条干渠,总长度分别为73.06km、 33.0km、21.67km,水源工程灌片引水工程包括敏东高涵进口 闸室和2条引水干渠敏东引水干渠,总长度为5.77km; 大宜冲水库引水干渠,总长度为4.65km。(2)灌片供水模数根据总干渠上片、总干渠中片、总干渠下片、晨茶上片、 晨茶下片、副坝干渠片、敏东水库灌片和大宜冲水库灌片长系我公司将保证进度控制措施的有效实施,保证设计交图时 间满足工程工程建设各阶段进度的要求。我公司将严格遵守所 确定的设计工作进度计划,保证不因为设计原因影响该工程的 建成投产。(1)总结以往工程经验以及前期对龙吸水灌区的调查, 对工程的地址及线路
4、路径进行多方案比拟,确保站址的适宜和 线路路径的最优化。针对本工程线路进过的地形地质情况的特 点,采用多种勘测手段以提高勘测进度并保证勘测数据的准确 性。(2)在人员组织配备上,选派认真负责、工作经验丰富 的设计人员担任工程工程专业主设人,并从中选择业务能力强、 具有较强沟通能力的人员担任设计总工程师,加强各专业间的 协调配合,保证设计工作进度。具体人员配备见表5.1-2。92(3)建立并完善工程设计进度考核管理制度和相应规定, 将设计工作的进度纳入职工工作绩效考核管理,建立适度的奖 励机制,有效控制设计进度。(4)建立工作例会制度,由公司总工室定期组织召开相关人员参加本工程设计工作协调会,及
5、时协调解决设计中存在 的问题,有效控制设计工作进度。(5)建立良好的信息沟通交流渠道,及时调整设计工作安排,确保设计工作进度。936优化设计的途径和计划灌区续建配套与节水改造中,由于灌溉渠道系统的投资在 整个灌区改造总投资中占相当大的比重,特别是渠道的开挖及 衬砌费用投资很大,因此其设计的科学与否将直接影响到水资 源利用效率的高低以及农田水利工程在农业生产中效益的发挥。 在目前的灌区续建配套与节水改造中,渠道纵横断面参数,特 别是纵坡的选择十分重要,这对灌区改造完成后的管理运行具 有重要的经济价值。本次设计中,以工程量最小为目标函数,考虑不冲不淤及 首末水位约束,利用GIS对一般渠段横断面及轮
6、灌渠道纵横 断面的优化设计;对骨干输配水渠系的纵横断面优化设计,针 对灌区改造中常用的断面形式,考虑了渠段的最小水位、干支 渠分水口水位衔接校核,以工程量最小为目标函数,对二级骨 干输配水系统进行动态规划模拟。地理信息系统(GIS)是一个获取、存储、编辑、处理、 分析和显示地理数据的空间信息系统,其核心是用计算机来处 理和分析地理信息。地理信息系统软件技术是一类军民两用技 术,不仅应用于军事领域、资源调查、环境评估等方面,也应 用于地域规划,公共设施管理、水利、交通、电信、城市建设、 能源、电力、农业等国民经济的重要局部。我公司本次设计将 利用地理信息系统(GIS)对整个工程的设计进行优化,使
7、设 计成果最大限度符合实际情况。以下为基于GIS的灌区规划 辅助设计系统组成示意图。9495根据以往设计经验,我公司利用GIS二次开发了灌区规 划辅助设计系统,该系统除了能实现实时规划功能外,还能实 现设计参数的自动计算,对优化设计起到很好的作用。基于GIS的灌区规划计算机辅助设计系统主要针对灌区 规划而开发,该类灌区面广量大,灌区续建配套和节水改造规 划需在灌区现状图上进行规划,本系统将GIS技术与灌区规 划相结合,采用面向对象的编程技术,以Microsoft Visual Basic 6.0作为开发平台,采取人机对话的方式,实现了多种软 件(Visual Basic 6.0、MapX 控件
8、、MicrosoftAccess 等)的跨 平台集成,实现灌区规划过程中地理数据的自动采集、存储及 地理信息查询,用户可以借助基于GIS的灌区规划模块对灌 区进行实时动态规划渠道、排水沟道、灌区建筑物等,以直观 的方式让用户自己对灌区进行规划,用户可以自由实现移动、 拉伸、删除灌区图形对象以实现对规划方案的调整。另外,用 户可以借助数据计算、在线帮助等模块实现设计参数的自动计 算、断面图的自动绘制、在线帮助等功能。最后经过编绎生成 可执行文件系统,脱离开发环境,运行速度更快,且占用计算 机空间也有限。本系统的开发表达了以人为本的设计理念,拥 有良好的设计优化性能。图1图10为本系统的一些参数输
