公伯峡混凝土重力坝设计.doc

毕业设计（论文）题 目 公伯峡混凝土重力坝设计及坝 体应力、变形二维有限元分析专 业 水利水电工程 班 级 学 生 指导教师 2016 年摘 要公伯峡水电站枢纽位于青海省循化撒拉自治县和化隆回族自治县交界处。电站以发电为主，兼顾灌溉及供水。该工程属一等大()工程。永久性挡水和泄水建筑物设计洪水标准为五百年一遇，校核洪水标准为万年一遇或可能最大洪水。本毕业设计的主要内容包括：对所给工程资料和有关工程地质条件进行分析，对坝址、坝轴线、坝型进行选择和整体枢纽布置；利用所学知识和所给水文气象资料进行调洪演算，确定特征水位及相应的特征库容；根据调洪演算的成果确定坝顶高程；根据水工建筑物的相关知识进行非溢流坝剖面拟定，根据安全系数法和极限状态分项系数法进行抗滑稳定、强度验算；进行溢流坝剖面拟定、根据水力计算的相关知识进行溢流坝水力计算；泄水排沙底孔剖面拟定、水力计算；根据细部构造的相关规范规定进行细部构造设计；进行专题（坝体应力、变形二维有限元分析）的设计。关键词：混凝土重力坝；公伯峡；有限元分析；抗滑稳定ABSTRACTThe hub of the Gongboxia Hydropower Station is located in the junction of Xunhua Hua and long Hui Autonomous County in Qinghai Province. This hydropower station is focused on generating electricity, taking into account the irrigation and water supply. The project is the 1st class project of big () type. The design flood standards of Permanent retaining water and discharge structure are in five hundred years, and the check flood standard is in million years or probable maximum flood.The main content of this graduation design includes these following points: selecting the site, axis, type of the dam and general hub layout according to those given engineering data and related engineering geological conditions to analyse, using the knowledge and hydrological and meteorological data to carry on flood routing, determining the characteristic water level and the corresponding capacity, deciding the crest elevation according to the characteristics of flood routing; proposing the non-overflow section according to the related knowledge of hydraulic structures, carrying out the anti-slide and stability calculation based on the safety factor method and partial coefficient method; proposing the overflow section and making hydraulic calculation; making calculation of discharge desilting bottom and hydraulic calculation; designing the specification according to the relevant provisions of the detailed structure; carrying out special project design (two-dimension finite element analysis of dam deformation and stress). 