沙洲水电站枢纽设计计算书

1、本科生毕业设计计算书题目 沙洲水电枢纽拱坝设计（含体型比较） 学院 水利水电学院 专业 水利水电工程 学生姓名 哦哦哦 学号 000 年级 2007级 指导教师 qqqq 二一一年 六 月 三 目录1调洪演算11.1 工程等级及建筑物级别的确定11.2 防洪标准11.3调洪演算21.3.1调洪演算数据准备21.3.2调洪演算过程71.3.3 调洪演算结果161.4调洪结果分析比较172 混凝土拱坝坝体尺寸拟定182.1坝顶高程及坝高的确定182.2拱冠梁的形式和尺寸2022.1双曲拱坝拱冠梁的形式和尺寸202.3水平拱圈的布置243 混凝土拱坝应力分析（电算）283.1荷载组合及计算283.1

2、.1荷载计算284 拱坝坝肩岩体稳定分析（手算）384.1基本假定384.2.1双曲拱坝抗滑稳定演算394.2.2单曲拱坝稳定安全系数计算535 混凝土拱坝泄水及消能建筑物设计545.1表孔堰面曲线设计545.1.1 堰面曲线545.2中孔设计565.3 消能防冲设计561调洪演算1.1 工程等级及建筑物级别的确定沙洲水电站位于木里河中下游河段。木里河是雅砻江中游右岸一级支流，发源于甘孜藏族自治州理塘县以北的沙鲁里山脉，其上游称无量河，中游叫木里河，下游与卧落河汇合后称小金河，于洼里附近注入雅砻江。沙洲水电站系木里河梯级开发中的最后一级水电站，水库回水与固增水电站厂房尾水相衔接，下游为锦屏一级

3、水电站库区。沙洲水电站采用混合式开发，从立（沙）洲岩子引水至呷古发电，坝址处控制流域面积为8603km2，坝址区多年平均流量131m3/s。电站正常蓄水位2068m，死水位2048m。开发任务以发电为主，兼顾下游生态用水。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（sl2522000）分等指标，划分如下表1-1：表1-1 沙洲水电站工程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2341.2 防洪标准水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。结合设计基本资料，永久性水工建筑物的洪水标准按表1-2确定。表1-2 山区、丘陵区水利水电工程

4、永久性水工建筑物的洪水标准项 目永久性建筑物级别12345设 计10005005001001005050303020校核土石坝10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100 永久性水工建筑物洪水标准为：正常运用（设计标准） 洪水重现期：100年；非常运用（校核标准）洪水重现期：1000年。1.3调洪演算1.3.1调洪演算数据准备（1）溢流堰宣泄流量溢流堰所通过的流量，主要决定于溢流堰的堰顶水头、宽度和堰型。其宣泄流量q溢按下式计算： (1-1)式中：下泄流量，；hz溢流孔堰顶作

5、用水头，m；b溢流孔净宽，m；流量系数，在定型设计水头下，当（p为堰高）时，则；当时，则； 侧收缩系数，根据敦厚及墩头形状而定，可取，取0.95；淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时，。粗略计算时，；表孔为自由出流，；流量系数 ，则。（2）中孔下泄流量深水式泄洪孔一般设闸门控制，而且位置较低，其下泄流量按有压管流计算： （1-2）式中：ak出口处的面积，；hz自由泄流时为孔口中心线处的作用水头，淹没泄流时为上、下游水位差，m；孔口或管道的流量系数，对（d为孔口高度，m）的浅孔，取；对深式泄水孔可按照相关流量系数公式（）估算；当为长有压孔时，值必须计及沿程和局部水头损失后确定。深式泄水孔流量

6、系数的估算公式：对于喇叭形进口，对于非完全喇叭形进口，对于圆形进口，本设计中，中孔为非完全喇叭形进口，根据公式（）求得，则因此，总泄量。（3）设计洪水过程线即入库水量，选用1962年洪水作为沙洲坝址典型洪水过程，采用同频率法推求洪水过程线的成果。见表1-3。表1-3立洲坝址设计洪水过程线表序号典型1962千年一遇百年一遇0.10%p=1%1105014301130210701450116031080146011604109014701170510901480118061100149011907111015001190811101510120091120151012001011201520121