9、入 界面。96基于GIS的灌区规划辅助设计系统流程示意图开始灌溉设计标准确定设计代表年输入有关材料计算作物输水量根据水量平衡计算确定作物灌溉制度错误数据监控错误数据监控渠系工程布局错误数据监控数据采集渠道工作制度、防渗措施各渠道流量推算各级渠道纵横断面设计作物种植布局灌水率计算骨干建筑物布局数据定型进行灌溉率图修正;以 水稻泡田定额确定灌水 排水沟道布局数据采集排涝标准;涝水排、蓄制度排涝模式计算各级排水沟道 设计错误数据监控输入的降雨资料气象资料、日降雨资料等采用彭曼公式计算作物需水量错误数据监控输水损失计算程序渠道流量推算错误数据监控错误数据监控平均排除法总如入流槽蓄法排涝、除渍流量计算程
10、序纵横断面设计模型错误数据监控工程估算经济分析文图形退出程序表格土方工程和灌溉主要建筑物数据库工程经济技术指标计算程序97图1普通数据输入设计图2选择型数据输入设计98图3根据灌溉标准选择代表年图4作物需水量计算99图5水稻灌溉制度计算图6旱作物灌溉制度基本资料输入界面100图7旱作物灌溉制度计算界面图8灌水率计算101渠道断面设计渠道断面设计模块适用于某段梯形(衬砌和 非衬砌)或U形断面的断面设计,其设计界面如图9所示。图9渠道断面设计渠系优化设计本系统利用上文中提出的渠系优化设计动态规划模型,开 发干、支两级渠系的优化模块。选择“渠系优化”子菜单,进入 渠系优化设计界面,如图10。渠段横断
11、面设计时,根据明渠均匀流公式用试算法求解渠 段的断面尺寸是广泛使用的渠段设计方法。以梯形渠段断面为 例,设计时一般先假设一个整数的底宽b值,再选择适当的宽 深比a计算相应的水深h,通过校核渠道的输水能力及流速, 调整b、h值,直到满足校核条件为止。也可绘制Qh关系曲 线,查出渠段设计流量Q相应的设计水深。试算法计算量大 且精度不易保证,图表法编制工作繁琐且图表的制作精度直接 影响计算结果的精度。以渠段设计水深作为优化变量,将均匀 流公式计算设计流量转化为非线性优化问题的目标函数,设计 流速界于不冲不淤流速之间作为约束条件,并用实数编码的遗 传算法求解,进行渠道横断面设计,应用结果说明该方法计算
12、精度高,简便可行。该方法也适用于其它断面形式的渠道横断 面设计。系统拟实现的目标比拟明确,即能使用该系统协助灌区规 划设计人员完成灌区续建配套与节水改造规划设计,包括:灌 溉、排水设计参数的计算(设计代表年、作物102需水量、灌溉制度、灌水率及排涝模数等的计算);基于 GIS的实时规划,地理信息查询,数据的管理、存储与传输; 水力计算(灌排渠系流量推算,纵横断面优化设计等);工程 估算、经济分析等。图10渠系优化设计1037其他(新技术、新材料应用、合理化建议)1设计理念和思路渠道防渗设计应力求技术先进安全可靠、优质高效、节约资源、节省投资、生态环保,实现“可靠、高效、环保”的建设 目标,将突
13、出注重生态环保效果、节能减排、美化环境、便于 管理作为建设理念。技术上力争到达同行业领先水平,将新技 术、新材料、新工艺应用于工程中,提升工程科技水平;节约 资源、节省能源主要是尽量少占地,节约土地资源,尽量减少 材料消耗总量,工程建成后还要节能;生态环保表达在人与自 然的和谐,表达环境水利的理念,在满足功能和安全要求的同 时,尽量考虑生态上的要求,不破坏原有生态环境,渠道设计 首先合理确定是否需要防渗,以及防渗工程的规模与范围,渠 道衬砌形式选择要表达技术先进、安全可靠、优质高效、节约 资源、节省投资、生态环保的现代化顶层设计理念。7.2新材料、新技术的推广在本次灌区节水改造与续建配套工程初