第1章 绪论1.1 工程概况公伯峡水电站是黄河干流上游龙羊峡至青铜峡河段中，接龙羊峡、拉西瓦、李家峡之后的第四座大型梯级电站。枢纽位于青海省循化撒拉自治县和化隆回族自治县交界处，距循化县城25km，距西宁公路里程153km（直线距离95km）。公伯峡水电站以发电为主，兼顾灌溉及供水。该工程属一等大()工程。永久性挡水和泄水建筑物设计洪水标准为五百年一遇，校核洪水标准为万年一遇或可能最大洪水。1.2 工程特性表本工程的部分工程特性值，见表1-1。表1-1 公伯峡水电站工程特性表工程规模等别建筑物级别1地震烈度7水库总库容亿m5.5调洪库容亿m0.75死库容亿m4.75校核洪水位m2008.40 校核洪水位m2005.99 正常蓄水位m2005.00 死水位m2002.00 非溢流坝段坝底高程m1875.00 最大坝高m133.84 最大坝长m582.55 坝顶宽度m11 下游侧坡比1:0.8溢流坝段溢流坝段堰顶高程m1995.20 溢流坝最大泄量m/s7477.50 单宽流量m/(s*m)93.47 溢流坝净宽m80鼻坎反弧段半径m18消能方式挑流消能底孔进口中心高程m1985孔口尺寸m*m2*2底孔最大泄量m/s81.68消能方式m/(s*m)挑流消能第2章 水文气象2.1 流域概况黄河发源于青海省巴颜喀拉山北麓各恣各雅山下的卡日曲。流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东九省（区），于山东省恳利县、利津两县之间汇入渤海。干流全长5464 km，全流域面积752443 km2 。黄河公伯峡水电站坝址位于青藏高原东部，青海省循化县与化隆县境内黄河干流的公伯峡峡谷出口段，是龙羊峡青铜峡河段梯级开发规划报告中的第4个大型梯级水电站。距上游李家峡、龙羊峡水电站坝址分别约为：76 km和184.6 km，距上游贵德水文站140.6 km。坝址上游22km处有隆务河汇入。距下游循化县城及循化水文站约25 km。公伯峡坝址控制流域面积143619 km2，多年平均径流量221亿m3，占全流域面积的19.1%，水量占全流域的38.8%，水力开发条件十分优越。公伯峡水电站采用循化水文站为设计代表站，其多年平均流量703m3/s，多年平均含沙量1.25kg/m3, 为全流域含沙量较小的河段。坝址上游有已建的龙羊峡、李家峡水电站。龙羊峡水库是一个具有多年调节性能的巨型水库，总库容达275亿m3。当龙羊峡水电站投入正常运行后，与下游刘家峡水库联合调度运用，使公伯峡径流年内分配趋于均匀，提高公伯峡的发电效益。同时大大削减公伯峡入库洪水，减小公伯峡水库的设计洪水和校核洪水。李家峡水库为日调节水库，调节性能较差，对公伯峡水库的入库洪水和径流年内分配影响较小。2.2 水文资料黄河上游干流安宁渡以上有黄河沿、吉迈、玛曲、唐乃亥、贵德、循化、上诠、兰州、安宁渡等水文站。上述站均为国家基本测站，观测系列较长，资料精度较高，资料整编规范，由黄河水利委员会整编刊印成黄河水文年鉴，在使用中未发现不合理现象。其中兰州站观测年限最长，始于1934年。循化水文站位于公伯峡坝址下游约25km处，控制流域面积145459 km2 ，与公伯峡坝址以上流域面积相差1.26%。循化水文站测量断面上下河流基本顺直、水流流态顺畅，1945年建站观测至今。循化水文站为公伯峡工程的设计代表站。循化水文站水文资料延长至2000年。19902000年这10年中未发生过特大洪水。在循化水文站资料系列的插补延长和1980年以后因龙羊峡和李家峡水库调蓄影响的资料还原中，还引用了唐乃亥、贵德、上诠、兰州站及其它一些支流水文站资料。2.2.1 径流特性根据黄河公伯峡水电站工程初步设计重编报告,公伯峡水电站设计时径流计算采用19191990年71年系列资料，包括了丰、平、枯三个部分，具有较好的代表性。根据循化水文站19192000年共81年水文年径流系列，进行频率计算，采用矩法估算参数，P- 型曲线适线，并经上、下游参数平衡，得循化水文站多年平均流量703 m3/ s，Cv=0.24，Cs=2Cv，经频率计算循化站年径流成果见表2-1和表2-2。