南方某大学水利水电专业毕业设计说明书.doc

摘要夹山江水利枢纽设计摘要夹上江是我国大河流之一，其干流全长700公里，流域面积17400平方公里；楚河是夹上江的重要支流，流经夹上江的上下游地带，全长250公里，流域面积7200平方公里。楚河开发计划是配合夹上江而制定的。楚河楚峡水利枢纽就建立在楚河和夹上江汇流处的楚峡。枢纽属一等工程，以防洪和发电为主，兼有航运等综合效益。其主要建筑物有：混凝土实心重力坝、引水建筑物、泄洪建筑物、放空建筑物、过坝建筑物和电站厂房等。枢纽按千年一遇的设计，五千年一遇的洪水校核。水库正常蓄水位178.0米，设计洪水179.3米，校核洪水位180.13米。电站装机3台2.4千瓦，总装机72000千瓦。船闸可以保证80吨级驳船通航。主体建筑物实体重力坝坝顶高程182.04米，最大坝高46.04米；泄洪采用表孔，共三孔，每孔宽12米，岩堰顶高程170.92米；放空采用深孔，设一孔，宽3.5米，高4米，底板高程151米；电站引水采用坝内压力钢管，钢管直径4.5米；电站厂房为坝后式。本设计对枢纽的主体建筑物进行了认真的方案比选和详细的尺寸设计，并对所设计的建筑物进行了安全校核，保证建筑物的安全运行。同时对水电站和施工导流进行了简要的设计。 关键词：夹山江； 楚河； 水利枢纽； 大坝90AbstractAbstract Jia Shan Jiang is one of Chinas largest river, the main stream length of 700 km, drainage area 17,400 km2; Chu Jia Shan Jiang River is a major tributary of the upper and lower river flows through the forest zone, length of 250 km, drainage area 7200 km2 . Chu Jia Shan Jiang is in Xiae with development plans drawn up. Chu Chu Xia Dam on the establishment of the Chu River and the confluence of the Chu Xia, Jiang Xia. Hub is a first-class engineering, flood control and power generation based, both shipping and other comprehensive benefits. The main buildings are: solid concrete gravity dam, diversion structures, flood the building, emptying buildings, power plants and other buildings and Dam. A return by the Millennium Projects design, five years return period flood check. Reservoir normal water level 178.0 m, 179.3 m Design flood, check flood level 180.13 meters. 3 sets of 2.4 kilowatts installed capacity of power plants, the total installed capacity of 72,000 kilowatts. Lock can ensure that 80-ton barge shipping. Dam crest elevation of the main building entity 182.04 m, maximum height of 46.04 m; discharge by surface hole, a total of three holes, each hole 12 meters wide rock weir crest elevation 170.92 m; emptying using deep hole, to set up a hole, wide 3.5 meters, 4 meters high, bottom elevation 151 meters; Power Station penstock diversion dam used, pipe diameter of 4.5 meters; power plant for the dam toe. The design of buildings on the main hub of a careful and detailed comparison of programs the size of the design, and buildings designed by the security check, to ensure the safe operation of the building. Meanwhile, construction of hydropower stations and a brief diversion design.Keywords: Forest ；River Chu River； Water Control； Dam第1章 工程概况目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 工程概况61.1 工程建设任务61.2 自然地理条件6第2章 水文分析与水利水能计算12.1 水文计算12.1.1基本资料12.1.2推求丰、平、枯三个设计代表年的年径流过程42.2 水利水能计算92.2.1基本资料92.2.2.