卢湾水库枢纽重力坝设计

1、兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 基本资料2.1流域概况卢湾水利枢纽工程位于卢湾市上游22公里的右江比较平直开阔的“V”形斜向谷河段上，河水自北向南流。平水年河宽 4 5110米，水深012米。百色水库坝址以上集雨面积1.96万平方公里，多年平均流量263秒立米；年径流量829亿立米。水库正常蓄水位228米，相应库容48亿立方米；最高洪水位23345米，相应总库容56亿立米；防洪限制水位214米，防洪库容164亿立米，死水位203米，死库容21.8亿立方米；水库调节库容26.2亿立方米，属不完全多年调节水库。枢纽主要建筑物包括混凝土主坝一座，地下厂房一座

2、、副坝两座、通航建筑物一座。2.2设计要求在明确设计任务及对原始资料进行综合分析的基础上，要求：(1)根据防洪要求，对水库进行洪水调节计算，确定坝顶的高程和泄水建筑物孔口尺寸。(2)以水电站的挡泄水建筑物的选型和布置方案的选择为重点，通过分析法进行方案的选定，通过理论计算核定其稳定性。(3)绘制挡、泄水建筑物的总体布置方案图和典型剖面图、细部构造图；对部分附属建筑物进行初步规划；(4)对引水流量及其他参数进行选择分析和计算，对已给定水电站装机高程的，重点作建筑物的稳定校核计算；2.3工程枢纽任务及效益本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用。本工程建成投产后，具有可观的经济效益。在经营管理效益方面，

3、电站装机容量为2.7万kW，一方面为工、农业和人民生活用电提供了保障，另一方面可以利用电费收入，使自身得以发展，另外经营管理单位还可以利用水库水体发展水产养殖事业，还可以利用绿化、美化工程环境，发展旅游事业等等。在社会效益方面，由于下游至河口河长20km左右为河口平原，当洪水超过3500m3/s时，即要泛滥成灾，因此工程建成后可以保护广大的农田和城镇，免受洪水和渍涝灾害，从而减免国民经济的损失，具有很好的社会经济效益。2.4工程枢纽任务及效益本枢纽经过技术经济调查阶段，以及水利、水能计算，提出了如下参数，作为进行建筑物设计的依据。 表1-1 水库特性表表头形式统一表头形式统一正常蓄水位设计洪水

4、位校核洪水位总库容设计水头228.00m229.7m231.3m11.3亿m376.5m2.5水文气象资料 = 1 * GB2 河流特征：本河流域一般在五月间即开始涨水。最大洪水量多发生在七月，每年5、6、7三月降水占全年的48%，比较集中，洪水期为510月，13月为最枯水期，P=50%洪水量仅为120立方米/秒，p=10洪水流量为85立方米/秒；114月P=5%的洪水流量为420立方米/秒，p=10%的洪水流量为360立方米/秒。 = 2 * GB2 洪峰流量:根据水文分析，各频率下的洪水流量列于下表 表1 各频率下的洪水流量表频率p%5流量m3/s31504050610070007900表

5、格形式要统一表格形式要统一 = 3 * GB2 依据观测资料，推测五天历时的洪峰单位过程线列于下表表2 五天历时的洪峰单位过程线表时段（天）011.062345流量（%）10891005732.51912 = 4 * GB2 多年平均降雨天数、中水年月流量表3 多年平均降雨天数、中水年月流量表项目123456789101112中水年月流量207060180470790810800320530200160多年平均降雨天数1.231.335565443.23.2页边距设置不合格页边距设置不合格 5库水位与库容积曲线表5 库水位与库容关系表水位(m)1201251301351401451501611

6、71184193201库容（亿m3）005101520水位(m)207213214217222226228229233236239241库容（亿m3）253032354045485055606567 = 7 * GB2 气温情况本流域气候属于温和地区，植物全年均可生长，甚少降雪，冬季平均温度为8.5，河水无冰冻现象，夏季平均气温为27.4，7、8月最高平均为28.6，各月温度见下表：表6 气温情况表月份123456789101112多年平均温度7.99.913.418.623.225.329.739.825.419.314.70.1最高温度19.525.030.038.03839.742.24

7、4.042.038.830.119.0最低温度-0.3-12.915.51615.00.0 = 8 * GB2 其它资料:a.河流较清、淤沙较少，含沙量仅为流量的0.9%。b.水库最大吹程：10公里。多年平均风速：16米/秒。其它资料见蓝图。2坝址及地形情况：坝址处河床较窄，其宽度仅为160米（普通洪水流量时）死水滩，坝址附近河床坡度甚陡，水流湍急，有小瀑布，右岸地势较高，有起伏之山头。坝址处为震旦纪砂岩，右岸风化严重，深达34米，且夹有页岩。水层岩岩层为向斜之一翼为倾向上游。坝址处水流急，故无砂卵石等淤积物。无侵蚀地下水。基岩的机械、物理性质：砂岩：rc=2150吨/立方米；比重：G=2.7