表2-1循化站年径流频率计算成果表站名均值CvCs/Cv各种频率设计值(P%)102050759095资料年限循化7.30.2429268406905834974501919-2000表2-2 循化站径流年内分配成果表月份789101112123456多年平均流量(m3/s)1422122313271093577278216199259367594978占年水量的百分数(%)16.614.315.512.96.763.32.52.33.04.36.911.52.2.2 设计洪水黄河上游大洪水是由大尺度天气系统所造成的长历时，大面积连续降雨所形成的，局部暴雨对造洪影响不大。一般是暴雨特性在地面的反映，所形成洪水多由大面积降雨所致，洪水涨落较缓，一次洪水过程约40天左右，洪型矮胖，历时较长，峰形多以单峰为主，峰、量关系对应较好，在实测的较大洪水中洪峰出现在9月份占40%，出现在7月份占36%。1946、1967、1981年洪峰都出现在9月份，1964年和调查的1904年历史洪水洪峰出现在7月份。公伯峡水库受上游水库调蓄影响的设计洪水作为公伯峡水库设计洪水。其设计洪水计算结果见表2-3。表2-3 公伯峡设计洪水成果表（流量：m3/s，洪量：亿m3）项目均值CvCv/Cs各种频率P的设计值()0.010.2125洪峰流量25200.3647860585054004990428015天洪量27.30.34488.267.656.251.144.245天洪量65.10.334207160133122106公伯峡水电站施工期洪水控制标准为20年一遇。公伯峡水电站20年一遇导流流量主要受李家峡水电站发电流量及李家峡公伯峡区间洪水控制。经过分析，在电网非异常运行情况下，李家峡水库下泄流量控制在1000 m3/s左右，当李家峡公伯峡区间发生洪水的时候，李家峡水电站下泄流量控制在1000 m3/s以下，在考虑20年一遇洪水李家峡公伯峡区间流量，得到公伯峡水电站20年一遇洪水最大流量为1500 m3/s。2.3 水库泥沙公伯峡水电站坝址位于黄河上游青海省循化县与化隆县交界处的公伯峡峡谷出口处，上距循化水文站25 km，坝址控制流域面积143619 km2。公伯峡坝址上游77 km处已建有李家峡水库。该库相对库大沙小，库沙比为157，水库泥沙淤积平衡年限很长，对入库水沙有巨大的调节作用，入库泥沙基本淤积在库内，仅有少量细颗粒泥沙排出库外。据李家峡水电站设计成果，水库运行的1030年期间平均年出库沙量126万t，水库运行1060年期间平均年出库沙量为165万t，不到入库沙量的14%。公伯峡水库设计入库悬移质泥沙多年平均含沙量为0.32kg/m3，汛期（69月）平均含沙量为0.456 kg/m3。实测最大含沙量采用贵德站实测值131 kg/m3（1981年8月5日）。库悬移质泥沙中值粒径为0.03mm，平均粒径为0.062mm。公伯峡水库设计年平均入库沙量为709万t，库沙比为93，水库泥沙淤积平衡年限长，水库泥沙问题并不严重。但由于入库泥沙颗粒较细，粒径小于0.02mm的冲泻质泥沙占入库泥沙的40%，这部分泥沙易于到达坝前，经水库泥沙淤积计算，20年坝前淤积高程为1948.2 m，50年坝前淤积高程1968.8 m。泥沙浮容重按7.5kg/m3计算。第3章 工程地质3.1 区域地质概况本区出露地层有前震旦系尕让群（岩性为上亚群暗绿色黑云角闪片岩、斜长角闪片岩；下亚群黑云石英片岩、斜长角闪片岩和片麻岩，以及条带状、眼球状花岗质混合岩）；三迭系（岩性为浅变质的灰岩、灰绿色砂岩、板岩互层，夹砂砾岩、灰岩）、白垩系（岩性为浅紫褐色紫灰色含砾砂岩，中粗粒砂岩夹泥质粉砂岩、泥岩等）、上第三系（性为砂岩、细砂岩、砂砾岩、砂质泥岩及粉砂质泥岩等，局部夹泥灰岩、石膏薄层）及第四系（Q）层。库坝区位于祁吕孤形西褶带的次一级构造化隆槽地和河西系的德恒隆加吾力吉隆起带两个构造单元的复合部位上，工程场地四周约10km30km范围内的各边界性断裂，自晚更新世以来均处于相对稳定状态。新构造运动主要表现为间歇性和差异性的隆升运动，工程区属构造基本稳定区。地震基本烈度经复核为度，对应的基岩峰值加速度值为0.11g，100年超越概率2的基岩峰值加速度值为0.20g。3.2 水库区工程地质条件公伯峡水库区位于青海省循化、化隆与尖扎三县交界处。正常蓄水位2005m时，坝前最大水深约为110m，水面宽400m600m，水库全长（包括翘尾部分）约61Km。峡谷水库段：该段自坝前至隆务河口长约18km。此河段河谷狭窄，坡度多在4050，坡高600m700m。岸坡基岩裸露，主要由前震旦系变质岩组成。河水面宽约30m50m。盆地水库段：该段长约43km。两岸地形开阔，水流平缓。库盆主要由第三系上新统红层及前震旦系古老变质岩组成，表部广泛覆盖着第四系松散堆积层。