确定水电站装机容量122.3 推求洪水过程线132.3.1.基本资料132.3.2、推求洪水过程线172.4 调洪演算262.4.1.推求Z防和V防272.4.2.推求Z设和V拦洪272.4.3.推求Z校和V调洪28第3章 枢纽布置及挡水泄水建筑物设计303.1工程地质30.3.1.1地质概况303.1.2库区地质条件303.1.3上坝址工程地质条件313.1.4下坝址工程地质条件353.1.5船闸工程地质条件373.1.6围堰工程地质条件373.2 天然建筑材料383.2.1坝址区383.2.2库区393.3枢纽布置403.3.1工程等别和标准403.3.2工程选址403.3.3工程布置及主要建筑物型式423.4设计计算453.4.1. 重力坝设计453.4.2泄水闸设计513.5 基础处理613.5.1固结灌浆613.5.2水工建筑物安全监测设计613.5.3外部观测613.5.4 内部观测62第4章 施工组织设计634.1施工条件634.1.1工程概况及施工场地条件634.1.2工程布置特点634.1.3自然条件634.1.4施工期通航654.1.5主要建筑材料来源654.1.6水、电供应条件654.2枢纽天然建筑材料664.2.1天然建筑材料分布664.2.2天然建材开采674.3施工导流694.3.1导流标准与时段694.3.2导流方式694.3.3导流建筑物布置及型式714.3.4施工期临时渡汛734.3.5截流及下闸蓄水734.3.6施工期通航734.4主要工程项目施工734.4.1一期基坑工程施工734.4.2二期基坑工程施工754.4.3三期基坑工程施工754.4.4导流工程施工764.5施工交通及施工总布置784.5.1施工交通784.5.2施工总布置784.6施工总进度814.6.1工程筹建期814.6.2工程准备期814.6.3主体工程施工期814.6.4工程完建期82参考文献83第1章 工程概况1.1 工程建设任务夹山江水利枢纽工程项目是江西境内赣江流域内水电建设规划中的骨干工程之一。根据规划，夹山江水利枢纽工程建设的主要任务是防洪、灌溉和发电，兼顾航运，是一座综合开发利用的枢纽工程。本次毕业设计，针对以上建设任务，完成枢纽总布置和主要建筑物的设计工作。规划要求，水库的主要效益指标为：为夹山江、新干两县近30万亩农田提供灌溉水源，电站装机4万kW左右。1.2 自然地理条件夹山江水利枢纽工程位于赣江中游夹山江县城上游4km处。赣江是长江流域鄱阳湖水系的第一大河流，位于长江中下游南岸，地理位置为东经1133011640，北纬24292911之间。流域东部与抚河分界，东南部以武夷山脉与福建省分界，南部连广东省，西部接湖南省，西北部与修河支流潦河分界，北部通鄱阳湖在湖口连长江。流域东西窄、南北长，略似斜长方形。南昌外洲水文站以上流域面积80948km2。赣江流域上游与各主要支流之间多山，山间与河侧盆地发育，流域北有九岭山，南有大庚山、九连山，东有广昌、乐安、南丰山地，西有罗霄山脉、诸广山。东南有武夷山；流域边缘及南部多为山地，一般高程为海拔400m左右，主峰约在1000m以上。中部为丘陵与盆地相间，较大的盆地有吉泰盆地；北部以冲积平原为主，为赣抚平原。第2章 水文分析余水利水能计算第2章 水文分析与水利水能计算2.1 水文计算2.1.1基本资料1. 气象特征赣江流域现有气象观测站 43 个，考虑流域的形状同时结合夹山江枢纽工程坝址以上流域范围，使所选的气象特征值能代表流域的平均气象特征情况，在赣江流域内选用了吉安、南昌等11个气象代表站，这些气象站分别建于1954年1960年。上述各站除夹山江站气象资料观测项目较全外，其它各站仅观测雨量，因此，蒸发、湿度、气湿、风向等资料分析时以夹山江站气象站的资料为代表。赣江流域属亚热带湿润气候，东亚季风区，一年当中的气候特征是：春夏梅雨多，秋冬降雨少，春秋季较短，冬夏季较长，春寒夏热，秋凉冬冷，结冰期短，无霜期及日照时间长，相对湿度大，四季变化明显。赣江流域降水量充沛，流域内多年平均降水量在14001800mm之间，降水量年内分配极不均匀，据赣江流域各代表站统计，46月多年平均降水量占全年降雨的41%51%，其中夹山江站占全年降水量的47%。流域内总的降雨趋势是边缘山区大于盆地。流域内各站实测多年平均蒸发量为12941765mm，多年平均气温在17.219.4之间，极端最高气温41.6（宜春站1953年8月16日），极端最低气温-14.3（丰城站1991年2月29日），多年平均相对湿度76%82%，最小相对湿度为6%（夹山江站1978年11月28日），多年平均风速为1.12.9m/s，最大风速20m/s（吉安站1965年5月9日），相应风向为南（s）风。多年平均日照小时数16281875h，多年平均无霜期256285天。2暴雨特征赣江流域是江西省的多雨区之一，气候受季风影响，主要的降水时期为每年的49月，3月和10月也偶尔会发生暴雨。暴雨类型既有锋面雨，又有台风雨，其水汽的主要来源是太平洋西部的南海和印度洋的孟加拉湾。