山湘水电站设计与应用毕业论文.doc

山湘水电站设计与应用毕业论文目 录第一章 基本资料及设计数据11.1工程流域概况11.2电站建设的必要性和工程开发任务11.2.1电站建设的必要性11.2.2工程开发任务11.3地形、地质概况21.3.1区域地质与地震21.3.2水库工程地质21.3.3枢纽工程地质31.4水文、气象41.4.1水文基本资料41.4.2气 象41.4.3径流41.5洪水51.6坝址水位流量关系曲线81.7水工建筑物工程地质条件与评价91.7.1大坝91.7.2电站厂房91.7.3消能防冲建筑物101.7.4上、下游围堰101.7.5导流洞101.8天然建筑材料11第二章水文水能计算122.1工程等级122.2洪水标准122.3水库及水能主要指标132.4枢纽的组成建筑物及工程等级142.4.1枢纽建筑物组成142.4.2水工建筑物级别142.5防洪标准142.6调洪演算152.6.1调洪演算的目的152.6.2调洪演算的基本原理和方法152.6.3调洪的基本资料16第三章 枢纽布置、坝址选择183.1坝址选择183.3.1坝轴线的选择183.3.2坝轴线拟定183.2坝型选择18第四章 坝体剖面设计204.1剖面设计原理204.2基本剖面204.3 设计基本资料204.3.1. 特征水位及流量204.3.2. 水文气象资料204.4非溢流坝段剖面设计214.4.1坝顶高程21 4.4.2坝顶宽度234.4.3坝面坡度234.4.4 坝底宽度234.4.5地基防渗与排水设施拟定234.4.6 荷载计算及荷载组合244.4.7荷载的计算264.5稳定分析354.5.1抗滑稳定计算公式354.5.2 计算参数的确定374.5.3 稳定分析计算374.5.4 提高抗滑稳定性的工程措施384.6应力分析384.6.1 计算公式与方法39正常情况下的应力计算394.6.2 计算结果434.6.3应力计算结果分析445.1 溢流坝设计465.1.2 溢流坝段剖面设计485.2消能工计算515.2.1 判断是否需要做消能工52第六章 电站厂房设计576.1 机械选择576.2 机械尺寸计算586.2.1 蜗壳的型式及其主要尺寸的确定586.2.2 尾水管尺寸确定586.3 厂房的尺寸拟定616.3.1 厂房长度 L 的确定626.3.3 厂房的高度确定63第七章 细部构造设计647.1 非溢流坝段细部构造设计647.1.1 非溢流坝段坝顶细部构造647.1.2 非溢流坝段坝内构造647.2 溢流坝段细部设计647.3分缝与止水647.3.1 横缝657.3.2 止水65第八章 坝基处理设计668.1 地基开挖与清理668.2 帷幕灌浆678.3 坝基排水67 南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）第一章 基本资料及设计数据1.1 工程流域概况山湘水电站位于远水支流秋水的上游，坝址位于重庆市秀山县山湘镇北河桥上游约1.7km处，上距设计中的酉酬水电站约35km，下距在建的碗米坡水电站约53km，距秀山县城约52km。水库正常蓄水位290.00m，相应库容1.32亿m3，总库容1.63亿m3，调节库容0.50亿m3，为季调节水库，电站总装机容量120MW，保证出力11.1MW，年利用小时3283h，年发电量3.94亿kWh。工程计划工期33个月，首台机组发电工期31个月，工程静态投资82830万元，总投资87087万元。秋水是远水的最大支流，流经湖北来凤，湖南龙山，重庆酉阳、秀山，贵州松桃，湖南花垣、保靖、永顺、古丈、沅陵等县。流域东接远水干流，西以大娄山与乌江相望，南与武水相邻，北以武陵山与澧水相望。流域地理位置位于北纬2830、东经108110之间，流域呈西北高、东南低的三角形。秋水有南北两源。北源又称北河，发源于湖北宣恩和鹤峰两县交界的酉源山；南源又称秀山河、梅江河，发源于贵州省松桃县的平溪，南、北两源于重庆市秀山县山湘镇汇合后，折流向东，经隆头、江口分别纳入洗车河、花垣河，过保靖往东至沅陵注入远水。秋水干流全长427km，河道平均坡降1.05，流域面积18530km2，多年平均径流量170亿m3，山湘坝址控制流域面积5473km2，占秋水流域面积的29.5%。秋水流域为多山地区，上中游山高坡陡，属山区性河流，坝址上、下游河段不通航，当地交通以公路为主，目前坝址左岸有乡村道路经山湘镇至龙池与319国道相连，全长31km。