枢纽布置及调洪演算

1 1 基本资料基本资料 1 工程概况工程概况 龙塘水库工程为马坝河流域规划的第四级水库 电站 是马坝河流域的唯一 控制性枢纽工程 枢纽坝址距离盐源县城距离 26km 距离凉山州州府 西昌市约 180km 枢纽由拦河坝 泄洪建筑物 水电站等组成 主要任务以灌溉为主 结合 发电 兼顾工业供水 灌区规划灌溉面积 40 万亩 水库调节库容为 1 17 亿 m3 设 计引水流量为 30m3 s 多年平均供水量 1 35 亿 m3 电站总装机容量为 11 6MW 2 水文气象水文气象 2 2 水文资料水文资料 马坝河流域水文资料短缺 为龙塘水库开发 1973 年在龙塘水库坝址上游 2km 的三家村设立龙塘水文站 该站控制流域面积 250km2 有 1973 1987 年的水位 流量 降水 水温等整编资料 该河上游设有马坝水位站 观测 1979 1980 年流量 资料以及 1977 1981 年水位资料 马坝河邻近的宁蒗河上有云南省水文水资源局设立的庄房水文站 卧落河上有 成都勘测设计院设立的沙拉地水文站 甲米河上的甲米水文站 以及永宁河干流的 盖租专用水文站 另外理塘河上 1960 年设立的呷姑水文站 小金河 1985 设立的列 瓦水文站 1974 年在流域上游设立马坝雨量站 中游设立大林雨量站 1978 年在流域上游 及周围增设了鸡西沙 跛脚 大岩洞雨量站 四川省水文局西昌分局在流域附近设 立了卫城 者不凹雨量站 这些站中 水文局设立的雨量站和气象站都观测有 30 年 以上的雨量资料 3 坝址设计洪水 典型洪水的选择原则 选择资料较完整 观测精度较高的实测大洪水过程线 选择在设计情况下能发生的洪水过程 即洪水出现的季节 洪峰次数 洪水历时 主峰位置等代表大洪水的一般特性 能满足工程设计要求 从防洪角度考虑 选 择不利于工程安全 即选峰高 量大 峰型集中 主峰发生的时间偏后的洪水过程 根据龙塘站 1973 1987 年实测洪水过程线 选择峰高 量大的 1981 年 6 月 25 日洪 水作为典型洪水 其洪水特征值如下 Qm 145m3 s W24 994 万 m3 W72 2470 万 m3 2 龙塘水库坝址设计洪水采用龙塘站设计洪水加入以大龙塘泉实测最大流量作为 基流合并计算 根据龙塘水文站 1975 年对于大龙泉的观测成果 其实测最大流量为 14m3 s 由于龙塘站资料系列较短 校核洪水采用龙塘站加大 20 的安全修正值 再回加基流 作为水库坝址的设计洪水成果 计算结果见表 2 3 洪水过程线见附图 2 1 中坝址下游河道断面的水位流量关系曲线见附图 2 2 表 2 3 龙塘水库坝址不同频率洪峰流量 时段洪量计算成果表龙塘水库坝址不同频率洪峰流量 时段洪量计算成果表 附附图图2 2 1 1 龙龙塘塘站站设设计计洪洪水水过过程程线线 1 19 98 81 1年年典典型型 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 6 25 0 006 25 12 006 26 0 006 26 12 006 27 0 006 27 12 006 28 0 006 28 12 00 时间 流量 典型P 0 02 P 0 05 P 0 1 P 1 P 洪水特征量 0 020 050 10 51251020 Qm m3 s 132011601050650556465350267192 W24 万 m3 699062305650363031702710211016801260 W72 万 m3 1464 0 1320 0 1202 0 786069205990477038703000 其中 0 1 0 02 为校核洪水 加大 20 成果 3 附图2 2 中坝址下游水位流量关系曲线图 2370 2375 2380 2385 2390 2395 0200400600800100012001400160018002000 流量 m3 s 高程 m 2 4 气象气象 马坝河流域属副热带季风高原气候 干湿季分明 降雨主要集中在 5 至 10 月 占全年总降雨的 94 11 月至次年的 4 月为干季 空气干燥多西南大风 龙塘水库 气象特性借用盐源气象站实测资料来说明 据盐源县气象站 1958 2008 年气象资料 统计 多年平均气温 12 5 多年平均最低月 1 月 气温 5 4 多年平均最高月 7 月 气温 17 7 极端最高气温 32 5 极端最低气温 9 7 多年平均降水量 815mm 多年平均蒸发量 2270mm 20cm 蒸发皿 多年平均风速 2 5m s 多年 平均最大风速 16m s 最大风速 23 m s 风向 WSW 水表面年平均水温 14 5 表 面水温年变幅 6 2 多年平均日照时数 2583 小时 多年平均相对湿度 60 多年 平均无霜期天数 228 天 水库风区长度约为 500m 3 工程地质工程地质 3 2 1 基本地质基本地质条件条件 库区回水长度约 10 53km 按地貌形态可分为两大地貌类型 一类为丘陵洼地地 貌 一类为低山峡谷区地貌 丘陵洼地 月亮坝下游 约占库区回水长度的 45 4 地形开阔平缓 河谷宽 阔 河床宽度 10 20m 高程 2374 2386m 河谷断面呈宽浅的 U 型 两岸均发育 有漫滩和一 二 三级阶地 4 低山峡谷区 月亮坝上游 约占库区回水长度的 54 6 河流强烈下切 河谷 形态呈 V 型和 U 型 