三河口碾压混凝土拱坝设计及坝体工程量计算

毕业设计（论文）题目三河口碾压混凝土拱坝设计及坝体工程量计算专业水利水电工程班级工102学生指导教师义2014年三河口碾压混凝土拱坝设计及坝体工程量计算摘要三河口水利枢纽位于子午河中游，是引汉济渭工程重要水源之一。兼供水和防洪功能的水利枢纽工程。本设计通过对三河口水利枢纽各坝址的比较，确定坝轴线及枢纽布置方案，进而进行枢纽的设计，包括调洪演算、大坝设计、细部构造设计以及地基处理、坝体工程量计算等，其中调洪演算中运用双辅助线方法计。三河口水利枢纽工程等别为二等，500年一遇洪水作为设计洪水，2000年一遇洪水作为校核洪水。枢纽永久性建筑物等级为一级，在本次设计中为碾压混凝土拱坝，最大坝高138M。在大坝设计中重点完成三种拱圈的布置，包括单圆心拱圈布置、三圆心拱圈布置、抛物线拱圈布置。选取单圆心拱圈拱坝进行细部构造设计以及地基处理、坝体工程量计算中。泄水方式选择坝身泄水，泄水建筑物布置方案选择表孔底孔方案。本次设计在李守义老师的指导下，我达到了毕业设计的目标。我完成了枢纽建筑物的布置，拱坝各种拱圈的布置以及泄水建筑物设计，拓展了我的专业知识。本次设计对以后的工作有很大帮助。关键字碾压混凝土拱坝；枢纽布置；三河口水利枢纽；单圆心拱圈；三圆心拱圈；抛物线拱圈。THEDESIGNOFSANHEKOURCCARCHDAMANDDAMENGINEERINGCALCULATIONABSTRACTSANHEKOUHYDROPROJECTLOCATEDINTHEMIDDLEREACHESOFZIWURIVERISONEOFTHEIMPORTANTWATERSOURCESOFTHEPROJECTTODIVERTWATERFROMHANRIVERTOWEIRIVERTHEMAINUSEOFTHISPROJECTISPROVIDINGWATER,CONTROLLINGFLOODANDSOONCOMPARINGDIFFERENTDAMSITESOFSANHEKOUHYDROPROJECT,THISPAPERCONFIRMSTHEPOSITIONOFDAMAXISANDTHEBLUEPRINTOFTHELAYOUTOFHYDROPROJECT,THENDESIGNSTHEHINGE,SUCHASFLOODROUTING,DAMBODY,DETAILSTRUCTURE,TREATMENTOFDAMFOUNDATIONANDDAMENGINEERINGCALCULATIONSANHEKOUHYDROPROJECTISINTHE2NDREGULATION,WHOSEFLOODCONTROLSTANDARDIS500YEARFLOODFORDESIGNAND2000YEARFLOODFORCHECKTHEPERMANENTBUILDINGOFTHISPROJECT,ATTHE1STGRADE,ISANRCCARCHDAM,WHICHISOFTHEHEIGHTOF138MISELECTEDTHESINGLECENTERARCHDAMFORDETAILSTRUCTUREDESIGN,FOUNDATIONTREATMENTANDTHEENGINEERINGCALCULATIONISELECTEDDAMBODYDISCHARGEMODEASDISCHARGEMODE,SELECTEDTABLEHOLEBOTTOMSCHEMEASTHELAYOUTSCHEMEOFDISCHARGESTRUCTUREINTHEDESIGNPROCESSOFTHEDAM,ICOMPLETEDTHELAYOUTOFTHREEKINDSOFARCHDAM,INCLUDINGTHELAYOUTOFSINGLECENTERARCHDAM,THELAYOUTOFTHREECENTERSARCHDAM,THELAYOUTOFPARABOLICARCHDAMUNDERTHEGUIDANCEOFMYPROFESSOR,LISHOUYI,IHAVEACCOMPLISHEDTHEGOALOFTHEDESIGNBROADINGMYPROFESSIONALFIELD,IHAVECOMPLETEDTHELAYOUTOFBUILDINGS,THELAYOUTOFVARIOUSKINDSOFARCHDAMSANDTHEDESIGNOFBUILDINGSFORWATERLEAKAGETHISEXPERIENCEMUSTDOGOODTOMYCAREERKEYWORDSROLLERCOMPACTEDCONCRETEARCHDAMLAYOUTOFHYDROPROJECTSANHEKOUHYDROPROJECTSINGLECENTERARCHTHERECENTERSARCHPARABOLICARCH目录第1章工程基本资料111工程概况112水文气象1121流域概况1122水文资料21221径流21222洪水3123坝址水位与流量关系曲线5124泥沙6125气象613工程地质7131区域地质概况7132水库区工程地质条件7133坝址工程地质条件81331上坝址工程地质条件81332下坝址工程地质条件91333天然建筑材料11134地质结论1114工程规模12141水库库容曲线12142水库死水位确定121421泥沙淤积对死水位的影响121422满足调水任务要求的死水位13