一、工程概况及工程目的
南山水库位于江西省南康市东山街办南山村老虎坑，坝址座落于章江水系二级支流老虎坑河，坝址距离南康市城区4km，地理位置东经114°44′，北纬25°38′。坝址以上控制集水面积1.2km2，坝址多年平均流量0.0293m3/s，多年平均径流量92.4万m3，多年平均径流深770mm。
南山水库是一座以应急供水为主，兼有城市日常生活供水等综合效益水利枢纽工程。根据水库的工程规模及其在国民经济中的作用，枢纽定为Ⅳ等工程。大坝、溢洪道、引水涵管等永久性建筑物为4级，临时建筑物为5级。
二、设计基本资料
(一)流域概况
南山水库位于南康市东山街办南山村老虎坑，坝址座落于章江水系二级支流老虎坑河，坝址以上控制集水面积1.2km2，主河长1.63km，河床平均坡降43‰，属山区性溪河。坝址以上流域呈扇形，右侧较宽，流向自南向北，流域内峰峦重叠，河谷狭窄，地形地貌为中低山丘陵区，植被良好。
(二)水文及气象特性
1.径流
（1）径流系列
由于坝址无实测径流资料，流域内也未曾设立水文测站，故本阶段坝址设计径流分析采用水文比拟法进行计算。径流分析选择樟斗水文站为设计参证站。坝址径流系列根据参证站实测径流系列（1982年～2006年）按流域面积比的一次方进行转换，但考虑到小流域的区域径流存在一定的差异，据本工程周边流域南康雨量站资料统计，南山水库多年平均降水量为1556.7mm，而樟斗站多年平均降水量为1608.8mm，两区域多年平均径流深也会有所差异，因此对径流系列经面积比换算后并加以雨量修正，由此可推求坝址历年径流系列。
（2）径流特性
本流域径流的年内、年际变化较大，径流系列中最大年平均流量为0.061m3/s(1984年),为多年平均流量的2.1倍,最小年平均流量为0.013m3/s(1991年)，为多年平均流量的44.8%，丰、枯水年年平均流量相差4.7倍。3～8月径流量占全年径流总量的71.9%，9月～次年2月的径流量仅占全年总量的28.1%，最大月平均流量0.066m3/s（5月），占该年径流总量的18.9%，最小月径流为0.0037m3/s（12月），占该年径流总量的1.06%。各月径流分配见表1。根据坝址径流特性，划分3月至次年2月为水文年，9月至次年2月为枯水期，由此可统计坝址水文年及枯水期径流系列。
表1 坝址各月径流分配表
|
月份 |
一 |
二 |
三 |
四 |
五 |
六 |
|
占年径流(%) |
2.81 |
4.27 |
8.86 |
11.0 |
18.8 |
17.6 |
|
|
|
月份 |
七 |
八 |
九 |
十 |
十一 |
十二 |
|
占年径流(%) |
10.6 |
8.9 |
6.4 |
4.55 |
3.57 |
2.66 |
（3）径流计算
根据坝址日历年1982年～2006年、水文年1982年3月～2006年2月、枯水期历年9～2月径流系列，分别进行频率计算，采用PⅢ型曲线适线法确定统计参数。坝址多年平均流量0.0293m3/s，多年平均径流量92.4万m3，多年平均径流深770mm。坝址径流计算成果见表2。
表2 南山水库坝址设计径流成果表
|
时段 |
均值 |
Cv |
Cs/Cv |
P（%） |
|
10 |
20 |
50 |
75 |
80 |
90 |
97 |
|
日历年 |
0.0292 |
0.44 |
2.5 |
0.0464 |
0.0388 |
0.0269 |
0.0198 |
0.0183 |
0.0150 |
0.0115 |
|
水文年 |
0.0293 |
0.44 |
2.5 |
0.0466 |
0.0389 |
0.0270 |
0.0198 |
0.0184 |
0.0150 |
0.0116 |
|
枯水期9-2月 |
0.0141 |
0.44 |
2.5 |
0.0224 |
0.0187 |
0.0130 |
0.0096 |
0.0084 |
0.00723 |
0.00557 |
由于工程坝址下游无实测水位流量资料，本阶段根据实测河道纵、横断面及河床比降等资料，采用水力学计算方法求得坝址水位流量关系。水面比降，根据本次实测确定；河床糙率则根据河床质组成，岸壁特性、水流流态等因素综合选定在0.055～0.06之间。水位流量关系见表3。
表3 水位流量关系成果表
|
Z(m) |
133 |
134 |
135 |
136 |
|
Q(m3/s) |
0 |
4.78 |
28 |
67.6 |
2.洪水
（1）洪水特性与成因分析