其后经319国道向西北经酉阳、黔江、彭水、武隆、涪陵、长寿、可达重庆市，全长743km。1.2 电站建设的必要性和工程开发任务1.2.1 电站建设的必要性1.建设山湘水电站是重庆市电力发展的需要；2.建设山湘水电站是秀山县实现脱贫致富，变资源优势为经济优势的需要；3.建设山湘水电站是乌电集团发展的需要；4.建设山湘水电站是秀山县实现脱贫致富，变资源优势为经济优势的需要。1.2.2 工程开发任务秋水干流重庆河段河谷深切，水流湍急，两岸山坡陡峭，山湘上、下游已建、在建电站均不具备通航条件；干流河段耕地稀少，仅支流内有耕地，且沿河分布，没有灌溉、供水、航运等综合利用要求，下游也没有专门的防洪对象和要求。根据秋水河流规划报告、秋水山湘至塘口河段水电规划复核报告和山湘水电站的开发利用条件，山湘水电站的开发任务主要是发电，兼有改善库区航运、发展旅游等综合效益。1.3 地形、地质概况1.3.1 区域地质与地震秋水侧面以大娄山脉与乌江相隔，南与武水相邻，北以五陵山和澧水分流，流域形状呈西北高、东南低的三角形，地貌上属川东湘西北岩溶化中低山区。本区所处大地构造单元为鄂黔台向斜黔北台凹的一部分，俗称扬子准地台的东南缘川湘凹陷带（亦称川鄂湘黔隆起褶皱带武陵褶皱束）内。其构造体系属我国东南部新华夏系一级构造第三隆起带武陵山隆起带南段，褶皱轴向和主断裂面均呈北北东或北东向展布，而相应的北西向张性或张扭性断裂发育较弱。本区第三纪以来，处于大面积间歇隆起上升阶段，无发震的深大断裂和活动性断裂分布，库坝区为一刚度较大完整性较好的稳定地块，不具备产生中强地震的构造条件，属区域构造稳定地区。据GB18306-2001中国地震动参数区划图，地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本列度小于6度。1.3.2 水库工程地质山湘水电站水库回水至酉阳县酉酬镇，水库全长约35km。库区山体雄厚，河谷深切。 库区内分布的地层主要为寒武系、奥陶系及志留系。区内地质构造相对较简单，褶皱以舒缓短轴状为主，断裂相对稀疏，褶皱轴向和主断裂面均呈北北东或北东向展布，而相应的北西向张性或张扭性断裂发育较弱。水库环库地形封闭良好，大部分地段存在有宽厚的志留系碎屑岩相对不透水地层；在无相对不透水地层分布的近坝区的河间地块上，亦存在有高于正常蓄水位的地下水位。因此，本工程无水库渗漏之虞。库区以基岩岸坡为主，不存在大规模的不稳定岩体，岸坡总体稳定较好。库内无大面积腹地和人口集中的城镇及工矿企业，亦无具有工业价值的矿藏和重要文物分布，淹没损失较小，基本无固体迳流来源和浸没问题。水库除库首外，大部分河段库水壅高与天然洪水位接近，无高于本地区地震基本烈度的水库诱发地震的可能。1.3.3 枢纽工程地质山湘水电站坝址位于山湘镇北河桥上游约2.0km的河段内，秋水由东向西流。坝址区位于宋农山湘背斜北端的NW翼，背斜轴部从坝址下游穿过。坝址处河床为一不对称“箱”型河谷，河段平直，河床较开阔，水下地形整齐平坦，高程为246.10 m248.20m，河水位249.50m时，水面宽110.0m左右，主河道位于左侧，深度2.0 m3.0m。正常蓄水位290.00m时，河谷宽180.0m左右。河床往下游收窄进入峡谷。坝址左岸为秋水的河湾地块，溶蚀峰丛地貌，山顶高程350.00 m450.00m，高程290.00m以下地形陡峻，为悬崖或峻坡，以上为峰丛间的浅小冲沟或小型溶蚀洼地，地形较平缓；右岸发育有两条冲沟，高程305.00m以下地形陡峻，为悬崖或峻坡，地形略显零乱；以上为山前缓坡地，台地宽50.0 m100.0m，地形坡度510，往后地形逐渐变陡，其后缘山体雄厚，最高点为亥时坡，高程在700.00m以上；河床大部分基岩裸露，仅河槽中有少量砂卵砾石及崩塌堆积的碎块石。出露的地层为寒武系上统灰色、灰黑色厚至巨厚层白云岩、灰质白云岩夹少量薄层白云岩，岩性均一，岩体的强度和刚度均较高。地质构造简单，岩层走向与河床斜交，倾向上游，产状较稳定，为3040/NW1520。未发现有较大的断层通过坝址区，实测的断层规模小，破碎带胶结良好。岩石以面状风化为主，少见全风化岩石，强风化下限埋深多在10.0m以内。坝址岩溶以表部的浅层岩溶为主，主要表现为溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，溶蚀相对较弱。岩体透水性以弱微透水为主。