B江水利枢纽工程设计说明书（二）

摘 要本次设计主要是开发利用B江流域的水利资源，建设一个以发电为主，同时兼顾灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用的跨流域开发的水利水电枢纽工程。在明确了建设目的并具有了建设依据和条件后，设计的枢纽概况如下：B江水利枢纽混凝土面板堆石坝高52.9m米，装机6400KW，电站设计水头174米，多年平均发电量为1700万KWh，保证出力1461KW。本电站装有两台3200KW机组，主坝长206米左右，上游边坡1：1.55，下游边坡1：1.55。本混凝土面板堆石坝的设计主要包括坝高、趾板、面板、溢洪道的设计以及一些细节部分的设计。混凝土面板堆石坝其防渗结构为混凝土面板、趾板、防浪墙、水平缝、垂直缝、帷幕的设计、施工、质量控制是该类坝型的技术关键，本次设计以一般为参考，重点考虑趾板及泄水建筑物的设计，同时，堆石坝在注重各细部独立分项设计的同时，综合考虑了整体工程的统一性。在设计过程中既充分运用了所学知识，有广泛参考了设计施工方面的有关书籍。当然，这都是在规范规定内作的设计，体现了本工程的科学性和规范性。关键字：混凝土面板堆石坝、趾板、面板、溢洪道、副坝AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of B Jiang Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:B Jiang Project is a composite geomembrane impermeable rock-fill dam height of 52.9 m,installed 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW,with two engine unit of 3200Kw,the normal water level is 276.8m,the length of the main dan is about 227.5m,the upstream slope is 1:1.55and downstream slope is 1:1.55.The design of concrete-face rockfill dam mainly concludes height of dam 、anchoring of footwall、the design of the slab 、the design of spillway and some other details .Compound geotechnological concrete face rockfill dam ,whose prevention of concrete face，concret face slab and wave wall，periphery joint ，vertical joint，curtain grouting -Compound geotechnological design， construction， quality control of membrane the technological key of dam type.The designs process above-mentioned is referenced to the former design of rock-fill dam ，in pay attention to every detail while of designing ， have and consult design and construction relevant books of respect extensively. Certainly， this design that is made in the regulation of standardizing ， it is scientific， regulatory to reflect.Key words: conrete-face rockfill dam; Plinth; Panel; spillway; Secondary目 录 摘 要- 1 -Abstract- 2 -第一章 综合说明- 1 -1.1 工程特性表- 1 -1.2 建设目的和依据- 3 -1.3 建设的条件- 3 -1.3.1 建设的规模及综合利用效益- 3 -1.3.2 建设规模- 3 -1.3.3 综合利用效益- 3 -第二章 自然地理条件- 5 -2.1 地形条件- 5 -2.2 水文特性- 5 -2.3 工程地质条件- 6 -2.3.1 库区工程地质- 6 -2.3.2 坝址工程地质- 6 -2.3.3 引水发电隧洞工程地质条件- 9 -2.4 气象、地震及其他- 9 -2.4.1 气象、地震- 9 -2.4.2 天然建筑材料- 9 -第三章 设计条件和设计依据- 11 -3.1 设计任务- 11 -3.2 设计依据- 11 -第四章 洪水调节计算- 13 -4.1 洪水调洪演算- 13 -4.1.1 洪水调洪演算原理- 13 -4.1.2 洪水调洪演算方法- 15 -4.2 洪水标准分析- 15 -4.3 泄水建筑物的型式选择- 15 -4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定- 17 -4.4.1 调洪演算过程- 17 -4.4.2 洪水过程线的模拟- 17 -4.4.3 计算公式- 18 -4.4.4 计算结果- 19 -4.4.5 方案选择- 19 -第五章 主要建筑物型式选择及枢纽布置- 23 -5.1 枢纽等别及组成建筑物级别- 23 -5.2 坝型选择- 23 -5.2.1 定性分析- 23 -5.3 泄水建筑物型式选择- 28 -5.4 水电站建筑物- 29 -5.5 枢纽方案的综合比较- 29 -5.5.1 挡水建筑物混凝土面板堆石坝- 29 -5.5.2 泄水建筑物正槽溢洪道- 30 -5.5.3 水电站建筑物- 30 -第六章 第一主要建筑物设计- 31 -6.1 大坝轮廓尺寸及防浪墙设计- 31 -6.1.1 L型挡墙顶高程及坝顶高程、宽度- 31 -6.1.3 L型挡墙设计- 31 -6.2 堆石料的设计- 41 -6.2.1 坝体分区- 41 -6.2.2 堆石料的填筑标准- 44 -6.3 坝坡设计及稳定分析- 45 -6.3.1 稳定分析方法- 46 -6.3.2 计算原理，流程，分析- 46 -6.4 混凝土面板设计- 49 -6.4.1. 面板厚度- 50 -6.4. 2 面板分缝- 50 -6.5 副坝设计- 53 -6.5.1 副坝的型式选择- 53 -6.5.2 副坝的强度和稳定验算- 54 -6.5.3 副坝坝顶设计- 56 -6.5.4 副坝与主坝的连接- 56 -6.5.2 副坝的地基处理防渗设计- 57 -6.6 细部构造设计及地基处理- 57 -6.6.1 坝顶构造- 57 -6.6.2 护坡设计- 57 -6.6.3 分缝及止水- 58 -6.6.4 坝基处理- 59 -第七章 趾板设计（专题一）- 61 -7.1 趾板的作用- 61 -7.1.2 趾板的布置- 61 -7.1.2 趾板最大剖面设计- 63 -7.1.3 趾板各剖面设计- 64 -7.1.4 配筋计算- 66 -7.2坝体沉降估算- 67 -第八章 溢洪道设计（专题二）- 69 -8.1 建筑物型式- 69 -8.2 溢洪道的组成部分和总体布置- 70 -8.2.1 引水渠设计- 70 -8.2.2 . 控制堰的结构设计- 71 -8.3 泄槽设计- 73 -8.3.1 泄槽的纵剖面布置- 73 -8.3.2 泄槽的平面布置- 73 -8.4 泄槽水力计算- 74 -8.4.1 泄槽水力计算- 74 -8.3.3 边墙设计：- 76 -8.5 出口消能段设计- 79 -8.5.1 消能段型式选择- 79 -8.5.2 具体挑流消能计算.- 80 -附 录- 82 -小结- 84 -参考文献- 85 - - 85 -第一章 综合说明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序号及名称单 位数 量备 注一、水库流域面积km233正常高水位m276.8死水位m248.5汛前限制水位m274.8设计洪水位m277.2校核洪水位m278.4设计泄洪流量m3/s251校核泄洪流量m3/s341总库容万m32242.1782死库容万m3200.0兴利库容万m31725.0有效库容万m31950.0二、大坝1.主坝主坝坝型混凝土面板堆石坝坝顶高程m279.2防浪墙顶高程m280.4坝顶宽度m8.0最大坝高m52.9上游坝坡11.55下游坝坡11.55主坝坝轴线长m206.42.