7、011112015101200121110151012001311101500119014110014901190151110151012001611201520121017113015301220181140155012301911901610128020123016701330211250170013502212701720137023130017601400241320179014302513301810144026134018201450271340184014602813301860148029132018801490301320190015103113101920152032131

8、019301530331300193015203412901920152035129019201520361280192015203712801910151038127019201510391270192015104012801920152041129019401520421300196015304313301970155044135019801550451360199015604613701990157047138020001590481390201015904913802000158050137020001580511360200015805213501990157053134019801

9、5705413301970155055131019401530561300180014505712801740138058125016901350591210165013106011801600127061117015901260621160157012506311501560124064114015501230651130153012206611201520121067111015001200681090148011806910801470117070107014501160711060144011407210501430113073104014101120图 1-1 设计洪水过程线（4）上

10、游水位库容曲线，见表1-4表1-4上游水位库容关系表水位（m）库容（亿m3）面积（km2）水位（m）库容（亿m3）面积（km2）19900020500.4702.0520000.0050.1520600.7052.6620100.0310.3820701.0053.3620200.0820.6720801.3774.0820300.1671.0620901.8254.8920400.2941.4921002.3625.86图 1- 2 水位库容关系曲线（5）下游水位流量曲线，见表1-5表1-5下游水位流量关系水位（m）流量(m3/s)水位（m）流量(m3/s)1988.027.81994748

11、1988.552.819959041989.091.3199610601989.5144199712401990.0197199814201990.5260199916001991.0324200018101991.5389200120201992.0459200222401992.5529200324701993.0600200427201993.56711.3.2调洪演算过程调洪演算实质上是在入库洪水、泄流建筑物类型与尺寸、运用方式已知的情况下的水库蓄泄调节计算。通过调洪演算，求出水库逐时段的蓄水、泄水变化过程，从而获得调节该次洪水后的水库最高洪水位和最大下泄流量，以供进一步防洪分析之用。

12、水库调洪演算的基本原理，是逐时段地联立求解水库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程。水量平衡方程： （1-3）式中：-时段中的平均入库流量；-时段中的平均下泄流量；，- 时段初、末的入库流量（m3/s）；， - 时段初、末的出库流量（m3/s）；， - 时段初、末的水库蓄水量（m3）； -计算时段（s）；-时段水库蓄水量变化值。蓄泄方程：泄洪水头h与下泄流量常采用关系曲线来表示。并由此可以换算出水库水位z和和泄量q的关系q=f(z)。进而又可以借助水位库容曲线v=f(z)，求出相应的水库蓄水容积v。于是，下泄流量又可以写成库容v的函数式，得出两者的关系曲线，此式称为蓄泄方程，即-下泄流量（m3/s）

13、；-库容（m3）。电算法则使用程序进行演算，简化了繁琐的计算过程，提高了工作效率。（1）手算法为了更清楚地理解调洪验算的原理，首先用列表试算法对设计洪水状况下的调洪进行手算。列表试算法是由已知时段的、和入库流量、，假设时段末的下泄流量，根据水量平衡方程求出时段末水库的蓄水增量，而，由查曲线得到。将其与所设的相比较，若两者相等，则所设的同时满足水量平衡方程和蓄泄方程，即为所求。否则，要重新设定一个值，重复上述试算过程，直至两者相等或很接近为止。这样，便完成了一个试算过程。接下去，把这一时段末的、，作为下一时段的、，在进行下一时段的的试算。如此继续下去，就可求得整个泄流过程。表1-6手算调洪验算结