地下水类型主要为岩溶裂隙水，普遍受大气降水补给，向秋水河及其支流（沟）排泄。河水和地下水对混凝土均无侵蚀性。试验表明：作为持力层的白云岩、灰质白云岩属中硬坚硬岩石，岩体质量较好，以较完整完整岩体为主，坝址区的岩体质量基本一致。河床与河谷两岸的弱风化岩体基本为级；一般强风化岩体质量在级之间；微风化或新鲜岩体质量为级。1.4 水文、气象1.4.1 水文基本资料秋水流域先后设立水文站16个，现有水文站11个，观测项目有：水位、流量、泥沙、水温、岸温等。在山湘镇上游约10km的大溪水文站，是我院于1980年10月设立的专用站。山湘水电站水文分析计算依据站为坝址上游的大溪水文站。来凤、山湘、宋农、保靖等站为工程设计的主要参证站1.4.2 气 象秋水流域属亚热带季风气候区，冬季受极地大陆气团控制，冷空气频频南下，气候干燥寒冷。夏季则为海洋暖湿气团所控制，温高湿重。在春夏之交本流域处于冷暖气团交绥地带，锋面和气旋活动频繁，6月中旬7月下旬为梅雨期，往往形成历时长、强度大、面积广的暴雨。坝址处多年平均气温16.4，极端最高气温41.9，极端最低气温-3.6；多年平均降水量1300.6mm，年平均降水日数168.2d；多年平均相对湿度86%；多年平均水温18.2，最高水温31.8，最低水温3；多年平均年蒸发量682.8mm；多年平均风速1.4m/s，最大风速20.0 m/s，相应风向NNE。1.4.3 径流坝址计算径流的依据站为大溪水文站。该站与坝址之间的区间面积为74km2，只有坝址控制流域面积的1.4%，根据规范，坝址径流可直接采用大溪水文站19512003年实测和插补径流成果。本流域径流以降水补给为主，径流的年内分配与降水的年内分配基本一致，年内变化较大，径流年内分配见表1.41。表1.4.31 山湘坝址径流年内分配表月份456789101112123年平均流量(m3/s)18129235635921715213195.141.431.542.282.5166百分比(%)8.9615.017.718.411.17.536.704.722.111.601.964.22100径流年际变化较为稳定，根据19512002年水文年资料统计，多年平均流量为166m3/s，最大年平均流量294m3/s，最小年平均流量102m3/s。坝址年径流频率计算成果见表1.42。表1.4.32 山湘坝址年平均流量频率成果表均值(m3/s)CvCs/CvP(%)251020507590951660.272.52732472262021611341131021.5 洪水秋水流域自1954年起，“长办”、原长勘院、中南院等单位先后多次进行过历史洪水调查。综合各次调查成果，秋水干流保靖至山湘河段调查到的大洪水年份有1849年、1909年、1927年、1931年、1954年和1963年等。北源(山湘至来凤)有1849年、1909年、1927年、1933年、1941年、1954年、1963年、1980年、1998年和2003年等。秋水流域是远水的主要暴雨区，本流域洪水系降雨形成，49月份为汛期，坝址年最大洪峰流量多出现在59月份，其中67月份最集中，占全年的63%。坝址计算设计洪水的依据站为大溪水文站，上游卯洞水文站、来凤水文站、下游山湘水文站作为山湘坝址设计洪水分析计算的参证站。山湘坝址与大溪水文站之间的区间面积为74km2，只有坝址控制面积的1.4%，坝址设计洪水可直接采用大溪水文站计算成果。坝址设计洪水成果见表1.51。表1.51 坝址洪水峰量频率成果表频 率Qm(m3/s)W24h(亿m3)W3d(亿m3)W5d(亿m3)0.02%153001121.230.90.05%1400010.119.3280.1%130009.3517.925.70.2%119008.6216.523.50.5%106007.6414.620.61%95506.8913.118.32%85106.1311.716.15%71005.129.713.110%60104.338.1810.820%48903.526.628.54坝址的分期洪水计算方法与设计洪水相同。可直接采用大溪水文站分期洪水的计算成果。分期设计洪水成果见表1.52。