143正常蓄水位确定15第2章调洪计算1821底孔规模及死库容确定1822兴利库容确定1823泄洪方案的选择19231可能调洪方案19232方案选择1924调洪计算20241调洪原理20242调洪演算21第3章枢纽布置2831坝址选择2832坝轴线选择2933坝型选择30331混凝土面板堆石坝方案30332碾压混凝土重力坝方案32333碾压混凝土拱坝方案3334枢纽布置34第4章拱坝设计3641拱坝体型布置36411等厚单圆心拱圈布置36412等厚抛物线拱圈布置44413等厚三圆心拱圈布置48第5章泄水建筑物设计5251表孔设计5252底孔设计5453消能防冲计算56531表孔挑流消能水面线的计算56532挑流消能水力要素的计算57第6章构造设计6061坝顶构造6062廊道设计6063排水系统6064诱导缝构造6165护坦设计61第7章地基处理6271地基开挖与清理6272帷幕灌浆与固结灌浆62721帷幕灌浆62722固结灌浆63第8章坝体工程量计算64第9章设计成果总结66致谢67参考文献68第1章工程基本资料11工程概况三河口水利枢纽地处佛坪县与宁陕县交界的子午河中游狭谷段，坝址位于佛坪县大河坝乡三河口村下游约2KM处，北距佛坪县城35KM，东距宁陕县城45KM，南距石泉县城49KM，西距洋县县城50KM。工程区对外交通方便，西岔河宁陕县两河口公路由坝址右岸通过，其北接108国道，南连210国道，是对外交通干线，椒溪河和蒲河均有公路可达库尾。西安至汉中高速公路在坝址下游约4KM的大河坝乡通过，并设有出入口。水库坝址以上多年平均径流量865108M3。整个河段地处秦岭山区，人口、耕地不多，区内无工业用水要求，只有少量的农村生活和灌溉用水需要。截至目前，流域内无大中型水利水电设施，人类活动影响较小。规划的三河口水利枢纽坝址以下河段有十余条常流水的支流汇入，多年平均自产水量超过3108M3，能满足其用水需求。本次设计的枢纽布置方案三河口水利枢纽主要由挡水建筑物、泄水建筑物、放空建筑物及放水建筑物组成。挡水建筑物选用碾压式混凝土双曲拱坝，等厚单圆心水平拱圈，布置在上坝址；泄水建筑物选用表孔泄水，表孔对称于拱冠梁，放空建筑物选用底孔，位于左右岸非溢流坝段12。12水文气象121流域概况子午河系汉江北岸的一级支流，上游由汶水河、蒲河、椒溪河汇合而成。主源汶水河发源于宁陕、周至、户县交界的秦岭南麓，由东北向西南流经宁陕县境内，在宁陕与佛坪交界处汇入蒲河、椒溪河后称子午河，汇合口以下河流由北流向南，于石泉县三华石乡白沙渡附近入汉江。子午河全长161KM，流域面积3010KM2，河道平均比降544，流域呈扇形。上游汶水河长106KM，流域面积1094KM2，河道比降93；椒溪河长70KM，流域面积596KM2，河道比降187；蒲河长58KM，流域面积496KM2，河道比降266。子午河流域地形北高南低，中上游为高中山区，人烟稀少，森林茂密；下游为低山河谷区，人口相对集中，除农耕田外，多为灌木杂草覆盖。八十年代后，由于经济的发展，佛坪县城附近局部林木遭到破坏，水土流失有所增加。流域内无大中型水利水保设施，人类活动影响较小，河流含沙量小，水质良好。三河口水库坝址位于子午河三河口以下约2KM处，坝址以上河长106KM，控制流域面积2186KM2，占全流域的726，坝址处河床高程525M（黄海）。122水文资料子午河系汉江北岸的一级支流，干流上设有两河口水文站，控制流域面积2816KM2，与子午河相邻的酉水河流域设有酉水街水文站，控制流域面积911KM2，同为汉江北岸一级支流的湑水河设有升仙村水文站，控制流域面积2143KM2。子午河流域还设有四亩地、钢铁、筒车湾、龙草坪、火地塘、十亩地、新厂街、菜子坪、黄草坪、兴坪等雨量站。上述水文站、雨量站有50年以上的水位、流量、泥沙、降水、蒸发等整编资料，满足本工程水文分析计算要求。1221径流三河口水库坝址以上控制流域面积2186KM2，占子午河全流域的726，多年平均降雨量886MM。坝址的年径流是将两河口水文站年径流按面积比拟法采用降雨修正计算得到。考虑与引汉济渭工程另一水源汉江干流黄金峡坝址径流系列同步，利用邻近流域径流资料将两河口站径流资料插补延长，插补延长后径流资料系列年限为19542005年，共51年。计算得到三河口水库坝址处多年平均径流量为865亿M3。1222洪水子午河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性决定着洪水特性。该河的洪水最早出现在4月，11月由于受霖雨的影响，亦有洪水发生。年最大洪水一般出现在610月，洪水具有峰高、量大的特点，峰型多呈单峰，双峰和复峰相对较少，一次洪水过程约46天，主峰历时24天。据两河口站实测资料统计，年最大洪水出现在6月的机率占769，79月占770，10月占128，11月占256；峰型为单峰的占667，双峰和复峰占333；实测洪水最大洪峰流量6270M3/S，最大24小时、72小时洪量分别为2418亿M3和3344亿M3。根据洪水调查访问情况及有关资料分析，考虑安全起见，本次将2002年洪水的重现期定为100年。（1）三河口水库坝址洪水根据两河口站成果采用面积比拟法计算，面积比指数洪峰流量取2/3，洪量取1。计算结果见表11。