碾压混凝土重力坝设计说明书

目 录第一章 工程基本资料11.1 地质与水文资料11.1.1 枢纽位置及任务11.1.2 地形条件11.1.3 工程地质及水文地质条件11.1.4 水文气象条件21.1.5 施工条件31.1.6 附图31.2 工程相关资料31.2.1 XX工程补充资料31.2.2 工程基本参数5第二章 水文水利计算72.1 工程等级、建筑物级别及防洪标准确定72.1.1工程等级确定72.1.2 建筑物级别确定72.1.3 工程洪水标准确定82.2 水文计算92.2.1.洪水过程线的推求的方法92.2.2.正常运用情况下洪水过程线的推求92.2.3.非常运用情况下洪水过程线的推求92.3 水利计算102.3.1 大坝泄水方案102.3.2 调洪计算112.4 水能计算162.4.1 装机容量的估算162.4.2 机组台数和单机容量的选择172.4.3 水轮机选型172.4.4 发电机选型182.4.5 水轮发电机组的技术参数192.4.6 同等规模工程比较192.4.7 厂房轮廓尺寸的确定192.5 淤沙高程及电站取水口高程计算232.5.1.淤沙高程232.5.2. 发电引水孔底板进口高程24第三章 坝址和坝型的选择及枢纽布置253.1 枢纽布置的任务和原则、要求及建筑物的组成253.1.1 枢纽布置的任务和原则253.1.2 枢纽布置的要求253.1.3 枢纽建筑物的组成253.2 坝址及坝型的选择263.2.1 坝址选择263.2.2 坝型选择283.3 碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝方案比较283.3.1 碾压混凝土重力坝枢纽布置283.3.2 混凝土面板堆石坝枢纽布置283.3.3 方案比较293.3.4 方案选择30第4章 大坝设计314.1 碾压混凝土重力坝国内外研究现状314.2 荷载分析324.2.1 荷载的计算324.2.2 荷载组合364.3 稳定分析364.3.1 沿坝基面的抗滑稳定374.3.2 沿坝基深层的抗滑稳定分析394.3.3 提高抗滑稳定性的工程措施394.4 应力分析394.4.1 应力分析方法394.4.2 应力计算394.5 大坝设计434.5.1碾压混凝土坝组成434.5.2非溢流坝段剖面设计434.5.3 溢流坝剖面设计464.5.4 厂房坝段设计494.5.5 底孔坝段设计524.5.6 细部构造设计534.6 地基处理574.6.1.地基开挖与清理574.6.2.坝基的帷幕灌浆57第五章 施工组织设计605.1 施工条件分析605.2 施工导流设计605.2.1 施工导流标准605.2.2 施工导流布置625.2.3 一期导流水力计算635.2.4 一期围堰的布置与断面设计645.2.5 二期导流计算675.2.6 二期围堰剖面设计685.3 截流设计695.3.1 截流时间的选择695.3.2 截流流量的确定695.3.3 截流设计705.3.4 施工渡汛705.4 水库蓄水70参考文献8078第一章 工程基本资料1.1 地质与水文资料1.1.1 枢纽位置及任务XX水利枢纽位于DQ河中游，在XX镇上游四公里处，距下游XS市约30公里。该工程是一座以发电为主，兼顾防洪灌溉的综合利用水利枢纽，主要是为满足国家急待解决的能源需求而兴建的水力发电工程。1.1.2 地形条件枢纽坝址地处中低山峰峡谷地形，河谷较开阔，两岸显不侵蚀剥蚀地貌，左岸平均坡角为20，右岸为26，坡面岩石裸露，坡积层与残积层较薄，呈零星分布。坝址区河流由北西转南东向，河床平均坡降为0.9% 。由坝区地形看出，左岸左轴线上下游250400m处分别有冲沟存在，右岸坝轴线下游约500m处亦分布有冲沟，坝址左岸在330m高程以上，地势有所变缓，特别是坝轴线下游部位，其地势更加平缓。1.1.3 工程地质及水文地质条件坝区为岩浆岩出露河段，系中生代印支期的基性侵入体（辉绿岩），库区无大的基岩坍塌和大规模松散堆积，库岸稳定；坝址处无顺河向大断裂构造，无岩溶存在；右岸有缓倾软弱结构面，以原生冷凝面为主，石英脉侵入或方解石填充，易风化成软弱夹层，软弱夹层结构面的摩擦系数=0.35。此外，在弱风化下限以下，尚有断续的多条缓倾石英脉存在。左岸290m高程有较厚石英脉及上下蚀变带，缓倾与陡倾断裂组合，成洞条件差，坝址岩体内陡倾节理发育，多倾向上游，充填物胶结良好。局部第四系坡积岩，主要是含碎石的高塑性土，河床沙卵石层厚13m。