本流域的洪水主要由暴雨形成，洪水出现季节与暴雨发生季节相一致。洪水多出现在4～6月，其年最大洪水多出现在6月。由于流域内河床坡降较陡，集流时间短，洪水来势猛，涨落急剧，降水至洪峰出现时间一般为2～4h，一次洪水历时约为1d。
（2）洪水推求方法
南山水库地处章江水系二级支流老虎坑河，流域内无水文测站，因此本工程设计洪水计算采用暴雨资料来间接推求设计洪水，并假定暴雨和洪水的频率相同。采用江西省水文局编制刊印的《江西省暴雨洪水查算手册》（以下简称《手册》）提供的方法计算。根据《手册》的使用范围规定：结合我省具体情况，集水面积小于30km
2的流域，一般采用推理公式法计算设计洪水。本工程坝址以上集雨面积为1.2km
2，结合具体情况，本次洪水计算采用推理公式法推求坝址设计洪水过程线。
（3）坝址设计洪水
根据《手册》及有关规定采用推理公式法推求30年一遇设计洪水和300年一遇校核洪水过程线。通过调洪演算得到水库设计洪水位及校核洪水位。南山水库溢洪道为涵洞式无闸控制自由泄流，溢流堰净宽4m，为克－奥型堰型，水库调洪计算原则为当库水位高于正常蓄水位181.00m时，溢洪道自由泄洪。水库起调水位为181.00m。
3.泥 沙
流域内无实测泥沙资料，本次设计水库泥沙借用邻近水库泥沙淤积资料比拟估算。由于坝址无实测泥沙资料，而流域内植被良好，自然地理和下垫面与上犹江水库相似，所以，本阶段水库泥沙淤积参照上犹江水库实测泥沙资料用类比法估算，据上犹江水库多年实测泥沙淤积资料统计，多年平均淤积量为0.0124万m3/km2，水库使用年限按30年计，计算得水库泥沙淤积量约为0.446万m3，查库容曲线水库可能的淤积高程为146.50m。
4.气象
水库流域区属副热带季风气候区，春夏秋冬四季分明：春秋季短，夏冬季长；无霜期长。春秋时常寒暖交替，天气多变，常有阴雨低温天气出现。盛夏和秋伏，太平洋副高控制本流域，天气炎热干燥，有时受台风影响，出现台风雨或雷阵雨；冬季受西伯利亚冷高压控制，天气晴朗。本流域降水充沛，但在年际、年内分配极不均衡。据南康气象站多年资料统计，多年平均降水量 1556.7 mm,年最大降水量2083.9mm,年最小降水量914.9mm，多年平均气温19.2 ºC ，历年最高气温40.1 ºC ，历年最低气温-4.6 ºC ，多年平均蒸发量1288.1mm。多年平均风速18m/s，吹程1000m。
(三)工程地质
本区域内为构造剥蚀侵蚀低山丘陵地貌和河流冲积堆积地貌，章水总体流向自西南向东北，河道弯曲，河床宽度100～200m，地面高程一般在130～200m之间，山顶高程250～500m，山体走向蜿蜒曲折，山坡植被发育良好。
区域内出露地层岩性主要有震旦系上统变质岩、白垩系上统泥质粉砂层和第四系冲积层及残坡积层。
本区域地质构造发育，断裂构造以北东向为主，并发育有北西向构造。
据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）查得，区域内地震动峰值加速度小于0.05g，相应地震基本烈度小于6度。
区域内水文地质条件简单，地下水类型主要有第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水两种，前者在章水流域，水量较丰富，在南山水区内水量较贫乏，后者水量则相对较贫乏，两者均接受大气降水补给，短途径流，近源排泄，受季节性影响明显。
拟建坝址属低山丘陵剥蚀地貌。河谷呈不对称“V”型，河道较窄，宽约30m，河道弯曲，河床底高程为132.98～136.43m左右。坝址两岸山高体厚，大部分基岩裸露，左、右岸下部为I级阶地，地表为农田、庄稼地。坝区内未发现有大的崩塌、滑坡等不良物理地质现象，仅在右岸石英脉陡坎处有崩坍现象。
坝区出露地层有震旦系上统变质岩和第四系堆积层。
据区域地质资料，坝区地质构造主要受北东向构造影响，位于大余西华山至赣县王母渡断裂带附近。构造线走向主要为北东向，岩层受挤压较严重，该断裂带走向NE~NW，长约40~50km，碎裂岩充填，两侧有石英脉。坝址位于该断裂带下盘，受其影响，断裂构造比较发育，岩体较破碎，风化较深。坝区节理裂隙发育。
坝基第四系松散堆积层较薄，上部粉土质砂（砾）层，下部岩体为强风化震旦系变质砂岩夹板岩、砂质板岩，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙面大部分呈闭合~微张状，透水性较强。
地表水主要为河水，水质较清，对砼具有溶出型和一般酸性型中等腐蚀，地下水水质清澈，对砼具有一般酸性型和溶出型中等腐蚀。