表11三河口水库坝址不同频率洪峰流量、时段洪量计算成果表P（）洪水特征量0020050102051251020QM（996886799713601517435328248173M3/S）0000000000W24（亿M3）4852433239363540309226322243173913580986W72（亿M3）6296569852484798420037423276266321971716（2）设计洪水过程线采用典型洪水过程按同频率放大的方法计算。典型洪水过程选择1983年7月21日洪水过程，洪水过程线见表12。表12三河口水库坝址典型洪水过程线单位M3/S月日时分流量月日时分流量7210047272118011741036181901083203906200105130379621010214042312209885042712309596043187220093370426510902803902208789034063085210029614082911025275080912022906079013018767077314017238075415015509074216014341007251701276110705（3）施工洪水根据子午河的洪水特性和施工组织设计的要求，将全年划分两个期汛期610月和非汛期115月，汛期610月洪水采用年最大洪水计算成果，在此只计算115月洪水。设计依据站两河口水文站系列年限19632005年37年（其中缺19771980年）洪峰流量选样采用年最大值法按跨期510日的原则。计算方法同年最大洪水计算，计算结果见表13。表13三河口水库坝址分期设计洪水计算成果表单位M3/S123坝址水位与流量关系曲线三河口水库上坝址下游220M处，水位流量关系采用满宁公式QR2/3J1/2A/N计算。式中Q流量（M3/S）N河道糙率R水力半径（M）J水力坡度A过水断面面积（M2）P分期002005020523351020115月1720156013101150890810720580440公式中参数确定如下计算断面采用我院测量队2007年3月实测纵、横断面；水面比降根据河道比降、水边比降，2002年6月9日大洪水比降综合分析，采用2002年6月9日大洪水比降，其值为283。河道糙率根据上坝址下游河道及两岸情况，坝址处的糙率采用0038。将上述参数代入满宁公式，计算得到三河口水库上坝址下游220M处河道断面的水位流量关系见表14。表14三河口水库坝址下游水位流量关系曲线表124泥沙据两河口水文站19642005年38年实测悬移质输沙量资料统计，多年平均悬移质输沙量548万T，三河口水库坝址悬移质输沙量按面积比拟法计算为425万T。子午河及邻近流域无推移质观测资料，故水库坝址处的推移质可按一般山区河流推移质与悬移质的比例上限03估算，则水库坝址处推移质的多年平均输沙量为128万T，其多年平均天然输沙量为553万T。水位（M）525527529531533流量（M3/S）0623127619622765水位（M）535537539540流量（M3/S）3643478265227653125气象子午河流域属北亚热带湿润、半湿润气候区，四季分明，夏无酷热，冬无严寒，春季气温上升较快、间有“倒春寒”，秋凉湿润多连阴雨。三河口水库坝址附近无气象观测资料，气象特性用宁陕县气象站实测资料来说明。据宁陕县气象资料统计，多年平均气温123，一月最低，平均21，七月最高，平均259，极端最高气温374，最低气温164；多年平均降水量901MM，降水主要集中在汛期，510月降水量占全年降水量的844。多年平均蒸发量1213MM，多年平均风速12M/S，最多风向SSW，多年平均最大风速87M/S，最大风速123M/S，风向NE。土层冻结期为11月到次年3月，最大冻土深度13CM。库底水温6，水表面年平均水温142，表面水温年变幅140。13工程地质131区域地质概况工程区位于秦岭中段、汉江以北的中低山区，区内地层岩性分布有片岩、片麻岩、结晶灰岩、大理岩、硅质板岩、花岗岩，还有下第三系砂岩、砂砾岩和第四系松散岩层。工程区地质构造属相对稳定地区，工程区地震动峰值加速度为0062G，地震动反应谱特征周期为053S，相应的地震基本烈度为度。100年超越概率2进行抗震设计时，地震动峰值加速度为0146G，地震动反应谱特征周期为057S，相应地震烈度为度。132水库区工程地质条件水库区断裂构造较发育，可溶岩主要为大理岩及结晶灰岩，岩溶形态多以溶隙、溶孔为主，溶洞甚少，连通性差，对水库蓄水无明显的影响。库区不良物理地质现象主要为滑坡和崩塌体，崩塌体一般低于正常库水位，岸坡局部零星存在危岩体，分布高程一般低于700M，规模较小。库区周边山体雄厚，岩体完整，透水性较弱，没有与外界连通的沟谷凹地。两岸地下水出露高程高于正常蓄水位643M。库区不存在永久性渗漏问题。库区基岩岸坡整体基本稳定，水库蓄水后局部陡坡地段和不稳定岩体有可能出现小规模崩塌，土质边坡存在局部小量塌岸问题，但对水库工程无大的影响。库区无可开采的矿产资源及文物分布，水库蓄水后，将淹没两岸的部分耕地和公路，淹没区不存在浸没问题。库区岸坡以基岩边坡为主，植被覆盖率较高，水土流失程度较低，水库淤积量很少，对水库的使用寿命影响甚微。水库区不具备水库诱发地震的基本条件。