坝区有两个含水层，一是坡积层中的孔隙水，另一是辉绿岩中裂隙水，基岩单位吸水量的相对不透水层埋藏在河床底以下4550m深处，向两岸逐步过渡到20m，相对不透水层基本封闭。坝基岩石经室内和现场试验测得微风化岩石的物理力学指标为：干容重为：极限抗压强度岩体变形模量混凝土与微风化岩石的摩擦系数：0.64混凝土与微风化岩石的抗剪断摩擦系数，抗剪断凝聚力DQ河流域无大的地震带通过，该区地震活动较弱，历史上只出现过零星弱震，说明该区目前积聚地震能量较小，没有大地震发生的可能。经该区地震大队确定，地震基本烈度为5度。1.1.4 水文气象条件DQ河流域属亚热带气候，每年平均气温20.4摄氏度，最高月气温28摄氏度（7月），最低月气温8摄氏度（1月），多年平均降水量1474毫米，枢纽控制流域面积67176平方公里，径流来源为降水。根据XX水电站38年实测水文资料分析，其年际间变化相对稳定，汛期一般为510月，枯水期为114月，多年平均流量772，多年平均径流量243.6亿立方米。通过洪水频率分析，各种频率洪水流量及各月不同频率洪水列于表11，12示。表1-1 各种频率洪水流量频率P（%）0.010.021.00.21251020Q（m15370138601281411710102069061827873456337河流多年平均输沙量505万吨，淤沙干容重为1.4，而浮容重为0.86，内摩擦角为12，多年平均最大风速15.39，吹程2.2km。表1-2 各月不同频率洪水流量（月份 P（%）5%10%20%50%53956328330951827670956296543241757827873456338487187686682158854523959224956419529191037802814201612091122891810114668512932756563364146738934528023453022592163646521399259415071108721406 1.1.5 施工条件建筑材料：河滩储存的大量沙砾石可供使用。此外，XX镇附近有部分农田土壤。对外交通：XX镇位于坝址下游右岸四公里处，有公路通至XS市，然后与铁路相通，对外交通较方便。施工场地：坝址下游右岸500m处有一较大冲沟地形，沟岸地势较缓，可供施工场地布置用。施工年限：施工年限初定为六年。1.2 工程相关资料1.2.1 XX工程补充资料1.碾压混凝土原材料基本情况：水泥采用DQ水泥厂生产的中热水泥；粉煤灰为XS热电厂二级粉煤灰；砂子人工砂，细度模数2.62.8，石粉含量16%20%；石子为辉绿岩人工骨料:三级配为 4080mm2040mm520mm = 304030二级配为 2040mm520mm = 50502.碾压混凝土配合比见表13；3.碾压混凝土热力学性能见表14；4.碾压混凝土物理力学指标见表15；5.碾压混凝土单价（初步估计）为220元/m。表1-3 碾压混凝土配合比（初步推荐）设计标号RRRR三级配三级配二级配二级配水胶比0.5590.5590.5560.526砂率（%）34343838胶材掺量（kg/m）170170180190粉煤灰掺量（%）50605040外加剂掺量（%）RC-1 0.25RC-1 0.25RC-1 0.25RC-1 0.25每方混凝土材料用量（kg/m）水9595100100水泥8510290114粉煤灰851029076砂761759841840石1483147913781376外加剂0.430.430.450.48理论容重（kg/m）2509250324992506表1-4 碾压混凝土热力学性能表应用部位面层二级配R坝体三级配R垫层微膨胀混凝土R水泥品种中热425中热425中热425水灰比0.560.560.56胶凝材料用量（kg/m3）水泥908595粉煤灰908595温度（C）202020404040导温系数0.00370.00360.00360.00360.00350.0035导热系数（KJ/（kg.k）7.98.18.18.58.38.5绝热温升（C）28d16.015.517.0最终18.517.519.5线膨胀系数9.09.08.5表1-5 碾压混凝土物理力学指标应 用 部 位面层二级配R坝体三级配R垫层微膨胀混凝土R水泥品种中热425中热425中热425水灰比0.560.560.56胶凝材料用量（kg/m3）水泥908595粉煤灰908595泊桑比0.180.180.18抗压强度（Mpa）24.024.025.0抗拉强度（Mpa）2.02.02.1抗剪断强度（Mpa）1.21.251.21.25f0.80.85C00弹性模量（1000Mpa）252525.5极限拉伸值（0.0001）1.00.90.95容重（g/cm）2.4502.4802.4701.2.2 