其中梯子桥以下段 河谷多呈 U 型谷 河床宽 20m 40m 两岸均分布有漫滩及一 二级阶地 阶地及漫滩分布特征如表 3 1 梯 子桥上游呈 V 字型峡谷 两岸山坡陡峻 自然坡角 45 75 局部段直立 两岸 山峰高程 2545 2685m 基岩多裸露 右岸平行马坝河有一条大型支沟 瓦窑沟 冲沟发育长度 3 8km 沟底高程 2380 2480m 宽约 5 12m 沟谷呈 V 字形 两岸坡较陡 局部残留一级阶地 部分沟底基岩裸露 表 3 1 库区阶地及漫滩特征统计表库区阶地及漫滩特征统计表 特 征 堆积物厚度 阶面宽度 阶面高程 高出河床 漫 滩3 1510 402375 23870 1 5 一级阶地8 18100 3002384 23893 4 二级阶地3 5150 4002387 239611 12 三级阶地5 1045 2402400 241024 28 库区出露的主要岩土层有第三系沉积岩地层和第四系的松散堆积地层 三叠系 白山组灰岩及上三叠统下博达组不纯的碳酸盐岩仅于坝址和近坝库区左岸有小面积 出露 由于表面绝大部分被较厚的新第三系昔格达组地层覆盖 构造形迹不甚明显 库区分布的主要褶皱 采石场向斜 北东向的大院子向斜 石河坝背斜 坝址区位 于采石场向斜南翼 断层有 F1 断层 f7断层 库区地下水类型主要有三叠系地层中的岩溶水 基岩裂隙潜水 老第三系红崖 子组砾岩地层中的基岩裂隙水和承压水及第四系松散堆积物孔隙潜水 库区物理地质现象主要有滑坡 崩塌 风化卸荷等 3 3 坝坝址址工工程程地地质质条条件件 本阶段在 2km 长的马坝河下游河段上 初选了上 中 下三个坝址 3 3 1 上坝址上坝址 3 3 1 1 地质概况地质概况 5 上坝址区主要出露第三系昔格达组粘土岩 红崖子组砾岩 三叠系上统下博达 组泥灰岩 灰岩 三叠系白山组灰岩 河床及漫滩分布第四系冲积堆积 谷坡有第 四系坡积 或残积 及崩积层 上坝址位于采石场向斜北翼 出露基岩产状沿左岸向上游弧形渐变 246 195 35 50 地层为一单斜地层 主要构造有断层及裂隙 主要发育断层 f7 f3 裂隙 主要坝址左岸裂隙发育 按其走向为3 组 以张裂隙为主 一般长度大于5 20m 坝区主要物理地质现象为冲沟及岩体的风化卸荷 3 3 1 2 上坝址主要工程地质问题评价上坝址主要工程地质问题评价 1 坝基 坝肩的渗漏及渗透稳定问题 坝基 坝肩的渗漏及渗透稳定问题 河床覆盖层为砂卵石层 坝轴线位置厚度 5 7m 河床基岩面高程 2371 2373m 砂卵石层属强透水层 是坝基渗漏的主要通道 根据工程类比确定 渗透系数 k 3 43 10 2cm s 砂卵石层具有强透水性 渗透变形大 呈松散体结构 不能满足混凝土坝地基要求 应全部清除 坝基渗漏以溶隙渗漏为主 根据两岸钻孔压水试验透水率 反算坝基渗透系数 对 T3xb岩性 K 0 8m d 对 T2b岩性 K 5m d 两岸渗漏以管道为主 结合下坝址双石包水库泉水流速测试 综合周边压水试 验资料 K 9m d 初步估算坝址渗漏量 Q 532 37 105 m3 a 占年径流量 2 52 万 m3 a 的 21 1 3 3 2 中坝址中坝址 3 3 2 1 地质概况地质概况 中坝址位于龙塘峡谷段 河谷呈 V 字型发育 坝址峡谷段两岸陡峭 在高程 2420m 以上坡度一般 5 30 坝区河床高程 2372 2375m 谷底宽 20 25m 河 谷宽约 80 90m 坝址区阶地不发育 坝址区出露地层主要第四系全新统人工堆积碎石土 全新统滑坡积块石土 全 新统崩坡积碎块石土 全新统坡积土夹石 全新统冲积卵 砾 石层 砂质粘土 上第三系昔格达组粘土岩夹砂砾岩透镜体 下第三系红崖子组砾岩 三叠系上统下 博达组粉砂泥灰岩 粘土岩及砂质灰岩透镜体 泥质灰岩间夹粘土岩 砂质灰岩透 镜体 三叠系中统白山组灰岩等 6 坝址区地处 NE 向汪家萍背斜与 NW 向黑元宝背斜南延次级短轴采石场向斜翘 起端 北翼缓于南翼 根据野外地质调查结合 坝区发育断层 18 条 裂隙 6 组 其 中缓倾角裂隙主要有4 组 坝址区左岸强风化带垂直厚度为 10 12m 水平宽度 5 12m 河床垂直厚度为 0 8 1 2m 右岸强风化垂直厚度 5 18m 水平宽度为 5 23m 左岸弱风化带垂直 厚度为 20 32m 水平宽度 5 35m 河床垂直厚度为 5 0 9 5m 右岸弱风化垂直 厚度 20 37m 水平宽度为 17 35m 两岸卸荷带 水平宽度一般为 5 8m 多发 育陡坡地段 根据野外调查及平硐揭示 两岸卸荷带水平宽度与强风化带下限比较 接近 3 3 2 2 坝基工程地质条件评价坝基工程地质条件评价 1 坝基工程地质评价 坝基河床砂卵石覆盖层厚 8 9 5m 最大厚度 11 0m 野外测定天然密度 d 为 2 24g cm3 建议承载力特征值 fa 280kPa 渗透系数 K 3 43 10 2cm s 允许水力坡 降 i 0 10 属强透水 坝基岩体主要为 T2b3 2 灰岩 强风化带垂直厚度 0 5 1 0m 强风化岩体基本质量级别 级 建议承载力特征值 fa 0 8MPa 弱风化 岩石饱和抗压强度 Rb 90 110MPa 岩体质量分级为 级 建 议承载力特征值 fa 2 2 5MPa 微风化岩石饱和抗压强度 Rb 140MPa 微风 化岩体质量分级为 级 属较完整岩体 建议承载力特征值 fa 4 5MPa 2 坝基岩体透水性 坝基岩体透水率大于 