左岸边坡为岩质边坡，坡度30～40°，呈强风化，岩性为变质砂岩夹板岩，局部覆盖薄层残坡积土，分布不连续，岩层倾向下游偏山体方向，无不利结构面及其组合，边坡基本稳定。
河床段宽度约30m，坝基表层为冲积层，冲积层厚度为0～5m，阶地土土质成分为粉土质砾，河床为砂砾土层。下部基岩岩性为震旦系变质砂岩夹砂质板岩，夹较多5～40cm厚度不等的石英岩脉，岩体节理裂隙比较发育，较破碎。岩层倾向下游，倾角陡，未发现较大缓倾角结构面，坝基岩体较稳定。河床上部强风化基岩为中等透水岩体；下部风化岩体为弱透水岩体。坝基存在渗漏问题，透水层厚度为25.1～25.8m。
右岸坝基出露基岩为震旦系变质砂岩夹板岩，坝基上部地表基岩出露，边坡下部为残坡积层，下部基岩岩性为变质砂岩夹板岩，夹较多5～40cm厚度不等的石英岩脉，其中高程149～157m左右夹一宽度为8m的石英脉，石英脉呈碎块、碎粒状，属软弱岩体，岩体内节理裂隙较发育，岩体较破碎。上部强风化层为中等透水地层。下部强风化岩体为弱透水层，存在渗漏问题。
(四)当地建筑材料
据料场调查，天然建筑材料其储量与质量均可满足工程设计要求。
土料场有：库内上游井孜头山沟土料场，运距约3km；井孜头山坡土料场，开采运输方便，运距约2.0km；老虎坑土料场，运距约1.5km；库区内老虎坑公路旁土料场，开采运输方便，运距约2.0km；库内公路旁土料场，运距约1.5km；横坑里料场，运距约3.0km；毛丛岭土料场，运距约1.5km；下涧土料场，运距约3.0km。
块石料场有：川坑石料场，运距12km；苏访贤石料场，运距11km。
砂砾石料场有：浮石砂砾石料场运距约13km，可根据工程需要购买使用；
龙岭砂砾石料场，运距约10km，可根据工程需要购买使用。
(五)交通条件
坝顶无重要交通要求。交通布置方面，进库公路利用现有左岸公路进行适当改建，上坝公路布置在坝址左岸。
(六)水库水位与库容关系曲线
南山水库水位面积、容积关系曲线系根据2008年6月实测1/1000库区地形图量算而得，成果如下表4。
表4 南山水库水位与面积、容积关系曲线
|
|
143.8 |
150 |
155 |
160 |
165 |
170 |
175 |
180 |
185 |
|
A(万m2) |
0 |
0.77 |
1.87 |
3.39 |
4.86 |
8.15 |
11.5 |
15.3 |
19.7 |
|
V(万m3) |
0 |
2.39 |
8.99 |
22.1 |
42.7 |
75.2 |
124 |
191 |
279 |
(七)工程效益
水库正常蓄水位181m，库容为207万m3。南山水库建成后将是一座以应急供水为主，兼有城市日常生活供水等综合效益的水利枢纽工程，水库设计水平年2010年，以满足城区18.5万人规模应急供水为要求；水库规划水平年为2020年，以满足城区30万人规模应急供水为要求。
(八)水库规划及建筑特性指标
表5 工 程 特 性 表
|
序号 |
名 称 |
单位 |
数 量 |
备 注 |
|
一 |
水 文 |
|
|
|
|
1 |
坝址以上流域面积 |
km2 |
1.2 |
|
|
2 |
多年平均年径流量 |
万m3 |
92.4 |
|
|
3 |
代表性流量 |
|
|
|
|
|
正常运用(设计)洪水标准及流量 |
m3/s |
24.8 |
P=3.33% |
|
|
非常运用(校核)洪水标准及流量 |
m3/s |
37.3 |
P=0.333% |
|
|
施工导流标准及流量(P=20%) |
m3/s |
0.56 |
10～2月 |
|
|
施工度汛标准及流量(P=10%) |
m3/s |
18.9 |
全年 |
|
4 |
泥 沙 |
|
|
|
|
|
多年平均淤积量 |
万t |
0.446 |
估算 |
|
二 |
水 库 |
|
|
|
|
1 |
水库水位 |
|
|
|
|
|
校核洪水位(P=0.333%) |
m |
|
|
|
|
设计洪水位(P=3.33%) |
m |
|
|
|
|
正常蓄水位 |
m |
181.00 |
|
|
|
供水死水位 |
m |
150.00 |
|
|
|
泥沙淤积高程 |
|
146.50 |
|
|
2 |
水库容积 |
|
|
|
|
|
总库容(校核洪水位以下库容) |
万m3 |
226 |
|
|
|
正常蓄水位以下库容 |
万m3 |
207 |
|
|
|
调节库容 |
万m3 |
204.61 |
|
|
|
供水死库容 |
万m3 |
2.39 |
|
|
3 |
调节特性 |
|
|
年调节 |