3.2.1 地层岩性前震旦系（Anzgr）尕让群下亚群：岩性以黑云斜长片麻岩、条带状混合岩为主。与上覆地层呈不整合或断层接触。三迭系中统上部岩组（T2b）：岩性为灰绿色厚层块状砾岩、含砾砂岩及长石砂岩等。与下伏前震旦系地层呈不整合接触。白垩系下统下部岩组（K1hka）：岩性主要为砖红紫红色砂岩、含砾粗砂岩及砾砂岩等。与下伏地层呈不整合接触。第三系上新统临夏组（N2L）：上部为砖红、桔黄、灰绿色的含粉砂泥钙质泥岩，夹白色泥钙质泥岩和浅红色钙质页岩条带；下部主要为紫红色砾砂岩及砂砾岩、粉砂岩、泥岩等，与下伏地层呈不整合接触。第四系（Q）：上更新统（Q3）：主要分布在水库两岸级及其以上阶地上。其下部为砂砾石层，上部为砂壤土层；全新统（Q4）：分布在、级阶地及河床和河漫滩上。阶地上覆地层大多呈二元结构，即下部为砂砾石层，上部为砂壤土。加里东期侵入岩：岩性主要为灰白、肉红色花岗岩及伟晶岩等。3.2.2 地质构造尖扎渡口隆务河口冲断层（库区编号F1）：该断层延伸长22km，总体呈NNW向发育。挤压破碎带宽40m60m，破碎带由断层泥、糜棱岩、片理化岩、角砾岩及碎裂岩组成，泥钙质胶结较好。西加吾贝曲卜藏斜冲断层（库区编号F15）：该断层延伸长约17km，总体呈NW300方向延伸。破碎带宽30m左右，由灰绿色糜棱岩、角砾岩、碎裂岩组成，泥钙质胶结较好。哇加扭断层（库区编号F19）：断层延伸长约40km，呈NE60方向展布。断面整齐，宛若刀切。破碎带宽100m200m，带内主要为挤压片状岩、角砾岩等。隆务河口冲断层（库区编号F5）：延伸长约8km，破碎带宽20m40m，主要由角砾岩，挤压片理化带等组成，泥钙质胶结较好。3.2.3 水库渗漏公伯峡水库属于山区型水库，峡谷库段基岩山体高陡雄厚，盆地库段周边亦被基岩山体包围，水库区不存在永久渗漏问题。3.2.4库区及近坝库岸稳定问题公伯峡水库峡谷段岸坡陡峻，重力地质现象显著，两岸均发育有大型岩质滑坡及倾倒变形体。库岸稳定重点地段主要有：坝前左岸分布的古什群号滑坡体，古什群右岸倾倒变形体及尖扎县上游、黄河左岸的号滑坡体。（1）古什群号滑坡该滑坡位于坝前左岸上游2Km处，为一切层岩质滑坡。长约370m，前缘宽200m，中部宽120m，体积155万m3。蓄水后可能发生边岸再造式的局部崩滑、坍岸，总体上不会影响大坝的安全及水库的正常运行。（2）古什群右岸倾倒变形体古什群右岸倾倒变形体位于坝前上游2.2km，沿岸宽度300m，顺坡长度190m，体积约195万m3。经稳定性计算，倾倒变形体上游区的稳定性较好，而下游区较差，且下游区蓄水后在度地震烈度下将失稳。（3）号滑坡号滑坡地处公伯峡电站库区盆地库段的尖扎县城对岸上游1.5km的黄河左岸(距坝址27.8km)，为一大型切层岩质滑坡。滑坡前缘剪出口高程一般在2000m2010m，高出平水期河水位15m25m。号滑坡天然条件下基本稳定，由于其特殊的滑坡结构，地形条件既使不受水库影响，局部地段在暴雨或度地震条件下，也有失稳的可能。3.3坝址区工程地质条件3.3.1坝址区地质概况工程区位于公伯峡峡谷出口段，黄河以NE3050方向流经本区，平水期河水位1900m，水面宽40m60m，水深12m13m。河床覆盖层厚一般为5m13m，最厚达18.7m。河床基岩面最低高程为1874.73m。坝区出露的地层有前震旦系、白垩系、上第三系、第四系及加里东期花岗岩侵入体。前震旦系片岩、片麻岩及上第三系砾砂岩和加里东期花岗岩是构成各建筑物地基及边坡的主要岩体。第三系红层产状为走向MW325350，倾向NE，倾角415，前震旦系变质岩片理产状为走向NW315335，倾向NE，倾角5681，与河流斜交，倾向下游偏右岸。花岗岩侵入体边缘地带片理产状变化较大。岩体中断层、裂隙较发育，主要有4组断层。NNE组：代表性断层有F7、F18、F21、F23等，破碎带一般宽0.2m2.5m，最宽4.5m5.0m。大多充填糜棱岩、角砾岩、碎裂岩，一般未胶结，局部弱泥、钙质胶结。NNW组：代表断层有F1、F15、F17、F24等，破碎带一般宽0.5m2.5m，最宽3.0m5.0m。大多充填糜棱岩、角砾岩、挤压片理化带，一般未胶结，个别钙质胶结。NWW组：代表性断层有F8、F20、F35、F112等，破碎带一般宽0.1m1.5m，最宽25m。充填片理化带、糜棱岩、碎裂岩，局部有0.2cm2.0cm厚的泥质，未胶结。NEE组：代表性断层有F12、F16、F34等，破碎带一般宽0.1m0.3m，最宽0.8m1.0m。充填碎裂岩、角砾岩、少量泥质。