10Lu 透水性分级为强 中等透水 占透水岩体约 47 弱透水岩体占 22 微透水约占 31 由坝轴线剖面中岩体透水性分区情况可见 河床段坝基强风化岩体以下 为弱 微透水岩体 透水率 0 4 2 8Lu 弱透水岩体 透镜体状分布 两岸坝肩为强风化 弱风化岩体 岩溶 岩溶裂隙发育 透水率一般为大于 10Lu 100Lu 至微风化岩体上部 分布高程 2357 58 2348 68m 以下为弱 微透水 岩体透水率一般为 0 2 4Lu 其间中等透水岩体呈透镜体状交替分布 透水率 14 9 40 Lu 3 3 2 3 中坝址主要工程地质问题评价中坝址主要工程地质问题评价 河床覆盖层为砂卵石层 坝轴线位置厚度 8 9 5m 河床基岩面高程 2365 2359m 7 砂卵石层属强透水层 是坝基渗漏的主要通道 野外测得砂卵石密度 d 2 24g cm3 工程类比确定 渗透系数 K 3 43 10 2cm s 砂卵石层具有强透水性 渗透变形大 呈松散体结构 不能满足混凝土坝地基要求 应全部清除 坝基及两坝肩岩体透水性变化很大 从强透水 微透水性 均为透镜体状相间 分布 岩溶发育下限高程为2280m 两坝肩岩体上部存在厚 140 150m 强 中等 透水段 河床段 80 的弱 中等透水段 2280m 高程以下两坝肩及河床下部岩体均 为弱 微透水性岩层 河床漫滩砂卵石层按设置截渗墙处理 可不考虑其渗漏量损失 按重力拱坝的 防渗要求 坝基渗漏量估算以岩溶不发育 2280m 高程视为相对隔水层 坝基渗漏以 溶隙渗漏为主 渗透系数 K 值是根据河谷钻孔压水试验值 1Lu 的各段透水率分段 加权大值均值反算获得的 K 5m d 坝肩绕坝渗漏量以管道渗漏为主 渗透系数 K 9m d 初步估算坝址渗漏量为 Q 464 24 105m3 a 3 3 3 下坝址下坝址 下坝址位于双石包水库大坝下游 120m 处 距离中坝址700m 地质条件基本同中坝 址 坝址区地处石河坝背斜南翼 根据野外地质调查 发现断层 3 条 裂隙按其走向可 划分为3 组 以剪性裂隙为主 一般长度大于5 25m 坝区主要物理地质现象为岩体风化卸荷 3 3 4 坝址比选意见坝址比选意见 上 中 下坝址除岩溶渗漏问题突出外无影响工程建设的重大工程地质问题 坝基岩体均具有建中型坝的地形地质条件 上坝址河谷宽阔 两岸地形较平缓 岸 坡不对称 出露岩性复杂 坝顶长度大 开挖处理工程量大 中坝址河谷狭窄顺直 两岸地形完整 岸坡基本对称 两岸基岩裸露 两坝肩坝基岩性单一 岩石强度较 高 风化卸荷深度较小 开挖处理工程量相对较小 下坝址两岸地形平缓 风化 卸荷深度较大 帷幕防渗及开挖处理工程量较大 详细工程地质条件比较如表 3 5 8 表 3 5 坝址工程地质条件比较表坝址工程地质条件比较表 比 选 坝 址工程地 质条件上坝址中坝址下坝址 坝顶长度 m 599 50196 8011702 河床宽度 m 18224 412 5 两岸边坡 坡 度 左岸自然边坡 7 12 右岸 9 29 两岸边坡稳定 左坝肩坡自然边坡 42 78 自然边 坡 60 78 两岸边坡稳定 左坝肩坡自然边坡 50 60 自然边坡 39 56 右岸坡顶有松散堆积 2383m 以上开阔平缓 覆盖岩性及厚 度 右坝肩覆盖层厚度2 6m 右岸基岩裸 露 河床卵石层厚度5 7m 下部为 4 9m 粘土岩 两岸基岩裸露 河床卵石层厚度 8 9 5m 2383 以下两岸基岩裸露以上多比第三 系覆盖 河床卵石层厚度 3 4 5m 坝基及坝肩岩体 名称及物理力学 指标 坝基 左肩岩性为泥灰岩 石灰岩 岩 石饱和抗压强度Rb 30 70MPa 右岸为 N2X 粘土岩 坝基 肩岩性为 T2b 灰岩 岩石饱和 抗压强度Rb 90 122MPa 软化系数 Kr 0 62 0 9 坝基 肩岩性为 T2b 灰岩 岩石饱 和抗压强度 Rb 90 122MPa 软化系 数 Kr 0 62 0 9 岩体卸荷及风 化带厚度 强风化厚度 5 9m 岩体卸荷带宽度 左岸 8 13m 岩体卸荷带宽度5 8m 左坝肩强风化 厚度10 12m 右岸强风化水平厚度 5 18m 岩体卸荷带宽度 5 10m 左坝肩强风 化厚度 8 13m 右岸强风化水平厚度 8 10m 坝基及坝肩断 层性质及规模 左岸发育 一组高倾角断层产状 216 80 对坝肩稳定无影响 右岸坝肩发育 f11 断层 为高倾角 倾向上游坡内 规模较小 左坝肩发 右岸坝肩发育 f18 断层 为缓倾角 215 32 夹有泥质 强度低 工程地 9 育缓倾角裂隙 夹有泥质 强度低 工程地质性质差 对坝基抗滑稳定不 利 质性质差 对坝基抗滑稳定不利 地下水类别 腐蚀性 及岩体透水性 两岸裂隙水水补给河水 环境水对混 凝土无腐蚀性 岩体透水率多在 1 5 10Lu 属弱 微透水岩层 两岸裂隙水 岩溶水补给河水 环境 水对混凝土无腐蚀性 岩体透水率多 在 14 40Lu 属中等 弱透水岩层 两岸裂隙水 岩溶水补给河水 环境 水对混凝土无腐蚀性 属中等 弱透 水岩层 防渗处理方案 防渗长度 km 防渗面积 万 m2 防渗下限 高程 m 垂直 3 96 39 70 2280 0 垂直 4 06 43 49 2280 0 垂直 6 87 65 34 2280 0 施工及交通 条件 施工条件较好 交通方便 场地较开 阔 施工条件较好 交通方便 场地狭窄 施工条件较好 交通方便 场地较开 阔 坝址比较意见中坝址工程地质条件较优 