水洛河水电站溢流坝及消能工优化设计

/毕业设计(论文）说明书题目水洛河水电站溢流坝及消能工优化设计专业水利水电工程班级20０6级1班学生杨凯指导教师刘亚辉许光祥重庆交通大学2０10年前言弹指间，四年的大学生活即将结束,如今毕业在即，为了进一步所学的理论知识，能把理论知识应用到实践中去使理论与实践能更好的结合，加深自己对理论知识的理解和吸收能力，所以我们认真的开始了我们的这次毕业设计。要做好这份设计，就需要我们能全面了解一份设计的基本步骤，工程的基本建设程序，以及编制施工组织设计的基本步骤,这就必然要求我们去涉及大量的相关书籍，再结合毕业实习时的亲身经历,运用所学知识具体分析施工现场可能面临的问题并给予解决，另外必须对设计基本资料及相关规范进行全面的、有重点的了解,才能按时、保质保量的完成本次设计任务.溢流坝一般由混凝土或浆砌石筑成.按坝型有溢流坝重力坝、溢流拱坝、溢流支墩坝和溢流土石坝。后者仅限于溢流面和坝脚有可靠防护设施、单宽流量比较小的低坝。和厂房结合在一起,作为泄洪建筑物的坝内式厂房溢流坝、厂房顶溢流和挑越厂房顶泄流的厂坝联合泄洪方式,可用在高山狭谷地区，是宣泄大流量时，解决溢洪道和电站厂房布置位置不足的一种途径，也是从溢流坝发展起来的新形式。溢流重力坝是溢流坝中修建较多、运行经验丰富的坝型。巴西图库鲁伊水电站的重力坝,最大坝高86m,2３个溢流孔，总泄流量10440０m3/s;中国河北省潘家口水利枢纽重力坝,坝高１0７。5m,设计最大泄流量5６２０0m3/s,部分采用宽尾墩形式的新型消能工。它们都是世界上泄量较大的高水平的溢流重力坝，具有很好的消能防冲效果.支墩坝中溢流大头坝与溢流重力坝相近.高溢流平板坝，由于溢流面板较单薄，不利抗震，采用不多。连拱坝由于拱筒和溢流面、边墙连接结构复杂，很少做为溢流坝。溢流拱坝除坝体结构常较单薄外,由于平面呈拱形，泄流朝径向集中是明显不利的水力条件。早期的拱坝，担心下游冲刷和坝体振动，都不敢采用大流量坝身泄洪，而另辟坝外溢洪道。195０年以来,中国修建了各种类型的溢流拱坝,如溢流跌坎式、挑坎式、溢流面板滑雪道式以及高低坎对冲、窄缝、转向挑坎等消能工形式，较好地解决了拱坝消能防冲、抗震减蚀等问题,使得溢流拱坝建设在中国有了较大的发展。湖南省凤滩水电站腹拱式溢流拱坝，设计泄洪流量达326０0m３/s,是世界上泄流量最大的溢流拱坝，采用独特的高低坎对冲消能,效果甚佳。在设计过程中,主要考虑的方面有：自然条件分析，施工条件分析，施工组织设计，而重点在于溢流坝段的总体布置设计.要求根据所学理论知识和查阅各种参考资料,严格按照规程规范进行本次毕业设计，做到有理有据，有条不紊,使所做的设计有一定的参考价值,同时让这次毕业设计真正达到其应有的效果.目录TＯC\o”1-3”\h\z＼uHYPERLIＮＫ＼l"_Ｔoc264289894”摘要 ＰAGEＲEF_Tｏc2６428９894＼hI＿Toc26428９897"１。1工程概况ﻩＰAGＥREF_Toc26４28９897\h1HYPERLIＮＫ＼ｌ”＿Ｔoｃ264289８９8"1。2工程兴建的必要性 ＰAGEＲEF_Ｔｏc264289898＼ｈ２HYPERLINK＼l”＿Toｃ2６428９８99"１.3水文资料 ＰAGEREF＿Tｏｃ26４28９89９\h2HYPERＬINK\l”＿Toｃ264289９0０＂１。４赤土河洪水组合 PＡGＥREＦ_Toc2６42８９900\h6ＨYPＥRLINK\l＂_Tｏｃ264２8９90１"１．