副坝副坝型式混凝土挡墙坝底高程m267.0坝顶高程m280.4最大坝高m13.4坝轴线长m96.05坝底宽m8.5三、溢洪道溢流前缘净宽m10堰顶高程m272设计流量m3/s251校核流量m3/s341泄槽高度m3.5挑流鼻坎高程m232泄槽直线段长度m136.0闸门型式平板闸门尺寸（宽高）m2106四、趾板趾板厚度 m0.40.6趾板宽度m3.55趾板分块数m10最大水头m50.9四、厂房系统1动能指标最大净水头m174.0额定水头m174.0最小水头m143.0引用流量m3/s5.0额定出力kW6400保证出力kW14612厂房厂房型式地面式厂房面积m231.515.7主厂房宽度m10.8机组台数2机组安装高程m103.0水轮机型号HL110-WJ-76发电机型号SFW-J3000-6/1480开关站面积m211.527.251.2 建设目的和依据B江水利枢纽工程是以发电为主，同时兼顾了灌溉、供水、防洪及养殖等综合利用效益的跨流域开发的水利枢纽工程。1.3 建设的条件建设资金基本到位，施工准备工作已经就绪。1.3.1 建设的规模及综合利用效益1.3.2 建设规模本电站装机6400 kW，保证出力1461kW。厂房总面积为31.515.7。开关站尺寸为11.527.25。1.3.3 综合利用效益 发电装机6400kW，电站设计水头为174m，多年平均发电量为1700104kWh，保证出力为1461kW。本电站装2台3200kW机组，正常蓄水位为276.2m，引水式发电，引水隧洞布置在右岸山体中，最大引用流量为5m3/s。厂房位于段莘水江湾湖山村左岸下游340m处，地面式，总面积为31.515.7，其中主厂房宽10.8m，主厂房内安装二台HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水轮发电机组，机组安装高程为103m，开关站位于厂房的左上侧，尺寸为11.527.25。 灌溉下游利用发电尾水灌溉，上游增加灌溉面积1.0万亩。 供水供钟吕村及其下游村民生活用水。 防洪可减轻洪水对钟吕村及下游江湾镇的威胁，要求设计洪水最大下泄量限制为255m3/s。 渔业水库蓄水后，正常蓄水位时水库面积1.09km2，为发展养鱼等水产养殖业创造了有利条件。第二章 自然地理条件2.1 地形条件钟吕水库位于江西婺源县乐安河一级支流晓港水的钟吕村上游约160m处，坝址以上控制流域面积33km。晓港水在钟吕村上游约300m处，由两支水系汇合而成，其中东支发源于石耳山，南支发源于清湾头尖，河流在晓港村汇入乐安河，本流域上游为中低山区，山势陡峭，中下游为低山丘陵区，山体凌乱，冲沟发育。2.2 水文特性据水文资料推算，坝址处多年平均流量1.28m/s，多年平均总径流量4040万m，p=0.1%的洪峰流量为551.5m/s,三日洪量为1569万m，p=2%的洪峰流量为364.5m/sec,三日洪量为965万m。流域多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位276.5m，对应库容V正=1950.0万m。流域河段多年平均输砂量为0.29万吨，泥沙容重估算为1.3t/m。估计水库淤积年限与高程关系（见表2-1）：表2-1 淤积年限与高程关系表淤积年限（年）泥沙淤积量（万m）淤积高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水库水位库容关系曲线（见表2-2）：表2-2 水库水位库容关系曲线表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11库容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2坝址水位-流量关系曲线（见表2-3）：水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.78表2-3 坝址水位-流量关系曲线表2.3 工程地质条件2.3.1 库区工程地质库区属构造剥蚀低山地貌，山势陡峭，分水岭雄厚，地形封闭，植被良好， 未见滑坡等不良物理地质现象。组成库岸及库盆的地层岩性主要为前震旦系板溪群的千枚状绿泥绢云母板岩，千枚岩和变质砂岩。库区岩石受多次构造运动的影响，断层和裂隙发育，岩石的褶皱和挠曲也很常见，构造行迹以北东向压扭性为主，常见有北西向张扭性断裂和近东西向平推断层，未见有较大的导水断裂连通库外。库区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水，受大气降水补给，排泄于河谷与河床，库岸山体地下水位较高，一般在300m高程以上，组成库岸及库盆的岩石表部透水性强，但深部岩石透水性微弱，属相对不透水层。库区工程地质良好，水库蓄水后，不存在永久渗漏、岸边再造、浸没及水库诱发地震等问题。