本阶段选用中坝址 10 3 6 地地质质结结论论及及建建议议 1 根据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 标准 工程区地 震动峰值加速度为 0 15g 地震动反应谱特征周期为 0 45s 相应的地震基本烈 度为 度 2 水库存在向两岸邻谷和下游岩溶管道式反压渗漏 绕坝渗漏等多种途 径 其中有以右桥头泉为代表的岩溶管道向白乌河及瓦窑沟下游的反压渗漏 大龙塘为代表的向左右龙眼反压渗漏 左右坝肩的绕坝渗漏及坝基渗漏是水库 渗漏的主要途径 水库蓄水后存在塌岸问题 但塌岸宽度 规模较小 对水库 影响不大 水库淹没区无可开采的矿产资源及文物分布 但要淹没部分村庄 耕地及道路 水库不具备产生诱发地震的基本地质条件 因此不会产生水库诱发 地震问题 3 本阶段在 2km 长的马坝河下游河段上 初选了上 中 下三个坝址 根据勘察成果表明坝基地形 地质条件均具备兴建中坝的基本工程地质条件 经综合比较认为 以中坝址条件较优 因此本阶段地质推荐中坝址为初选坝址 4 导流洞 引水洞等主要输水建筑物 进 出口段强风化岩体及洞身断 层破碎带均为 类围岩 应进行清除和加固处理 洞身段为弱 微风化及新鲜 基岩 以 类围岩为主 成洞条件较好 4 工工程程任任务务和和规规模模 四川省凉山州盐源县马坝河龙塘水库工程是马坝河流域规划的控制性水利 枢纽工程 工程规划向龙塘水库灌区 和盐源县城工业园区供水 以促进当地社会 经济的发展 龙塘水库工程的主要任务是 以灌溉为主 结合发电 兼顾工业 供水 在保证马坝河下游河道生态用水情况下 向龙塘水库下游 40 万亩灌区和 盐源县城工业园区供水 利用灌溉 工业供水及下放生态水量发电 根据 防洪标准 GB50201 94 和 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 的规定 龙塘水库枢纽工程为 等大 2 型工程 其永久泄水 建筑物按 2 级标准设计 主要建筑物正常运用的设计洪水标准为 100 年一遇 校核洪水标准为 2000 年一遇 4 1 水水库库库库容容曲曲线线 11 根据 2009 年测绘的龙塘水库库区 1 2000 地形图 计算龙塘水库水库库容 和面积曲线 天然情况下的水位与库容 面积关系曲线见图 4 1 12 附图附图 4 14 1 龙塘水库水位 龙塘水库水位 Z Z 库容 库容 V V 及面积 及面积 F F 关系曲线 关系曲线 23702370 23802380 23902390 24002400 24102410 24202420 24302430 0 02000200040004000600060008000800010000100001200012000140001400016000160001800018000 库容库容 万万 m m3 水位水位 m m 0 0100100200200300300400400500500600600700700800800 面积面积 万万 m m2 Z V Z F 13 4 2 正正常常蓄蓄水水位位的的选选择择 从单位供水量投资 增加单位供水量的投资 工程经济性及工程的社会效 益 通技术经济比较 抬高死水位工程投资增加较大 但经济效益增加较少 因此 本阶段初步推荐死水位为 2394 00m 相应的水库死库容为 1900 万 m3 4 4 电电站站装装机机规规模模 在综合考虑水能充分利用 机组流量与工业及灌区人饮供水流量 河道生 态基流量以及弃水流量 灌区供水流量之间的关系 机组选型 不同装机的工 程投资等因素 龙塘水库坝后电站装机容量初步选定 11 6MW 多年平均发电 量 1603 7 万 kW h 年利用小时数 1383h 其中上电站装机容量 2 6MW 多年 平均发电量 626 1 万 kW h 下电站装机容量 9 0MW 多年平均发电量 977 6 万 kW h 5 建筑材料建筑材料 天然建筑材料初步选择了六个料场 其中土料场一个 砂砾料场三个 石 料场二个 1 土料 土料场位于中坝址下游的右岸村子堡 为第四系全新统坡积层 Q4dl 上部 为耕作土 厚 0 3 0 5m 中部为粘土 土质较均 粘粒含量较高 下部为第三系粘土岩 料场位于地下水位以上 含零星碎 块石 层位较稳定 厚度一般 3 0 5 0m 长 860m 宽 400m 面积约 34 4 万 m2 该料场距中坝址 0 5 1 0km 有乡村 公路相通 运输条件较为便利 料场地面较平缓 周围地形开阔 且位于地下 水位以上 易于机械开采 交通运输较为便利 储量为 76 万 m3 可以满足工 程需要 土料除粘粒含量偏高及塑性指数偏大 其余各项指标均符合规程要求 土料不 宜作为均质土坝填筑料 可作为工程的防渗土料 2 混凝土骨料 工程区的细骨料和粗骨料地质概况一致 为马坝河及梅雨河河漫滩 所选 的三个细骨料场 其中 号料场在中坝址上游 1km 号料场位于中坝址下游 1 5km 号料场位于中坝址下游 10 15km 各料场有公路相通 交通运输 条件较好 砂料的储量为 63 9 万 m3 14 号及 号料场除含泥量偏高 孔隙率稍高外 其余各项指标基本符合规 范质量技术标准 号料场除含泥量偏高外 其余各项质量指标基本符合 SL251 2000 规程的技术标准 各细骨料颗粒级配曲线基本在规程标准界限内 符合细骨料颗粒级配范围 因此该砂料可作为混凝土用细骨料场 并采用水冲 