石头峡水电站水利枢纽工程坝体设计说明书（毕业设计）.doc

第一章石头峡水电站水利枢纽工程基本资料第一章石头峡水电站水利枢纽工程基本资料1.1地形地质条件 1.1.1地理位置以及该枢纽任务 石头峡水电站位于大通河中上游的石头峡中，大通河干流河道全长574.12km，其中青海省内流域面积464.2km，甘肃与青海共界河长49.27km，甘肃省内流域面积60.43km。该电站除发电外，工程还兼有防洪、供水、灌溉发电等综合功能。修建石头峡水利枢纽工程可以每年可向湟水流域调水7.5亿立方米，同时对其下游规划建设的8座梯级电站具有重要的调节功能，真正发挥龙头调蓄水库的作用，大幅度提高下游各电站的保证出力。1.1.2地形条件 石头峡水电站河谷呈“U”形，河床宽744米两岸发育不对称的级和级阶地，阶面开阔平坦，宽200m400m两岸边坡30o70o,自然边坡稳定，坝址区第四系覆盖层厚度315m基岩主要为前寒武纪系石英岩、花岗片麻岩等，属低山地貌，海拔30005000. 工程区位于祁连褶皱系北祁连褶皱带东段的南部。1.1.3地质条件 经地表开挖勘测及深部钻探分析，坝区地质结构简单，库边稳定。工程区位于祁连褶皱系北祁连褶皱带东段的南部，区域内包括祁连山中间隆起带和北祁连褶皱带两个级大地构造单元，两者以大板山南坡深大断裂为界。中间隆起带由一系列向的陡倾复式紧密褶皱组成，纵向断裂发育，以大坂山南坡大断裂与宝库河断裂及F23为代表。北祁连褶皱带虽然断裂发育，但不存在强烈复活的深大断层。大坂山南坡大断裂延伸长50km，距石头峡坝址2025km，产状为N2800WSW500600，宝库河断裂延伸77km，距坝址33km，产状为N800WSW210500，在中更新世或晚更新世早期有过活动，经热释光年测定至少是6.6+（-）1.8万年以来再未活动过。F29延伸65km。距坝址17km，产状为N2970W-N630E，形成断裂群，主要有F12 、F14 、F16等断层。区域内的地下水可分为空隙水和基岩裂隙水。基岩裂隙水分布于前寒武系变质岩，加里东期侵入岩及格地质地代的碎屑岩中。空隙水则分布于大通河的河漫滩、级阶地及两岸的冲积、冲洪积及洪积等松散地层中。地震构造环境分析，近场区总体属于第四纪及现代构造运动较强的地区，且是中强地震活动区。但构造运动表现最强烈的地带是近场区北部展布有全新世活动断裂的冷龙岭强烈隆起区，该构造区在1986年曾发生过6.4级地震及一系列中强余震，具备发生7级以上地震的构造条件。场区所在的门源盆地相对沉降区及其以南地区，第四纪以来构造活动相对较弱，但展布有晚更新世活动断裂和规模不大的全新世活动断裂，而且于1925年、1929年先后发生过2次5.5级地震，1963年发生过4.75级地震。因此，该地区具有发生6.5级左右地震的地质构造环境。坝址50年超越概率10%的地震烈度为7.6度。坝址的地震基本烈度经复核为度。50年超越概率10%的基岩水平加速度峰值为133gal。石头峡水库南西侧的大坂山是大通河和宝库河的分水岭，山体宽度2030km,与大通河谷高差大于500m，无论从地形上还是从地质条件上均不存在向宝库河流域渗漏的先决条件。库区的北东岸的小红山等低山或中低山最低处均高于水库的最高水位，山体断层不发育。两岸的多处泉水出露高程均高于正常高水位。综上所述，石头峡水库不存在永久的库区渗漏问题，暂时的渗漏量也非常有限。石头峡水库岸全长30多公里，主要有基岩组成，其坡度为300700，大部分边坡稳定和基本稳定。只有局部地段蓄水后预计会产生不稳定岸坡塌方，见表3-1。第四系松散堆积物构成的岸坡坡度为100250，其自然边坡小于水下休止角，故第四系岩性岸坡亦是稳定的。不稳定岸坡塌方量表 位置边坡长度（m）边坡高度(m)边坡宽度(m)地形坡度(度)塌岸方量（104m3）岩性坝址左岸801002070016花岗岩片麻岩的卸荷载石头峡沟口30025356007.8长石石英砂岩与页岩互层小红山10010205007002.9砂砾岩页岩总计26.7在水库淹没范围内无工厂矿山及其它重要建筑，绝大部分是草原牧场，淹没地层的毛细水上升高度不超过0.5m，石头峡水库基本不存在侵没问题。1.1.4水文气象 大通河流域地处内陆高原，周围高山环抱，属内陆高寒气候区，气候严寒，冬长暑短，上游地区终年积雪。日照时间长，太阳辐射强，日照时数在2200小时以上，年太阳辐射总量在130.7154.0 Kcal/cm2之间。气温垂直分布明显，昼夜温差大，平均气温0.5，且随海拔升高而递减，递减率约为0.050.07/100m。