2.3.2 坝址工程地质 地貌 坝址区属构造剥蚀低山地貌，山顶高程为280450m，坝区河床较宽，约2050m，为一“U”型河谷，两岸山坡不对称，左岸山体雄厚，山坡角3040度，右岸山体较为单薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮垭口，顶高程约276m，坝址区冲沟发育，且切割较深，未见滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。 地层岩性坝址区出露的地层岩性为前震旦系板溪群第四段绿泥绢云母千枚岩夹变质砂岩，第四系松散堆积物及变质辉长岩，其岩性特征为：（1） 绿泥绢云母千枚岩：灰绿色，主要矿物成分为绢云母、石英、长石、绿泥石等，千枚状构造，其余碎屑显微鳞片状结构，岩石挠曲和褶皱常见，片理极发育，岩层产状N4060E，NW3860。（2）变质砂岩：青灰色，主要矿物成分为石英、长石及岩屑等，中细砂粒结构，层状构造，有轻微的变质，岩石结构致密，岩性坚硬。（3） 第四系松散堆积物主要为冲击砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，残坡积壤土、碎块石土，厚16m，分布于两岸山坡及冲沟部位。（4）变质辉长岩：暗绿、深绿色，主要矿物成分为绿泥石、绿帘石、纤闪石及少量石英，辉长结构，块状构造，微具定向构造，岩石质地坚硬，在坝址区呈岩株或岩脉产出。 地质构造坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，出露的地层古老，经历了多次构造运动，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层褶皱和挠曲常见。在初步设计阶段共发现断层20条。坝基开挖后，在坝基部位新发现小断层14条及两条风化夹层，但密度均较小。 主要断层F5压扭性断层：产状N35，NW80，宽0.1 0.15m，主要由片状岩、碎性岩组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽228m高程附近。F12压扭性断层：产状N40E，NW66，宽0.20.4m，主要由片状岩组成，构造岩呈强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽236m高程附近。F22层间挤压破碎带：产状N55E，NW55，宽0.1 0.25m，主要由片状岩、石英脉组成，构造岩强风化，性状较差，出露于左岸趾板齿槽260m高程附近。F29压扭性断层：产状N25E，NW70，宽0.080.1m，主要由碎裂岩组成，见0.51.5cm厚的断层泥继续分布，断层间较平，构造岩呈强风化，性状差，出露于河床趾板齿槽部位。 裂隙坝址区岩石裂隙发育，岩石破碎，坝基开挖后，对坝基岩石裂隙作了统计，主要有两组发育方向：一是NE向层面，裂隙产状N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍见Fe、Mn质浸染，表面张开或微张，局部见次生泥充填，延伸长，极发育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，见Fe、Mn质浸染，间距一般20cm，延伸较短，发育。 风化夹层坝基开挖后，在河床右侧趾板齿槽部位发现了两条风化夹层WJ1，WJ2，产状N42E，NW0.7弱风化岩石0.55饱和抗压强度：微新岩石40MPa弱风化岩石25MPa表2-4 堆石试验参数表组别试验干密度（g/cm）C(KPa)。KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8 2.3.3 引水发电隧洞工程地质条件引水发电隧洞通过地段属低山地貌区，山顶高程300400m相对高程100200m，隧洞区冲沟发育，山体切割较深且较零乱，地表植被发育，未见有不良物理地质现象。隧洞围岩由绢云母千枚岩、变质粉砂岩、凝灰质千枚岩与粉砂质板岩层。绢云母千枚岩偶夹粉砂质板岩及粉砂质板岩等组成。岩石层面裂隙极发育、褶皱、挠曲严重，断层发育切规模大，性状差，其中绢云母千枚岩、凝灰质千枚岩水理性质较差，且遇水易软化，软化系数低，凝灰质千枚岩成分复杂，还易于风化。绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩在洞线出露的长度占洞线总长的19%，说明洞线围岩大部分由绢云母千枚岩与凝灰质千枚岩构成。