洗法消除含泥量偏高的问题 且开采场地开阔 质量可满足规范要求 开采交 通运输条件较好 3 石料 共选择 2 个石料场 其中 号石料场位于中坝址下游右岸 号石料场位 于中坝址下游 1 0 1 5km 马坝河两岸 右岸为当地民用建材正在开采的石料 场 2 个料场之间相距较近 便于人工或机械开采 有简易公路直接相通 交 通运输条件良好 岩性均为三叠系中统白山组 T2b 深灰色厚层灰岩 裂隙较发 育 风化层厚度 0 5 2m 开采高程从地表至 2370m 弱风化及微风化灰岩的 成材率为 40 60 成材率较高 15 2 2 枢纽布置枢纽布置 1 1 枢纽组成枢纽组成 枢纽建筑物以土石坝为主体 并包含有泄水建筑物 输水建筑物 取水建 筑物 专门建筑物等 其中泄水建筑物主要是溢洪道和泄水隧洞 兼顾泄洪和 排沙 输水建筑物主要是引水隧洞 兼顾灌溉和发电 取水建筑物主要是引 水隧洞的进口段 专门建筑物主要是电站厂房 2 2 枢纽布置原则枢纽布置原则 枢纽中的泄水建筑物应能满足设计规定的运用条件和要求 建筑物应运用 灵活可靠 其泄洪能力必须满足宣泄设计洪水 校核洪水 要求 并应 满足排沙 排污和排冰的要求 泄水建筑物的布置和形式 应根据地形 地质条件和泄洪规模 水头 大小和防沙要求等 综合比较后确定 可采用开敞式溢洪道和隧洞 在地形有 利额坝址宣布设开敞式溢洪道 其布置要考虑以下因素 1 溢洪道布置应结合枢纽总体布置全面考虑 避免泄洪 发电 航 运及灌溉等建筑物在布置上的相互干扰 溢洪道布置应合理选择泄洪消能布置和形式 出口水流应与下游河道 平顺连接 避免下泄水流对坝址下游河床和岸坡的严重掏刷 冲刷以及河道的 淤积 保证枢纽其他建筑物的正常运行 2 当设有正常 非常溢洪道时 正常溢洪道的泄洪能力 不应小于 设计洪水标准下所要求的泄量 非常溢洪道宣泄超过正常溢洪道泄流能力的洪 水 非常溢洪道的启用标准 应根据工程等级 枢纽布置 坝型 洪水特性及 标准 库容特性及对下游的影响等因素确定 溢洪道启用时 水库最大总下泄 量不应超过坝址同频率的天然洪水 非常溢洪道控制段下游各部分结构 可结 合地形 地质条件适当简化 3 正常溢洪道在布置和运用上 可分为主 副溢洪道 应根据地形 地 质条件 枢纽布置 坝型 洪水特性及对下游的影响等因素研究确定 主溢洪 道宜按宣泄设计洪水泄量与主溢洪道泄量之差值设计 副溢洪道控制段以下部 分的结构 可根据实际条件适当简化 4 溢洪道的位置应选择有利的地形和地质条件布置在岸边或垭口 并宜 避免开挖而形成高边坡 当两岸坝肩山势陡峻而布置上又需要较大的溢流前缘 16 宽度时 可采用侧槽式或其他形式的进口 5 溢洪道进 出口的布置 应使水流顺畅 溢洪道轴线宜取直线 如需 转弯时 宜在引水渠或出水渠段内设置弯道 6 当溢洪道靠近坝肩布置时 其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定 在土石坝枢纽中 当溢洪道靠近坝肩时 与大坝连接的接头 导墙 泄槽边墙 等必须安全 可靠 2 设计地震烈度为 8 度 9 度地区或 1 级 2 级土石坝 应论证是否 设泄水底孔 多泥沙河流应设排沙建筑物 并在进水口设防淤和防护措施 3 泄水和引水建筑物进 出口附近的坝坡和岸坡 应有可靠的防护 措施 出口应采取妥善的消能措施 并使效能后的水流离开坝脚一点距离 4 泄水建筑物宜布置在岸边基岩上 对高 中坝不应采用布置在软 基上的坝下埋管形式 低坝采用软基上埋管时 必须进行技术论证 3 3 枢纽布置枢纽布置 根据中坝址的坝轴线位置 从地形 地质 施工 运用等方面大致确定了 建筑物 包括大坝 泄洪排沙洞 溢洪道 引水发电洞等的相对位置和建筑物 形式 并定性分析 确定了枢纽工程的等级及建筑物等级 导流洞 泄洪排沙洞 其布置主要考虑地质情况 保证出口和进口的稳定 以及洞身围岩的稳定 此外还应考虑岩体的破碎程度及其对岩体渗漏的影响 因此泄流排沙洞布置在左岸 为保证出口段岩体稳定 免除由内水压力引起的 后果 出口段将修建为无压洞 泄洪洞进口底板高程 2386m 洞径 4m 导流洞 后期做泄洪排沙洞使用 溢洪道 其主要考虑地质情况和水流情况 不仅保证建筑物的安全 而且 还尽量减小开挖施工的工程量 溢洪道布置在左岸分水岭 沿建筑物轴线岩层 倾向下游 采用实用堰 流量系数采用 0 45 其堰顶高程与正常蓄水位齐平 为 2420m 右岸穿越岩性主要有 T2b3 2 灰岩 属硬性岩 边坡整体较稳定 引水洞及发电厂房 其布置原则与泄洪洞相同 均布置在左岸 引水洞进 口底板高程 2386m 引水洞为圆形压力洞 洞径 4 0m 4 4 工程规模工程规模 根据 防洪标准 GB 50201 1994 和 水利水电工程等级划分及洪水标 准 SL 252 2000 的规定 龙塘水库枢纽工程为 等大 2 工程 其永久 泄水建筑物按 2 级标准设计 主要建筑物正常运用的设计洪水标准为 100 年一 17 遇 校核洪水标准为 2000 年一遇 调洪演算调洪演算 水库调洪演算其目的就是 根据设计洪水过程 通过水库洪水调节计算 确定泄洪建筑物的尺寸和各频率洪水位 库容等水库指标 1 1 调洪计算的原理调洪计算的原理 调洪计算的原理是水量平衡 在时段 t 内 入库水量 出库水量和水库 蓄水量的变化值 如下图可用水量平衡方程表示 入库与出库流量过程线 VVVt qq t QQ 12 2121 22 式中 Q1 Q2 时段 t 