降雨时间主要集中在6-9月，降水量占全年降水量的70%以上。青石嘴以上地区，多年平均气温-3.10.6，多年平均最高气温6.26.7， 多年平均最低气温-6.7- -10.5，多年平均相对湿度5053%，多年平均降水量370480mm，年均绝对无霜期为35-48天，蒸发量为1092mm，多年平均积雪深度13-16cm，多年平均日照时数2969-3036h，多年平均风速2.1-3.7m/s，最大风速21-23m/s。与工程区关系比较密切的气象站主要为门源站。门源站位于门源县浩门镇，北纬10123，东经10137，海拔高程2850.0m。根据门源站19612002年共32年的气象统计资料，门源站的多年平均气温0.48，多年平均最高气温9.2，多年平均最低气温-6.6，多年平均无霜期51天，多年平均降水量525.0mm，多年平均蒸发量1137.4mm，历年最大冻土层深度大于200cm。 表2-4 尕大滩站实测月径流量特征值统计表项目7月-10月11月-6月全年（日历年）流量(m3/s)径流量(108m3)流量(m3/s)径流量(108m3)流量(m3/s)径流量(108m3)多年平均径流值97.910.2826.05.4649.915.74最大径流值18519.4445.39.5292.029.00出现年份1989198819891989最小径流值54.45.72122.5226.85.63出现年份1973197819791979大通河流域径流年内变化非常明显，主要集中在汛期的5-10月，径流量占全年径流量的80%以上，为枯水期径流量的4倍。由表2-4可以看出，尕大滩站的径流有以下特点：年内分配不均，径流量主要集中在汛期的710月份,多年平均汛期710月四个月的径流量占全年径流量的65.3%,而非汛期11月至次年6月八个月的径流量仅占全年径流量的34.7%；年际变化较大,年最大径流量是年最小径流量的5.14倍。在径流的空间变化方面，径流深自上游向下游递减，而径流量递增，符合一般河流的径流变化规律。大通河自上而下，先后设有武松塔拉、尕日得、百户寺、尕大滩、天堂寺、连城、享堂等七个水文观测站。石头峡水电站位于白户寺和尕大滩之间，尕大滩水文站的集水面积为7893km2，有1953年到现今的实测水文资料。由于工程处无实测资料,根据工程所处地理位置及地形地貌特征,本次分析计算选用尕大滩站为主要依据站,结合大通河流域各站资料进行合理性的分析和论证。大通河干流主要水文站基本情况见表2-2。 大通河干流水文站一览表站 名地 点集水面积km2资料情况资料年限武松他拉青海省祁连县默勒乡42471958.51973.615尕日得青海省祁连县默勒乡45761973.1现今32百户寺青海省祁连县默勒乡54351957.61963.57尕大滩站青海省门源县青石咀乡78931953.8现今52天堂站甘肃省天祝县朱岔乡1257419581961，1977现今34连城站甘肃省永登县连城乡139141971现今42享堂站青海省民和县享堂镇1512619401942、1945、1947、1950现今66坝址青海省门源县7452尕大滩水文站设在石头峡出口的青石咀镇尕大滩村，控制流域面积7893 km2，于1953年8月设立，1998年1月搬迁至尕大滩下游7km的青石咀桥，控制流域面积8011km2。由于两个测站断面的控制流域面积相差仅为1.37%，并且区间内无较大支流汇入，本次计算将青石咀站1998以后的实测径流资料直接移用到尕大滩水文站断面，不再做还原。本次分析计算，采用尕大滩水文站1955年到2000年的实测径流资料。尕大滩水文站作为一类精度和国家重要水文站，其资料均经过严格的整编、审查、复审、汇编等多道手续，其测验的方式、方法一直没有大的调整，资料的精度完全可以满足工程设计的需要。尕大滩站在10月上旬，水流中就出现冰花，10月中下旬到11月上旬，河道即出现流冰。随着气温的继续下降，流冰冰凌密度增加，体积增大，冰凌之间的冻结力变大，一般情况下，在 11月下旬河流开始封冻，封冻时间最短47天，最长157天，平均封冻时间135天；当出现气温回暖，则会出现冰塞或冰坝现象，而冰塞、冰坝主要出现在4月的河道开河期间,根据调查开河期间平均冰块的尺寸在2m3m；最大冰块的尺寸达6m7m；冰块平均厚度在1.0m左右。河道大致于4月上中旬解冻，热力因素是影响河流开河的主要因素。河流的终止流冰时间一般在4月下旬，最晚则出现在5月下旬。