14、步设计中,我公司 本着“大力推广先进技术,提高科技含量”的精神,不断进行新技 术、新材料、新工艺的探索和推广应用,使防渗工程质量、建 设管理和施工水平等方面有了很大提高。7.2.1 渠道防渗渠道防渗常用土料、石料、混凝土、膜料和沥青混凝土等 建立渠道防渗层,也可利用上述材料构成复合结构,到达防渗目 的。选用衬砌材料时,应根据渠道大小、防渗效果、使用年限 等工程要求,按照因地制宜,就地取材的原那么合理确定。列水量平衡成果,选择长系列中未破坏,年、旬用水量较大的 年份作为各灌片的设计代表年,并尽量考虑各片代表年一致。 根据灌区内基础水利设施平衡后的灌区缺水过程推求渠道供水 模数。经当地水利设施供水
15、后总干渠上片、总干渠中片、总干 渠下片、晨茶上片、晨茶下片、副坝干渠片、敏东水库灌片和 大宜冲水库灌片的供水模数分别为0.464m3/s /万亩、 0.445m3/s / 万亩、0.444m3/s / 万亩、0.455 m3/s / 万亩、 0.465 m3/s / 万亩、0.468 m3/s / 万亩、0.473 m3/s / 万亩和 0. 414 m3/s / 万亩。5(3)渠道设计流量根据各片灌溉面积、灌水率、渠道长度等,对灌区进行分 片配水计算,经计算,全灌区灌溉水利用系数0.623,渠系水 利用系数0.67,田间水利用系数0.93,总干渠首设计流量6. 34 m3/s,总干渠中段渠首
16、设计流量2.07 m3/s,晨茶片渠首设 计流量2. 70m3/s,副坝干渠首设计流量0.30 m3/so敏东引水 渠引用设计流量1.88 m3/s,大宜冲引水渠设计引用流量 2.16m3/so敏东水库灌区设计流量0.32 m3/s,大宜冲水库灌区设计流量 0.21 m3/s.本次设计中,我公司在结合传统防渗材料的基础上考虑纤 维混凝土、新型复合土工合成材料GCL等新型材料在渠道防 渗中的应用。纤维混凝土就是将聚丙烯纤维按一定比例掺入混凝土。聚 丙烯纤维是一种新型高分子材料,其采用的化学改性与物理改 性及特殊的纤维外表处理技术,有效地提高了与混凝土的握裹 力,能防止或显著减少混凝土开裂,改善混
17、凝土变形性能和提高 混凝土整体性,对减少各种收缩、离析、水化热温度等因素导 致的非结构裂缝,提高抗裂抗渗、抗冲击功能,延长混凝土制品 的使用寿命方面起到了极大作用。104新型复合土工合成材料GCL是在压实性粘土衬垫 CCL(Compacted Clay Liner)基础上开展而来的,GCL最早用于 工程是在1986年美国的一座垃圾填埋场衬垫系统中,大约在同 一时期,德国也研究应用了另一种GCL产品,并成功地应用于渠 道防渗、运河衬垫系统、垃圾填埋场衬垫系统等,取得了较好 的防渗漏效果。GCL的结构组成是两层土工合成材料之间夹封膨润土,通 过针刺、缝合或粘合而成,也有的GCL产品只有一层土工膜,
18、其 上有用粘合剂粘合的一层薄薄的膨润土。GCL是利用膨润土 的膨胀性防渗,利用土工织物来承载和护面的结构形成,它与土 工膜同属土工合成材料,在渠道防渗应用中除具有土工膜的所 有优点外,还具有柔性极好,抗张应变的能力强,在张应变达20 % 的情况下,其渗透率不增大。具有极强的自愈合功能,由于膨润 土具有遇水膨胀性,它会在土工织物刺破处自我愈合,同时上下 层土工织物在针刺或缝合纤维的作用下也约束了膨润土的迁移, 进一步提高了自愈合能力。抗干湿循环和抗冻融循环的能力强, GCL受热后会出现干缩现象,但复水后出现的裂缝会自动闭合, 且渗透系数不变,经冻融试验,其抗冻能力也较强。比土工膜搭 接方便,安装
19、简单,施工速度快。实践证明,采用单一的防渗材料很难到达理想的防渗抗冻 效果和耐久性。近年来随着防渗膜料的开展,采用了复合材料 防渗的结构形式,即采用柔性膜料作为防渗层,主要起防渗作用。 在膜料防渗层上,再用混凝土等刚性材料或土料作保护层,保护 膜料不被外力所破坏,防止老化,延长工程寿命的作用。两种材 料互相扬长避短,显示了明显的经济技术性能,是目前渠道防渗 的开展趋势。其具有防渗效果好,其渗漏量是现浇混凝土防渗 的1/5,是预制混凝土板防渗的1/7O施工工期短,造价低。混 凝土板和膜料均可进行工厂化生产,对旧渠改建工程,在停水期 施工,工期短,不影响行水。混凝土保护层可以由防渗用的1014 c