一般每年从4月份开始，降水量逐渐增加；至5、6月份，西南暖湿气流与西北南下的冷空气持续交绥于长江流域中下游一带，冷暖空气强烈的辐合上升运动，形成大范围的暴雨区。赣江流域正处在这一大范围的锋面雨区中，此时期（56月），本流域降水量剧增，不仅降水时间长，而且降水强度也大。因此，锋面雨是赣江流域的主要暴雨类型。79月，本流域常受台风影响，此时期，既有锋面雨出现，也有台风雨产生。暴雨历时一般为45天，最长可达7天，最短的仅2天。锋面雨历时较长，台风雨历时较短。从暴雨出现的时间统计，绝大多数的暴雨出现在48月份，以5、6月份出现次数最多，此时期正值江南梅雨期，冷暖气团交绥于江淮流域，形成持续性梅雨天气。3水文夹山江站位于夹山江县老县城龙王庙，控制流域面积62724km2。观测项目有水位、流量、泥沙、水化等。(1)年径流资料夹山江坝址下游设有夹山江水文站，坝址与水文站集水面积接近，仅相差14km2（0.2），因此，夹山江坝址年、月、旬径流直接采用夹山江水文站资料。夹山江水文站具有19572002年的实测径流资料。19531956年无流量资料，但有水位观测资料，夹山江站19531956年各旬、月平均流量采用本站水位查50年代末本站综合水位流量关系曲线而得。万安水库1992年截流、1993年下闸蓄水，即1992年以后的夹山江径流受万安水库的蓄泄影响。本设计采用万安水库入、出库时段径流差对夹山江年、月、旬径流进行还原。经延长和还原后，夹山江坝址则有19532002年共50年不受万安水库蓄泄影响的年、月、旬径流系列，成果见表1-1。全系列多年平均流量为1660m3/s，多年平均径流深834.6mm，多年平均径流模数26.41L/km2/s。对坝址50年年径流系列进行频率分析计算，得：多年平均流量为Q0=1660m3/s，Cv0.32，Cs2.0 Cv。表11夹山江坝址月径流系列表（单位：m3/s）年份一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月195365817402830380053204720163010301540996126021701954107086091237104280731025201280748425313393195531356656613902370403015701330109035643629819563986111810144047703190713611275284313227195720786717092539372531636627926761121803475195836995811851682476527861285675688516241175195922616691881178721647159200511491859471581436196048329213302054381231367582020974560498533196140084320564301262663601178258758451440895798196267239598921694907823738797668148257944551963311399673767831869849305244204562310196498210861588256318627408114092363567737126019652192354722053340528218117872986718476141966528635689245319793948243662838948140437719672757638962343292415739055624742562592401968185362882198418917310453893657046738031719695568831811174428251863116518544591357621342197042671220043567568035352608105124932175936153319717136579115761952242154110216604163523231972336590409187530132174478144556460883582219731445888106665676063471231552012164712878685041974413107674388817012810272713764457159025631975854175431903711757639771476215210332258181111841976691677150335463043524439921470845113781947519776385723441542360363741947123178570937531219785954471264300833473354904991506411356239197926355219582234207420971103730148353731526219802647472183411854781553138613361427769468364198138963218546664258633401602106513301349144570619824701345197619503107587316181172101181614821369198315392676573045264673398913119318737404392901984342407756434037454159104510452593847556