工程基本参数表16 XX水利枢纽工程参数表项目参数项目参数基本资料枢纽任务发电为主、兼顾防洪大坝死库容6.510流域面积67176km兴利库容12.9310年降雨量1474mm调洪库容11.2410年平均流量772m/s电站及厂房布置方式坝后式年平均径流量243.6亿立方取水方式单管单机有压取水年输沙量505万T安装高程246.2m最大风速及吹程15.39m/s2.2km设计水头61.5m岩性辉绿岩引用流量1000 m/s地震烈度5度电站装机415万KW大坝坝型碾压混凝土重力坝水轮机型号HL220-LJ-550最大坝高90m发电机型号SF-150-60/1280坝顶宽度10m引水管道D=7.3m钢管溢流方式表孔溢流，电站及底孔辅助泄洪主厂房平面尺寸128.8424.4m溢流堰型WES曲线实用堰施工部分导流方案分段围堰法导流底孔58m 窄深式围堰形式横向：土石围堰（二期）、混凝土围堰（一期）纵向：混凝土围堰汛前水位305.70m一期导流束窄河床导流正常高水位313.70m二期导流底孔及预留缺口设计洪水位315.89m混凝土月最大浇筑强度33126m校核洪水位316.59m混凝土日最大浇筑强度1104.2m死水位298m1.3 附图 坝址地形图 12000（附图1） 坝址河谷横剖面图 11000（附图2） 水库水位库容关系曲线 （附图3），坝址水位-流量关系曲线（附图4） 典型洪峰流量过程线（附图5）第二章 水文水利计算2.1 工程等级、建筑物级别及防洪标准确定2.1.1工程等级确定1依据为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性有机统一起来，水利枢纽及其组成建筑物要分等分级，即按工程规模、效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，然后将枢纽中的建筑物按作用和重要性进行分级。设计水工建筑物均需要根据规范规定，按建筑物的重要性、级别、结构类型、运用条件等，采用一定的洪水标准，保证遇设计洪水标准以内的洪水时建筑物的安全。我国水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000对水利水电工程等级划分及其洪水标准作了详细规定确定，有关指标见表21：表2-1 水利水电工程分等指标 工程等别工程规模水 库总库容(）防 洪治 涝灌 溉供 水发 电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田(亩)治涝面积(亩)灌溉面积(亩)供水对象重要性装机容量(KW)大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.10中等100306015505中等305小（1）型0.100.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.001530.51注: 水库总库容指水库最高水位以下的静库容； 治涝面积和灌溉面积均指设计面积。2XX工程的等级由本工程的基本资料可知道，枢纽工程的水库总库容，据此判定，XX枢纽工程属于等工程，大（1）型规模；本电站装机为600MW，据此可判定，工程属于等工程，大（2）型规模；根据水库防洪保护对象及灌溉作用判定，工程属于等工程，中型规模。SL2522000规定，对综合利用的工程，如按表中分等分级指标属于不同等别时，整个枢纽的等别以其中的最高等别为准。综合以上数据，确定XX水利枢纽工程为等工程，大（1）型规模。2.1.2 建筑物级别确定 水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000有关水工建筑物级别的规定见表22。表 2-2 水工建筑物级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级 别主要建筑物次要建筑物13423434545555 XX水利枢纽工程为等工程，根据表2-2可确定XX水利枢纽工程的建筑物的级别如下：表23 XX水工建筑物级别工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物134XX水利枢纽工程的建筑物包括：非溢流坝、溢流坝及厂房引水坝、消力池、发电厂房及临时建筑物级别等，其中：（1）非溢流坝、溢流坝及厂房引水坝等建筑物级别为 ，结构安全级别为 ；（2）消力池、发电厂房及永久性次要水工建筑物级别为 ，结构安全级别为 ；（3）临时建筑物级别为 ，结构安全级别为 。