20、m减薄至48 cm,从而降低了工程造价。抗冻胀性能好, 膜料防渗层可以保温,且防渗漏性能好,降低了渠基土的水分,从 而减轻的冻胀破坏。7.2.2 渠道防冻胀传统的水利渠道保温材料以珍珠岩、岩棉和膨胀蛭石与胶 结材料的混合物为主。近年来,高分子聚合物普遍被应用到保 温材料的制作和研究中,很大程度上提升了建筑工程的整体保 温效果。105聚苯乙烯泡沫保温板的应用考虑到混凝土板防冻胀的需要,本次防渗工程设计中考虑 使用聚苯乙烯泡沫保温板,保温防冻胀效果良好。聚苯乙烯泡 沫保温板的主要技术指标一般控制在:热导系数不大于 0.4W/(m.k),吸水率小于0.1L/m2,密度不小于20kg/m3o根据灌 区
21、的冻土深度,结合渠道走向等因素,在聚苯乙烯泡沫保温板的 厚度设置上,保温板铺设时,每块保温板要结合混凝土板的尺寸 定制,尽量减少保温板块数,更要防止现场切害山以减少浪费和提 高整体效果。7.2.3 渠道流量实时监测系统实行输配水渠道流量实时监测计量市开展节水型农业的重 要前提之一。目前,灌区普遍存在的问题是量水设施不配套, 量水精度不高,而现有的水工建筑物测流、量水设备测流、流 速仪测流及仪表装置测流等方法由于操作繁杂、价格昂贵及灌 区人员素质等原因难以在灌区普遍推广。农田输配水渠道流量实时监测实际上主要是对标准断面渠 道中的水深进行实时监测。水位传感器将监测到的水深信号通 过太阳能无线变送器
22、和GPRS网络传送到监控中心,在监控中 心由配套软件将水深信号转换成相应的实时流量,从而实现输 配水渠道流量的远程实时监测。渠道输水实时自动监测计量系统示意图1061)水位采集系统水位采集系统主要是通过安装在监测井中的水位传感器获 取渠道中的水位信息,并通过高程换算得到渠道中的水深。2)信号传输系统传感器将采集到的水深信号通过电缆送予信号无线变送器, 无线变送器将信息通过通用分组无线服务GPRS通讯网络传输 到远离测试点的监控中心。信息传输与网络系统数据GPRS采用网络与监控中心实时通讯,实现数据远程传输,为渠道流量 的远程实时监测提供了方便。3)供电系统、数据接收与处理一般情况下农田输配水渠
23、道流量监测地点附近很少有可供 直接使用的电源,最理想的供电方式就是利用太阳能为其供电。 太阳能供电系统包括太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池 及逆变器太阳能电池供电等四个局部,不需铺设电缆线路。7. 3合理化建议渠道防渗是诸多农田灌溉节水措施中最经济合理、技术可 行的节水措施之一,也是我国目前应用最广泛的节水工程技术 措施。近20年来,渠道防渗工程技术引起普遍重视并得到迅速 开展,在防渗材料、防渗断面结构形式和防治冻胀技术方面取 得了许多研究成果。目前,渠遮防渗由单一材料向复合材料、 由单一结构向复合经构和由以人工施工为主向机械化半机械化 方向开展。本次设计中,我公司做出如下合理化建议:(1
24、)粉煤灰是一种排放量大,分布范围广,能对环境造成严 重污染的电力工业废渣,假设仅采取堆积处置将会占用大量珍贵 的土地资源。粉煤灰的性质与原煤成份及其琢磨细度有较大的 关系,但就粉煤灰总体而言,具有颗粒细、密度小、级配均匀、 孔隙比大、视密度小的特点,其颗粒在显微镜下可观察到为中 空结构的颗粒。这些固有的特性,决定了粉煤灰与一般粘土、 砂土颗粒材料相比具有不同的特性。加入用少掺量HAS的固化粉煤灰,具有良好的抗压抗冻抗 渗性能,能满足渠道防渗工程技术规程中对水泥土的强度 要求,并且相比于水泥土有造价方面的优势,是一种相当好的渠 道防渗材料,可以在渠道防渗工程中取代水泥土。107将水泥土、固化粉煤
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