133坝址工程地质条件1331上坝址工程地质条件上坝址位于佛坪县大河坝乡以北约35KM的子午河峡谷段，该河段河谷呈“V”型发育，两岸地形较为对称，山体雄厚，坝轴线位置河谷底宽约90M，河床高程525M，坝顶处河谷宽约327M。坝址区阶地不发育，两岸残留二级基座阶地，阶地地层上部为12M厚壤土，下部为卵砾石层。上坝址出露的地层岩性（1）第四系松散堆积物坡积、崩积堆积层，分布于两岸斜坡表层低凹处及坡脚，厚度一般15M。河床砂卵石层厚度6572M，河谷中心最大厚度11M。渗透系数约K92M/D，属强透水层。（2）志留系下统梅子亚组变质砂岩段（SMSS）岩性以变质砂岩、结晶灰岩、大理岩及印支期侵入花岗伟晶岩脉。大理岩及结晶灰岩为可溶岩，与非可溶岩变质砂岩呈互层状分布。出露宽度大理岩一般2030M，结晶灰岩一般3560M，未发现可溶岩地层中有明显的溶洞及落水洞，岩溶类型特征以溶蚀裂隙为主。根据现有的勘探资料，初步分析认为上坝址区可溶岩地层中岩溶发育程度轻微，连通性差，对工程无较大影响。在坝轴线下游右岸80M，左岸70M发育一小型倾伏背斜构造，轴向约315，与河流方向近垂直，背斜轴部发育纵向剪性裂隙及横向张性裂隙。上坝址岩层走向310330，倾向SW，倾角5070，岩性倾向下游；坝轴线下游80M以外岩层受褶曲影响，产状为310330，倾向NE，倾角4565，岩层倾向上游。坝址处河床基础及两岸边坡主要由变质砂岩、结晶灰岩、大理岩组成，夹少量伟晶岩脉。强风化带厚度一般8175M（水平），弱风化带厚度一般1220M（水平）。坝址区发育的断层主要为F13、F14、F15、F16、F43、F44、F45，力学性质以压性及压扭性为主，断层破碎带宽度一般30150CM，对工程有一定的影响。其中距离坝轴线较近的有F44、F45。坝区发育4组裂隙，除第一组裂隙走向与河流走向基本平行外，其余各组裂隙走向与河流呈大角度相交。裂隙倾角大于65，裂隙宽13MM，多闭合，延伸较长一般大于510M。无结构面组合及滑移条件。坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布于河床及漫滩的砂卵石层中，基岩裂隙水主要分布于河谷两岸基岩裂隙中。都是受降雨补给，孔隙潜水向河流排泄，基岩裂隙水以下降泉的形式补给河水。河水和地下水对砼无腐蚀性45。1332下坝址工程地质条件下坝址位于大河坝乡上游约1KM处的子午河峡谷段，河谷呈“V”字型发育，两岸基岩边坡陡峻，自然边坡4065。坝轴线位置河谷底宽约100M，河床高程514518M，坝顶处河谷宽约340M。坝址区阶地不发育，两岸残留三、四级基座阶地，阶地地层上部为12M厚壤土，下部为卵砾石层。坝址区出露的地层岩性主要为奥陶系上统斑鸠关组（OS）硅质板岩、硅质岩及二云石英片岩，及覆于其上第四系松散堆积层。河床及漫滩部分布的中粗砂层、卵石层厚度一般为3588M，最大厚度155M。下坝址附近的4滑坡规模较大，估算体积约37万M3，距下坝址轴线上游左岸约450M，约1/3方量位于正常蓄水位643M以上，自然状况条件下边坡稳定，蓄水后存在局部失稳的可能，对下坝址建筑物有一定影响。下坝址位于近东西向倾伏背斜构造的核部，地层南倾，倾角5580。河谷与岩层走向夹角为4070，属斜向谷。在区域南北向挤压应力作用和山体隆起作用下，地层发育较多的逆冲断层和小型褶皱变形现象。坝址处硅质岩、硅质板岩岩层产状陡倾，岩体坚硬，卸荷裂隙两岸发育，水平厚度一般为316M，受高倾角构造裂隙切割，易产生崩塌。右坝肩高程560M以下，受一组产状为33040的夹泥断层控制，与其垂直的裂隙组合构成侧向切割面，形成不稳定岩体，厚度为510M，呈倒三角形分布，初步估算方量为4200M3，易塌落掉块，蓄水后稳定性极差。坝址区断裂以小断裂为主，主要沿层面发育。坝址区发育较大的断裂有F1、F2、F3、F5、F6等5条。由于F1F5距坝轴线较远，对工程影响小。坝区发育小断层22条，主要沿岩层面发育。小断层对工程影响主要是与裂隙的不利组合，对坝肩局部产生不稳定块体。坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积孔隙潜水和基岩裂隙潜水。潜水主要接受降水补给，河谷两岸地下水补给地表水。坝址区强风化带厚度左岸3135M，右岸17M；弱风化带厚度左岸426M，右岸2126M。河床无强风化层，弱风化厚度57M。组成坝基的主要岩石为弱风化硅质板岩、硅质岩。弱风化硅质板岩，饱和抗压强度RB6323MPA，纵波速度VP3600M/S；微风化硅质板岩，饱和抗压强度RB1168MPA，纵波速度VP4200M/S。1333天然建筑材料本阶段初步选择了五个砂砾料场、两个土料场和两个石料场。根据勘探试验结果，其质量和储量均可满足要求，各料场均有公路相通，开采运输方便。134地质结论从地形、地质条件上综合比较认为坝址区不存在对工程影响较大的区域性断裂分布，两岸边坡稳定，地质构造相对稳定，出露的岩石属硬质岩类，坝基岩体质量分级为类为主，具有建高坝的地形、地质条件。水库回水区库盆周边山体雄厚，地形封闭，岩溶不发育，河谷两岸地下水高于水库正常蓄水位6430M高程，因此，水库蓄水后不存在永久性渗漏问题。水库基岩岸坡约占70以上，整体基本稳定，工程区内没有发现大型滑坡和不稳定岩体。土质岸坡水库蓄水后存在塌岸问题，但塌岸宽度、规模较小，对水库影响不大。