43 表1.52 坝址分期设计洪水成果表 流量单位：m3/s时 段P(%)151020501月31219314496.842.72月52332524316469.13月167010107324751824月26601940161012707449月454030802440180091710月257018001460111059211月21101340101069228212月63336826116256.79月1日至次年4月30日521037403080241014309月1日至次年3月31日4980353028902230129010月1日至次年4月30日334024202010159099311月1日至次年4月30日321022801860144083210月1日至次年3月31日310021501740132073011月1日至次年3月31日22701500116083540912月1日至次年3月31日1570101076753324212月1日至次年2月28日7304673562481131.6 坝址水位流量关系曲线山湘水电站坝址位于龙梯水位站上游约200m处。本阶段根据洪水比降由龙梯站水位流量关系推求坝址水位流量关系。成果见表1.61。表1.61 坝址水位与流量关系曲线水位(m)248.5249.0249.5250.0250.5251.0251.5252.0流量(m3/s)60.9109180259350459576706水位(m)252.5253.0253.5254.0254.5255.0255.5256.0流量(m3/s)840977110012201390161018302040水位(m)256.5257.0257.5258.0258.5259.0259.5260.0流量(m3/s)22502470268029003130337036303890水位(m)260.5261.0261.5262.0262.5263.0263.5264.0流量(m3/s)41604440475050605380573061406550水位(m)264.5265.0265.5266.0266.5267.0267.5268.0流量(m3/s)696073907830827087409240971010200水位(m)268.5269.0269.5270.0271.0272.0流量(m3/s)1060011100116001210013100142001.7 水工建筑物工程地质条件与评价1.7.1 大坝坝址处为一不对称“箱”型河谷，上、下游400.0m的范围内，河道顺直，河床较开阔，水下地形整齐平坦，高程为246.10 m248.20m，河水位249.50m时，河床宽110.0m，主河道位于左侧，水深2.0 m3.0m。正常蓄水位290.00m时，河谷宽180.0m。近河岸均分布有少量的崩积碎、块石。左岸高程290.00m以下边坡为悬崖，往上逐渐变缓，高程305.00m左右为较宽缓的溶槽，地形平缓，槽内分布残坡积含砾粉质粘土层，厚度1.02.5m。右岸高程305.00m以下为峻坡，地形略显零乱，以上为宽100.0m左右的台地，地形坡度510，并分布有残坡积含砾粉质粘土层，厚度1.0 m3.5m。出露地层为寒武系上统上组（32-3）和（32-4）的灰色、灰黑色厚至巨厚层白云岩、灰质白云岩夹少量薄层白云岩，岩性均一，岩体的强度和刚度均较高。地质构造简单，岩层走向与河床斜交，倾向上游，产状较稳定，为3040/NW1520。未发现有较大的断层通过坝址区，实测的断层规模小，且胶结良好。节理裂隙大多受层面控制，延伸不长，密度较大。缓倾角结构面主要为层面和层间错动带，一般层面（缝合面）粗糙呈锯齿状，吻合较好。层间错动带相对较发育，主要沿岩层层面（缝合面）展布，长数十米，宽一般在0.1m以内，大多钙质胶结良好，局部有泥化现象。岩石以面状风化为主，沿构造破碎带楔形风化，少见全风化岩石，强风化岩石主要分布于两岸坡上部，下限埋深: 左岸3.0 m8.0m；河床1.0 m1.5m；右岸3.0 m18.0m。弱风化下限埋深：左岸10.0 m25.0m；河床15.0 m25.0m；右岸10.0 m30.0m。岸坡的卸荷深度一般1.0 m5.0m左右。坝基弱风化岩石饱和抗压强度大于45MPa，平均完整性系数KV一般大于0.55，属岩体质量较好的岩石。岩体质量为级，少数构造带或节理密集带的岩体质量为级。坝基下未发现有连续性较好的软弱结构面，一般层面（缝合面）粗糙呈锯齿状，吻合较好，层间错动带和节理大多钙质胶结良好，因此坝基岩体抗滑稳定性较好。以进入相对隔水层（透水率q3Lu）以下5.0m左右作为坝基岩体防渗标准。河床段进入相对隔水层以下10.0m，幕深25.0m40.0m。