14、果时间入库流量时段平均流量时段入库水量下泄流量时段平均泄量泄水量库存水量变化库存水量库水位111301160250.561215.871191.27257.32-6.7688916.8720675257.581166.701152.66248.988.60925.4782066.5681311951222.5264.061138.621131.44244.3919.67945.152066.251912501345290.521124.251131.13244.3246.20991.342066.562514401470317.51138.011159.23250.3

15、967.131058.42067.383115001505325.081180.451204.08260.0864.001123.472068.203715101525329.41227.721250.25270.0559.351182.812068.94315401565338.041272.781296.47280.0458.001240.812069.594915901560336.961320.161694.37365.98-29.031211.792068.595515301400302.42068.591616.33349.13-46.731165.062067.086112701

16、235266.761164.0791155.23249.5317.231182.292066.736712001155249.481146.381131.28244.365.121187.412066.067311101116.19设计洪水位：2069.59（拟选数据：表孔宽9m：中孔5*7m）（2）电算法由于调洪验算过程较为繁琐，为提高效率节省时间，故而使用程序对其余拟定方案进行调洪计算。程序代码如下：10 rem 水库调洪演算程序20 rem clear : screen 0, 0, 030 cls : rem color 131 for i = 1 to 2: print : next

17、i32 print 水库调洪演算程序34 for i = 1 to 4: print : next i35 print 水 工 结 构 室: print36 print 1996.237 for i = 1 to 4: print : next i38 print 请 稍 候.40 read p, za, zm, vm, m, dt, nu, nd, ka, kb, kc, c50 data 0.01, 2068, 2068, 0.945, 12, 6, 4, 3, 1, 2, 1, 852 n$ = d:flod.dat54 open n$ for output as #156 tmp$ =

18、 d:flod.tmp57 open tmp$ for output as #258 lm = 1060 if ka 1 then goto 10068 print #1, : print #1, tab(lm); 输 入 数 据 为:70 print #1, tab(lm); 洪水频率p%=; p; ; 正常高水位za=; za; ; 起调水位zm=; zm80 print #1, tab(lm); 分段数m=; m; ; 每段小时数dt=; dt; ; nu=; nu; ; nd=; nd90 print #1, tab(lm); ka=; ka; ; kb=; kb; ; kc=; kc

19、; ; c=; c100 read qp, kp, ns, bs, ms, zs, nh, bh, eh, mh, zh, kh, nt, rt, mt, kt110 data 220.8, 0.8, 2, 8, 2.169, 2058, 1, 7, 5, 3.807, 2030, 0.8, 0, 0, 0, 0120 if ka 1 then goto 170130 print #1, tab(lm); qp=; qp; ; kp=; kp140 print #1, tab(lm); ns=; ns; ; bs=; bs; ; ms=; ms; ; zs=; zs150 print #1,

20、tab(lm); nh=; nh; ; bh=; bh; ; eh=; eh; ; mh=; mh; ; zh=; zh160 print #1, tab(lm); kh=; kh; ; nt=; nt; ; rt=; rt; ; mt=; mt; ; kt=; kt170 dim qu(m), vu(nu), zu(nu), qd(nu), zd(nd), q1(m), v1(m), z1(m), q2(nu), u2(nu), u1(m)180 dim x(50), y(50)190 for i = 0 to m: read qu(i)200 data 1130, 1190, 1190,

21、1280, 1440, 1520, 1510, 1550, 1580,1530,1260,1200,1120210 if ka 1 then goto 230220 print #1, tab(lm); qu(; i; )=; qu(i)230 next i240 for j = 0 to nu: read zu(j), vu(j)250 data 2068, 0.945, 2070, 1.005, 2080, 1.377,2090, 1.825, 2100, 2.362#270 if ka 1 then goto 290280 print #1, tab(lm); zu(; j; )=; z

22、u(j); ; vu(; ; j; )=; vu(j)290 next j300 for k = 0 to nd: read zd(k), qd(k)310data1882,138,1883,358,1884,659,1885,1010,1886,1460,1887,1980,1888,2600,1889,3220320 if ka 1 then goto 340330 print #1, tab(lm); zd(; k; )=; zd(k); ; qd(; k; )=; qd(k)340 next k:350 for j = 0 to nu360 if zu(j) zs then goto