8、；极限抗压强度：（干燥时）1300公斤/平方厘米；f=0.62；渗透系数k=1.010-5厘米/秒砂质页岩:rc=255吨/立方米；比重G=2.75；渗透系数k=1.210-5厘米/秒；极限抗压强度（干）=700公斤/平方厘米，（湿）=350公斤/平方厘米坝基岩经过水实验，吸水率均低于0.05公斤/分砂岩与页岩间磨擦系数f=0.452.6筑坝资料及施工动力、机械、劳动力情况：2.6.1筑坝资料 = 1 * GB2 当地材料勘测结果:砂：河砂A，在坝址下游35公里处，颗粒较粗，其主要颗粒在10.5毫米间，d50=0.65mm,不均匀系数=d60/d30=21。砂均在正常河水位附近，含泥量均3.5

9、%，沿河有公路可通。河砂B：在坝址下游20公里处，粒径较小，d50=0.32mm,不均匀系数=20。石料：有泥盆石英砂岩，位置见附图，蕴藏量480万方，平均覆盖层2.5米厚。岩石机械物理性质为：比重 2.65干抗压极限强度 1400kg/cm2饱和抗压极限强度 1050 kg/cm2经过25次冻融后抗压极限强度 1050 kg/cm2土料：有粘土、沙壤土及山皮土风化料，其分布及储量见蓝图，其性质见下表：表7 建筑材料性能表表头形式要统一表头形式要统一土壤名称土壤特性河砂A河砂B粘土砂壤土山皮土土壤干容重（吨/立方米） c1.601.601.701.661.60空隙率 gn0.450.420.3

10、50.380.398内摩擦系数（自然含水量）f0.600.550.350.300.60内摩擦系数（饱和含水量）f0.600.550.240.280.50粘着力（公斤/平方厘米） C001.001.000渗透系数 （厘米/秒） K210-3610-3410-7110-5110-3天然含水量 %2017最优含水量 %191822.5压缩模量（公斤/平方厘米）E120100卵石：在本支流入干流河口处有卵石80万方，粒径在120厘米，质地良好，可做混凝土骨料。 = 2 * GB2 外来材料：水泥：水库下游珞城有一大水泥厂，可供给本工程以足量的水泥。钢筋：可取自珞城，其它钢材则由千里之外之城市运来。木材

11、：具工地70公里之专区，可大量供应。 = 3 * GB2 交通情况：本支流由于险滩阻隔，无法通行较大船，但有公路可达干流河口，而干流可通过大船直达珞城，与铁路相联系，很方便。2.6.2施工动力、机械、劳动力情况：坝址下游20公里，有火电站，可供应足够的动力。施工可考虑半机械化：土料上坝、碾压可使用机械，砂料开采，混凝土的制作、运输、捣固、石料的加工可以使用机械化，土料的运输、石料开采、土料开挖、用人工或简单机械。3坝型选择枢纽布置在选择坝址,坝型和枢纽布置时,不仅要研究枢纽附近的自然条件,而且需要考虑枢纽的施工条件，运行条件，综合效益，投资指标以及远景规划等，这都是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段

12、的一个十分重要的问题。不同的坝址适用于不同的坝型和枢纽布置，所以在选择坝型，坝址时需要同时作出枢纽布置。针对不同坝址做出不同坝型的各种枢纽方案，进行经济技术比较，最后选定较为理想的坝轴线位置及相应的坝型和枢纽布置。3.1 工程等级和主要建筑物级别3.1.1工程等级的确定为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模和效益的大小进行分等，对枢纽中的建筑物再按其作用和重要性的大小进行分级，并对不同级别的建筑物规定有不同的要求，根据中华人民共和国行业标准SL252-2000 水利水电工程等级划分及洪水标准 表3-1 水利水电工程分等指标工程等别工程 规 模水 库 总

13、库容（108m3）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 （104亩）治 涝 面 积 （104亩）灌 溉 面 积 （104亩）供 水 对 象 重要性装 机 容 量 104kwI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0.10.01一般30515350.5一般51 注： 1 、水库总库容指水库最高水位以下的静库容； 页眉边距设置不合格页眉边距设置不合格 2 、治涝面积和灌溉面积均指设计面积。 结合枢纽任务（发电、防洪、库容）