右岸防渗端点可衔接至地下水位略高于正常蓄水位的ZK26孔处，防渗线路长160.0m，相对隔水层顶板埋深25.0m55.0m，幕深30.0m60.0m；左岸防渗线自坝肩经ZK31孔折转至ZK13孔，线路长约450.0m，相对隔水层顶板埋深15.0m50.0m，幕深20.0m55.0m。1.7.2 电站厂房厂房布置于左岸坝后的陡峻边坡下，为反向坡，基岩裸露，边坡稳定。厂房地基为寒武系上统上组（32-3）和（32-4）的灰色、灰黑色厚至巨厚层白云岩、灰质白云岩夹少量薄层白云岩。全风化岩体分布于边坡上部，厚度为2.0m3.0m；强风化下限在10.0m以内，河床仅1.0m2.0m；弱风化下限埋深8.0m15.0m。构造以节理裂隙为主，一般规模不大。地质构造简单，岩石坚硬较完整，岩体质量为级，边坡整体稳定。1.7.3 消能防冲建筑物消力池的工程地质条件与溢流坝段基本一致。地层亦为寒武系上统上组（32-3）的灰至灰黑色厚层白云岩夹少量薄层白云岩。强风化下限埋深仅1.0m2.0m；弱风化下限埋深10.0m左右。构造以节理裂隙为主，断层规模小，其破碎带胶结良好。岩石坚硬，岩体较完整，除沿裂隙发育的溶槽等外，以级岩体为主，岩体的抗冲流速7.0m/s。1.7.4 上、下游围堰上、下游围堰处除两岸坡脚分布有少量的崩积碎、块石外，其它部位基岩裸露，岩性为寒武系上统上组（32-4）的灰色厚至巨厚层白云岩，岩体较完整，岩体质量以级为主。地质构造简单，以节理裂隙为主，一般规模不大，裂隙除表部溶蚀外，基本均有方解石脉充填，胶结较好。两岸边坡稳定。1.7.5 导流洞导流洞全洞段围岩均为寒武系上统上组（32-3）和（32-4）的灰色、灰黑色厚至巨厚层白云岩、灰质白云岩夹少量薄层白云岩，进口边坡为顺向坡，岩层倾角约15，边坡坡角3040，边坡表部覆盖有崩塌堆积物，呈条状分布，由碎、块石及残坡积土组成，结构松散、架空，下伏岩体较完整。强风化带水平深10.0m15.0m，弱风化带水平深25.0m30.0m。出口边坡右侧为顺向坡，岩层倾角约20，边坡坡角下部较缓，上部为悬崖，边坡基本稳定。节理裂隙不甚发育，岩体较完整。强风化带水平深5.010.0m，弱风化带水平深25.035.0m。卸荷裂隙的发育深5.0m左右。隧洞沿线地质构造以节理裂隙为主，多方解石脉胶结，未见断层等分布，洞室围岩大部分呈弱微风化，岩体完整，稳定条件较好。地下水位在坝轴线上游较高，往下游基本与河水位持平。根据导流洞围岩特征，进、出口段的岩体为类，以卸荷裂隙发育地段较差。一般隧洞段围岩为类。1.8 天然建筑材料秋水河床基岩裸露，天然砂砾料贫乏，工程所需混凝土骨料需人工轧制。石料场位于坝址北侧2.0km的茅坝坪，其开采条件和交通条件均较好。岩性为奥陶系下统红花园组(O1h)生物碎屑灰岩和分乡组（O1f）白云质灰岩，料场风化层薄。地质构造简单，试验表明：料场的岩石作为轧制混凝土粗细骨料和块石料，物理力学特性满足有关规程规范的要求；总储量大于300万m3，无用层约70万m3，储量满足工程要求。土料场分布在坝址两岸的台地、缓坡上，分布高程310.00 m320.00m，总储量19万m3，有效储量为16万m3。采运方便，质量及储量满足工程要求。南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文）第二章水文水能计算2.1 工程等级水库正常蓄水位290.00m，相应库容1.32亿m3，总库容1.63亿m3，调节库容0.50亿m3，为季调节水库，电站总装机容量120MW，保证出力11.1MW，年利用小时3283h，年发电量3.94亿kWh。根据防洪标准GB50201-94及水电枢纽工程等级划分及设计安全标准DL5180-2003的有关规定，本工程为等大（2）型工程。2.2 洪水标准表2-1 洪水频率表频 率Qm(m3/s)W24h(亿m3)W3d(亿m3)W5d(亿m3)0.02%153001121.230.90.05%1400010.119.3280.1%130009.3517.925.70.2%119008.6216.523.50.5%106007.6414.620.61%95506.8913.118.32%85106.1311.716.15%71005.129.713.110%60104.338.1810.820%48903.526.628.54本工程总装机容量120MW，总库容1.63亿m3，因此，主要建筑物的设计安全标准按等大（2）型工程进行设计，各方案及不同建筑物的防洪标准如下：混凝土坝按500年一遇（P=0.2%）洪水设计，2000年一遇（P=0.05%）洪水校核；引水发电厂房按200年一遇（P=0.5%）洪水设计，500年一遇（P=0.2%）洪水校核；消能防冲建筑物洪水设计按50年一遇（P=2%）洪水设计。