根据工程类比可知：千枚岩的单轴饱和抗压强度为1640Mpa，软化系数0.630.93，属半坚硬较软化，抗水性较差的片状（薄层状）岩体。2.4 气象、地震及其他2.4.1 气象、地震流域内气候：流域内多年平均气温16.7，以一月份平均气温4.6为最低，七月份平均气温28为最高，历年极端最高气温41，极端最低气温-11。风速及吹程：多年平均最大风速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：坝址及库区地震烈度属度以下，设计时可不考虑地震荷载。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料 砂砾石料坝址流域砂砾石料贫乏，但在江湾水和段莘水流域有梨苗场和古玩料场，距大坝约1015km,有公路相通，运输方便。梨苗场 、古玩料场均为砂卵（砾）石混合料，砂卵（砾）石储量丰富，质量良好，满足工程要求。 堆石料坝址附近广泛分布绿泥绢云母千枚岩，弱至微风化岩石，岩性较坚硬，力学强度较高，质量较好，储量丰富，可作为大坝堆石料。坝址附近粘土很少，坝址上下游有一定的粘土分布，均为当地农民耕地。第三章 设计条件和设计依据3.1 设计任务在对原始材料进行综合分析的基础上，并结合本次设计的专题研究，要求：（1）根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽组成建筑物型式，轮廓尺寸及水利枢纽布置方案；（3）详细做出大坝设计，通过比较，确定坝的基本剖面与轮廓尺寸，拟定地基处理方案和坝身结构，进行水力、静力计算；进行专题一，趾板专题的设计;（4）进行专题二的设计，对泄水建筑物进行设计，选择泄槽方式，确定边墙高度，以及进行边墙稳定计算；3.2 设计依据1、左东启,王世夏,林益才主编.水工建筑物（上册）.南京：河海大学出版社,1995：208354.2、傅志安,凤家骥.混凝土面板堆石坝.武汉：华中理工大学出版社,1993: 90103。3、蒋国澄,傅志安,凤家骥,1997.混凝土面板坝工程.武汉：湖北科学技术出版社.4、袁光裕主编,1980.水利工程施工.北京：中国水利水电出版社.5、李家星,赵振兴主编,1990.水力学（上下册）.南京：河海大学出版社.6、土工合成材料工程应用技术手册.北京：中国建筑工业出版社, 2000:119164.7、河海大学,大连理工大学,西安理工大学,清华大学合著.水工钢筋混凝土结构.北京：中国水利水电出版社, 1979:4664.8、中华人民共和国水利部，溢洪道设计规范SL253-2000：天津，水利部天津水利水电勘测设计研究院，中国水利水电出版社.9、水利电力部水利水电建设总局.水利水电施工组织设计手册2施工技术.北京：中国水利水电出版社，1990,940946。10、中华人民共和国水利部,混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）.北京:中国水利水电出版社,1998.（SL/T225-98）.北京：中国水利水电出版社,1998.11、中华人民共和国水利部,水工建筑物荷载设计规范（DL5077-97）.北京：中国水利水电出版社,1997.12、中华人民共和国水利部,碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）.北京:中国水利水电出版社,2001.13、中华人民共和国水利部,水工挡土墙设计规范（SL379-2007）.北京:中国水利水电出版社,2007.14、中华人民共和国水利部,水利水电钢闸门设计规范（SL74-95）.北京:中国水利水电出版社,1995.15、Hoeg K.An evaluation of asphalt concrete cores for embankment dams J.Water Power and Dam Construction,1992,44(7):3234.16、Pircher W,Schwab H.Austriaa Finstertal rockfill damJ.Water Power and Dam Construction,1980,32(6):4347.17、Wang W B,Hoeg K.Effects of compaction method on the properties ofasphal concerte for hydraulic structuerJ.Hydropower and Dams,2002,54(6):6371第四章 洪水调节计算4.1 洪水调洪演算4.1.1 洪水调洪演算原理洪水在水库中运行时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化，其流态属于明渠非恒定流。