14、，考虑发电装机容量，枢纽为等；考虑防洪要求（保护中等城市），枢纽为等；考虑库容枢纽定为I等，综合考虑三者，枢纽定为I等。根据水工建筑物（第5版）第17页表22永久性水工建筑物的级别，本枢纽属于大（1）型，主坝为级建筑物，其他建筑物为级建筑物。3.2.2永久性水工建筑物级别的确定表3-2：永久性水工建筑物的级别工程等别永久性建筑物的级别主要建筑物次要建筑物1323344555表超出了页边表超出了页边根据表3-2性水工建筑物级别，本枢纽为等，其主要建筑物（大坝、溢洪道）属于1级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于三级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于4级。3.2.3防洪标准的确定表3-3

15、 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准重现期（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或10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100表格超出了页边距表格超出了页边距根据枢纽等别和建筑物级别，对照山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准如表3-3所示确定设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。3.2 坝型选择3.2.1 坝型初步选择 坝型选择应根据当地地质、地形条件，施工

16、条件，建筑材料，综合效益，渲泄洪水能力，以及抗震性等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术比较，选取既满足工程要求，又比较经济的坝型，经济比较只要求对坝体的砼方量及三材用量作粗略的计算和比较。坝型选择应根据当地地质、地形条件，施工条件，建筑材料，综合效益，渲泄洪水能力，以及抗震性等特点，通过定性分析，初步选择两种坝型进行较详细的技术比较，选取既满足工程要求，又比较经济的坝型，经济比较只要求对坝体的砼方量及三材用量作粗略的计算和比较。 = 1 * GB2 土石坝土石坝又称当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝主要分为：均质坝、心（斜）墙坝、土石混合（堆石坝）坝等。土石坝优点：

17、可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量，几乎任何土石料均可筑坝。能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址地基，经处理后均可筑坝。大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝的发展。由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。土石坝适应地基变形，施工方便，而且我国拥有丰富的建坝经验。土石坝与砼坝相比，其造价为砼坝的1/10，工程量为砼坝的4倍，由此可见土石坝经济性优于砼坝。土石坝缺点：由于坝址附近无大量的粘性土及砂壤土料，只可

18、供应围堰防渗材料之用。不能满足土石坝所需的大量粘性土和砂壤土料，因此，从这方面考虑，此处建设土石坝条件不足。综合上述优缺点，故本次设计不采用土石坝，而采用混凝土坝。 = 2 * GB2 混凝土坝如果选择砼坝应考虑采用拱坝、支墩坝还是重力坝 = 1 * GB3 拱坝优缺点优点：拱坝是高次超净定空间整体结构，坝体的稳定性主要依靠两岸拱端山体反力作用来维持，并不全靠坝体自重来维持。由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分布较均匀，有利于发挥材料的强度，从而坝体厚度可以减薄，节省工程量。拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省1/32/3，从经济意义上讲，拱坝是一种很优越的坝型。且较

19、好的超载能力可达设计荷载的511倍，具有很强的抗震能力。缺点：根据坝址地形图3，假设坝顶高程为250m，那么坝高约为250-180=70m，（考虑基础开挖），而此时河谷宽度为650m，即此时宽高比为L/H=650/70=9.29，远远大于4.5，为宽浅形河道，拱的作用已经很小，故不能修建拱坝；而且拱坝对坝肩的岩体要求坚固完整，河谷左岸有大的断层，也不宜选择拱坝；理想的拱坝地形应是左右岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。而此坝址处河段顺直，两岸由于受断层、软弱地带的影响，坝轴线为折线形，不适宜建拱坝。综合上述，本坝址处不适宜建混凝土拱坝。 = 2 * GB3 支墩坝优缺点优点：支

20、墩坝，自重较轻，坝体工程量小，其中连拱坝与平板坝可节省1060工程量；支墩可随受力情况调整厚度，能充分利用圬工材料的抗压强度；节省坝基开挖量和固结灌浆工作量，可加快施工速度；由于坝体较薄，施工散热条件较好。缺点：支墩本身单薄，侧向刚度比纵向刚度低，在遭遇垂直水利流向的地震作用时，抗震能力明显低于重力坝；支墩的应力较大，对地基要求比重力坝高；施工期坝体对温度变化较敏感，容易产生裂缝；模板较复杂且用量较大，混凝土标号要求高，单方混凝土钢筋用量多，施工存在难度；而且支墩坝有一个致命的缺点，抗压性差，据资料显示库区附近历史上地震活动较为频繁，曾发生6级地震，考虑到枢纽的重要性和水库激发的地震的可能性，