473198544819253336266017672865138213531703895593522198639365411522724153825321743603481292439300198722919812222137259915161608110967315241434936198857710303590340037902310810792164056145126719891320128081119904040275021907205124213222361990547954159036901920270014701700196010601290672199198885422202700215011705057199708745344611992870220752115017518042183844115010105324384251993566283115116443647441824301414839772783575199442912561719324235566712263422131192111558216921995130919181850260027504830311020108629415494151996437468110038062175250714593456136472053645419975281097157928602300324048804480281018611227169419982500358059302300300049901722101193050246843419993612756591962307027202500268028301001716532200054554615033325193228147302291160219491122782200110371116167537244089418520291959192272679958620026277819091916231239094132424420562540299019082.1.2推求丰、平、枯三个设计代表年的年径流过程推求丰水年、平水年、枯水年三个设计代表年径流过程。基本参数为多年平均流量为Q0=1660m3/s，Cv0.32，Cs2.0 Cv。水文年以当年3月份至次年的2月份，当年10月至次年2月为枯水期。1推求设计枯水年（P=90）年径流过程1、求设计平水年设计流量QP为相应频率的皮尔逊型曲线离均系数；由P=90%，Cs=0.64，查皮尔逊型曲线离均系数值表，得=-1.192，则QP=1026.8096（ m/s）。2、根据QP选择典型枯水年表1-2 （单位：m3/s）水文年、月345678910111212年平均值标准差1967-1968896234329241573905562474256259240185362914.92 903.87 1979-19801958223420742097110373014835373152622647471150.33 779.10 1986-1987115227241538253217436034812924393002291981019.25 912.04 选择年内分配不利的水文年19861987作为典型枯水年。3、计算同倍比 K=QP/Q典=1.00742根据典型枯水年确定设计枯水年年内分配，列表如下。表1-3 （单位：m3/s）月份（1986-1987）345678910111212典型枯水年11522724153825321743603481292439300229198设计枯水年1160.55 2744.21 1549.41 2550.79 1755.93 607.47 484.57 294.17 442.26 302.23 230.70 199.47 2推求设计平水年（P=50）年径流过程1、求设计平水年设计流量QP由P=50%，Cs=0.64，查皮尔逊111型曲线离均系数值表，得=-0.108，则QP=1602.63（ m/s）。2、根据QP选择典型平水年表1-4 （单位：m3/s）水文年、月345678910111212平均值标准差1959-196018811787216471592005114918594715814364832921688.92 1786.54 1964-1965158825631862740811409236356773712602192351490.08 1917.32 1968-196988219841891731045389365704673803175568831726.17 2027.24 1977-1978344154236036374194712317857093753125954471522.00 1720.58 1980-198121834118547815531386133614277694683643896321675.25 1519.37 1985-198633362660176728651382135317038955935223936541510.25 949.25 1988-198935903400379023108107921640561451267132012801684.25 1226.48 1993-199411511644364744182430141483977278357542912561613.17 1208.60 1995-19961850260027504830311020108629415494154374681735.17 1328.18 1996-1997110038062175250714593456136472053645452810971600.17 1095.90 1999-200065919623070272025002680283010017165325455461646.75 1016.52 2000-200115033325193228147302291160219491122782103711161683.58 779.44 选择年内分配最不利的水文年19951996作为典型枯水年。