一般有弱钙质胶结。3.4天然建筑材料查明砂砾料4000万m3(其中砂料1086万m3)。砼粗细骨料，采用水车村砂石料场及占卜乎砂石料场。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。第4章 调洪演算4.1 水文气象资料4.1.1 洪水资料经分析比较，选择发生在1964年7、8月间的大洪水作为公伯峡的洪水典型过程。由于公伯峡防洪库容较小，用日平均流量调洪难以反映其调洪能力，因此区间最大3天洪水过程采用逐时过程。采用龙羊峡下泄流量过程组合相应区间洪水，得到公伯峡的入库设计洪水过程线。结果见表4-1，图4-1。表4-1 公伯峡入库设计洪水过程线（流量：m3/s）时间（月.日.时）p=0.2%p=0.01%时间（月.日.时）p=0.2%p=0.01%8.2.0 427069908.3.13 518075308.2.1 429070208.3.14 523075908.2.2 431070508.3.15 528076608.2.3 434070808.3.16 533077208.2.4 433070808.3.17 537077808.2.5 433070708.3.18 541078208.2.6 432070608.3.19 544078608.2.7 431070508.3.20 541078208.2.8 430070308.3.21 538077908.2.9 429070208.3.22 535077508.2.10 428070108.3.23 532077108.2.11 427069908.4.0 529076808.2.12 426069808.4.1 527076408.2.13 425069708.4.2 503073308.2.14 423069508.4.3 480070308.2.15 422069308.4.4 478070108.2.16 420069108.4.5 477069908.2.17 418068808.4.6 477070008.2.18 420069108.4.7 477070008.2.19 422069408.4.8 478070008.2.20 424069608.4.9 478070108.2.21 426069808.4.10 478070008.2.22 427070008.4.11 477070008.2.23 428070108.4.12 477069908.3.0 479070208.4.13 477069908.3.1 480070308.4.14 476069808.3.2 501073208.4.15 476069808.3.3 523076008.4.16 475069808.3.4 528076608.4.17 475069708.3.5 533077208.4.18 475069708.3.6 530076808.4.19 475069708.3.7 527076408.4.20 465069708.3.8 524076008.4.21 475069808.3.9 521075708.4.22 475069808.3.10 519075408.4.23 476069808.3.11 516075108.5.0 475069708.3.12 51707520图4-1 公伯峡入库设计洪水过程线4.1.2 气象资料公伯峡坝址以上流域位于青藏高原东北部，地处中纬度内陆高原，距海洋较远，属典型的大陆性气候，冬季漫长，夏季凉爽，气温日较差大，无霜期短。如循化气象站，1月平均最高气温3，平均最低气温-11.6；7月平均最高气温26.5，平均最低气温13.5。雨量在时间和地区上分布不均匀，时间上冬春较为干旱，夏秋则常有暴雨和连阴雨产生，雨季主要集中于59月，雨量占全年雨量的80%以上；地区上分布上游吉迈玛曲区间最大，最大可达800mm，而唐乃亥循化区间仅为250300mm。多年平均蒸发量在11002200mm。循化气象站为距坝址最近的一个国家气象站，为工程的气象设计代表站，建于1959年，已有40多年的观测资料，观测项目较全且精度较高。由循化气象站19602001年实测资料统计，其多年平均气温8.7，多年平均降雨量266.2mm，蒸发能力2131.4mm（20cm蒸发器），最大风速24.0m/s。多年平均年日照时数2712.7hr。4.1.3 库容曲线公伯峡水电站水库库容曲线采用初步设计阶段成果，即以青海省测绘局1978年测绘，1981年出版的万分之一地形图量算成果，正常蓄水位以下库容5.5亿m3。