23、380370 qs = ns * bs * ms * (zu(j) - zs) 1.5380 if zu(j) zh then goto 400390 qh = nh * bh * eh * mh * (zu(j) - zh) .5400 if kb = 2 then goto 440405 x = qp + qs: y = 0: w = nd410 for i = 0 to w: x(i) = qd(i): y(i) = zd(i): next i420 gosub 1500430 zt = int(y * 10 + .5) / 10: if zu(j) = .05 then x = q2(

24、j): goto 410485 print #2, q2(; j; )=; q2(j)490 u2(j) = int(vu(j) * 100000000# / (3600 * dt) + q2(j) / 2 + .5): print #2, u2(; j; )=; u2(j)500 next j510 z1(0) = zm: v1(0) = vm: q1(0) = q2(0): x = q1(0): w = nu520 for i = 0 to w: x(i) = q2(i): y(i) = u2(i): next530 gosub 1500540 u1(0) = int(y + .5)550

25、 for j = 1 to m560 u1(j) = int(qu(j) + qu(j - 1) / 2 - q1(j - 1) + u1(j - 1) + .5): x = u1(j): w = nu570 for i = 0 to w: x(i) = u2(i): y(i) = q2(i): next i580 gosub 1500590 q1(j) = int(y + .5): x = q1(j): w = nu600 for i = 0 to w: x(i) = q2(i): y(i) = zu(i): next i610 gosub 1500620 z1(j) = (int(100

26、* y + .5) / 100: x = z1(j): w = nu630 for i = 0 to w: x(i) = zu(i): y(i) = vu(i): next i640 gosub 1500650 v1(j) = (int(100 * y + .5) / 100660 print #2, z1(; j; )=; z1(j): print #2, q1(; j; )=; q1(j)670 next j680 f1 = qu(0): f2 = q1(0): f3 = z1(0)690 for i = 1 to m700 if f1 qu(i) then goto 720710 f1

27、= qu(i): t1 = i720 if f2 q1(i) then goto 740730 f2 = q1(i): t2 = i740 if f3 z1(i) then goto 760750 f3 = z1(i): t3 = i760 next i770 print #2, q1max=; f2: print #2, z1max = ; f3780 rem color 1:790 print #1, tab(lm); , : print #1, tab(lm); 调 洪 演 算 结 果 为:800 print #1, tab(lm); tab(lm + 5); 频 率 p=; 100 *

28、 p; %810 print #1, tab(lm); tab(lm + 5); 正常高水位 za=; za; m820 rem print #1,830 print #1, tab(lm); tab(lm + 2); n; tab(lm + 5); t; tab(lm + 9); qu; tab(lm + 16); q1; tab(lm + 24); z1; tab(lm + 32); v1840 rem color1850 for k = 0 to m860 print #1, tab(lm); tab(lm + 1); k; tab(lm + 4); dt * k; tab(lm + 8

29、); qu(k); tab(lm + 15); q1(k); tab(lm + 22); z1(k); tab(lm + 31); v1(k)870 next k880 rem print #1,890 print #1, tab(lm); tab(lm + 4); qumax=; f1; tab(lm + 18); t=; dt * t1900 print #1, tab(lm); tab(lm + 4); q1max=; f2; tab(lm + 18); t=; dt * t2910 print #1, tab(lm); tab(lm + 4); z1max=; f3; tab(lm +

30、 18); t=; dt * t3920 if kc 1 then open d:myflod.plt for output as #3: print #3, sc 1 1: goto 1300930 c1 = f1 * 1.2940 if c1 100 then c2 = 10: goto 980950 if c1 1000 then c2 = 100: goto 980960 if c1 10000 then c2 = 2000: goto 980970 c2 = 10000980 c4 = int(c1 / c2 + .5) * c2990 ky = 150 / c4: kx = int