2.3 水库及水能主要指标表2.3-1 水库主要指标序号名称单位数量备注1水库水位：m2正常蓄水位m2903死水位m2844正常蓄水位时水库面积m21.325回水长度m6水库容积：亿m37总库容亿m31.638正常蓄水位以下库容亿m39调节库容亿m30.5010死库容亿m311调节特性季调节表2.3-2 坝址水位与流量关系曲线水位(m)248.5249.0249.5250.0250.5251.0251.5252.0流量(m3/s)60.9109180259350459576706水位(m)252.5253.0253.5254.0254.5255.0255.5256.0流量(m3/s)840977110012201390161018302040水位(m)256.5257.0257.5258.0258.5259.0259.5260.0流量(m3/s)22502470268029003130337036303890水位(m)260.5261.0261.5262.0262.5263.0263.5264.0流量(m3/s)41604440475050605380573061406550水位(m)264.5265.0265.5266.0266.5267.0267.5268.0流量(m3/s)696073907830827087409240971010200水位(m)268.5269.0269.5270.0271.0272.0流量(m3/s)1060011100116001210013100142002.4 枢纽的组成建筑物及工程等级2.4.1 枢纽建筑物组成根据山湘水电站枢纽的开发任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、泄水建筑物、引水发电厂房。2.4.2 水工建筑物级别根据GB50201-94防洪标准和SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准，山湘水电站工程等别属等工程，水库为大（2）型水库，电站为中型电站。枢纽建筑物中的溢流坝、非溢流坝、混凝土闸和电站厂房等主要建筑物属于2级建筑物，导墙、护岸等次要建筑物为3级建筑物，临时建筑物为4级建筑物。2.5 防洪标准各水工建筑物洪水标准见下表：表2-4 永久性水工建筑物洪水标准表 水工建筑物建筑物级别建筑物洪水标准p(%)设计校核溢流坝20.20.05非溢流坝20.20.05电站厂房20.50.2导墙、护岸322.6 调洪演算2.6.1 调洪演算的目的主要根据水位水利的相关资料，如水位库容曲线以及坝址设计洪水过程线，孔口尺寸、孔数以及堰顶高程，利用调洪演算来确定设计洪水位和校核洪水位，为后面坝顶高程和泄水建筑物的尺寸的确定奠定基础。2.6.2 调洪演算的基本原理和方法1.根据库容曲线Z-V，以及用水力学公式计算Q-Z关系q=mB（2g）1/2H3/2 （2-1）式中：q过堰流量，单位为：m3/s；B过水断面宽度，单位为m；m堰的流量系数；局部水头损失系数；H堰顶全水头，单位为m。2.分析确定调洪开始时的起始条件，起调水位。3.本次调洪计算采用水资源规划及利用书中介绍的列表试算法计算，依据书中所给的水库洪水调节原理，采用水量平衡方程式（Q1+ Q2）t/2-（q1+q2）t /2=V2- V1=V （2-2) q=f（V） （2-3） 式中：Q1、Q2计算时段初始，末段的入库流量。m3/sq1、q2计算时段初始，末段的下泄流量。m3/sV1、V2入库水量，下泄流量。m3t计算时端，s。，一般取16小时，需化为秒数。本设计调洪计算采用列表式算法，就是在已知入库洪水流量和水库水位库容关系曲线等情况下，推求下泄洪水过程线，拦蓄洪水的库容和水库水位的变化，求得最大下泄流量及其所对应的最大库容和校核洪水位。列表式算法的步骤为：根据已知的水位容积关系曲线V=f（Z）和泄洪建筑物方案，用式（3-1）求出下泄流量与库容的关系曲线q=f（V）。（2）选取合适的计算时段，以秒为计算单位。（3）决定开始计算的时刻和此时刻的V1，q1值，然后列表计算，计算过程中，对每一计算时段的V2，q2值都要进行试算。