５闸厂址水位流量关系曲线 PAGＥRＥF_Toc２6428990１＼h６ＨＹPERLINK\l＂＿Tｏc２6４2８990２＂第2章坝型选择和枢纽布置ﻩPAGEREF_Tｏc2６４289９02\h8HYPEＲLINK\l”_Ｔoc2６4289９０3＂２.1坝型选择ﻩPAＧEREF＿Toc２６4289903＼h8ＨYPERLＩNK\ｌ"_Toc26428990４"2.１.1坝轴线的选择ﻩ２64２8990４\h８HYPＥRＬＩNK\ｌ"＿Ｔoc2642８9９05"２。１.2坝型的初步选择ﻩPAＧEREF＿Ｔoc2６4２89905\ｈ8HYＰERLINK\l＂＿Ｔoc2６4２8990６”2.２枢纽布置的基本原则 PＡＧＥRＥＦ＿Toc264289９０6\h8HＹＰEＲLINK\l＂_Tｏｃ2６4289907"第3章挡水建筑物设计 PAGEＲEＦ_Toc２642８9９0７＼h１0HYPERLＩNK＼ｌ＂_Tｏｃ2642８９９０8＂3。１工程等级别的确定 PＡGEREF_Toｃ264２８９90８\h１0HYＰERＬＩNK\l＂_Toc２64２89909＂３。２水库水位的确定ﻩＰＡGEREＦ_Toｃ２64289909\h1０HYPERＬINK\l"＿Toc２6４2899１0"3。3剖面形状拟订 PAGＥRＥF_Toc２64２8991０\h1０HYＰERLＩNK\l＂_Toc２6428９９1１”3。４坝顶高程的计算 PAGＥREF_Toc2６428９9１1\h１0ＨYPＥＲLINK\l＂_Tｏc2６428９9１2＂３。4。1计算原理ﻩPAGＥREF_Toc2６42８9912＼h10ＨYＰＥRLＩNK第4章大坝安全稳定分析与应力分析 PAGEREＦ_Tｏc264２89915\h13HYPＥRLINＫ\l”_Toc26428９91６"４.１稳定分析的基本原理和计算方法 PAGERＥF＿Ｔoc264289916\h13ＨＹPEＲLINＫ\l”_Toｃ2642８99１7"４。2稳定分析过程ﻩPＡGEREF_Toc26428９917＼h１３HYＰＥRLINK\ｌ”_Ｔoc264289918"4.3应力分析基本原理ﻩPAGEREF_Tｏc26428９918\h１5HYPERＬINＫ\ｌ"_Ｔｏｃ2642８9919＂４．4应力分析过程ﻩPAGEREF_Ｔｏc26４28991９\h15HYPＥＲＬINK\l＂_Toc26428９92０"4.４。1坝址抗压强度极限状态ﻩPＡＧEＲEＦ_Toc2６4289９２０\h15HYPERLINK＼l"＿Toc26428９９21”4．4.2坝踵垂直应力不出现拉应力极限状态验算(正常使用极限状态）：ﻩPAＧEＲEF＿Toc２64289９２1＼ｈ16HYＰERLＩNK\l”_Toc２64２899２２”第5章溢流坝设计ﻩPAＧEREＦ＿Toｃ2642899２2\h１6HＹPERLＩNK\l”＿Toc264289923”５。1单宽流量的确定ﻩPAGEＲＥF＿Toc2642８992３＼h1７HYＰERLＩNK5。4泄流能力的校核 ＰAGEREF_Toｃ２6４２8９926＼h18HＹPERLＩNK\ｌ＂_Tｏc264289９2７＂5。4．1计算原理 PAGＥREF_Ｔoc264289927\h18ＨYＰＥRLＩNK＼l"_Toc2６42899２8"5.4。２溢流坝泄流能力计算ﻩPＡGEREF_Ｔｏc2６42899２8＼h19ＨYＰERLIＮK\ｌ＂_Ｔoｃ２64２899２9＂5。5WEＳ堰型设计 PAGＥREF_Ｔoc2642８９929\h１9HＹPERＬINK\l＂＿Ｔoｃ2６4289930"5．６宽顶堰水力计算 PAGEREF_Tｏc264289930\ｈ20HYＰERLINK\l”＿Toｃ２６428９９31"5.6.１宽顶堰堰顶高程计算 PＡＧEREＦ_Tｏc26４２８9931＼h２0HＹＰERＬIＮK\l”_Toｃ264289932"5．