2.1.3 工程洪水标准确定水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000规定，设计水工建筑物均需要按建筑物的重要性、级别、结构类型、运用条件等，采用一定的洪水标准，保证遇设计洪水标准以内的洪水时建筑物的安全。水工建筑物的运用条件分为正常和非常两种，正常运用采用设计洪水标准，非常运用情况采用校核洪水标准。XX水利枢纽工程地处山区，水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000有关山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准及临时性水工建筑物洪水标准的规定见表2-3、表2-4：表2-3山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准重现期（年）项 目水工建筑物级别12345设 计10005005001001005050303020校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100表2-4 临时性水工建筑物洪水标准重现期（年）临时性建筑物类型临时性水工建筑物级别345土石结构50202010105混凝土、浆砌石结构201010553根据本工程的等别及表23、表24的有关规定确定，可确定XX工程的洪水标准见表2-5：表25 XX工程的洪水标准水工建筑物类型永久性水工建筑物级别临时性建筑物重现期（年）设计10005002010校核50002000综合考虑本工程所处的地理位置及其在国民经济中的重要性，最终确定XX枢纽中的永久性水工建筑物的洪水标准：正常运用情况下为1000年一遇（）,非常运用情况下为5000年一遇（）；临时性建筑物的洪水标准：20年一遇（）。2.2 水文计算水文分析计算是确定水库工程规模和控制运用的基本依据，它直接关系到水库的安全和效益。在水利枢纽工程的规划设计中，应对水文分析计算工作予于足够重视。水文分析计算的方法，根据水文资料情况而定。设有水文站的河流，有流量资料，可直接根据这些资料进行分析计算。没有水文站的河流，没有流量资料，则需要采用间接方法进行分析计算，如通过雨量推算径流量，或用比拟、内插等方法进行推求。水文分析计算主要工作内容一般有：1作设计站年径流累积频率曲线； 2推求丰、平、枯三个设计典型年径流过程；3作设计站洪峰流量，一日洪量，三日洪量累积频率曲线；4推求设计洪峰流量，校核其洪峰流量及设计洪水过程线与校核洪水过程线；5选择正常蓄水位和死水位(水利水能计算)；6选择装机容量。2.2.1.洪水过程线的推求的方法目前，在推求洪水过程线时广泛采用典型年洪水过程的放大方法，即同频率放大法和同倍比放大法。同频率放大法可以较好的保持典型洪水过程的特点，对多峰洪水过程的流域或分析洪水地区组成都可适用，但常使设计洪峰或设计流量的放大结果有偏大或偏小的现象。用同倍比放大法推求的设计洪水过程线，典型年的模式已经消弱，但由于个时段放大倍比不同，故在交界处会产生不连续现象。 同倍比放大法计算简单，适用于峰量关系较好的河流，以及防洪安全主要由洪峰或某时段洪量控制的水工建筑物。根据本工程的水文资料比较后确定采用以峰控制的同倍比放大法推求洪水过程线。即： （21）式中 以峰控制的放大系数； 设计洪峰流量； 典型洪水过程线的洪峰流量。由水文的基本资料得：正常运用情况下1000年一遇（）的洪峰流量为12841，非常运用情况下5000年一遇（）的洪峰流量13860，典型洪峰流量为9905。2.2.2.正常运用情况下洪水过程线的推求按12小时为一时段，用相同放大倍比1.29放大典型洪水过程线的9个相应坐标值，从而得到设计洪水过程线，如图21。2.2.3.非常运用情况下洪水过程线的推求按12小时为一时段，用相同放大倍比1.4放大典型洪水过程线的9个相应坐标值，从而得到设计洪水过程线，如图21。图 21 洪水过程线2.3 水利计算2.3.1 大坝泄水方案1. 泄洪建筑物型式的选定 为了满足防洪需求，获得发电、灌溉、供水、航行等方面的综合效益，需要在河流的适宜段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流。