在封冻期间，河段河心最大冰厚为2.10m，河岸最大冰厚为1.80m，河段河心平均冰厚为1.27m，河岸平均冰厚为1.23m，出现时间一般在1-2月份。运行期的冰害主要表现在冰块撞击建筑物、水闸被大冰块堵塞和冰压力对闸门的影响，除设计中从结构安全上考虑外，运行期应加强对冰情的观测，特别是对大冰块要及时进行碎冰处理，以免水闸被堵。1.2建筑材料及其他对外交通坝前有简易道路施工前可以修复此路段，以保证施工期物资的供应。大通河在石头峡水利枢纽工程坝址以上主要是广阔的牧场草滩、牧草旺盛、天然植被情况良好，加之该地区工业和农业生产不发达，人类活动较少，植被破坏和水土流失情况极少。平时大通河上游水质清澈，在洪水期悬移质增多，河水变混浊。因此泥沙的主要来源是上游暴雨冲蚀所致。尕大滩水文站现有1956年1997年年平共42年的悬移质实测资料，多年平均均悬移输沙量68.43104t，多年平均含沙量0.42kg/m3，实测最大含沙量16.6kg/m3,发生在1989年7月6日，相应的流量为418m3/s。1974年洪水洪峰流量1280m3/s，相应的含沙量为11.4kg/m3；1989年洪水洪峰流量1030m3/s，相应的含沙量为9.42kg/m3。 为了保证工程的安全，对于山区性河流，不仅要考虑泥沙的悬移质，而且应该考虑暴雨洪水季节的推移质问题。坝址以上流域属于典型的山区河流，在山区河道中推移质占泥沙数量的比重较大（尤其是在汛期的暴雨阶段）。尕大滩站没有推移质实测资料，推移质输沙量通过悬移质量按比例系数法推算。即：推移质输沙量=悬移质输沙量 ：比例系数 对山区性河流=0.150.3，根据尕大滩地区实际情况，取=0.25，计算得到多年平均推移质输沙量17.0104t。则尕大滩站多年平均输沙量为85.43104t，输沙模数为108.2t/km2。 尕大滩站位于大通河流域上游，地处深山峡谷中，秋末冬初，冷空气不断侵入，太阳辐射量逐渐减少，气温下降较快，受气候条件的影响，其冰期长达半年之久。由尕大滩站多年实测冰情资料可以看出：尕大滩站在10月上旬，水流中就出现冰花，10月中下旬到11月上旬，河道即出现流冰。随着气温的继续下降，流冰冰凌密度增加，体积增大，冰凌之间的冻结力变大，一般情况下，在 11月下旬河流开始封冻，封冻时间最短47天，最长157天，平均封冻时间135天；当出现气温回暖，则会出现冰塞或冰坝现象，而冰塞、冰坝主要出现在4月的河道开河期间,根据调查开河期间平均冰块的尺寸在2m3m；最大冰块的尺寸达6m7m；冰块平均厚度在1.0m左右。第二章水文水利计算2.1水文计算2.1.1确定水利枢纽等别及建筑物级别水利枢纽等别根据水库总库容、装机容量、防洪、治涝、灌溉、供水来确定。1、水库总库容确定：石头峡水电站给出的正常水位3086m ,据水库的水库容积曲线和面积特性曲线，查的水库库容9.76108m3工程规模属于大（2）型，工程等级为级。2、装机容量：石头峡水电站装机容量为33万千瓦，根据装机容量，工程等别确定为级，工程规模为中型。3、防洪：建好的石头峡水电站，可以保护下游中等城市，据保护城市及工业区为中等，确定工程等别为级，工程规模为中型，最终确定石头峡水电站工程等别为级，工程规模为大（2）型。4、建筑物级别确定：永久性水工建筑物级别的确定，由于工程等别为级，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。2.1.2水文计算水文计算主要确定洪水重现期、调洪原理以及推求洪水过程线三个部分。 1、洪水重现期的确定根据给定的水文资料级大通河流域历史洪水调查，表 大通河流域历史洪水调查表调查河段调查单位调查时间调查到的洪水资料存放单位年份流量可靠程度尕尔得寺甘肃省水电勘测设计二总队1968年9月8日1944872较可靠甘肃省水电设计院1967562较可靠1968337较可靠尕大滩站甘肃省水电勘测设计二总队1968年10月19441420较可靠甘肃省水电设计院1967928较可靠金子沟甘肃省水文总站1971年4月2日19192180较可靠甘肃省水文总站享堂站铁道部第一设计院1956年18981730较可靠铁道部第一设计院 本次引用甘肃省调查洪水资料中的关于大通河尕大滩水文站的历史洪水调查结果，通过对资料的复核和分析,认为1944年的历史洪水较为可靠，洪峰流量为1420m3/s。根据甘肃省调查洪水资料中洪水痕迹及洪水情况调查表，尕大滩站1925年也发生了一次大洪水，但是洪峰流量不能确定，而在1925年到1944年之间，尕大滩水文站河段没有发生过和1944年洪水一个量级的洪39青海大学水电系 第二章水文水利计算水。