公伯峡水电站水位库容、面积关系曲线见表4-2。表4-2 公伯峡水电站水位库容、面积关系曲线表水位水库面积(km2)原始库容(亿m3)淤积20年库容(亿m3)淤积50年库容(亿m3)19100.250.019200.610.0419301.180.1319401.670.280.019502.520.480.0619603.820.800.3819705.371.260.840.019808.481.951.520.63199012.282.992.531.43200018.084.513.792.4920055.504.663.21201026.446.735.894.4420158.15202036.934.1.4 下游水位流量关系曲线根据实测断面资料对各水尺的水位流量关系曲线进行复核，公伯峡水电站下游水位流量关系曲线见表4-3。表4-3 公伯峡水电站下游水位流量关系曲线表水位（m）流 量(m3/s)C水尺P水尺18988090189927028019005406401901860112019021210168019031570232019041970300019052360390019062800488019073310589019083870690019094470794019105080900019115730191264001913708019147780191585104.2底孔规模及死库容的确定考虑水库排沙和防汛及意外情况下泄洪的需要，宜建底孔。根据水库堆积所需和排沙的要求，选取底孔进口高程为1985.00m，死水位为2002m，相应的死库容为4.906亿m3。水库水位库容ZV关系曲线见表4-2。4.3 调洪演算4.3.1 水库调洪演算的作用与任务洪水流经水库时，水库容积对洪水的拦蓄、滞留作用，以及泄水建筑物对出库流量的制约或控制作用，将使出库洪水过程发生变化。与入库洪水过程相比，出库洪水的洪峰流量显著减小，洪水过程历时大大延长。洪水流经水库产生的上述变化过程，称为水库洪水调节。水库调洪计算的目的是在已拟定泄洪建筑物及已确定的防洪限制水位（或其他起调水位）的条件下，用给出的入库洪水过程、泄洪建筑物的泄流能力曲线及库容曲线等基本资料，按规定的防洪调度规则，推求水库的泄流过程、水库水位变化过程及相应的最高水位和最大下泄流量。若水库不承担下游防洪任务，那么水库调洪计算的任务，则是研究和选择能确保水工建筑物安全的调洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的选择，最终确定水库的设计洪水位、校核洪水位、调洪库容及两种情况下相应的最大泄流量。若水库担负下游防洪任务，首先应根据下游防洪保护对象的防洪标准、下游河道安全泄量、坝址至防洪点控制断面之间的区间汇流情况，配合泄洪建筑物形式和规模，合理拟定水库的泄流方式，确定水库的防洪库容及其相应的防洪高水位；其次，根据下游防洪对泄洪方式的要求，进一步拟定可保证水工建筑物安全的泄洪方式，经调洪计算，确定水库的设计洪水位与校核洪水位及相应的调洪库容。4.3.2 调洪计算原理根据水库水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组12Qt+Qt+1t-12qt+qt+1t=Vt+1-Vt (4-1)式中 t计算时段长度，s； Qt,Qt+1计算时段初、末的入库流量，m3/s；qt,qt+1计算时段初、末的出库流量，m3/s； Vt, Vt+1计算时段初、末水库蓄水量，m3。当已知水库入库洪水过程线时， Qt、Qt+1均为已知： Vt、qt则是计算时段t开始时的初始条件。式（4-1）中仅Vt+1、qt+1为未知数。必须配合水库泄流方程q=f(V)与上式联立求解Vt+1、qt+1的值。当水库同时为兴利用水而泄放流量时，水库泄流量应计入这部分兴利泄流量。假设暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，若泄洪建筑物为无闸门或闸门全开的开敞式溢洪道，则下泄流量q的计算公式为q1= m B2gH3/2 (4-2)式中 侧收缩系数； m流量系数； B溢洪道宽； H堰上水头。若为孔口出流，则堰流公式为q=2gH (4-3)式中 孔口出流系数； 孔口出流面积； H孔口中心水头。由式（4-2）或试（4-3）所反映泄流量q与泄洪建筑物水头H的函数关系可转换为泄量q与库水位Z的关系曲线q=f(Z)。