21、拦河坝设防烈度采用7度，基于此种情况，当地是不能选用支墩坝的。综合上述，本坝址处不适宜建支墩坝，适宜选择重力坝坝型。 = 3 * GB3 重力坝混凝土重力坝虽有坝体体积大，材料强度不能充分利用的缺点，但是优点也很明显：坝身可以开孔泄流，不需另建泄洪建筑物，导流方便，断面形状简单，混凝土浇筑简易，便于机械化施工，模板数量少，地基要求低，同时设计制造的经验比较丰富，工作可靠，使用年限长，养护费用低。 故本枢纽选择重力坝坝型。3.2.2 坝型的进一步确定重力坝又分为宽缝重力坝、空腹重力坝、实体重力坝。需对三种坝型进行比较做出结论：（1）宽缝重力坝优缺点：其优点是：由于宽缝的存在，坝底面积小，扬压力显

22、著降低，加之上游坡较缓，可利用上游水重来增加稳定，因此使坝体混凝土量可较实体重力坝节省约1020；宽缝增加了散热面，有利于施工期混凝土温度控制；坝内留设宽缝后，可以方便坝体观察和检查，必要时还可以在宽缝内进行维护修补和地基处理工作。缺点是：模板工作量大，提高了混凝土的单价；施工导流稍感不便；在严寒地区，必须采取保温措施。综合评定：宽缝重力坝施工复杂，本地技术人员不足，同时模板用量较大，且宽缝设置不好容易产生裂缝。（2）空腹重力坝优缺点：坝体内沿坝轴线方向设有较大空腔的重力坝，称为空腹重力坝。与实体重力坝相比，具有以下一些优点：由于空腔下部不设底板，减小了坝底面上的扬压力，可节省坝体混凝土方量2

23、0%左右；减少了坝基开挖量；坝体前后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的抗滑稳定；前后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大；便于混凝土散热；坝体施工可不设纵缝；便于监测和维修；空腔内可以布置水电站厂房。缺点是：施工复杂；钢筋用量大；如在空腔内布置水电站厂房，施工干扰大。综合评定：空腹重力坝用筋量过大，施工复杂。对于本工程而言，钢筋可取自珞城，其它钢材则要由千里以外之城市运来。（3）结论实体重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，可以大型机械化施工，施工方便且速度快，结构作用明确，适合建高坝。基于以上各种坝型的比较分析，本水库采用砼重力坝较为合理。3.3 坝

24、轴线的布置原则坝址和轴线的选择是根据地形，地址，河流走势等条件综合考虑决定的。就地形而言，坝址一般以选在狭窄河谷处，节省工程量。坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型的选择和和枢纽的布置起着决定性作用。坝址最好的地质条件是强度高，透水性小，不易风化，没有构造缺陷的岩基。就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址上，下游河流如有急弯最不利，应予避免；枢纽两岸坝肩的山体要雄厚，并尽可能离上下游两岸的冲沟远一些，水库周围应没有难处理的缺口。通过对水库坝址区域基本地质，地形等资料的研究和分析，坝轴线应避开不稳定岩体和大的断层，为了适应地形，地质条件，或为了枢纽布置上的要求，也可将坝轴线布置成

25、折线或曲率不大的拱向上游的拱形。3.4 水利枢纽布置首先根据枢纽的任务及要求确定枢纽建筑物的组成，然后根据地质、地形等条件，通过定性分析确定较合理的枢纽方案。水利枢纽布置的任务是合理地确定枢纽中各组成建筑物之间的相互位置。水利枢纽布置的布置原则: = 1 * GB3 坝址、坝段及其他主要建筑物的形式选择和枢纽布置要做到施工方便，工期短，造价低。 = 2 * GB3 枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，各建筑物之间能协调、无干扰地工作，保证其他任何工作条件下都能正常工作，满足枢纽运用管理的要求。 = 3 * GB3 在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用。 = 4 *

26、GB3 枢纽中各建筑物紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。 = 5 * GB3 尽可能使枢纽中的部分建筑早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水，早期发电或灌溉）。 = 6 * GB3 枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。3.4.1泄洪建筑物删除，不要删除，不要首先，泄水隧洞是在山体中开凿的一种水流通道，可用于引水、排水、排砂、预泄洪水、施工导流，虽然隧洞比较节约地方，有时也可以“一洞多用”，即导流、泄洪、放空、发电等综合利用一条隧洞，比较经济，但是它也有不少工作特点受力方面：山体开洞，围岩变形，需要支护水流方面：不仅有外水压力，而且有内水压力，还存在高速水扰 =

27、 3 * GB3 施工方面，场地狭窄，工序多，干扰大，事故可能性大，加固检修困难，该地区坝址处为震旦纪砂岩，左岸风化较严重，地质条件并非很好，不太适宜修泄水隧洞。其次，河岸泄水道适用于两种情况坝型为土石坝，因为土石坝一般不允许坝身过水，多数情况是在地形较好的地方如垭口处修河岸泄水道来泄水。坝型为重力坝，但河谷狭窄，布置坝身泄水道有困难时。本工程坝型已选为重力坝，并且设大量泄洪要求，河谷也较宽阔，不需要采用河岸泄水道的形式。3.4.2水电站建筑物删除，不要删除，不要因坝址河段坡降并不大，不适宜用引水式厂房，从经济角度考虑，引水式电站需另设隧洞，引水管线，工程成本高；水电站水头较大，流量不大，也不