（4）将计算结果绘成曲线供查阅。在计算过程中，每一时段的Q1，Q2，q1,V1均为已知。先假定一个水位，通过水位库容曲线查出对应的V2，再由公式（3-2）查得对应的下泄流量q2。通过水量平衡方程（3-3）可以求得和，根据水位库容曲线又可以反推出对应的。若不等于，则要重新假定一个，重复以上的试算过程，直至两者相等或很接近为止。这样多次演算求得的值就是下一时段的值。可依据此值进行下一时段的试算。逐时段依次试算的结果即为调洪计算的成果。2.6.3 调洪的基本资料1） 调洪演算方案调洪演算方案拟定如下，共有三个方案，详细情况列于表2-6.3-1：表2.6.3-1 调洪演算方案表堰顶高程(m)孔口尺寸(m)孔数方案一27212185方案二27313175方案三27414165注：1218表示孔口尺寸(m)(宽高)，即宽12m，高18m。2） 计算工况计算工况分校核和设计两种，由设计规范可知：混凝土坝按500年一遇（P=0.2%）洪水设计，2000年一遇（P=0.05%）洪水校核。3） 调洪演算根据基本资料和限制条件，利用列表试算法调洪演算（详细计算见计算书第1章），将计算成果列于表2.6.3-2：表2-6 调洪成果表方案孔口尺寸（m）起调水位工况Qmax（m3）Vmax （m3）Zmax（m）方案一1218290校核12776.6117555.4293.66设计10939.1015020.7291.53方案二1317290校核12833.1417478.05293.60设计10961.1215032.6291.54方案三1416290校核12880.0817543.5293.65设计10992.5515199.2291.68此次设计取堰净宽B=65m，设计洪水位为291.54校核洪水位为293.6m。第三章 枢纽布置、坝址选择3.1 坝址选择3.3.1 坝轴线的选择坝轴线选择原则石堤水电站预可行性研究报告审查意见中同意设计推荐的上坝址。坝轴线选择时，按以下的原则进行：在选定的上坝址进行坝线选择。水库正常蓄水位290.00m，死水位284.00m。 装机规模为60MW2台。选定坝型为碾压混凝土重力坝，枢纽泄洪为开敞式溢流表孔。枢纽布置为左岸坝后式厂房。3.3.2 坝轴线拟定1） 坝轴线比选范围预可行性研究报告审查意见同意设计推荐的上坝址作为选定坝址，并要求进一步查明各建筑物的工程地质条件，通过对工程地质条件、枢纽布置、施工、工程量和投资等方面综合比较，最终选定坝轴线。根据上述审查意见，结合地形地质条件和枢纽布置要求，将坝轴线比选范围定在上坝址上下游200.0m顺直河道范围内。2） 坝轴线拟定坝址两岸地形和地质条件是坝轴线选择的关键因素之一。从地形上，应满足泄流前沿宽度和归槽条件，同时应兼顾施工导流和尽量节省工程量等因素。从地质上，应使两岸坝基基岩的风化深度尽可能浅，以尽量减小岸坡坝段的坝体长度，降低岸坡坝段坝高，并尽量缩短帷幕线；河床坝段应座落在较完整的弱风化岩石上。为避免丢失宝贵的水头，充分利用水能资源,坝轴线向上游不能超过右岸上游侧小冲沟。为改善下泄水流的出流条件，防止河道拐弯对水流的顶托，影响消力池水流流态，坝轴线向下游方向应保证其消力池后有一定长度的顺直河道。根据上述坝轴线布置原则，在确定的坝轴线比较范围内选取了上、下2条坝线进行比较。上坝线即为预可阶段推荐坝线，下坝线距上坝线下游95.0m。3.2 坝型选择溢流坝型选择根据工程特点，经比较分析，选择开敞式有闸控制低堰型式，堰型为WES实用堰。左右岸非溢流坝选择重力坝坝型。筑坝材料经分析比较，溢流坝，非溢流坝均采用混凝土坝。第四章 坝体剖面设计4.1 剖面设计原理混凝土重力坝设计的原则是：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；力求断面较小，工程量小；运行方便；便于施工。4.2 基本剖面重力坝的基本剖面是指坝体在重力、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力3项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡常做成铅直；下游坝坡坡率m=0.60.8；底宽为坝高的0.70.9倍。在该工程中，下游坝坡坡率m取0.7。根据交通和运行管理的要求，坝顶应有足够的宽度。为防波浪漫过坝顶，在静水位以上还应留有一定的超高。