3、计算同倍比 K=QP/Q典=0.9236根据典型平水年确定设计枯水年年内分配，列表如下。表1-5 （单位：m3/s）月份（1995-1996）345678910111212典型枯水年185026002750483031102010862941549415437468设计枯水年1708.662401.362539.904460.992872.401856.44796.14869.11507.06383.29403.61432.243推求设计丰水年（P=10）年径流过程1、求设计丰水年设计流量QP由P=10%，Cs=0.64，查皮尔逊111型曲线离均系数值表，得=1.33，则QP=1602.63（ m/s）。2、根据QP选择典型丰水年表1-6 （单位：m3/s）水文年、月345678910111212平均值标准差1953-195428303800532047201630103015409961260217010708602268.831486.631961-1962205643012626636011782587584514408957986723952429.421949.571970-19712004356756803535260810512493217593615337136572246.001413.691973-19741066656760634712315520121647128786850441310762447.502082.641975-197631903711757639771476215210332258181111846916772478.001872.321992-199352115017518042183844115010105324384255662832322.832048.921994-1995171932423556671226342213119211155821692130919182323.671566.89选择年内分配最不利的水文年19941995作为典型枯水年。3、计算同倍比 K=QP/Q典=1.018根据典型平水年确定设计枯水年年内分配，列表如下。表1-7 （单位：m3/s）月份（1994-1995）345678910111212典型枯水年17193242355667122634221311921115582169213091918设计枯水年1749.94 3300.36 3620.01 6832.82 2681.41 2252.83 1213.46 1135.07 592.48 1722.46 1332.56 1952.52 2.2 水利水能计算2.2.1基本资料1. 用电负荷资料水电站第一台机组投产时间预计在20102015年，参照有关规范要求，设计水平年定为2020年。设计水平年江西省电网电典型日负荷曲线预测主要依据2002年江西统调电网典型日负荷曲线和江西省“十五”电力行业规划典型日负荷曲线预测成果综合确定，成果见表2-7。表21江西省电网2020年典型日负荷曲线(单位：MW)时 间1时2时3时4时5时6时7时8时9时10时11时12时夏季负荷151801450013900134001308012980133401294014040152401624017240冬季负荷118401164011500114401166012180139601544015420158001662015920时 间13时14时15时16时17时18时19时20时21时22时23时24时夏季负荷157401622016000162401636016760155801674020000194401734016540冬季负荷149601570016240165001680017400184002000019200174001560013320正常蓄水位46.0m和相应死水位44.0m。2. 水库特征高程、面积、容积关系表表22夹山江水库高程面积、容积关系成果表高程(黄海m)面积(km2)容积(106m3)高程(黄海m)面积(km2)容积(106m3)22.50.0110.01042.576.3836125.00.0640.09045.0107.359027.50.4600.67047.5139.289730.02.0543.5850.0196.6131532.56.76514.052.5280.6190835.017.4043.255.0379.6273037.530.5310257.5475.3379740.051.0220360.0575.95109高程、容积曲线Z-V图 2-1 3. 坝址水位流量关系夹山江水利枢纽工程坝址处设有蒋沙专用水位站，观测有19922002共11年实测水位资料。坝址下游约4km处设有夹山江水文站（国家基本站网观测站），该站具有19572002年连续46年的实测水位、流量资料。