这些建筑物通称为水工建筑物，而不同功能的水工建筑物组成的综合体称为水利水电工程枢纽。水工建筑物种类繁多，但按其作用可以分为挡水建筑物，泄水建筑物，输水建筑物，取（进）水建筑物，整治建筑物，专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物等六类。泄洪重力坝既要挡水又要泄水，不仅需要满足稳定和强度的要求，还要满足泄水的要求。因此，需要有足够的孔口尺寸、较好体形的堰型，以满足泄水的需要；并使水流平顺不产生空蚀破坏。在水利计算时，需要确定大坝的泄水方案，以便通过调洪演算确定有关特征水位等内容。 根据泄水孔的位置以及坝顶是否有胸墙，可分为开敞溢流式、孔口溢流式和深式泄水孔。 （1）开敞溢流式：除泄洪外，它还可以排除冰凌或其他漂浮物，堰顶可设闸门也可不设。不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常高水位，泄洪时库水位壅高，从而加大了淹没损失，但结构简单、管理方便，适用于泄洪量不大，淹没损失小的中小型工程；设置闸门的溢流堰，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的工程。 （2）孔口溢流式：为了降低堰顶闸门的高度，增大泄流，可利用带有胸墙的溢流堰。这种型式的溢流孔可泄水预报提前放水，从而腾出较大的库容蓄纳洪水，提高水库的调洪能力。为使水库有较大的泄洪能力，宜优先考虑开敞式溢流孔。 （3）深式泄水孔：为了降低闸门的高度和增大泄洪能力，可采用在坝体下部设深式泄水孔。深式泄水孔在工程前期一般兼作为导流底孔，工程后期可改造成深泄水孔，也可兼作为排沙底孔。对于库容较大、下泄洪水较大的工程，一般均设有深式泄水孔。XX水利枢纽工程坝址处河谷狭窄、岸坡陡峻，河道平直，洪水峰高量大；挡水建筑物采用碾压混凝土重力坝。泄洪隧洞及坝身泄水潜孔等型式的泄洪建筑物受其泄洪能力和泄洪特性的制约，针对本工程布置较为困难，而开敞式溢流堰具有较强的泄洪能力，操作简单可靠，便于结合重力坝布置。经过分析比较后确定，XX水利枢纽工程采用开敞式溢流泄洪和发电引水辅助泄洪与底孔作为安全储备的方式联合泄洪。 2. 闸孔尺寸的选定 由于本工程属于大（1）型工程，工程规模较大，汛期的洪峰、洪量都较大，所以下泄流量大；同时考虑下游水流条件，为了便于对冲消能，减少对坝体稳定的影响及减小对下游河床的冲刷，闸孔数宜布置为单数。根据水利水电工程钢闸门设计规范（SDJ1378），并参考已建工程，初步拟定采用714m(孔数孔宽)和911（孔数孔宽）的溢流闸孔尺寸两个方案。3. 溢流堰的选择（1） 堰型选择溢流坝段溢流堰的形状对溢流能力和流态有很大的影响，坝顶溢流堰的型式可分为非真空实用堰和真空实用堰。本工程采用非真空实用堰。（2） 堰面曲线选择对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用幂曲线（WES曲线），具有流量系数较大，剖面较小和便于施工的优点。本工程溢流坝面采用幂曲线（WES曲线）。WES曲线方程： （22）式中 定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%95%计算； 、与上游坝面坡度有关的系数和指数，当坝面铅直时， ；当坝面坡度为3：1时，。本工程取溢流面曲线坐标、的原点取在堰顶点。4. 底孔结构和尺寸本工程泄洪方式中底孔做为安全储备，在工程前期，底孔做为导流底孔使用；在工程完建后，底孔作为永久性冲沙底孔。底孔进口做成矩形，采用窄深式进口。参考国内铜街子工程，初步拟定底孔尺寸采用58（宽高）的窄深式进口，设计两个底孔。底孔在出口段采用压坡，使出流为有压出流。底孔进口底板高程为238，出口底板高程为237.80，孔内坡降0.35%。2.3.2 调洪计算调洪演算目的是通过对设计（校核）洪水过程的调算，确定：1）溢洪道的孔口尺寸，即溢洪道的堰顶高程和溢洪道的宽度。2）最高洪水位。最高洪水位涉及大坝的高度、工程量及上游的淹没状况。3）最大下泄流量。最大下泄流量涉及到下游的消能防洪问题。XX枢纽的调洪演算的基本资料典型洪峰流量过程线见附图5。1.调洪计算的基本原理洪水在水库中行进时，水库沿程的水位、流量、过水断面、流速等均随时间变化而变化，其流态属于明渠非恒定流。目前，普遍采用瞬态法，即用有限差值来代替微分值，并加以简化，以近似的求解一系列瞬时流态。水库调洪计算的原理就是水量平衡，即水库拦蓄的洪水量等于入库洪水量减去泄洪水量。2.