4.3 设计基本资料4.3.1 特征水位及流量校核水位（P=0.05%）=293.6m ；Z下游水位=270.73Qmax下泄=12833.14m3/s 设计水位（P= 0.2 %）=291.54m ；Z下游水位=268.86m Qmax下泄=10961.12m3/s 4.3.2 水文气象资料1） 多年平均降水量为1300.6mm；多年平均气温为16.4；2） 极端最高气温为41.9；极端最低气温-3.6；3） 多年平均最大风速为20m/s；吹程为1.2km。4） 泥沙：多年平均输沙量为179万t。5） 工程地质参数：详见本说明书第三章。6） 地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相应地震基本列度小于6度。7） 材料容重：混凝土c24KN/ m3、钢筋混凝土025KN/m3 、浆砌石块22KN/m3，水的容重w9.8KN/m3。相关参数见下表4.3.2：表4.3.2 水库参数表项 目参 数水位正常蓄水位时（设计洪水位）上游水位（m）291.54 下游水位（m）268.86校核洪水位时上游水位（m）293.60 下游水位（m）270.73泥沙泥沙高程（m）204.00 泥沙内摩擦角（）16泥沙浮容重（KN/ m3）11重度砼（KN/ m3）24钢筋砼（KN/ m3）25浆砌石（KN/ m3）22泥沙（KN/ m3）18水（KN/ m3）9.81渗透压力强度系数设防渗帷幕及排水孔（河床坝段）0.25设防渗帷幕及排水孔（岸坡坝段）0.35设防渗帷幕及排水孔（排水管帷幕处）0.24.4 非溢流坝段剖面设计4.4.1 坝顶高程坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程，应高于防浪顶高程。防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差h，可按下式计算：h =h 1%+hz+hc （4-1） 式中：h 1%为累计频率为1%时的波浪高度，m; hz为波浪中心线高于静水位的高度，对于山区水库，波浪要素按官厅公式计算如下:hl=0.0166V05/4D1/3. （4-2）L=10.4hl0.8 （4-3）hz =（hl2/L）cth（2H/L） （4-4）H为坝前水深，m; hc为为安全加高。 V0计算风速，m/s，正常蓄水位和校核洪水位时宜用相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍。校核洪水位四宜用相应洪水期的多年平均风速,m/s；D吹程。风区长度1.2km；L波长，m；表4.4.1-1 安全加高表荷载组合（运用情况）坝的级别1234、5基本组合（正常情况）0.70.50.40.3特殊组合（校核情况）0.50.40.30.2本工程hc取0.5坝顶高程（或坝顶防浪墙高程）按下式计算，并选用其中的较大值。坝顶高程=设计洪水位+h设坝顶高程=校核洪水位+h校表4.4.1-2 坝顶高程计算成果表计算情况风速Vm/s波浪高度hl：m波浪长度L:m风壅水高hz：m安全加高hc：m静水超高m坝顶高程m设计情况16.80.748.170.210.51.45292.99校核情况8.40.253.430.0570.40.707294.307经过比较可以得到坝顶或防浪墙顶高程为294.307m，故最大坝高为： 294.307-240=54.307 m4.4.2 坝顶宽度为了适用于运用和施工的需要，坝顶需要一定的宽度。一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%10%，并且不小于3米。同时，为了满足设备布置、运行、交通及设施的需要，经过分析选取山湘水电站非溢流坝的坝顶宽度为6m，其中向上游侧外挑1m，向下游侧外挑2m（总宽度为9m）。4.4.3 坝面坡度坝址区的岩体质量基本一致。河床与河谷两岸的弱风化岩体基本为级；一般强风化岩体质量在级之间；微风化或新鲜岩体质量为级。岩基较完整，坚硬，f，c值较大，可不借助上游坝面水重帮助坝体维持稳定，故上游坝坡做成铅直，上游边坡系数n取0，m取0.75 。 上游坝坡采用铅直型，下游起坡点位置的选择应根据坝的实用剖面型式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算而来.根据计算下游起坡点的