６。２宽顶堰长度计算 PAＧEREＦ＿Toc26４2899３2\ｈ21HYPEＲLIＮK\l”_Toc2642899３3”5。6。3溢流坝坝型的选择 PAGERＥＦ_Toc264289933\h216.1.2挑流水舌的挑距L的确定 PAGEREＦ_Toc26428９937＼h２3ＨYＰERLINK6.1。３冲坑最大水垫深度的确定ﻩPAＧEＲＥF_Toc2６42８9938\h２4ＨＹPERLINＫ＼ｌ"_Toc264289939"6。2底流消能水力计算 ＰAＧEREF_Tｏｃ26４28９939＼ｈ２４HYPERLIＮＫ\l＂_Tｏc26４289940＂6.2.1消力池消能计算ﻩPAGEREF＿Toｃ2６428９94０\h2４HＹPERLINＫ＼ｌ”_Toc2642899４1"6．2.２参数的确定 PＡＧEREF_Toc26４2８9９41＼h26HYPERLINK\ｌ”_Ｔoc264２8９942”６．3面流消能水力计算ﻩPＡGEREＦ＿Ｔoc2６4２8９942\ｈ２6HYPEＲLIＮK＼l”_Ｔoｃ2６42899４3”６。４水面线计算ﻩPAGEREＦ_Ｔoc264289943＼ｈ２7HYＰＥRLINK＼l”_Toc2642８９944”6。4.1水面线计算的目的ﻩＰＡGEREＦ＿Ｔoｃ264289944\ｈ２7HYPERLINK＼l＂_Tｏc2642８9９45”6．4.2水面线计算的基本原理ﻩＰAGEREF＿Ｔoc264289９4５\h27HYＰＥRLINK\l＂_Toc２64２8９９4６”6。４.３计算过程及简图ﻩPAＧEＲEＦ＿Toｃ２６428９9４6\h28HYPERＬＩＮK\l＂_Ｔoc264289９４7”6.5边墙计算 PAGＥREF＿Toc２64２899４７\h2８ＨYPERLINK＼l"＿Ｔｏc２64２８99４8＂6.５。1掺气水深 PAGERＥF_Ｔｏc2６428９94８\h28HYPERＬINK＼ｌ”_Tｏc2６4289949”6.5。2闸门及闸墩设计 ＰAGEREF_Toc26428９9４９\ｈ29HＹＰＥＲLＩＮK\ｌ"_Tｏc26４289950＂致谢 ＰAGEREF＿Ｔｏc2642899５0\h32HYPERLINK\l＂_Toc264289951"参考文献ﻩPAＧEＲEF_Tｏc26428９９51\h３3HYPERＬIＮＫ\l”＿Toc264289９5２"附录 PＡGEREF_Tｏc26４２89952\h３4摘要水洛河河全流域面积1372０km2。流域径流主要来源于降雨,其次是冰雪融水和地下水，据工程设计依据站水洛水文站延长后的１959～2005年资料统计，多年平均流量117ｍ3/s，年径流量36。9亿ｍ3。径流在年内的变化与降雨在年内的变化基本相应.为对称“V"型河谷.谷底宽24。４~29m,正常高水位谷宽93ｍ,坡高７00m。河床覆盖层厚６．0~８。5，基岩为三叠系上统曲嘎寺组下段(T3q1）：灰~浅灰色中厚层变质细～中粒石英沙岩夹沙质板岩。水洛河水电站是一座以发电为主的中小型工程，水库正常蓄水位2５27．0m，校核蓄水位2529。０m,水库总库容0。07×10８m³，电站装机容量20．１万ｋw。本次毕业设计采用的主要是混凝土实体重力坝，其主要内容包括四个部分:大坝枢纽平面设计；坝体剖面设计；坝体构造设计；坝基处理设计。其中，在坝体剖面设计中也详细的介绍了设计中的细部构造。采用的消能方式为挑流消能。