综上所述，将尕大滩站的1944年历史洪水的重现期定为500年（p=0.2%）。根据基本资料给定的情况，由500年一遇的频率下设计洪峰流量Q设计=1900m3/s,据基本资料附图：洪水过程线图。最大的洪水来量Qm=1420m3/s,水文计算用同倍放大法计算，计算结果：KQ=Qmp/Qmd=1900/1420=1.34.校核情况下，取洪水重现期为1000年一遇（p=0.1%）,该频率下洪峰流量Q校核=2150m3/s ,计算结果KQ校核=1.51.2、调洪计算洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间而变化。其流态属于明渠非均匀流，根据水力学，明渠非恒定流的基本公式即圣维南方程。（1）、水量平衡方程式 瞬态法将圣维南方程组简化而得出基本公式，在结合水库特有条件对基本公式进一步简化，则得专用于水库调洪的实用公式：(Q-q)t=1/2(Q1+Q2)t1/2(q1+q2)t=V1-V2=VQ1、Q2-计算时段初、末的入库流量V1、V2-计算时段初、末的水库蓄水量Q-平均入库流量（计算时段中）q1、q2-计算时段初、末的下泄流量q-平均下泄流量（计算时段中）t-计算时段V -V1与V2之差（2）、水库的蓄泄方程水库通过溢洪道泄洪，其泄流量q大小应是泄洪建筑物泄流水头H的函数，而当泄洪建筑物尺寸一定时，q=f(H)=AHBA-系数，与建筑物形式和尺寸 ，闸孔开度以及淹没系数等有关B-指数，对于堰流，B一般等于3/2,对于闸孔出流一般取1/2。（3）、调洪演算必要的资料、设计洪水过程线、水位库容曲线、下游水位流量的关系曲线、泄洪建筑物为侧槽式溢洪道(堰顶高程为3086.0，)。、洪水标准中的洪水重现期分p校、p设。2.2基本数据计算2.2.1泄洪洞流量系数已知：泄洪洞进口洞径5.8m，洞长30m，进口断面为圆形半径7m，闸门收缩面半径6.5m，取0.5，洞底高程3035m。泄洪洞流量系数公式：式中： 已知： 30m; =0.5; g=9.81N/m2; n=0.015。计算得：0.812.2.2 溢洪道流量系数：取m0.46，堰宽28m，无闸门，堰底高程3086（正常高水位）2.3调洪计算2.3.1 调洪频率500年一遇1、原始数据: 工程名:石头峡水电站 频率:1/500根据水位水面面积关系曲线 水位(米) 水面面积(万平方米) 水位(米) 水面面积(万平方米) ZP F ZP F2990.0 0 2995.0 0.0103000.0 0.020 3005.0 0.0403010.0 0.055 3015.0 0.1103020.0 0.160 3025.0 0.2553030.0 0.395 3035.0 0.6053075.0 0.740 3040.0 0.8903042.5 1.080 3045.0 1.2903047.5 1.535 3050.0 1.8003052.5 2.090 3055.0 2.4003057.5 2.745 3060.0 3.1103062.5 3.510 3065.0 3.9453067.5 4.415 3070.0 4.8953072.5 5.420 3075.0 5.9753077.5 6.610 3080.0 7.2703082.5 7.940 3085.0 8.6303087.5 9.495 3090.0 10.3403092.5 11.210 3095.0 12.1303097.5 13.075 3100.0 14.080 洪水过程时段数 J= 60 时段间隔(秒) T= 21600 洪水过程(立方米/秒):781708 688 674 605 515475 502 480 415 367340 340 321 283 257257 250 287 375 367350 333 298 287 428382 483 487 395 386399 436 428 366 323285 246 222 219 1158975 724 915 805 7411069 1960 1546 1124 10691082 896 498 432 399430 389 367 398 防洪下限水位(米) ZM= 3086 调洪起始水位(米) Z0= 3086 泄洪起始流量(立方米/秒) a1Q(0)= 781 电站常流量(立方米/秒) W= 