|
三 |
下泄流量及相应下游水位 |
|
|
|
|
1 |
设计洪水位时最大泄量 |
m3/s |
|
|
|
|
相应下游水位 |
m |
|
|
|
2 |
校核洪水位时最大泄量 |
m3/s |
|
|
|
|
相应下游水位 |
m |
|
|
表6 坝基岩石（体）物理力学指标建议值表
 岩石风化级别 项 力
目 学
指
标 |
变质砂岩夹板岩、砂质板岩 |
|
全风化 |
强风化板岩 |
强风化砂岩夹砂质板岩 |
弱风化砂岩 |
|
容重（KN/m3） |
|
22.5 |
23 |
24～25 |
|
饱和抗压强度(MPa) |
|
6～7 |
8～10 |
30～40 |
|
弹性模量(Gpa) |
|
0.4～0.7 |
0.6～0.8 |
3～4 |
|
抗剪断
强度(岩体) |
ƒ′ |
|
0.45 |
0.50 |
0.55~0.6 |
|
C′(MPa) |
|
0.07 |
0.08 |
0.25 |
|
砼/基岩抗
剪(断)强度 |
ƒ |
|
0.40 |
0.45 |
0.55 |
|
ƒ′ |
|
0.45 |
0.55 |
0.65 |
|
C′(MPa) |
|
0.07 |
0.09 |
0.25 |
|
泊松比 |
|
0.40 |
0.35 |
0.28 |
|
承载力标准值ƒk（KPa） |
200 |
400 |
450 |
1000 |
表7 大坝各区渗透系数建议采用值表
|
部位 |
上游坝壳土 |
下游坝壳土 |
心墙土 |
排水棱体 |
|
渗透系数 |
2.28×10-4cm/s |
4.330×10-4cm/s |
6.0×10-6cm/s |
2.0×10-1cm/s |
|
|
|
部位 |
帷幕防渗体 |
坝基 |
|
|
|
渗透系数 |
1.0×10-6cm/s |
3.0×10-4cm/s |
|
|
表8 各土层分区物理力学参数建议值表
|
土 层
分 区
参数指标 |
上游坝壳土 |
下游坝壳土 |
心墙土 |
排水棱体 |
帷幕防渗体 |
坝基 |
|
天然容重（g/cm3） |
1.99 |
2.0 |
1.95 |
1.75 |
2.35 |
2.3 |
|
饱和容重（g/cm3） |
2.1 |
2.11 |
2.05 |
1.79 |
2.5 |
2.4 |
|
总应力
指标 |
粘聚力  （kPa） |
10.8 |
8.1 |
18.1 |
0 |
150 |
90 |
内摩擦角  （°） |
23.5 |
25 |
19 |
32 |
40 |
29 |
|
有效应力
指标 |
粘聚力  （kPa） |
8.8 |
6.1 |
16.85 |
0 |
150 |
90 |
内摩擦角  （°） |
25.5 |
27 |
20.95 |
32 |
40 |
29 |
(九)坝址地形图、地质图(见附件一)
(十)其它
施工期下游无供水要求，无须考虑通航、过木问题。
三、设计任务和基本要求：
(一)设计任务：
1.确定工程等别、建筑物级别及洪水标准。
2.进行水文分析计算，确定坝址处设计洪水、校核洪水流量及过程线。
3.根据地形地质、建筑材料、施工条件和枢纽建筑物的作用等进行坝轴线、坝型的选择，枢纽布置方案比较通过初步分析确定。绘制枢纽平面布置图。
4.进行大坝坝体设计，内容包括：确定断面型式，断面尺寸的拟定、各区筑坝材料选择和填筑要求、大坝渗流计算分析和大坝坝坡稳定计算分析等，并绘制设计图纸。
5.进行溢流道设计，内容包括：确定溢洪道布置位置、采用型式和拟定溢洪道各部分尺寸等，以及溢洪道水力计算、堰体稳定计算、消力池设计，并绘制设计图。
6.进行地基处理设计，主要为渗流控制设计，并绘制设计图。
7.进行大坝安全监测设计。包括监测项目、监测方法选择与监测设施布置，以及监测设施的设计等。
8.投资估算。
(二)基本要求：
1、设计者必须发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务，在设计中应遵循技术规范，尽量采用国内外的先进技术与经验。
2、设计者对待设计计算绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平。绘图要求布置合理、工艺性好、表达完整清晰，符合GB规定，体现CAD绘图能力。
3、设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定的时间内圆满完成要求的设计内容，成果包括：设计说明书、计算书各一份、设计图纸4～5张。