水库调洪计算公式（水量平衡方程） （23）式中 ，分别为计算时段初、末的入库流量（）； 计算时段展中的平均入库流量（），它等于； ，分别为计算时段初、末的下泄流量（）； 计算时段中的平均下泄流量（），即； , 分别为计算时段初、末水库的蓄水量（）； 为和之差； 计算时段，一般取16小时,需化为秒数。3.水库蓄洪曲线 当已知水库入库洪水过程线时，均为已知；, 则是计算时段开始时的初始条件。假定暂不计及自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则下泄流量应是泄洪建筑物泄流水头的函数，而当泄洪建筑物的型式、尺寸等已定时 (2-4)式中 系数，与建筑物型式和尺寸、闸孔开度以及淹没系数等有关； 指数，对于堰流，等于3/2；对于闸孔出流，等于1/2。 式（24）常用泄流水头与下泄流量的关系曲线来表示。根据水力学公式，与的关系曲线不难求出。若是堰流，即为库水位与堰顶高程之差；若是闸孔出流，即为库水位与闸孔中心高程之差。因此，不难根据与的关系曲线求出与的关系曲线。并且，由库水位，又可借助与水库容积特性曲线，求出相应的水库蓄水容积（蓄存水量）。所以，式（24）最终也可以用下泄流量与库容的关系曲线来代替，即 (25)式（23）和式（25）组成一个方程组，可以解出、。4.调洪计算方法进洪调洪计算的方法很多，目前我国常用的是：列表试算法和半图解法。本工程采用列表试算法。此法用列表试算来联立求解水量平衡方程和动力方程，以求得水库得下泄流量过程线，其步骤如下：（1）由资料给出得关系曲线，并根据既定的泄洪建筑物尺寸和形式，由相应的水利学出流计算公式求得曲线（2）从第一时段开始调洪，由汛前水位查及关系曲线得到水量平衡方程中的、；由入库洪水过程线查得，；然后假设一个值，根据水量平衡方程算得相应的值，由在曲线上查得，若二者相等，即为所求。否则，重复上述计算过程，直到二者相等为止。（3）将上时段末的、值作为下一时段的起始条件，重复上述试算过程，最后即得出水库下泄流量过程线。（4）将入库洪水和计算的两条曲线点绘在同一张图上，若计算的最大下泄流量正好是二线的交点，说明计算的是正确的。否则，计算的有误差，应改变时段重新进行试算，直到计算的正好是二线的交点为止。（5）由查曲线，得最高洪水位时的总库容，从中减去堰顶以下的库容，得到防洪库容。由查曲线，得最高洪水位。显然，当入库洪水为设计标准的洪水时，求得的、 和即为设计标准的最大泄流量、设计防洪库容和设计洪水位。同理，当入库洪水为校核标准的洪水时，求得的、和即为、和。关于调洪计算的过程及结果详见计算书。5.调洪计算中的公式（1）下泄流量的计算公式如下： （26）式中 下泄流量（）； 溢流坝下泄流量（）；电站引用流量折减系数0.8；发电引用流量（）。（2）实用堰堰流基本公式： （27）式中 淹没系数，因为是淹没出流取=1.0； 侧收缩系数，初取=0.92； 流量系数，初取=0.502； 溢流净宽度，（m）； 取g； 为堰顶高程与库水位之差，（m）。6.调洪计算过程（1）调洪方案 本工程采用了16个方案进行对比计算，计算前，根据最高限制水位H，初步拟定堰顶高程。参见已建的工程选择不同参数，经过计算进行技术经济的综合比较，最终确定堰顶高程，溢流堰宽度，泄水孔进口高程、尺寸等。计算过程见计算书。 表26 调洪方案泄水工况泄水方式堰顶高程（m）溢流宽度孔数孔宽（m）设计工况P=0.1%13037149113047149112303911714304911714校核工况P=0.02%13037149113047149112303911714304911714注： 泄水方式 1 表孔溢流泄洪 （底孔作为安全储备） 2 表孔溢流泄洪+发电辅助泄洪 （底孔作为安全储备）（2）调洪机算成果目前我国调洪演算的计算方法除了传统的试算法、单辅助线法、双辅助线法等方法外，还可以编制电算程序等进行计算。XX枢纽的设计采用了电算程序进行计算，其计算结果如表2-8。 表28 机算成果 方案 项 目泄 水方 式堰顶高程（m）最高水位H（m）最大泄流量q（m/s）设计情况P=0.1%7141303315.849230304316.629005.872303315.169322.14304315.949073.809111303315.789261.1304316.569031.812303315.119356.24304315.899107.82校核情况P=0.02%7141303316.5410004.42304317.329764.6752303315.8810071.96304316.659838.3879111303316.4810037.88304317.269798.3432303315.8310113.69304316.599864.66备 注泄水方式：1. 