上坝址河谷顺直，两岸地形完整，岸坡基本对称。下坝址两岸沟谷较发育，地形起伏较破碎，地层陡倾，存在崩塌、卸荷现象，风化较深，坝基中小型溶蚀带发育，近坝区存在蓄水后可能失稳的滑坡体。本阶段根据工程区的地形、地质条件和天然建筑材料分布情况，以及对坝基岩体工程地质条件分析，从地质角度看上坝址地质条件优越。14工程规模根据防洪标准（GB5020194）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，确定水库枢纽工程等别为等，工程规模为大（2）型，其永久泄水建筑物按2级标准设计，拦河坝等主要建筑物正常运用的设计洪水标准为500年一遇，非常运用的校核洪水标准为2000年一遇。141水库库容曲线根据2004年测绘的三河口水库15000地形图对初选的三河口水库坝址进行水位高程与水库库容、水位与面积计算。天然情况的水位与库容、水位与面积关系见图41。142水库死水位确定本阶段在满足三河口向金盆水库重力自流输水的原则下，综合考虑泥沙淤积与满足调水任务要求，初步选定水库的死水位。1421泥沙淤积对死水位的影响根据三河口水库坝址泥沙淤积量的计算，多年平均悬移质输沙量为425万T，容重按13T/M3，合326万M3；推移质的多年平均输沙量为1275万T，容重按15T/M3，合85万M3。则水库坝址多年平均天然输沙量为553万T，合412万M3。根据地质资料，三河口水库坍岸量为385万M3，滑坡量为1093万M3，本阶段按坍岸量与滑坡量全落到库区内计算，其值为1478万M3。引黄金峡水入三河口工程，在引水的同时，也引入部分沙量。本阶段按黄金峡断面多年平均含沙量0812KG/M3计算，多年平均引黄金峡断面水量为1025亿M3，则多年平均引入三河口的沙量为832万T，容重按13T/M3估算，合64万M3。根据三河口水库工程淤积形态分析计算结果，水库库区的淤积形态为典型的三角洲淤积形态。水库若按100年运用、泥沙与坍岸量、滑坡量全落到库区内，则坝前淤积滩面高程为5877M。淤沙浮容重为8KN/M3，内摩擦角为14。1422满足调水任务要求的死水位按照设计水平年2030年三河口水库的运行方式和调节原则，在三河口水库正常蓄水位6430M、汛限水位6410M情况下，按照拟定的560M、575M、588M、600M四个死水位方案进行复核，分别为方案、方案、方案，进行满足2030水平年供水任务要求的调节计算，不同死水位的三河口水库规模方案调节结果对比结果见表15。表15不同死水位的三河口水库规模方案对比结果表项目单位方案方案方案方案黄金峡抽水流量M3/S75757575黄金峡水库正常蓄水位M450黄金峡水库死水位M440黄金峡水库调节库容亿M309192黄金峡供水量（黄金峡断面）亿M397097970970黄金峡供水量（三河口断面）M3/S955955956955三河口水库供水量亿M3549549549548供水量合计亿M31507150715051505供水时段保证率955995549505945受限最大调水量亿M31561156115611561三河口水库正常蓄水位M643643643643三河口汛期限制水位M641641641641三河口水库死水位M560575588600三河口水库调节库容亿M3645606553484三河口水库多年平均蒸发、渗漏量亿M3030031031033三河口水库弃水量亿M3014014014014三河口水库多年平均下泄水量亿M3219219219219三河口水库库容系数350329300263三河口水库蓄满率314314314333多年平均开采量亿M34143414341434143最小年开采量亿M30208020802920292受水区地下水最大年开采量亿M38728888492059539从表42可以看出，在黄金峡抽水流量75M3/S情况下，方案、方案和方案的供水量均能达到150亿M3；方案、方案、方案供水保证率分别为均能达到95的要求；方案的供水保证率为945，不能达到95的要求。方案、方案、方案三河口的调蓄库容随着死水位的升高逐步递减，而受水区地下水最大年开采量呈递增态势，这说明适当增加三河口的调蓄库容可以有效降低受水对象最枯年份地下水的开采过程线。死水位在不增加工程投资情况下，死水位相对最优方案为560M方案，较优方案为575M方案。考虑受水区与调水区水资源调度运行的边界条件，本阶段死水位推荐三河口水库工程规模正常蓄水位643M、汛限水位641M；死水位588M为代表水位方案。143正常蓄水位确定根据三河口水库的地形、地质条件，库区岩体比较完整，无大的断裂构造，具有建造高坝大库的条件。西安汉中高速公路从库区通过，高速公路路基点最低高程为6430M。按照三河口水库的运行方式和调节原则，在死水位为5880M时，初选6390M、6410M、6430M（汛限水位6410M）、6430M四个蓄水位方案，分别为方案、方案、方案、方案进行比较，其调节结果见表43。从计算结果表43可以看出（1）从满足工程开发任务来看，方案、方案水库均按多年调节运行，均能满足下游河道生态基流的要求，给受水区工业及城乡生活多年平均供水量均少于150亿M3、供水保证率分别为9407、9467，不满足受水区工业及城乡生活多年平均供水量150亿M3、供水保证率不低于95的要求，三河口水库规模偏小，不满足工程任务；方案与方案多年平均供水量分别为1505亿M3、1506亿M3、供水保证率分别为9505、9505，均满足工程任务的要求，但是方案淹没影响较大。