28、宜采用河床式厂房；综合考虑，用坝挡水，将厂房置于坝后，采用坝后式厂房，坝后式电站可采用坝内埋管引水，更为经济，厂房应尽可能靠近坝体，以减小引水管路的工程量和水头损失，厂房多占据主河槽，可减小开挖量，获得高水头并靠近岸边。3.4.3放空建筑物放空建筑物是为了防洪和检修等目的要放空水库而布置的建筑物，有深孔、隧洞和涵管等。隧洞因其施工量大，施工难度大，速度慢，施工场地狭窄，容易出现事故，且施工和材料的费用巨大，一般情况下尽量不采用隧洞的放空建筑物的形式，而且隧洞对地质条件要求较高，需要坚硬的地质条件下才能施工。涵管一般用于土石坝中，它是将涵管埋在土石坝的河床底部，以避免高速水流冲刷，且涵管费用较高

29、，安装困难。本工程河床比较宽阔，经过初步估计能够布置下深孔放空建筑物，而且我们已经拟订了实体重力坝的坝型方案，重力坝中预留空洞，前期可作导流洞，后期作放空洞，这样是比较经济的。3.4.4 通航建筑物删除，不要删除，不要通航建筑物是用于克服集中水位落差或地形障碍而升降或通过船舶的水工设施，又称过船建筑物。通航建筑物按功能可分为升降船舶的建筑物和通过船舶的建筑物两类。升降船舶的建筑物又可分为 HYPERLINK /view/84979.htm 船闸与 HYPERLINK /view/1101135.htm 升船机两种基本型式。此两种型式的通航建筑物在水利枢纽中用以克服集中于拦河坝的水位差，使船舶从

30、一个水位提升或下降至另一水位，实现船舶航行过坝的目的。通过船舶的建筑物包括航运隧洞与航运渡槽，是在人工运河上常需采用的通航建筑物。当人工运河穿越高山时，为减少大量开挖而开凿隧洞过船。当人工运河跨越山谷或需架空时，则需建设航运渡槽，以使船舶在架空的渡槽中通过。船闸与升船机相比具有容纳船队的较大闸室，在中低水头下有较大的通过能力，可适应各种尺度的船队过闸，采用广泛。升船机在高水头情况下适应性较强，但机电设备量大，制造与安装精度要求较高。通航建筑物应靠近岸边布置，与电站之间有足够长的导水墙，以便船队停靠和进出引航道。船闸应布置在顺直河段，闸室一般布置在坝轴线下游。4洪水调节设计4.1调洪演算4.1.

31、1调洪演算的目的删除，不要删除，不要由正常蓄水位等基本资料，通过调洪演算来确定设计洪水位和校核洪水位，为后期的坝顶高程等其他部分做准备。水库调洪方式基本有三种：自由泄流（敞开泄流）。指水库不承担下游防洪任务，水库调洪只需解决水库遭遇设计标准及校核标准洪水，在水库水位超过防洪限制水位时为确保大坝安全时的泄洪。当水库承担下游防洪任务而入库洪水超过下游防洪标准设计洪水时的泄流，也是自由泄流。固定泄流。即采用闸门控制措施，使水库下泄流量按固定值泄放（一级或多级固定），各级控制下泄流量值视入库洪水和控制点的防洪能力而定。对于调洪能力较小的水库，可按入库流量来判别属于何级下泄值,对调洪能力大的水库洪量起主

32、要作用,宜采用库水位涨率与入库流量相结合方法判定宜选泄量数值。泄洪方式为补偿调节方式。理想的补偿调节方式是根据区间洪水预报逐时段确定水库相应下泄流量，使其与区间洪水流量组合结果不超过下游控制点的安全允许泄流量。考虑错峰要求的水库泄流即属于此种方式。但这种方式只适合于水库泄流至下游防洪控制点的传播时间小于区间洪水的预见期和预报精度较高的情况。如果某些水库泄流传播到下游防洪控制点的时间较长，而区间洪水集流却很快，预见期短，水库接到区间水情预报时已来不及关闸错峰，那么，需采用经验性或统计性的补偿调节洪水方式。如把区间地区的某些暴雨因素和防洪控制点涨率等作为关闸错峰的指标。当上游水库群共同承担下游防洪