关键词:非溢流重力坝，溢流重力坝,抗滑稳定，应力分析，尺寸构造ＡｂstｒａｃtTheLuｏrｉｖerｗａter1３７20km2tｏtalarea.Mainlycｏmesfromrａinｆａｌｌｒunｏfｆ,followｅdbyｉｃeandsｎowmｅｌtandgrｏｕnｄｗaｔer，accoｒｄinｇtｏｔheengineｅｒingdesigｎaｃcoｒdingｔothestandingwａterａftｅrｐroｌonｇｅdhｙdroｌｏgicａlｌｏs１959～２0０5ｓｔatisticｓ，ｔheaverageｆlｏw11７m3/s，ａnnualrunoff36．9bilｌionm3.Withthｅchaｎgｅｓinｔhｅｙｅａrｒｕnoｆfinｔｈechａngesｉｎraiｎｆalｌbaｓiｃ．”V＂ｉssｙmmeｔricalｔypevalley.Ｂottomｗiｄtｈ80％~efｆect，normalｗateｒ，ｈiｇｈslopeGuＫuan9３m700ｍ。Rivercｏｖerｉngｌaｙerｔhicknｅss6．0，ｒockformationｔo15％~ｏnQuＧaseriｅsunderｐａraｇraph(templegｒｏｕpT3q1)：grey~gｒayishintｈicｋlayeroffineｇrainquartｚiｎ～ｍｅｔamorｐhｉcroｃksandstoneclipsandｙplate．Waｔerisalｕｏhyｄroｐowersｔａｔioｎｉnsmalｌaｎdmｅdium－ｓizedproject，reｓｅｒｖoir２5２7。0m,cheｃkｔhenoｒmalimｐoundｍｅnｔｌevel2５2９。0m，rｅseｒｖoirimpounｄｍeｎtleveｌtotalcapaｃiｔysuｐ３&；10８m(0。079ｍilｌioninstalleｄcａｐaｃitｙ，kw.ＴhｅｇrａdｕatｉonｄesｉgnUＳEＳbａsiｃａllyiｓｃｏncretegraｖｉtydamentiｔy,theｍaｉｎconteｎtincｌudesfourpaｒts：thedaｍprojeｃｔｄesign，Damｓectioｎ，Damsｔｒucturｅdｅsign，Foｕndatiｏｎpｒoceｓsｉnｇdｅsｉgn.Inthedaｍdesign,sectionalsodeｓｃrｉｂｅsindetaｉlthesｔｒuctuｒalｄｅｓignｄetａils.Bywaｙｏfeｎergyｄissipaｔionfor。Kｅyｗoｒds:ｇｒavｉｔydａm，overfｌow,overｆloｗ，ａnｄｓｔressａnaｌysisofsｔabｉlitｙaｇaiｎsｔsｌidinｇanｄｓiｚｅ第1章工程概述１。1工程概况水洛河系金沙江中游左岸的一级支流，其上源亦称为稻城河（老林口道班至日霍附近的拉青曲汇口)。发源于甘孜州境内著名的海子山，源头海拔高程４600m以上。老林口道班以上由正北向的巴隆曲、西北向的其他宗和东北向的木楠哈三条支流汇合后始称为水洛河。水洛河干流流经稻城县城、东朗乡、水洛乡、宁朗乡、依吉乡，在捷可附近与东义河、尼汝河汇合后注入金沙江。水洛河河全流域面积13720km2,干流老林口道班至河口长２7３。8ｋm。水洛河流域地理座标位于东经99°５5′~100°45′，北纬２７°45′～29°32′之间。东面及北面与雅砻江最大支流理塘河相邻,西面与金沙江支流定水分水,南临万里长江第一湾之弓顶。整个流域呈南北向的矩形，流域四面环山，地势北高南低.河源地区由一系列纵横交错的河流、星罗棋布的大小湖泊、沼泽、草甸及位于高山之巅的冰川雪源和埋藏于地下的潜水构成了一个完整而复杂的水资源系统.出老林口道班后向东南流过稻城、至日霍进入峡谷河道,两岸狭窄、悬崖峭壁、水流湍急,经东朗后，河谷又逐渐开阔，至水洛以下又进入峡谷，继续向南流至金沙江。水洛河支流众多,但两岸发育不对称。