根据水力学，明渠非恒定流的基本方程，即圣维南方程组为：连续性方程： (4-1）运动方程： （4-2） 式中：w 过水断面面积(m2); t 时间（s）; Q 流量（m3/s）; s 沿水流方向距离（m）; Z 水位（m）; g 重力加速度(m/s2); v 断面平均流速(m/s); K 流量系数(m3/s);一般采用简化的近似解法，长期以来，普遍采用瞬时法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似地求解一系列瞬时流态。瞬时流态法将式(41)进行简化而得出基本公式，再结合水库的特有条件对基本公式进行简化，得出用于水库调洪计算的实用公式： (4-3)式中：, 分别为计算时段初、末的入库流量(m3/s) 计算时段中的平均入库流量(m3/s) =(+)/2式中：q1,q2 分别为计算时段初、末的下泄流量(m3/s) 计算时段中的平均下泄流量(m3/s) 式中： V1,V2 分别为计算时段初、末水库的蓄水量(m3) V1与V2之差 计算时段公式(4-3)表示为一个水量平衡方程式，表明：在一个计算时段内，水库水量与下泄水量之差即为该时段中水库蓄水量的变化。显然，公式中并未计入洪水入库处至泄洪建筑物间的行进时间，也未计入沿程流速变化和动库容等影响，这些因素均是其近似性的一个方面。当已知水库入库洪水过程线时，均为已知，V1，q1,则是计算时段开始时的初始条件。于是，式(4-3)中的未知数仅剩下V2，q2,当前一时段的V2,q2求出后，其值即成为后一时段的V1，q1值，使计算能逐步地连续进行下去。仅一个方程来求解V2，q2是不可能的，必须再有一个方程式q2=f(V2),与式(4-3)联立，才能同时解出V2，q2的确定值，假定暂不计及自水库取水的兴利部门泻向下游的流量，则下泻量q是泄水建筑物泻流水头H的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已确定时 (44)式中：A 系数，与泄洪建筑物的型式、尺寸、闸孔开度及淹没系数有关。 B 指数，对于堰流B一般等于3/2，对于闸孔出流一般B=1/2根据水力学公式，H与q的关系曲线可求。若是堰流H即为库水位Z与堰顶高程之差；若是闸孔出流H即为库水位Z与闸孔中心线高程之差。因此可以根据H与q的关系曲线求出Z与q的关系曲线q=f(Z),并且，由库水位Z，又可借助于水库容积特性曲线V=f(Z), 求出相应的水库蓄水容积V，则式(4-4)可用下泄流量q与库容V的关系曲线代替，即q=f(V),与式(43)联立方程组，求解V2，q2。当水库承担下游防洪任务时，要求保持q不大于下游允许的最大下泄流量qmax时，就要利用闸门控制流量q，但计算的基本公式和方法与上面介绍的是一致的。本设计泄水建筑物是正槽溢洪道。采用闸门全开式泄洪，故下泄流量是q=AH3/2,H即为库水位Z与堰顶高程之差，由于资料有限仅有0.1%和2%的流量及其对应的三日洪峰流量，无法描绘出洪水过程线，故采用三角形法拟画出洪水过程线（具体做法见本章4.4节）。本设计中调洪演算是为了定出设计、校核水位和相应的下泄流量，已知下泄量与水头的关系曲线（式44），通过假定下泄流量q，可利用洪水过程线计算出水库蓄水量V，通过V=f(Z)可查出对应的水位，得到q=f(Z)曲线，通过两条q-Z曲线即得到设计、校核水位及相应流量。4.1.2 洪水调洪演算方法进行洪水调节计算的方法很多，目前常用的是：列表试算法，半图解法。本设计采用的是简化三角形法，也叫高切林法。4.2 洪水标准分析设计情况，采用50年一遇的洪水标准。P=2%的洪峰流量为364.5 m3/s,三日洪量为965万m3。校核情况，采用千年一遇的洪水标准。p=0.1%洪峰流量为551.5 m3/s,三日洪量为1569万m3。4.3 泄水建筑物的型式选择水利枢纽中的泄水建筑物一般包括设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本设计采用坝型为复合土工膜防渗堆石坝（具体见5.2节），因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根据本工程的地形、地质条件，对正槽溢洪道、侧槽溢洪道及泄水隧洞这三种泄水建筑物进行比较选择。泄水隧洞布置得一般原则是：地质条件好，路线短，水流顺畅，与枢纽其他建筑无相互不良的影响。