33、任务时，一般需要考虑补偿问题，当水库群洪水具有同步性时，选调洪能力大的，控制洪水比重大的水库作为防洪补偿调节水库，其余为被补偿水库。反之,洪水同步性差的水库群,采用补偿方式时，应将各库泄流最大值与区间洪峰错开，避免出现组合更不利情况。无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的.不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的.水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟订若个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工

34、程的规模和有关参数;而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量Qmax,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全。在规划设计阶段，水库调洪计算的目的是为了找出当一定防洪标准的设计洪水，入库后能满足防洪要求的防洪库容、泄洪建筑物型式和尺寸。在水库建成后，调洪计算的目的是寻求合理的、较优的水库汛期控制运用方式。4.1.2调洪演算的原理(a) 库容曲线Z-V，以及用水力学公式计算Q-Z关系；(b) 分析确定调洪开始时的起始条

35、件，起调水位228m；(c) 本次调洪计算采用水能规划书中介绍的列表试算法计算，依据书中所给的水库洪水调节原理，采用水量平衡方程式式中 ,时段始末的入库流量， ,时段始末的出库流量，,时段始末的水库蓄水量，计算时段。求出V后,从而求出了时段末的库容，再根据库容曲线Z-V可以求出计算水位，从而与假定水位对照如果其与假定水位相等则试算完毕，否则重新假定水位重复上面的过程直到两者相等。用已知（设计或预报）的入库洪水过程线Qt,由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程qt,这就是调洪演算的基本原理。(d)水库蓄泄方程 水库下泄流量在溢洪道尺寸一定的情况不仅与堰顶水头有关即，同时泄流水

36、头是库中蓄水量的函数即，所以下泄流量是蓄水量的函数，由此二方程可建立来流量，出流量和库容的关系及其曲线，从而可推求最高洪水位和最大出流量。 调洪演算的方法：定几组溢洪道尺寸，建立出流量和水位的关系，水位和来流量的关系，水位和库容的关系，以及他们和时段的关系，从而找到预期目标。常用方法有列表试算法和半图解法。 此处采用半图解法。4.2泄水建筑物型式选择删除，不设计删除，不设计本工程已选定实体重力坝方案，故泄水建筑物型式选择需考虑重力坝结构的特点，其泄洪方式有：坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。 坝顶溢流其优点是泄洪能力大，可减小孔口尺寸，闸门上的水压力小，操作检修方便。缺点是坝身单薄，需设置导墙或滑雪道

37、结构；实体的导墙结构工程量较大，不经济；轻型的滑雪道结构易引起振动，稳定性不好。此外，表孔结构使堰顶以上坝体失去空间结构作用，拱的空间结构作用从堰顶高程以下才得以发挥。 坝身泄水孔泄水坝身泄水孔方案包括浅孔方案和中孔方案。为合理布置厂房，浅孔或中孔设在两岸坝段，对称布置，可利用水流对撞消耗能量。其优点与表孔溢流方案相同，合适的孔口尺寸对坝体应力并无大的影响；利用坝身开孔泄洪可节省另建溢洪道的投资。缺点是当水流过坝后需设置滑雪道导墙，需合理选型和布置。导墙若做成排架式，进厂公路可从排架间穿过。此外，应注意开孔数量和设置高程，若同一高程开孔数量多，该层拱圈削弱较多，应尽量避免。对于本工程而言，已经

38、选择了重力坝，对于重力坝的坝型，为了便于减小工程量，使工程布置紧凑，施工和运行管理均方便可采用坝顶溢流的泄洪方式。这样可以宣泄大量的洪水便于排除其他漂浮物，有利于发挥防洪的功能。所以选择坝顶溢流的泄洪方式。4.3调洪演算的方法删除，不需要设计删除，不需要设计4.3.1基本资料 设计洪水重现期为500年一遇 校核洪水重现起为2000年一遇 溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于枢纽主要作用为发电，兼做下游防洪。根据(P27),由基本资料得本枢纽的正常蓄水位为228.0m，所以起调水位高程取228.0 m。4.3.2 泄洪方案的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为90 m3/（sm）（一般

39、为60120 m3/（sm）。溢流坝段下泄流量Q溢：式中： ：最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，；：安全系数，正常运用情况，取0.750.9，非常情况取1.0；:其他建筑物下泄的流量，。 本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3500根据与单宽流量，初拟溢流堰净宽，在该工程中取B=40m。初步拟定方案：4*10与3*13方案一（4孔*10）：依据水工设计手册第六卷泄水与过坝建筑物，溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：式中： :溢流系数，一般取0.440.49,在该设计中取均值0.465；:侧向收缩系数，初步设计中可取=0.900.95，在该设计中取