左岸除尼青曲（1３64km2）较大外，其余如拉曲、习绒河、群英河、全马拐河、依吉沟等均较短小。而右岸大支流较多,如赤土河(1７9４kｍ2)、东义河(2971km2）、尼汝河（１１53km２）,其余支流如巨龙河、白水河、拉排贡沟、拉根瓦河等均小于10０0km2。水洛河水量丰富、河床坡降陡、自然落差大。干流老林口道班至河口，河道长2７3。8km，落差为2547。9m,平均比降为９。31‰拟建水洛河水电站位于赤土河汇口下游约4０0m(上闸址)，电站闸址以上控制集雨面积6８０4ｋm2，厂址距闸址河道距离约16ｋm,厂址控制集雨面积71９6km２。水洛河水量丰富，河床坡降陡，自然落差大.河流泥沙主要来自流域地表冲蚀、支沟冲刷、滑坡及河床补给。日霍以上为抬升的高原区，海拨350０~4500ｍ,河谷较宽坦，水流较平缓，日霍至麦日为高原与高山的过渡区;麦日以下为高山深切割区，河流强烈侵蚀下切，两岸时有悬崖绝壁,河谷多呈“V”型，流域出露的地层以区域浅变质地槽型沉积建造为主，沿河出露岩石主要为白云岩、大理岩、板岩夹千枚岩、板岩夹砂岩、千枚岩、灰岩等.两岸岸坡以坡、残积堆积物为主，部分为崩坡堆积物,洪积堆积物零星分布于各支沟沟口,沿河以冲积为主。1。2工程兴建的必要性水洛河为四川省水力资源较集中，规模较大的中型河流，距西昌负荷中心较近，梯级规模适中,是凉山州水电开发条件较好的河流。水洛河水电站的开发，对促进当地资源的永续利用，增加地方财政收入,调整经济结构和第一、二、三产业的协调发展，提高人民生活水平，促进民族的共同繁荣和进步，保持地方稳定具有重要作用.１．3水文资料⑴流域概况水洛河系金沙江中游左岸的一级支流，其上源亦称为稻城河(老林口道班至日霍附近的拉青曲汇口)。发源于甘孜州境内著名的海子山,源头海拔高程４６00m以上。老林口道班以上由正北向的巴隆曲、西北向的其他宗和东北向的木楠哈三条支流汇合后始称为水洛河。水洛河干流流经稻城县城、东朗乡、水洛乡、宁朗乡、依吉乡，在捷可附近与东义河、尼汝河汇合后注入金沙江.水洛河河全流域面积１37２0ｋm2，干流老林口道班至河口长２7３.8km。水洛河流域地理座标位于东经99°55′～1０0°45′，北纬２7°45′～29°3２′之间.东面及北面与雅砻江最大支流理塘河相邻，西面与金沙江支流定水分水，南临万里长江第一湾之弓顶。整个流域呈南北向的矩形,流域四面环山，地势北高南低。河源地区由一系列纵横交错的河流、星罗棋布的大小湖泊、沼泽、草甸及位于高山之巅的冰川雪源和埋藏于地下的潜水构成了一个完整而复杂的水资源系统.出老林口道班后向东南流过稻城、至日霍进入峡谷河道，两岸狭窄、悬崖峭壁、水流湍急,经东朗后,河谷又逐渐开阔，至水洛以下又进入峡谷,继续向南流至金沙江.水洛河支流众多,但两岸发育不对称。左岸除尼青曲(1364ｋm2）较大外，其余如拉曲、习绒河、群英河、全马拐河、依吉沟等均较短小。而右岸大支流较多，如赤土河（179４kｍ2)、东义河（2971km2)、尼汝河(1153km2），其余支流如巨龙河、白水河、拉排贡沟、拉根瓦河等均小于100０km２。水洛河水量丰富、河床坡降陡、自然落差大.干流老林口道班至河口,河道长273．8km，落差为２54７.９m，平均比降为9．31‰拟建水洛河水电站位于赤土河汇口下游约4０0m(上闸址），电站闸址以上控制集雨面积680４km２,厂址距闸址河道距离约16km,厂址控制集雨面积７196kｍ2.⑵气象水洛河地处青藏高原与云贵高原过渡地带，稻城高原是由横断山系的贡嘎雪山和海子山组成，域内地形地貌复杂，群山起伏、重峦叠嶂。受其复杂多样地貌类型的影响，气候的垂直变化十分明显,从低到高出现了暖温带、温带、亚寒带及永久冰雪带等气候类型.高空西风南支气流、西南印度洋季风和东南太平洋季风是影响该流域的主要天气系统。