因此，方案方案规模适中。（2）从供水量来增量来看，在汛限水位641M方案情况下，从正常蓄水位641M增加到正常蓄水位643M，供水量增量为002亿M3；在正常蓄水位643M方案情况下，从汛限水位641M增加到汛限水位643M，供水量增量仅为001亿M3。在满足设计水平年2030年在满足调水任务情况下，以汛期水位641M、正常蓄水位643M的供水量梯度较大。综上分析，在满足下游河道生态基流的情况下，从满足工程开发任务、水库供水量、供水保证率来看，以汛期水位641M、正常蓄水位6430M较优。表16引黄金峡水量三河口水库不同正常蓄水位方案调节结果表方案项目单位坝址多年平均径流亿M3865865865865初拟正常蓄水位M639641643643汛限水位M639641641643死水位M588588588588调节库容亿M34901520655345534三河口水库工程调节库容增量亿M3030503280引水流量（黄金峡断面）M3/S75黄金峡水库正常蓄水位M450黄金峡水库死水位M440引黄金峡入三河口水库黄金峡水库调节库容亿M309192多年平均开采量亿M34143414341434143受水区地最小年开采量亿M30369029802920292下水最大年开采量亿M38561894292059205水库下游河道生态基流亿M3085085085085多年平均供水量不少于亿M315151515工程供水要求受水对象需水要求供水保证率不低于95959595水库下游河道基流亿M3085085085085多年平均供水量亿M31499150315051506保证率95供水量亿M31464147314791479三河口多年平均供水量亿M3542544544545黄金峡多年平均供水量（三河口断面）亿M3957959961961工程满足情况给受水对象供水供水保证率9407946795059505工业及城乡生活供水量增量亿M3004002001三河口多年平均水库弃水量亿M3016014014014三河口多年平均水库下泄水量亿M3219219219219三河口多年平均蒸发、渗漏量亿M3029030031031三河口库容系数267283300301三河口水库蓄满率412333314314第2章调洪计算21底孔规模及死库容确定考虑水库排沙和意外情况下泄洪的需要，设计中要考虑底孔的设计。通过计算水库的淤积以及考虑排沙要求，为了保证设计洪水时宣泄通畅，选取底孔进口中心线高程为577M,孔口尺寸按要求确定为6M9M。根据三河口水库工程淤积形态分析计算结果，水库库区的淤积形态为典型的三角洲淤积形态。水库若按100年运用、泥沙与坍岸量、滑坡量全落到库区内，则坝前淤积滩面高程为5877M，因此，选取死水位为588M，相应死库容为11500104M3。22兴利库容确定根据三河口水库的地形、地质条件，库区岩体比较完整，无大的断裂构造，具有建造高坝大库的条件。西安汉中高速公路从库区通过，高速公路路基点最低高程为6430M。考虑水库所承担的供水任务，且三河口水库是引汉济渭跨流域调水工程、调水区与受水对象合理置配水资源的不可替代的控制性调蓄水资源的关键工程，为了合理利用调水区水资源，在不影响下游河道生态用水前提下，本阶段在综合考虑水库的重要性与高速公路路基点最低高程情况下，以6430M作为三河口水库正常蓄水位的控制水位。在满足下游河道生态基流的情况下，从满足工程开发任务、水库供水量、供水保证率来看，选取汛期水位641M、正常蓄水位6430M,兴利库容为56860104M3。23泄洪方案的选择231可能调洪方案表孔溢流方案突出优点是泄洪能力大，可减小孔口尺寸，闸门上的水压力小，操作检修方便。缺点是坝身单薄，需设置泄槽或滑雪道结构，实体的泄槽结构工程量较大，不经济，轻型的滑雪道结构易引起振动，稳定性不好；使坝体堰顶以上失去空间结构作用，拱的空间结构作用从堰顶高程以下才能得以发挥。坝身开孔方案（浅孔方案和中孔方案）优点是对坝体应力影响不大，可节省另建溢洪道的投资。缺点是当水流过坝后需设置滑雪道泄槽，并进行合理选型和布置若同一高程开孔数量多，该层拱圈削弱较多。坝外溢洪道泄洪方案适用于有天然垭口，便于布置正槽式溢洪道的地形条件。利用导流隧洞泄洪方案拱坝的施工导流须采用一次断流方案，故施工时需在某一岸开挖导流隧洞，以便坝体施工，为节省工程投资，可将进口段改建成“龙抬头”，将导流洞改建成泄洪洞，但本工程导流洞长度较短，改建成泄洪洞后，除“龙抬头”部分外可利用的长度不长，加上改建部分的开挖和老洞的封堵，实际并不能有效节省工程投资。232方案选择全面综合比较以上所述四种方案，坝外溢洪道泄洪方案和利用导流隧洞方案不及采用表孔溢流和坝身泄水孔方案，采用滑雪道结构工程投资远小于修建坝外泄水建筑物的工程投资，故初步选择3表孔2底孔泄洪方案进行调洪演算。24调洪计算241调洪原理无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的。