借助于水库容积特性V=f(Z)，可进一步求出水库泄流量q与蓄水容积V的关系，即q=f(Z) (4-4)式（4-1）与式（4-4）组成一个方程组，就可以来求解Vt+1、qt+1这两个未知数，式（4-4）用关系曲线的形式来表示。当已知初始条件Vt时，也可以利用式（4-4）来求出qt；或者相反地由qt求Vt。本设计将使用列表试算法进行调洪计算。4.3.3 调洪计算过程初步拟定采用溢流坝段和底孔联合泄流，溢流坝段堰顶高程1995.20m，（设闸门）溢流坝段总长定为80m，分5孔，每孔净宽16m。设一个底孔，进口高程1985.00m，孔口尺寸2m*2m。起调水位：正常蓄水位（防洪限制水位）2005.00m。大坝库水位库容ZV关系曲线、水位下泄流量曲线如图4-2、4-3及表4-4。表4-4 水库库容及泄流曲线表水库水位Gi(m)下泄流量q(m3/s)库容 V总(万m3)2005 4856.4 55000 2006 5608.4 57460 2007 6396.0 59920 2008 7217.5 62380 2009 8071.7 64840 2010 8957.3 67300 2011 9873.3 70140 2012 10818.6 72980 2013 11792.5 75820 2014 12794.0 78660 2015 13822.5 81500 图4-2 水位库容ZV关系曲线图4-3 水位下泄流量曲线洪水过程线具体数据可见本章表4-1及图4-1。具体调洪计算求qt过程和库水位过程见表4-5和表4-6。表4-5公伯峡水库设计情况下泄流量计算表来水流量 m3/s平均流量 m3/s来水量 万m3下泄平均流量 m3/s下泄水量 万m3余亏水量 万m3总库容 万m3水库水位 m528052551891.805062.621822.5469.2657255.222005.92533053051909.805189.131868.0941.7157296.942005.93530053151913.405259.471893.4119.9957316.932005.94527052851902.605283.051901.900.7057317.632005.94524052551891.805275.461899.16-7.3657310.272005.94521052251881.005254.831891.74-10.7457299.532005.93519052001872.005230.201882.87-10.8757288.662005.93516051751863.005205.351873.93-10.9357277.732005.93517051651859.405184.781866.52-7.1257270.612005.92518051751863.005176.181863.42-0.4257270.192005.92523052051873.805184.221866.327.4857277.672005.93528052551891.805210.871875.9115.8957293.562005.94533053051909.805251.101890.3919.4157312.972005.95537053501926.005295.561906.4019.6057332.572005.96541053901940.405338.881922.0018.4057350.972005.97544054251953.005378.821936.3716.6357367.602005.98541054251953.005405.691946.056.9557374.552005.99538053951942.205408.201946.95-4.7557369.802005.98535053651931.405391.791941.04-9.6457360.152005.97532053351920.605367.471932.29-11.6957348.462005.96表4-6公伯峡水库校核情况下泄流量计算表来水流量 m3/s平均流量 m3/s来水量 万m3下泄平均流量 m3/s下泄水量 万m3余亏水量 万m3总库容 万m3水库水位 