表孔溢流堰泄洪 （底孔作为安全储备）2. 表孔溢流堰泄洪电站发电泄红 （底孔作为安全储备）7.机算成果分析：（1）调洪方案选择 .方案选择原则从上游洪水位相对较低，下泄流量较大，下游地质情况允许，不影响发电的正常运行，库容拦洪能力大等方面来考虑。 . 方案选取 经过综合分析和比较，确定XX水利枢纽工程的泄洪方式采用表孔溢流堰泄洪+电站发电泄洪（底孔作为安全储备）。表孔选择911m(孔数孔宽)，堰顶高程=304（m）。 设计洪水位时：，。 校核洪水位时：，。（2） 校核下游岩石抗冲性能 单宽流速： =99.64 查简明地质手册，XX工程坝址下游辉绿岩的抗冲流速为100200m/s,所以下泄的单宽流量满足要求，不会危及大坝的安全和工程的正常运行，也不会对大坝下游造成破坏性冲刷。（3）校核水库防空时间水库放空分为两个阶段：第一个阶段放堰顶高程以上的水，这个阶段有表孔、底孔及发电共同放水，共需要1.5天；第二个阶段放堰顶高程以下的水，由底孔和发电共同放水，需要3.7天。总放空时间需要5.2天，小于战略放空要求的7天，所以选定的方案合理。第一个阶段：溢流堰顶高程以上库容：泄流能力： 由调洪计算得：底孔泄流量： （28） （29） 式中 底孔泄流量（）； 流量系数，； 底孔上下游水位差（）。所需放水时间：。经过计算得到，第一阶段放水需要1.5天。第二阶段：溢流堰顶高程以下库容：泄流能力： 由计算得： 经过计算得到，第二阶段放水需要3.7天。所以，总的放空水库需要5.2天，小于战略放空要求的7天，所选择的泄洪方案满足要求。2.4 水能计算2.4.1 装机容量的估算1. 选择装机容量的基本方法水电站装机容量有必需容量和重复容量两个大部分组成，必需容量又由工作容量和备用容量组成。水电站的必需容量主要根据电力系统的电力平衡确定。2.电站出力估算根据基本资料，多年平均流量，设计水头61.5m。 （210）式中 调节流量（）； 流量调节系数（取=1.6）； 多年平均流量（）。计算得 （211）式中 电站设计出力（）； 电站调节流量，由式（210）求得等于1237； 电站设计水头（m）。相应的电站在设计供水期内的出力为 考虑水头利用损失和实际出力等因素，并参考已建的工程，初步估计XX水利枢纽工程电站装机容量在600MW。2.4.2 机组台数和单机容量的选择根据已建的工程中，工程基本相似的有铜街子电站和棉花滩电站，它们的装机都是600MW，都是四台机组，单机容量150MW。所以 初定XX水利枢纽工程的机组台数为四台，单机容量150MW。2.4.3 水轮机选型1.各型水轮机比较（1） 反击式水轮机混流式水轮机：适用水头范围广（30700m），结构简单、运行稳定，且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。轴流式水轮机：适用于中底低水头、大流量水电站，应用水头为380m。斜流式水轮机：具有较宽的高效率区，适用水头为40200m；但加工工艺要求和造价均较高，所以一般只在大中型水电站中使用。贯流式水轮机：目前广泛使用的是灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效率高。贯流式水轮机的适用水头为125m，它是低水头、大流量水电站的一种专用机型。（2）冲击式水轮机水斗式水轮机：适用与高水头、小流量水电站，特别是当水头超过400m时，由于结构强度和气蚀等条件的限制，混流式水轮机不再适用时。斜流式水轮机：过流量大，但效率较低，适用水头一般为20300m。双击式水轮机：结构简单、制作方便、但效率低、转轮叶片强度差，仅适用于单机出力不超过1000KW的小型水电站。适用水头一般为5100m。2. 机型选择根据以往工程经验和本工程的实际情况，确定XX水电站采用混流式机组，立轴型式，金属蜗壳。3.水轮机参数选择根据该电站的水头范围和该机组的出力范围，在水轮机系列型谱表中查出该电站最好选择HL220机型。（1）水轮机的额定出力计算 （212）式中 为水轮机额定出力；为水轮机效率为90%；为水轮机出力为15000KW。 故Ngr=15000/90%=16.67万KW。（2）水轮机转轮直径的计算 （213）式中 水轮机的出力，； 水轮机效率； 原型水轮机在该工况下流量（）； 转轮直径（m）； 水轮机的工作水头，。