不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟订若个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数；而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量QMAX,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全。根据水库的水量平衡原理和水库的蓄泄关系组成方程组（21）12121/QQVTA（22）QFZ用已知（设计或预报）的入库洪水过程线QT,由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程QT,这就是调洪演算的基本原理。这里采用双辅助曲线半图解法，（23）12121/QQVTA将改写成式43改写成（24）122/VTTA式中（）和均可与水库水位Z建立函1/2VTQA22/VTQA数关系，因此，可根据选定的计算时段值、已知的水库水位TA容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘出曲线组、11/TFZ（）、，其中即是水位下泄222/VTQFZA3QFZ3Q流量关系曲线，其余两条是半图解法所必需的两根辅助线，三河口水位Z库容V曲线见图21。图21三河口水位Z库容V和水位Z面积F曲线242调洪演算初定大坝采用表孔，底孔联合泄洪。表孔溢流堰顶高程635M,分成3孔，每孔净宽12M；底孔中心线高程5570M,分成2孔，孔口尺寸6M9M。开敞式溢流堰泄流能力采用公式（25）2/3WSHGBCMQ计算式中Q流量，M3/S；B溢流堰净宽，M；HW堰顶以上作用水头，M；G重力加速度，M/S2；M流量系数，取05查表得；C上游面坡度影响系数，上游面铅直时取10；侧收缩系数，经计算取090；S淹没系数，S10。孔口泄流公式26ZGHAQ2计算式中A出口处的面积（M2）HZ自由泄流时，为孔口中心线处的作用水头（M）；淹没泄流时，为上下游水位差（M）孔口或管道的流量系数；经计算取090所选调洪方案泄流流量见表21表21泄流流量表库水位M堰顶水头M作用水头（M）Q溢M3/SQ泄M3/SQ总（M3/S）6410060064001070003515754585756420070065001348353543114891476430080066001647373570275217646440090067001965723597215562936450010006800230227362396592623646001100690026561136505163066264700120070003026423676866703286480013007100341250370303711553通过计算可得水库水位Z下泄流量Q关系曲线如图22。图22水库水位Z下泄流量Q关系曲线图取,查三河口水位Z库容V曲线，即可计S140HT算相应双辅助线，计算步骤见表21，见图23。表21双辅助线计算表库水位M库容V万M/S总下泄流量QM3/SV/TQ/2V/TQ/2V/T641006288570458575459635024413777543670636420064470404891474721684583423253844771116430066085705217644850166674328403458928564400677295055629349815838824425291470343864500693952059262351154226745228004819111646007109060630662525217805446215164936847图23双辅助线图起调水位为防洪限制水位641M，随着入库流量增大，表孔，中孔和底孔闸门逐渐开启以控制下泄，使泄量等于洪水入库流量，库水位维持在641M不变。随后，因闸门已全开而来水量仍然继续增大，故库水位被迫上升，由初时段的泄量Q1查QV/TQ/2）曲线得V1/TQ1/2，加上值后得V2/TQ2/2值，再回Q查QV/TQ/2）曲线得Q2，以此方法重复计算，最后求的最大泄量和相应最高水位。对于设计洪水，起调时刻为7月21日1时0分，计算如表22，图24。64700728010067032853907891214720461505562564800745258071155355311792848196265175403表22设计洪水调洪计算表时段T（H）典型入库入库流量QM/S平均入库流量QM/S初始库水位Z1MV/TQ/2（M/S）V/TQ/2（M/S）下泄流量QM/S时段末水库水位Z2（M）0361800596970641004137775458575642496463884421700695805642494271930478416250478064339628898834060056199064339436584049008285349306426243576512187600309540642624292260480160550926064066260040161276002105406406641006304552300445863图24设计洪水调洪图得设计洪水位64339M。对于校核洪水，起调时刻为7月21日0时0分，计算如表23，图25。