始末的入库流量 m3 s 如下图 q1 q2 时段 t 始末的出库流量 m3 s V1 V2 时段 t 始末的水量蓄水量 m3 t 时段长 其大小视入库流量的变幅而定 h 在上式中 Q1 Q2 可由设计或校核洪水过程线得出 t 可根据具体情况 选定 q1 V1 可以根据起调条件确定 q2 V1 只有是未知数 不能独立求解 18 还需建立第二个方程 即水库下泄流量 q 与水库溢洪水位以上蓄水量 V 的关系 根据泄流计算公式 下泄流量 q 是水头 h 的函数 亦是水库水位 G 的函数 而 水库库容 V 是水位 G 的函数 水位 库容曲线 故 q 是水库库容 V 的函数 即 VfGfq 上式即为水库蓄泄方程式 因此 得联立方程 2 1 2 1 122121 Vfq VVtqqtQQ 洪水调节的计算工作 实际上就是联立求解以上两个方程式 调洪演算的 方法有列表试算法 半图解法和图解法 实际常用的是列表计算法 时段入库 流量由设计洪水过程线提供 时段末的出库流量 可以根据水库下泄流量的变 化趋势 假定数值进行试算 7 参照上图 起调时 一般 Q1 q1 0 假定一 个 q2 就能根据 Q2 求出时段的增蓄水量 V1 V2 V1 时段末水库 V2 V1 V 再从 q V 关系曲线上由 V2 查出 q2 如果这个 q2 与原来假设的 q2 相等 则可进行下一时段的计算 否则 需重新假定 q2 计算 直至两者相等为止 2 2 调洪计算步骤调洪计算步骤 1 1 确定起调水位 确定起调水位 入库洪水采用设计洪水 起调水位取防洪限制水位 即堰顶高程 2420m 2 2 绘制水库容积曲线 绘制水库容积曲线 Z VZ V 由图得水库水位 库容关系表表如下表 19 水位 库容关系表 高程 H m 库容 V 万 m3 高程 H m 库容 V 万 m3 2375024059520 2380410241011380 23852220241512920 23904360242014390 23956340242517190 24008120 3 3 计算并绘制蓄泄曲线 计算并绘制蓄泄曲线 淹没系数 侧收缩系数均取 1 则水库溢洪道出流公式为 2 32 32 3 0 2245 0 2BhBhgBhgmq s 溢 式中 s m 堰的侧收缩系数 淹没系数和流量系数 其值可查水力学手册 或通过模型试验确定 B 溢洪道宽度 m h 堰顶水头 m 若为孔口出流 则泄流公式为 gHq2 式中 孔口出流系数 此处取 0 9 孔口出流面积 此处为 r2 12 56m2 H 孔口中心水头 水库蓄泄关系曲线计算 库水 位 Z 2420 524212421 5242224232423 524242425 溢洪 道堰 顶水 头 H 0 51 01 52 03 03 54 05 0 溢洪 道泄 量 q溢 14 140 073 5113 1207 8261 9320 0447 2 20 泄洪 洞泄 量 q泄 261 3263 4265 5267 6271 8273 8275 9279 9 总泄 流量 q 275 4303 4339 0380 8479 6535 7595 9727 1 库容 V 1411014380146501492015540159001629017190 由上表绘制流量 库容曲线 4 4 确定起调时刻确定起调时刻 当入库流量大于起调水位时的下泄流量时开始洪水调节 通过计算知当水 位为起调水位时即 2420m 时 下泄流量为 259 1m3 s 在设计洪水过程线图中做 一条流量为 259 1m3 s 的辅助线 第一个交点对应的时间即为起调时刻 由图知从第 16 时即 6 月 26 日凌晨 4 时开始起调 到第 47 时即 6 月 27 日 上午 11 时结束调洪 这段时间之前和之后均采用溢洪道泄洪 21 3 3 调洪计算调洪计算 试算过程是非常繁琐的过程 一次又一次的假定数值 再查表或查图 如 果不合理又要重新假定计算 如果利用 Excel 的图表功能 将各关系表转化为 关系曲线后 用曲线来符合 就直观和容易地多 在试算中要求解出库流量过 程线 试算后得到的值要符合已知的下泄流量 库容关系 为了符合该关系 手工试算往往采取数值内插或点绘曲线 而该曲线数值跨度较大 在出库流 量变化很缓慢的情况下 上两种手工计算的方法都很难达到精确 并且每试 算一次就要内插或点绘一次 非常繁琐 如果我们在 Excel 表中运用它的图 表功能 将下泄流量和库容转化为曲线图 然后再将试算所得的下泄流量和库 容关系也转化为同一图表上的曲线 没试算一次 曲线上的该点就立即变化 在图表上就可以马上反应出两曲线是否符合 以起调时刻为为调洪的零时刻 调洪计算结果如下表 22 水库调洪试算表 设计洪水位 时刻 t时段 t 下泄流 量 q m3 s 库容 106m3 入库流 量 q m3 s 库容增 量 106m3 出库流 量 q m3 s 库容减 量 106m3 库容 106m3 V 106m3 水位 m 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 259 1 138 4259 1 259 1 138 4 2420 0 2 0 2 0 275 4 141 2380 0 2 3 260 0 1 9 138 8 0 4 2420 1 4 0 2 0 303 4 143 8390 0 2 8 265 0 1 9 139 7 0 9 2420 