为水轮机模型效率为89%，为该出力下模型的流量。由此初步假定原型水轮机在该工况下 ,效率 由公式（213）求得： 又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大的值，故选取水轮机转轮直径。（3）水轮机转速的计算。由公式 （214）计算 式中 水轮机转速（）； 最优单位转速（）； 计算水头（m）； 转轮直径（m）。，初步假定 ， （对于坝后式水电站）。解得 又因为水轮机的转速要采用发电机的标准转速，为此要选取与上述公式得出的转速相近的发电机的标准转速。常选取稍大的标准转速作为水轮机采用的转速。故为 。又因为当时水轮机的效率比较低，故选取比标准转速稍小的标准转速。故选取。4. 水轮机型号查水电站机电设计手册，本工程选用的水轮机型号为HL220LJ550。2.4.4 发电机选型水轮发电机分为卧式和立式两种布置方式。一般低中速的大中型机组多采用立式发电机。立式发电机根据推力轴承位置又分悬吊型和伞型两种。1.悬吊型机组：适用于机组转速在以上，优点是推力轴承损耗小，装配方便，运行较稳定；缺点是机组布置较高，消耗的钢材较多。2.伞型机组：适用于机组转速在以下，优点是机组高度低，可以降低厂房的高度，节约钢材；缺点是推力轴承损耗小，安装维护不方便。本工程水轮机组转速，经过对比确定选用伞型发电机组。又根据本工程的水轮机型号和类似工程经验，选用发电机型号SF-150-60/1280。2.4.5 水轮发电机组的技术参数表 27 水轮机参数水轮机型号额 定出 力N（MW）水头（m）流量（）转速（）吸 出高 度（m）尾水管型号水轮机重量（t）转轮总重HL220-LJ-550154.085.063.536.0277.0100223-4.54H114.0650表 28 发电机参数发电机型号型式额定容量功 率因 素额定电压U（V）转速（）飞轮力矩(）重量 （t）转子定子总重SF150-60/1280全伞式176.51500.851575010021852000049026511502.4.6 同等规模工程比较由于本工程与福建棉花滩水电站在单机容量，总装机容量及设计水头等许多方面都可进行对比。棉花滩水电站(Mianhuatan Hydropowe:Sta- tion)位于中国福建省永定县境内汀江干流上， 距永定县20 km，距上游上杭县64 km，下距福建、广 东两省界750 km。电站以发电为主，兼有防洪、航运 等综合利用效益。装机容1 600 MW，保证出力88 MW，多年平均年发电童15.2亿kwh，以5回220 kV愉电线路接人福建省电网，担负系统调峰任务。两电站的基本情况比较如下：XX与福建棉花滩水电站有关参数比较如表2-9：表2-9 XX与棉花滩水电站相关参数比较电站 项目设计水头（） 总装机容量(万千瓦)机组台数（台）单机容量（万千瓦）总库容最大坝高（）棉花滩63.56041520.35111XX61.56041523.20902.4.7 厂房轮廓尺寸的确定1.主厂房长度的确定主厂房的长度取决于机组台数、机组间距、边机组段长度和及安装间长度。（1）机组间距机组段的长度是相邻两机组轴线之间的水平距离，当机组等距离布置时，机组间距等于一个机组段长度。一般中、低水头大流量机组，常取决于蜗壳或尾水管的最大宽度；而高水头小流量机组，常取决于发电机尺寸。此外，辅助设备的的布置和厂房的分缝，对机组段长度也有影响。当机组间距由发电机尺寸控制时： （215）式中 发电机定子外径（m），发电机定子外径由制造厂家提供； 风道之间的通道宽一般不小于2m。通道的宽度除应满足附属设备调速器和楼板结构布置时要求外，所剩通道净宽不小于0.8m；风道宽度，风道宽度一般为0.81.5m。 当机组间距由蜗壳 尺寸控制时：=蜗壳最大宽度+蜗壳混凝土厚度。金属蜗壳或混凝土蜗壳的最大宽度可由基本数据资料确定，两蜗壳之间的混凝土厚度，等于蜗壳两侧混凝土厚度之和，每侧厚度不小于0.8m。 当机组间距有尾水管控制时：=尾水管出口宽度（包括中墩）+尾水闸墩厚。尾水管出口高度，可以基本数据资料得出，值由尾水闸门槽深度及设备布置决定，一般2m，大、中型机组可达34m。确定机组间距时，一般先应根据上面三种情况分别拟定出机组间距，从中选出最大者作为采用数据，然后再校核是否能满足其他各方面的要求，并进行必要的修正。各机组间距最好布置成等距的并与厂房排架柱间距一致，以简化厂房结构。对于坝后式厂房，机组段分缝常和大坝分缝一致，此时，机组间距将受大坝分缝的影响。经过计算知道，由于本工程发电机组大，