表23校核洪水调洪计算表时段T（H）典型入库入库流量QM/S平均入库流量QM/S水库水位Z1MV/TQ/2（M/S）V/TQ/2（M/S）下泄流量QM/S水库水位Z20472009676064100413777545857564119482058442310086735564119415553046198324642506440683363383902007999106440644307904989163558300644576346801222900046945064457448635050654705788806431438171016143400293970643144346170486806052640064104254713201051002154556410441411104600883459660图25校核洪水调洪图得校核洪水位64457M。下游水位Z流量Q关系曲线如下表24。表24三河口水库坝址下游水位流量关系曲线表调洪计算成果汇总见表25表25调洪计算成果表数值项目单位设计洪水标准P02校核洪水标准P005洪峰流量M3/S71308860起调水位M64106410水位（M）525527529531533流量（M3/S）0623127619622765水位（M）535537539540流量（M3/S）3643478265227653下泄流量M3/S62207195滞洪库容104M32868458646库水位M6433964457库容104M3683884713846下游水位M53895401第3章枢纽布置31坝址选择根据子午河流域的特点，三河口上游三条支流处于高山峡谷区，河道狭窄，比降陡，且控制流域面积小，不适宜布置水库枢纽。下游大河坝乡以下河道高程较低，不能满足工程秦岭隧洞自流引水的条件，同时淹没损失较大；三河口至大河坝乡之间河段，长度为58KM，河道比较顺直，河谷比较狭窄，两岸山体高大雄厚，地形较为完整。综合分析，选择三河口至大河坝乡之间的河段作为引汉济渭工程三河口水利枢纽的工程选址位置。根据该河段的地形地质条件及工程枢纽特点，选择上下两个坝址进行工程布置方案比较，上坝址位于三河口下游约20KM处，下坝址距三河口约48KM。从地形、地质条件上综合比较认为坝址区不存在对工程影响较大的区域性断裂分布，两岸边坡稳定，地质构造相对稳定，出露的岩石属硬质岩类，坝基岩体质量分级为类为主，具有建高坝的地形、地质条件。水库回水区库盆周边山体雄厚，地形封闭，岩溶不发育，河谷两岸地下水高于水库正常蓄水位6430M高程，因此，水库蓄水后不存在永久性渗漏问题。水库基岩岸坡约占70以上，整体基本稳定，工程区内没有发现大型滑坡和不稳定岩体。土质岸坡水库蓄水后存在塌岸问题，但塌岸宽度、规模较小，对水库影响不大。上坝址河谷顺直，两岸地形完整，岸坡基本对称。下坝址两岸沟谷较发育，地形起伏较破碎，地层陡倾，存在崩塌、卸荷现象，风化较深，坝基中小型溶蚀带发育，近坝区存在蓄水后可能失稳的滑坡体。本阶段根据工程区的地形、地质条件和天然建筑材料分布情况，以及对坝基岩体工程地质条件分析，从地质角度看上坝址地质条件优越。综合分析比较，本阶段初步选择上坝址作为推荐坝址。32坝轴线选择111坝轴线坝基岩体以变质砂岩为主夹大理岩和薄层结晶灰岩，岩体表面强风化带垂直厚度1550M，弱风化带垂直厚度100130M,，弱风化岩体质量级别为级，属类坝基岩体，基本满足拱坝对坝基要求。顺河断层F46从左坝肩坡脚通过，应考虑开挖回填处理。左坝肩岩石以变质砂岩为主，夹薄层结晶灰岩和大理岩。斜坡表面强风化带水平厚度1220M，F44断层斜穿坝肩，与坝肩夹角19，断面倾向上游，受影响左坝肩600M高程以上拱座岩体比较破碎，岩体基本质量级别级，属类坝基工程岩体，应采用工程处理措施。右坝肩斜坡岩体以变质砂岩为主，夹薄层结晶灰岩及大理岩。斜坡表面强风化带水平宽厚818M，弱风化带垂直厚度100130M,，弱风化岩体质量级别为级，属类坝基岩体，基本满足拱坝对坝基要求。222坝轴线坝基岩体，左坝肩岩体情况与11坝轴线相似，右坝肩斜坡岩体存在F44、F45、F48断层，与坝肩夹角2541，F48断层倾向上游，破碎带宽0512M，影响带宽58M，断层F45断面倾向下游，破碎带宽0408M，充填物以糜棱岩为主夹510CM厚的断层泥，呈软塑状。断层F44与F45相交不利坝肩拱座稳定，且受其影响，拱座岩体高程580M以上比较破碎，岩体基本质量级别级，属类坝基工程岩体，必须进行开挖处理；拱座580M高程以下弱风化岩体属级，右坝肩拱座岩体整体条件较差，开挖处理工程量大。通过上述比较，11坝轴线工程地质条件略好，初步设计选择11坝轴线。33坝型选择三河口水利枢纽主要由挡水建筑物、泄水建筑物和放水建筑物等组成。依据初步选定的工程规模和上坝址处的地形地质条件，枢纽区适宜修建混凝土重力坝、混凝土拱坝或当地材料坝。因此，本阶段初选混凝土面板堆石坝、碾压混凝土重力坝和碾压混凝土拱坝三种坝型，进行方案比较。331混凝土面板堆石坝方案混凝土面板堆石坝枢纽工程由挡水建筑物、泄洪建筑物、放空建筑物等组成。1挡水建筑物根据初选的筑坝材料和工程规模进行大坝设计，初步确定坝顶高程为64679M，最大坝高为13479M，坝顶宽度10M，坝基宽392M。坝顶上游设55M高挡墙，挡墙高出坝顶12M。上游坝坡11