31、(400 / m + .5)1000 color 01005 screen 9, 0, 01010 open d:flod.plt for output as #3: re = 1: print #3, tr -0.8 11020 print #3, sc 1 1: print #3, pi 1; re: print #3, ro 901025 row = c + 1: print #3, ss set10.sym1030 for y1 = 0 to ky * c4 step ky * (c4 / c)1040 locate row, 4: print int(y1 / ky): row =

32、row - 11045 print #3, ps 0.2; int(y1 - 55) / 100; 0.1 0; + (str$(int(y1 / ky) + 1050 line (100, y1)-(500, y1), 11055 print #3, ma 1; re - y1 / 100: print #3, pa 5; re - y1 / 1001060 if y1 ky * c4 then line (100, y1)-(100, y1 + ky * (c4 / c), 91065 if y1 = x(i) and x w - 2 then i = w - 2: goto 155015

33、40 goto 15101550 d1 = y(i) * (x - x(i + 1) * (x - x(i + 2) / (x(i) - x(i + 1) / (x(i) - x(i + 2)1560 d2 = y(i + 1) * (x - x(i) * (x - x(i + 2) / (x(i + 1) - x(i) / (x(i + 1) - x(i + 2)1570 d3 = y(i + 2) * (x - x(i) * (x - x(i + 1) / (x(i + 2) - x(i) / (x(i + 2) - x(i + 1)1580 y = d1 + d2 + d31590 re

34、turn程序说明如下：一、数据准备（变量说明）1. read p, za, zm, vm, m, dt, nu, nd, ka, kb, kc, cp洪水频率（如1就输入0.01）za正常高水位（m）zm, vm起调水位（m），相应库容（亿m3）m, dt, qu(i)某频率入库洪水分段数，每段小时数及相应流量（m3/s）nu, zu(j), vu(j)水库水位库容曲线分段数（以zm为起点），相应水位（m）及库容（亿m3）nd, zd(k), qd(k)下游水位流量关系曲线分段数，相应水位（m）及流量（m3/s）ka输入数据打印标志（1打印；0不打印）kb泄洪方式信息：1溢洪道泄洪加电站辅助泄

35、洪2溢洪道、底孔加电站辅助泄洪3溢洪道、底孔、隧洞（有压式）加电站辅助泄洪kc成果绘图标志(1绘图；0不绘图)c作图时流量坐标所取段数（812段）2. read qp, kp, ns, bs, ms, zs, nh, bh, eh, mh, zh, kh, nt, rt, mt, ktqp, kp电站泄洪流量（m3/s）及折减系数ns, bs, ms, zs溢洪道孔数，每孔净宽（m），流量系数（）及堰顶高程nh, bh, eh, mh, zh, kh底孔孔数， 孔口宽（m）、高（m），流量系数（），孔底高程（m）及折减系数（若不计底孔，则这些参数都为0）nt, rt, mt, kt隧洞条数、半

36、径（m），流量系数（）及折减系数（若不计隧洞，则这些参数都为0）for i=0 to m: read qu(i)for j=0 to nu: read zu(j), vu(j)for k=0 to nd: read zd(k), qd(k)qu(i), zu(j), vu(j), zd(k), qd(k)说明见上，这些参数一对一对地输入其他变量说明q1(i), z1(i), v(i)调洪下泄流量（m3/s），相应库水位（m）及库容（亿m3）q2(i), u2(i)水位为zu(i)时下泄总流量（m3/s）及vu(i)/t+ q2(i)/2的值二、程序中对不同的情况需修改的语句如下：40 read

37、 p, za, zm, vm, m, dt, nu, nd, ka, kb, kc, c50 data 0.001, 312.5, 304.5, 10.7, 8, 12, 8, 7, 1, 1, 1, 10按变量说明在data语句中输入（修改）有关数据（只改data语句中对变量所赋的值，read语句不改）。其它如100和110，190和200，240和250、260，以及300和310这几对语句修改方法与40和50句相同，即只改变110，200，250和260，310这些语句中的赋值。三、上机操作布骤1.运行qbisic程序，打开本程序（名为prozl-1.bas），按esc键就可对程序进行修