107.72 下游安全限制泄量(立方米/秒) QA= 10000 泄洪洞个数 G0= 1 进口宽 进口高 进口高程 流量系数 闸门宽 闸门高 闸门底高程 限泄流量 (米) (米) (米) (米) (米) (米) (立方米/秒) B1 A1 C1 M11 B11 A11 C11 GM 6.50 6.50 3035.00 0.80 6.50 6.50 3035.00 5000.00 溢洪道数 H0= 1 流量系数 底宽(米) 底高程(米) M2 B2 C2 0.46 28.00 3086.00 变宽变高的泄流孔状况数 KK1= 0 变宽的溢洪道状况数 KK0= 0 其它泄流方式,水位泄流量曲线点数 KK2= 0 二.计算结果: 时段 水位 河道 泄洪洞 溢洪道 泄流孔 变宽溢 其它 下泄 来水量 流量 流量 流量 洪流量 泄流量 总流量 1 3086.00 781.00 - - - - - 781.00 2 3086.00 708.00 - - - - - 708.00 3 3086.00 688.00 - - - - - 688.00 4 3086.00 674.00 - - - - - 674.00 5 3086.00 605.00 - - - - - 605.00 6 3086.00 515.00 - - - - - 515.00 7 3086.00 475.00 - - - - - 475.00 8 3086.00 502.00 - - - - - 502.00 9 3086.00 480.00 - - - - - 480.00 10 3086.00 415.00 - - - - - 415.00 11 3086.00 367.00 - - - - - 367.00 12 3086.00 340.00 - - - - - 340.00 13 3086.00 340.00 - - - - - 340.00 14 3086.00 321.00 - - - - - 321.00 15 3086.00 283.00 - - - - - 283.00 16 3086.00 257.00 - - - - - 257.00 17 3086.00 257.00 - - - - - 257.00 18 3086.00 250.00 - - - - - 250.00 19 3086.00 287.00 - - - - - 287.00 20 3086.00 375.00 - - - - - 375.00 21 3086.00 367.00 - - - - - 367.00 22 3086.00 350.00 - - - - - 350.00 23 3086.00 333.00 - - - - - 333.00 24 3086.00 298.00 - - - - - 298.00 25 3086.00 287.00 - - - - - 287.00 26 3086.00 428.00 - - - - - 428.00 27 3086.00 382.00 - - - - - 382.00 28 3086.00 483.00 - - - - - 483.00 29 3086.00 487.00 - - - - - 487.00 30 3086.00 395.00 - - - - - 395.00 31 3086.00 386.00 - - - - - 386.00 32 3086.00 399.00 - - - - - 399.00 33 3086.00 436.00 - - - - - 436.00 34 3086.00 428.00 - - - - - 428.00 35 3086.00 366.00 - - - - - 366.00 36 3086.00 323.00 - - - - - 323.00 37 3086.00 285.00 - - - - - 285.00 38 3086.00 246.00 - - - - - 246.00 39 3086.00 222.00 - - - - - 222.00 40 3086.00 219.00 - - - - - 219.00 41 3086.30 1158.00 942.60 18.00 - - - 1068.30 42 3086.08 975.00 940.00 0.26 - - - 1047.9843 3086.00 724.00 - - - - - 724.00 44 