2 6 0 2 0 339 0 146 5440 0 3 0 270 0 1 9 140 8 1 1 2420 4 7 0 1 0 380 8 149 2540 0 1 8 276 0 1 0 141 6 0 8 2420 6 8 0 1 0 427 8 152 2500 0 1 9 280 0 1 0 142 4 0 9 2420 7 10 0 2 0 479 6 155 4420 0 3 3 295 0 2 1 143 7 1 2 2421 0 12 0 2 0 535 7 159380 0 2 9 300 0 2 1 144 4 0 7 2421 1 14 0 2 0 595 9 162 9340 0 2 6 310 0 2 2 144 8 0 4 2421 2 20 0 6 0 659 7 167 4320 0 7 1 316 0 6 8 145 2 0 4 2421 3 26 0 6 0 727 1 171 9320 0 6 9 320 0 6 8 145 3 0 0 2421 3 31 0 5 0 259 1 5 2 310 0 5 6 144 9 0 5 2421 2 23 水库调洪试算表 校核洪水位 时刻 t时段 t 下泄流 量 q m3 s 库容 106m3 入库流 量 q m3 s 库容增 量 106m3 出库流 量 q m3 s 库容减 量 106m3 库容 106m3 V 106m3 水位 m 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 259 1 138 4360 0 259 1 138 4 2420 0 6 0 6 0 275 4 141 2350 0 7 7 270 0 5 7 140 4 2 0 2420 3 12 0 6 0 303 4 143 8360 0 7 7 285 0 6 0 142 0 1 7 2420 7 18 0 6 0 339 0 146 5720 0 11 7 340 0 6 8 146 9 4 9 2421 6 20 0 2 0 380 8 149 2790 0 5 4 390 0 2 6 149 7 2 8 2422 1 22 0 2 0 427 8 152 2840 0 5 9 430 0 3 0 152 7 2 9 2422 6 23 0 1 0 479 6 155 41150 0 3 6 470 0 1 6 154 6 2 0 2422 9 24 0 1 0 535 7 1591050 0 4 0 500 0 1 7 156 8 2 2 2423 2 26 0 2 0 595 9 162 9840 0 6 8 550 0 3 8 159 9 3 0 2423 6 28 0 2 0 659 7 167 4750 0 5 7 580 0 4 1 161 5 1 7 2423 8 30 0 2 0 727 1 171 9660 0 5 1 590 0 4 2 162 4 0 9 2423 9 36 0 6 0 600 0 13 6 600 0 12 9 163 1 0 8 2424 1 42 0 6 0 580 0 420 0 11 0 152 1 11 0 2422 3 48 0 6 0 480 0 310 0 7 9 144 2 7 9 2421 1 24 设计洪水位计算的试算曲线结果如下图 库容 流量试算曲线 设计洪水位 做出流量 时间过程线图 找出设计洪水位 由图知设计洪水位为 2421 3m 查表得设计泄水流量 320m3 s 25 库容 流量试算曲线 校核洪水位 做出流量 时间过程线图 找出设计洪水位 由图知校核洪水位为 2424 1m 查表得校核泄水流量 600m3 s 综上所述 设计洪水位为 2421 3m 设计泄洪流量为 320m s 根据中坝址下游水位流量关系曲线图 设计洪水位时对应的下游水位为 26 2379m 校核洪水位为 2424 1m 校核泄洪流量为 600m3 s 校核洪水位时对应的下游水位为 2383m 附图2 2 中坝址下游水位流量关系曲线图 2370 2375 2380 2385 2390 2395 0200400600800100012001400160018002000 流量 m3 s 高程 m 水位对应流量对应下游水位 正常蓄水位2420 0m259 1m s2377m 设计洪水位2421 3m320m s2379m 校核洪水位2424 1m600m s2383m 死水位2394 0m 27 3 3 大坝设计大坝设计 3 13 1 坝型选择坝型选择 坝型选择关系到整个枢纽的工程量 投资和工期 其影响因素主要坝高 筑坝材料 地质 地形 气候 施工 运行条件等 3 1 1 各种坝型的比较 1 选用重力坝 重力坝基本形状呈三角形 上游面铅直或稍微倾向上游 坝底与基岩固结 建成挡水后依靠自重维持稳定 重力坝的优点 筑坝材料强度高 耐久性好 抵抗洪水漫顶 渗漏冲刷 地震破坏等的能力强 对地质 地形条件适应性 强 一般建与基岩上 重力坝可做成溢流的 也可在坝内设置泄水孔 枢纽布置紧凑 结构作用明确 施工方便 重力坝的缺点 由于坝体剖面尺寸往往由于稳定和坝体拉应力强度条件控制而做的较大 材料用量多 坝内压应力较低 材 料强度不能充分发挥 且坝底面积大 因而扬压力也较大 对稳定不利 因坝体体积较大 施工期混凝土温度收缩应力也较大 为防止温度裂缝 施工时对混凝土温度控制的要求较高 