洞线宜选择在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、岩性坚硬，上覆岩体厚度大，水文地质条件有利和施工方便的地段。避开围岩破碎、地下水位高或渗水量很大的岩层和可能坍塌的不稳定地带，同时防止洞身离地表太浅。本工程坝址区地处华夏系及新华夏系构造复合部位，坝址区断层裂隙发育，岩石破碎，岩层坍塌和挠曲常见。坝址区岩石的透水性及相对不透水层经先导孔压水试验，左岸相对不透水层埋深1024米，上部透水层q值为6.7196.7Lu，大者达到341.7Lu，属中等-严重透水层。本工程最大坝高52.9米，正常蓄水位276.8米，因此要避开透水层而布置泄水隧洞，工程量显然很大，而且本工程地质条件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在拦河坝坝肩或拦河坝上游水库库岸的泄洪通道，水库的多余的来洪经此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有较大的超泄能力。正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致。侧槽溢洪道水流过堰后急转近90，再经泄槽下泄。从地质条件上来说，溢洪道应力争位于较坚硬的岩基上，但较泄洪隧洞要求较低，但在地基条件差的基岩上，要注意衬砌和防冲的设计。同时对于堆石坝而言，河岸溢洪道可与坝体相接，从而既可减少溢洪道的开挖量，也可以减少坝体的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力学上的特点是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰顶水头决定，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面的流量也随之都达到同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠，另外，结构简单、施工方便。侧槽溢洪道在当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大的开挖量时，可能成为比较经济的泄水建筑物。与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘宽度而引起开挖量增加较少，从而可以以较长的溢流前缘宽度换取较低的调洪水位，或换取较高的堰顶高程。本工程的溢洪道布置在左岸（说明见5.5节），岸坡较陡优选侧槽溢洪道，但是，溢洪道的兴建需要注意和解决的问题是，高水头、大流量及不利地形地质条件下，高速水流引起的一系列水力学和结构问题，而侧槽溢洪道的水流现象复杂，进槽水流须立即转弯近90，再顺槽轴线下泄，对每一个不同的侧槽断面，其所通过的流量是不相同的，然而，侧槽内的水流现象的复杂性，并不仅仅表现在流量的沿程的变化上，水流自堰跌入侧槽后，在惯性的作用下，冲向侧槽对岸壁，并向上翻腾，然后再重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。考虑到侧槽溢洪道水流现象的复杂，而且，本工程地质条件较差，建侧槽溢洪道对结构方面的要求会很高，危险性大，同时由于本枢纽的坝体不是很高，正槽溢洪道的开挖量不会增加很大。综上所述，结合本工程的地形、地质条件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸与坝体相接。4.4 调洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰顶高程）的确定4.4.1 调洪演算过程通过洪水资料，作出设计情况和校核情况下的洪水过程线；假定堰高、堰宽，确定各情况下的起调流量；假定不同的下泄流量q,由洪水过程线求出库容V，由库容V，查水位-库容曲线，找出相应的水位H，从而，对于每一组情况下可作出一条QH曲线；根据公式,又可作出一条QH曲线；对应于每一种情况，可从QH图中确定相应交点的Q和H值。4.4.2 洪水过程线的模拟由于本设计中资料有限，仅有p=2%、p=0.1%的流量及相应的三日洪水总量，无法准确画出洪水过程线。按照规范，洪水过程线应用PIII型曲线拟合，但实际操作过程中较难，故本设计中采用三角形法模拟洪水过程线，并在曲线形状上尽量拟合为PIII型。根据洪峰流量和三日洪水总量，可作出一个三角形（如图中虚线），根据水量相等原则，对三角形进行修正，得到一条模拟的洪水过程线（如图中的实线）。 