3086.00 915.00 - - - - - 915.00 45 3086.00 805.00 - - - - - 805.00 46 3086.00 741.00 - - - - - 741.00 47 3086.42 1069.00 941.86 15.80 - - - 1063.38 48 3087.05 1960.00 947.60 54.80 - - - 1110.12 49 3086.97 1546.00 946.90 48.60 - - - 1103.22 50 3086.80 1124.00 945.30 36.40 - - - 1089.44 51 3086.63 1069.00 943.80 25.50 - - - 1076.44 52 3086.50 1082.00 942.60 25.45 - - - 1075.77 53 3086.20 896.00 939.80 10.18 - - - 1057.71 54 3086.02 498.00 938.20 1.018 - - - 1046.90 55 3086.00 432.00 - - - - - 432.00 56 3086.00 399.00 - - - - - 399.00 57 3086.00 430.00 - - - - - 430.00 58 3086.00 389.00 - - - - - 389.00 59 3086.00 367.00 - - - - - 367.00 60 3086.00 398.00 - - - - - 398.00 2.3.2 调洪频率1000年一遇（校核情况下）1、原始数据: 工程名:石头峡水电站 频率:1/500根据水位水面面积关系曲线 水位(米) 水面面积(万平方米) 水位(米) 水面面积(万平方米) ZP F ZP F2990.0 0 2995.0 0.0103000.0 0.020 3005.0 0.0403010.0 0.055 3015.0 0.1103020.0 0.160 3025.0 0.2553030.0 0.395 3035.0 0.6053075.0 0.740 3040.0 0.8903042.5 1.080 3045.0 1.2903047.5 1.535 3050.0 1.8003052.5 2.090 3055.0 2.4003057.5 2.745 3060.0 3.1103062.5 3.510 3065.0 3.9453067.5 4.415 3070.0 4.8953072.5 5.420 3075.0 5.9753077.5 6.610 3080.0 7.2703082.5 7.940 3085.0 8.6303087.5 9.495 3090.0 10.3403092.5 11.210 3095.0 12.1303097.5 13.075 3100.0 14.080 洪水过程时段数 J= 60 时段间隔(秒) T= 21600 洪水过程(立方米/秒): 833.00 754.00 734.00 718.00 645.00 549.00 506.00 535.00 511.00 442.00 392.00 363.00 363.00 342.00 301.00 274.00 274.00 267.00 306.00 399.00 391.00 373.00 355.00 317.00 306.00 457.00 407.00 515.00 507.00 411.00 402.00 416.00 454.00 446.00 381.00 337.00 297.00 257.00 231.00 228.00 1231.00 1036.00 769.00 973.00 855.00 788.00 1162.00 2130.00 1681.00 1223.00 1162.00 防洪下限水位(米) ZM= 3086 调洪起始水位(米) Z0= 3086 泄洪起始流量(立方米/秒) a1Q(0)= 833 电站常流量(立方米/秒) W= 107.72下游安全限制泄量(立方米/秒) QA= 10000泄洪洞个数 G0= 1 进口宽 进口高 进口高程 流量系数 闸门宽 闸门高 闸门底高程 限泄流量 (米) (米) (米) (米) (米) (米) (立方米/秒) B1 A1 C1 M11 B11 A11 C11 GM 6.50 6.50 3035.00 0.80 6.50 6.