m751075252709.007357.992648.8760.1362814.632008.08752075152705.407377.052655.7449.6662864.292008.10753075252709.007393.872661.7947.2162911.502008.12759075602721.607411.352668.0953.5162965.012008.14766076252745.007432.662675.7669.2463034.262008.17772076902768.407459.122685.2883.1263117.382008.20778077502790.007489.812696.3393.6763211.042008.24782078002808.007523.362708.4199.5963310.632008.27786078402822.407558.262720.97101.4363412.062008.31782078402822.407591.412732.9189.4963501.552008.34779078052809.807618.592742.6967.1163568.662008.36775077702797.207638.472749.8547.3563616.022008.38771077302782.807651.592754.5728.2363644.242008.39768076952770.207658.762757.1513.0563657.292008.40764076602757.607660.962757.95-0.3563656.952008.40733074852694.607650.552754.20-59.6063597.352008.38703071802584.807613.132740.73-155.9363441.422008.33701070202527.207552.772719.00-191.8063249.632008.25699070002520.007488.912696.01-176.0163073.622008.18由以上调洪计算可得到水库的特征水位和特征库容：设计洪水位为2005.99m，相应的库容为57374.55万m3；校核洪水位为2008.40m，相应的库容为63657.29万m3。在校核洪水位Z校=2008.40m下，大坝最大库容V最大=63657.29万m3,查水利水电工程等级划分基洪水标准中表2.1.1水利水电工程分等指标可得：该枢纽工程为一等大（1）工程，枢纽永久建筑物等级为1级（主要建筑物为1级，次要建筑物为3级）。第5章 枢纽布置5.1 坝址选择公伯峡水电站坝址位于青藏高原东部，控制流域面积143619km2，多年平均径流量221亿m3，占全流域面积的19.1%，水量占全流域的38.8%，水力开发条件十分优越。该坝址所在工程区位于公伯峡峡谷出口段，河床基岩面最低高程为1874.73m。构成各建筑物地基及边坡的主要岩体为前震旦系片岩、片麻岩及上第三系砾砂岩和加里东期花岗岩。该坝址处坝基两岸地形不对称，左岸发育、级侵蚀堆积阶地，1940m高程以下地形平缓，以上地形陡峭。右岸发育级阶地（局部残留）、级阶地，地形陡峻。河道基本平直，河床面高程18841898m,河床覆盖层厚度一般510m，最后达1820m。坝基岩性相变较大，软硬不均，断层发育。地形起伏变化较大，岩体局部卸荷、松动，风化强烈。第三系红层产状走向MW325350，倾向NE，倾角415，前震旦系变质岩片理产状走向NW315335，倾向NE，倾角5681，与河流斜交，倾向下游偏右岸。花岗岩侵入体边缘地带片理产状变化较大。坝区岩体一般无明显的强卸荷带发育，局部陡坡段有510m的卸荷、松动岩体分布。坝区地下水按其埋藏条件可分基岩裂隙性潜水，局部基岩裂隙承压水及第四系孔隙性潜水。通过钻孔压水试验，片岩、片麻岩透水性较弱=0.10.05L/(minm2)，相对隔水层0.01L/(minm2)顶板埋深左岸为3060m，河床为1030m，右岸为4060m，局部达7090m。5.2 坝型选择对常见坝型，重力坝、土石坝、拱坝所要求的地形地质条件和各自的坝型特点进行比较，如下：重力坝结构作用明确，设计方法简便，对地形、地质条件适应性强，施工方便，便于施工导流；但坝体剖面尺寸大，材料用量多，且坝体与地基接触面较大，相应坝底扬压力大，对稳定不利。土石坝可就地就近取材，能够适应不同的地形、地质和气候条件，其缺点是土石坝对防渗要求很高，在防渗材料选取方面造价较高，且坝身不过流，需单独设置溢洪道及泄洪洞，工程量较大。拱坝主要依靠两岸拱端的反力作用维持稳定，属于高次超静定结构，承载能力强，安全度高，因此对坝址地质条件的要求比重力坝和土石坝高，河谷两岸的基岩必须能