图4-3 调洪演算图4-2洪水过程线图4-1 三角形法4.4.3 计算公式计算采用公式： （4-5）式中：侧收缩系数，=0.95；m流量系数，m=0.502； B溢流孔口净宽,m； H堰上水头,m.汛前限制水位设为274.8m。起调流量式中H为汛前限制水位-堰顶高程。4.4.4 计算结果计算结果见表4-1： 表4-1 设计洪水水位流量关系曲线堰高下泄流量（m3/s）面积（m2）增加库容 （m3）初始库容（m3）总库容（m3）相应水位（m）27120012585.2545306901599640020527090277.282501194636195981599640019615998276.46300860327741021599640018770502275.4727220015583.3256099951661714022227135278.8125012585.2545306901661714021147830277.8430010054.4436195981661714020236738277.0227320015583.3256099951723786022847855279.3625012585.2545306901723786021768550278.3930010054.4436195981723786020857458277.73注：超高Z =校核洪水位-正常蓄水位；发电引用最大流量5m3/s，相对较小，在计算时不予考虑。4.4.5 方案选择以上方案中，设计下泄流量均不大于允许最大下泄流量260m3/s，因而方案的选择需通过经济技术比较选定。本设计对此只做定性分析。各个方案中应选择在满足最大下泄流量的情况下下泄能力较大的方案。方案1与方案6较好。一般来说超高Z大，坝增高大坝工程量加大；B大则增加隧洞的开挖及其它工程量，而Q/B越大消能越困难，衬砌要求也高。在1方案和6中，6方案Q/B远远小于方案，下游消能处理简单，故选择6方案，即堰顶高程272.0m，溢流孔口净宽10m；综上所述该方案设计洪水位277.2m，设计下泄流量251 m3/s，校核洪水位278.4m，校核泄洪量341m3/s。4.4.6 坝顶高程的确定 工程等别及建筑物级别和洪水标准的确定校核水位278.4m对应的库容为2150万m3,查水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000得本工程等别为III等，工程规模为中型。相应其主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。水工建筑物为3级的洪水标准：设计下洪水重现期为10050年，校核下洪水重现期为20001000年。 波浪要素计算 由于大坝所在地区为丘陵地区，所以根据水工建筑物荷载设计规范DL 5077-1997,波浪要素宜采用鹤地水库公式计算（适用于库水较深，V026.5m/s及D7.5km）。 （4-6） （4-7）式中累积频率为2%的波高,m; Lm平均波长,m; V0为水面以上10m处的风速，正常运用条件下III级坝，采用多年平均最大风速的1.5倍；非常运用条件下的各级土石坝，采用多年平均最大风速。设计波浪爬高值根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值。按上述公式算出的为，再根据频率法按下表可得出。表4-2 不同累积频率下的波高与平均波高比值(hp/hm)hm/Hm0.010.1124510142050900.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.352.831.871.641.541.380.950.43 波浪中心线高出计算静水位hz按下式计算： （4-8） 式中：H为水深；h1%为累积频率1%的波高。 计算结果为： 表4-3h2%hmh1%Lmhz正常水位下1.160.521.2599.3170.535设计水位下1.160.521.2599.3170.535校核水位下0.6420.2880.6976.2110.24 挡墙顶高程的确定根据碾压式土石坝设计规范,堰顶上游L型挡墙在水库静水位以上高度按下式确定： y=R+e+A （4-9）式中：y-坝顶超高 R-最大波浪在坝坡上的爬高，按h1%算e-最大风雍水面高度，按hz算A-安全超高 表4-4 土坝坝顶安全超高值(m)运用情况坝 的 级 别IIIIIIIV、V正常1.51.00.70.5非常0.3L型防浪墙高程=max （4-10）通过计算：则 设计洪水位+=277+3.132=280.33m 校核洪水位+=278.4+1.918=280.32m 正常蓄水