40、均值0.925；:淹没系数，不淹没时，取；：坝前行进流态影响系数，在该设计中取。将以上数据代入公式，可将公式简化为：表1-1 水库q=f（Z）关系曲线计算表库水位Z（m）溢洪道堰顶溢洪道泄量库容V（亿m3）水头H（m）（m3/s）2280048229.281.28110.343650232.684.68771.437955235.987.981717.65760239.2811.282886.66165240.5812.583399.79867表格超出了页边距表格超出了页边距方案二（3孔*13）：根据堰流公式计算： :溢流系数，一般取0.440.49,在该设计中取均值0.43；:侧向收缩系数，

41、初步设计中可取=0.900.95，在该设计中取均值0.925；:淹没系数，不淹没时，取；：坝前行进流态影响系数，在该设计中取。 将以上数据代入公式，可将公式简化为：表2-1水库q=f（Z）关系曲线计算表库水位Z（m）溢洪道堰顶溢洪道泄量库容V（亿m3）水头H（m）（m3/s）2280048229.281.28107.516796650232.684.68751.675061355235.987.981673.65407460239.2811.282812.71035265240.5812.583312.70164867表格超出了页边距表格超出了页边距方案一与方案二进行对比，方案二的最大下泄流量

42、比方案一的最大下泄流量要小，也满足下泄的需求，孔口尺寸也较方案一小，便于施工布置。因此选定方案一。4.3.3下游水位的设计最终选定方案二：根据图水位与流量关系图，从图上查出：设计洪水位高程=229.7m 相应下游水位高程=153.2m 校核洪水位高程=231.3m 相应下游水位高程=154.8m 5非溢流坝段的剖面设计5.1剖面设计的基本原则非溢流坝段的断面在任何水平截面上均应满足稳定和应力的要求，而使工程量最小的的三角形剖面称基本剖面。为了获得经济合理的非溢流坝剖面，必须遵循以下三个原则：满足稳定和强度要求，保证大坝安全；工程量小；运用方便；便于施工。5.2拟定基本剖面重力坝的基本剖面是指在

43、自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面，如图，在已知坝高H、水压力P、抗剪强度参数f、c 和扬压力U 的条件下，根据抗滑稳定和强度要求，可以求得工程量最小的三角形剖面尺寸。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n=00.2，常做成铅直或上铅直下部倾向上游；下游坝坡坡率m=0.60.8；底宽约为坝高的0.70.9 倍。坝基剖面图5.3坝顶高程的确定坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可根据混凝土重力坝设计规范，由下式(5-1)计算，应选择两者中高程的高者作为选定高程 (

44、5-1)式中： 防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；为累计频率为1%的波浪高度(m)； 波浪中心线至正常或校核洪水位的高差(m)；安全超高，按混凝土重力坝设计规范规定，按下表21采用。表51 安全超高相应水位坝的安全级别正常蓄水位校核洪水位5.3.1设计蓄水位坝顶高程的确定坝的安全级别为I级，查表21得没有表格, =0.7m，由于D=10Km 20 Km， 20(取50年一遇的风速)，没有表格 宜按官厅水库公式计算 (2-2) (2-3) (2-4)在2501000之间,故h为累积频率为10%的波高，；则公式（2-2） = 1.14 m 查混凝土重力坝设计规范表B.6.3 得： 由式

45、(24)得： =0.7+0.71+1.62=3.03 m所以，设计蓄水位坝顶高程=229.7+3.03=232.73m5.3.2校核水位坝顶高程的确定坝的安全级别为I级，查表51得,没有表格 =0.5m，由于D=10Km 20 Km， 20(取50年一遇的风速)，宜按官厅水库公式计算同理：没有表格= 1.14 m =0.5+0.71+1.62=2.83 m 所以，校核蓄水位坝顶高程=231.3+2.73=234.13m表5-2 坝顶高程计算成果计算工况风速波高波长风臃水高安全加高静水位以上超高坝顶高程设计161.6211.620.710.73.03231.03校核161.6211.620.71

46、0.53.83234.13表格放在同一页表格放在同一页两者比较，取大值，则坝高程为234.13m。为计算、设计和施工方便，在该设计中，我们取坝顶高程为234.13m。防浪墙为11.2m，这里取1.2m。则坝顶高程为235m，最大坝高为116m。5.4非溢流坝段的剖面设计5.4.1坝顶宽度一般坝顶宽度取坝高的8%-10%，且不小于2m, 坝高大约为100米，则定坝宽为10米。5.4.2上下游坡率及折坡点本工程设计采用上游坝面上部铅直，下部倾斜，既便于布置进口控制设备，又可以利用一部分水重帮助坝体维持稳定，这种形式是实际工程中经常采用的一种形式。根据工程经验，一般情况下，上游坝坡坡率n00.2，常