2 选用拱坝 拱坝是三面固结与基岩上的空间壳体结构 拱向上游凸出 且不设永久性分缝 拱坝的优点 具有双向传力的性能 拱是推力结构 拱坝具有较高的超载能力 拱坝轻韧 富有弹性而整体性好 借 助岩基对地质功能的吸收 它又具有较强的抗震能力 拱坝的缺点 拱坝是不设永久性横缝的整体朝静定结构 设计时需计入温度变化和地基位移对坝体应力的影响 拱坝体形 28 复杂 设计施工难度大 对施工质量 筑坝材料强度和防渗要求 以及对地形地质条件及地基要求均较高 3 选用土石坝 土石坝是指由当地土料石料或土石混合料填筑而成的坝 土石坝的优点 就地取材 与混凝土相比 节省大量水泥 钢材和木材 且减少了筑坝材料远途运输费用 对地质地 形 条件要求较低 任何不良地基经处理后也均可筑土坝 施工方法灵活 技术简单 且管理方便 易于加高扩建 土石坝的缺点 不允许坝顶溢流 所需溢洪道或其他泄水建筑物与造价往往很大 在河谷狭窄 洪水流量大的河道上施 工导流较混凝土坝困难 采用粘性土料施工受气候条件影响较大 3 1 2 确定坝型 由于龙塘地处山区 当地土料 沙砾料 石料丰富 可就地取材 节省大量运输费用 并且综合考虑土坝与其他坝型相比具有的 特点 最终选择土石坝 3 23 2 土石坝坝型的选型土石坝坝型的选型 影响土石坝坝型选择的因素很多 其主要影响因素有附近的筑坝材料 地形地质条件 气候条件 施工条件 坝基处理 抗震要 求等 本设计限于资料只作定性的分析来确定土石坝坝型 土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝 抛填式堆石坝 定向爆破堆石坝 水中倒土坝和水力冲填坝 从地形地质条件以及附 近建筑材料来看本次设计坝型应选择碾压式土石坝 碾压式土石坝根据土料配置的位置和防渗体所用材料种类的不同 又分为均质坝 和土质防渗体分区坝 非土质材料防渗体分区坝 均质坝材料单一 工序简单 但坝坡较缓 剖面大 工程量大 施工易受气候影响 冬季施工较为不便 坝体空隙水压力大 考 虑均质坝方案是不宜采用的 土质防渗体分区坝主要有心墙坝 斜心墙坝 斜墙坝和多种土质坝等类型 心墙坝和斜墙坝相对于均质坝来说 其下游坝壳砂砾石的浸润线较低 适宜于建高坝 但斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位 29 于上游面 故上游坝坡较短 斜墙对坝体的沉降变形也较为敏感 故高坝中斜墙坝比心墙坝少 因而最终采用黏土心墙坝的方案 3 33 3 大坝轮廓尺寸的拟定大坝轮廓尺寸的拟定 大坝剖面轮廓尺寸包括坝顶高程 坝顶宽度 上下游坝坡 防渗体等排水设备 3 3 13 3 1 坝顶高程坝顶高程 坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和 应按以下四种运用条件计算 取其最大值 设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高 校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高 正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高 再加地震安全超高 当坝顶上游侧设有防浪墙时 坝顶超高是指水库静水位与防浪墙顶之间的高差 但在正常运用条件下 坝顶应高出静水位 0 5 位 在 非常运用条件下 坝顶不得低于静水位 为防止库水浸溢坝顶 坝顶水库静水位以上应有足够的波浪超高 碾压式土石坝设计规范 SDJ218 84 规定 其值按下 式计算 AeRd cos 2 2 gH DKV e 式中 e 风沿水面吹过所形成的水面升高 即风壅水面超出库水位 30 的高度 m R 自风壅水面算起的波浪沿倾斜坝坡爬升的垂直高度 简称 波浪爬高 m D 水库吹程 km 或 m 取 D 500m H 沿水库吹程方向的平均水域深度 初拟时可近似取坝前水 深 m 正常情况为 48 3m 非常情况下 51 1m k 综合摩阻系数 其值变化在 1 5 5 0 之间 计算一 3 10 般取 3 6 10 3 D 以 km 计 或 3 6 10 6 D 以 m 计 V 计算风速 m s 正常运用条件下的 级坝采用 V 1 5 2 0 V多 多年平均最大风速 为 16 1 5 24m s 非常运 用条件下的各级土石坝采用 V V多 取 16m s 风向与坝轴线的夹角 1 0 A 安全加高 m 根据坝的级别按下表选用 其中非常运行条 件 a 适用于山区 丘陵区 非常运行条件 b 适用于平 原区 滨海 区 正常 A 1 0m 非常 A 0 5m 坝顶安全加高 A 坝的级别1234 5 正常运用1 501 000 700 50 非常运行条 件 a 0 700 500 400 30 非常运行条 件 b 1 000 700 500 30 31 坝顶 静水位 2 2 图3 1 坝顶超高计算简图 按正常情况计算坝顶高程 V 24m s H 48 3m D 500m 0011 0 3 4881 9 2 50024106 3 cos 2 262 gH DKV e 式中 h 设计波浪高 规范 SDJ218 84 推荐采用蒲田验站统计分析公式计算 R 计算波浪平均爬高 R l h m KK R 2 1 式中 K 与坝坡的糙率和渗透性有关的 查下表 K 0 75 32 KW 经验系数 由