38、改，再按菜单提示执行程序。2.程序修改完成后，用菜单中的run选项运行程序。屏幕上会显示调洪成果图，检查一下，如没有问题就继续往下运行（打印）。若结果不合理，就应检查输入的数据是否正确，修改后再运行程序。3.打开结果文件flod.dat，检查无误后就可打印结果。1.3.3 调洪演算结果表1-7电算调洪演算结果方案表孔最大泄量最高水位宽堰顶高程1设计720581793.9992068.34校核7205819712069.122设计820581931.1792068校核8205819952069.13设计920581931.1792068校核9205819362069.024设计720591653

39、.6242069.13校核7205919692070.065设计820591770.752068.17校核8205919732069.786设计920591887.8762068.36校核9205919772068.867设计7206015542068.77校核7206019682070.938设计8206016562069.04校核8206019712070.129设计920601717.1612069.14校核9206019742069.4110设计7206115532069.16校核7206119682071.8111设计8206115742069.24校核8206119702070.9

40、912设计9206116462069.22校核9206119722070.3313设计7206215522070.09校核7206219672072.714设计8206215542069.45校核8206219692071.8615设计9206215552069.31校核9206219712071.191.4调洪结果分析比较沙洲水电枢纽采用坝身、中孔联合泄洪方案。表孔为主要的泄洪建筑物，中孔为辅助泄洪之用。据调洪验算成果表1-7，2 混凝土拱坝坝体尺寸拟定12.1坝顶高程及坝高的确定 根据混凝土拱坝设计规范sl282-2003，坝顶的布置应遵循以下原则：拱坝的坝顶高程不应低于校核洪水位。坝顶上

41、游侧的防浪墙顶高程与水库正常蓄水位或校核洪水位的高差，可按公式下列计算。最终选择二者计算所得防浪墙顶高程较高者作为选定高程。 （2-1）式中：防浪墙顶与水库正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；波高，m，按公式2-2根据工程等级，1、2、3级坝应采用累计频率为1%的波高值，4、5级坝应采用累计频率为5%的波高值（碾压式土石坝设计规范sl274-2001）；波浪中心线到水库正常蓄水位或校核洪水位的高差，m，按公式2-3算；安全超高，按表2-1取值。表2-1安全超高坝的级别123正常蓄水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3根据混凝土拱坝设计规范sl282-2003，波高、波长可按官厅水库经

42、验公式（2-2公式（2-3）本公式适用于及的山区峡谷水库）： （2-2） （2-3）式中：波高，m，当（d带km）时，为累计频率5%的波高；当（d带km）时，为累计频率10%的波高；lm平均波长，m；v0最大计算风速，m/s，是指水面上10m处10min的风速均值，正常蓄水位及设计洪水位时，应采用相应季节重现期为50年的最大风速；校核洪水位时应采用相应洪水期内最大风速的多年平均值；d风区长度，m；g重力加速度，m/s2.波浪中心线至计算水位的高差hz可由公式2-4， （2-4）根据资料所给数据，库区吹程，多年平均风速见表2-2，表2-2多年平均风速表月份123456多年平均风速2.12.82.

43、92.52.11.5月份789101112多年平均风速1.11.11.11.21.41.5由表2-2可得，正常蓄水时，设计风速为2.9m/s，此时同理，校核洪水位时，设计风速为1.5m/s，此时两种工况均满足因此可由公式2-4分别得到正常蓄水和校核洪水两种工况下累计频率5%的波高，进而可由碾压式土石坝设计规范sl274-2001中的表2-3得到累计频率为1%的波高。表2- 1不同累计频率下的波高与平均波高比值（hp/hm）phm/hm0.010.101.002.004.005.0010.014.020.050.090.00.13.422.972.422.232.021.951.711.601.430.940.370.10.23.252.822.302.131.931.871.641.541.380.950.43注：hm为水域平均水深，m；hm为平