47、做成铅直或上部铅直下部倾向上游的；下游坝坡坡率m0.60.8；底宽约为坝高的0.70.9倍。当坝体内要求布置发电引水管、泄水孔时，折坡点高程可定在孔口底板高程以下，起坡点的高程一般在（1/32/3）H（H为基本三角形高度）处。故取上游面的坝坡坡率为n=0.2，上游折坡点为泥沙淤积高程，186.5米。下游坝坡坡度通常不变，一般采用1：0.61：0.8，本工程取值m=0.7。下游折坡点根据上游校核水位确定。根据三角形比例关系，求出下游折坡点高程为219.7m。5.4.3坝底宽度坝底宽度：由上下游起坡点高程、坡度、边坡系数等条件通过几何关系可得坝底宽度为94m，底宽为坝高的0.8倍, 坝底宽度符合要

48、求。5.5荷载计算5.5.1重力坝承受的荷载和作用主要有： = 1 * GB3 自重； = 2 * GB3 静水压力； = 3 * GB3 扬压力； = 4 * GB3 动水压力； = 5 * GB3 波浪压力； = 6 * GB3 泥沙压力； = 7 * GB3 冰压力； = 8 * GB3 土压力； = 9 * GB3 温度作用； = 10 * GB3 风作用等。荷载组合可分为基本组合与特殊组合两类。基本组合属于设计情况或正常情况，由同时出现的基本荷载组成。特殊组合属校核情况或非常情况，由同时出现的基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。设计时应从这两类组合中选择几种最不利的、起控制作用的组合情

49、况进行计算，使之满足规范中规定的要求。5.5.2荷载计算在这里分两种工况进行计算：设计洪水位+扬压力；校核洪水位+扬压力。表41 荷载计算成果表计算工况设计洪水位校核洪水位水平力总和PP1+Pm1-P2+P055472.15KNPP1+Pm1-P2+P056680.72KN铅直力总和WW+P3+P4+Pm2138208.32KNWW+P3+P4+Pm2138811.42KN 图2-1 坝体荷载示意图5.5.3计算所需数据表22 基本数据信息表1坝基高程：Z=119.5m坝顶高程：Z=235m坝顶宽度：B=10m2上游折坡点：Z=186.5m坡度：n=0.23下游折坡点：Z=219.7m坡度：m

50、=0.7=0.24水的容重：r0=10KN/ m3泥沙浮容重：s=4 KN/ m3混凝土容重：c=24 KN/ m35抗剪断摩擦系数：f=0.6抗剪断凝聚力：c=800KN/ m2坝基长度：l=115m6排水管距上游坝面距离：Lp=12m渗透折减系数：=0.25淤沙高程：Zs=187.5m7设计情况浪高：h=1.62m浪长：l=11.62m波浪中心高：z=1.0m上游水位：z=229.7m下游水位：z=153.2mm8校核情况浪高：h=1.62m浪长：l=11.62m波浪中心高：z=0.35m上游水位：z=231.3m下游水位z=154.8m表格超出了页边距表格超出了页边距5.5.4基本荷载计

51、算 = 1 * GB4 设计水位情况（1）坝体自重 （2）水平水压力上游水平水压力：下游水平水压力: （3）垂直水压力上游垂直水压力：下游垂直水压力：扬压力 上游水深=110.2m；下游水深=33.7m扬压力包括渗透压力和浮托力两部分，渗透压力是由上下游水位差产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由下游水面淹没计算截面而产生的向上水压力。 坝体扬压力分区示意图=（5）浪压力防洪高水位时风速采用50年一遇的风速，即：V=16m/s,D=10km。 已知各波浪要素： 式中：当时，为累计频率5%的波高； 当时，为累计频率10%的波高。 规范规定应采用累计频率为1%时的波高，对应于5%波高，

52、应乘以1.24；对应于10%波高，应乘以1.41；又因为防洪高水位情况下，坝前水深则属于深水波，则浪压力按深水波计算：（6）泥沙压力水平泥沙压力：垂直泥沙压力：式中： 泥沙的浮重度,4 KN/m3； 泥沙的淤积厚度,67m； 泥沙的内摩擦角,25O。 = 2 * GB4 校核洪水位情况（1）坝体自重 （2）水平水压力上游水平水压力：下游水平水压力: （3）垂直水压力上游垂直水压力：下游垂直水压力：扬压力 上游水深=111.8m；下游水深=35.3m扬压力包括渗透压力和浮托力两部分，渗透压力是由上下游水位差产生的渗流在坝内或坝基面上形成的水压力；浮托力是由下游水面淹没计算截面而产生的向上水压力。 坝体扬压力分区示意图= （5）浪压力防洪高水位时风速采用50年一遇的风速，即：V=16m/s