夹山江水文站测验断面尚属稳定，水位流量关系线呈单一线，且历年变化较小。因此，本设计将夹山江水文站作为参证站，分析绘制夹山江坝址的水位流量关系曲线。夹山江站综合水位流量关系曲线采用夹山江站历年的水位流量关系点据绘制。有实测水位流量资料范围内的关系线根据基本通过点群中心且使曲线光滑的原则确定，高水部分采用史蒂文森法进行延长。夹山江站实测最低水位31.37m，实测最高水位42.50m，实测资料水位幅度11.13m，水位流量关系曲线延长至48.0m，延长幅度为实测水位幅度的49.4%。夹山江坝址水位流量关系曲线采用参证站水位流量关系移植法分析绘制。夹山江坝址水位采用坝址（蒋沙站）与夹山江站水位相关关系获得。由于夹山江坝址与夹山江站测流断面相隔很近，区间无大支流汇入，两断面控制面积相差极小（不足万分之三），因此，夹山江坝址流量直接采用夹山江站流量。根据上述方法分析绘制得到的夹山江坝址水位流量关系曲线成果见下表。表23 夹山江坝址水位流量关系曲线表(水位单位：m；流量单位：m3/s)水位31.23233343536373839流量1014451039181427703909522066998346水位404142434445464748流量101611219814530171271998923117265813045034731水位流量关系曲线Z-Q图 2-22.2.2.确定水电站装机容量1求电站保证出力死水位44m，正常蓄水位46m，查Z-V曲线得：V死=489.3106m3，V蓄=702.5106m3，V兴=213.2106m3；因W供=3859.98*106m，Q调=309.98m3/s，而11月份得Q供Q调，所以为局部蓄水，不符合要求；另假设10、12、1、2,这四个月为供水期，W供1=Q调*2.63*106-294.16*2.63*106； W供2=（3* Q调-732.38）* 106； W蓄=（442.25-Q调）*2.63*106。由V兴=W供1+W供2-W蓄，可以计算得到 Q调=309.97 m3/s。水库平均蓄水量V= V死+V兴=595.95106m3。查Z-V曲线得Z上=45.075m，查坝址Z-q曲线得Z下=31.703m，所以上下游水位差H=13.312m。则N保=8.5 Q调H=35231.81KWE供保=12860万KWh2确定最大工作容量N水工 N基=8.5QH=18413.24KW，E基=T N基=6721万KWh，E峰= E供保- E基=6139万KWh，=1.6819万KW。设计三个方案进行计算，见下表所示。表2-4方案N峰（万kw）E供（万kwh）方案一317671方案二524971方案三835921由此作E供N峰曲线，如下所示。图2-3由E供保=12860万KWh查E供N峰曲线得N峰=2.0225万KW；所以N 水工=N基N峰=3.8638万KW3水电站装机容量N装的确定及机组选型水电站装机容量 N装=1.1 N 水工=4.25万KW。水电站机组选用5台单机容量为8000KW的机组和1台单机容量为3000KW的机组，水电站共装6台机组，总装机容量为43000KW。2.3 推求洪水过程线2.3.1.基本资料1洪水特性夹山江水利枢纽工程坝址以下约4km处有一水文站夹山江水文站，该站具有19572002年共46年的实测洪水资料。夹山江水文站控制流域面为62724km2，夹山江水利枢纽工程坝址控制流域面积与水文站相差很小，仅差0.2。因此，夹山江坝址设计洪水的推求直接采用夹山江水文站洪水资料进行。根据赣江流域上下游水文站实测洪水资料及系列采用情况，夹山江坝址洪水系列采用19532002年共50年。年最大洪水系列的统计选样采用独立选样并在全年中进行。其中19531956年年最大洪峰流量采用年最高水位查50年代末本站综合水位流量关系线得到，19531956年及1915年调查历史洪水之各时段洪量由洪峰流量与各时段洪量相关关系求得。经统计、延长以及还原计算，夹山江坝址年最大洪峰流量、72小时、168小时和360小时洪量系列见表22。在进行频率分析计算时，采用实测系列加入调查历史洪水组成的不连续系列，并采用P-型线型适线的方法，求出统计参数及各频率设计洪峰流量及设计时段洪量值。由于1968年和1962年的360小时洪量较大，在对360小时洪量系列进行频率分析计算时，将其提出作特大值处理。2洪峰流量及洪量资料夹山江坝址设计洪水过程线采用同频率控制放大法进行推求，控制时段为洪峰流量、72小时、168和360小时洪量4个时段。由洪峰流量可以看出， 1915年和1876年洪水量级相当，按平均排序法计算，1915年洪水序位是1876年以来127年中的第1.5位，由此得1915年洪水重现期约为85年。另外，根据江西省洪水调查资料成果，其中1876年洪水成果仅供参考，若剔除1876年洪水（不考虑），则1915年洪水可视为自1915年以来至今最大的一场洪水，其重现期为87年。经分析，本设计将1915年洪水重现期确定为85年，且不考虑1876年洪水。表3-1 夹山江坝址年最大洪峰流量、时段洪量系列表年份洪峰流量(m3/s)时段洪量(108m3)年份洪峰流量(m3/s)时段洪量(108m3)72小时168小时360小时72小时168小时360小时19152140050.7697.91162.9119771100024.6248.0292.5818762130050.5297.43162.131978885020.4640.8261.8919531060024.6246.5279.05197972001