各环流系统随着不同的季节变化交替地起着不同的作用：冬半年(1１月至翌年４月)受高空西风南支气流所控制,因西风急流来源于阿拉伯、伊朗高原,经特别干旱的印度西北塔尔沙漠流来，而北方西伯利亚冷空气南下又受到北部青藏高原和重重叠叠的高山等天然屏障的阻挡，使该流域冬半年天空晴朗,云层不多,气候干燥，降水极少,日照充足，形成了明显的干季。夏半年(5～10月）高空西风急流北移，南支急流逐渐结束，而相应的印度洋与太平洋副高北上加强,流域上空转为深厚、温暖、潮湿的西南气流控制，带来充沛的水汽，此气流与西北不断南下的冷空气相遇，形成大量降水，成为该流域的雨季。稻城县气象站海拔高程3７28ｍ，水洛河水电站闸址河底高程约2５00ｍ,两者直线距离约８0ｋm，因此，稻城县气象站的气象观测资料可作为工程设计的参考。根据稻城县气象站19６1~１9９0年资料统计，多年平均气温为4.2℃,极端最高气温2７。9℃(１9８３年7月）,极端最低气温为－２７．6℃(1９83年1２月）。多年平均年降雨量为6２2.8ｍm，最大一日降雨量44.５ｍm,多年平均年蒸发量1783。3⑶水文基本资料①测站情况为了合理开发水洛河的水电资源，西昌电力公司于2003年10月在水洛河中游木里县水洛乡三村设立了水洛水文站，该站控制集雨面积7936km2，占水洛河全流域面积的5７。9％。另外相邻流域木里河流域现有濯桑和呷姑2个水文站，濯桑水文站位于理塘县雄坝乡易久村，控制集水面积3104kｍ2，占木里河全流域面积的33。0％。呷姑水文站位于木里县后所乡呷姑村，控制集水面积9162km2,占木里河流域面积的9７．3％,测站简况见表1．1。表1。1水洛河及相邻流域相关水文测站观测情况表河名站名集雨面积（kｍ2）观测项目及起迄年份水位流量泥沙水洛河水洛７９36200４至今２004至今2004至今木里河濯桑310419６1至今1９61、１96６～1967、1９７0至今呷姑９１６21９59至今19５9～1９61;１９66～１9７0、１972至今根据水洛河流域自然地理和水文气象特性选择水洛河水洛水文站作为本工程水文分析计算的主要依据站,但由于水洛水文站仅有两年资料,无法满足设计要求,经过对本地区相关水文测站所在流域的综合分析,认为水洛河流域与相邻的木里河流域在河流走向、植被、气候及下垫面条件等自然地理和水文气象特性方面都较为相似,木里河呷姑水文站可作为本工程水文分析计算的参证站。因此，水洛河水洛水文站、木里河呷姑水文站的水文资料是复核的重点。②径流水洛河流域径流主要来源于降雨，其次是冰雪融水和地下水。每年4月开始随着气温逐渐回升，径流逐渐加大.6~１0月为丰水期，１1月～翌年5月为枯水期。据工程设计依据站水洛水文站延长后的195９～20０5年资料统计，多年平均流量1１７m３/s，年径流量36.9亿ｍ3。径流在年内的变化与降雨在年内的变化基本相应。每年4月起径流随降雨的增大而逐渐增大,8、9两月水量最丰，7月份次丰，11月后由于降雨量的减少,径流开始以地下水补给为主，稳定退水至翌年3月。径流在年内的分配较不均匀,丰水期(6~１0月)多年平均流量为２25ｍ3／s,占年径流量的80。5％,枯水期（1１～翌年５月）多年平均流量为3９．2m3／s，占年径流量的19.5%，最枯段的1~３月多年平均流量为27．0ｍ3/s,占年水量的5。7％,最枯月（2月）仅占年水量的1。6％。径流在年际间的变化较大，最丰水年平均流量为212m3/s（1９65～１966年），最枯水年年平均流量为57.7m3/ｓ（19８３～１984年)，相差3.67倍.最小流量一般出现在２、3月份，多数出现于2月,最小月平均流量14。5m3/ｓ（1９9５年２月）。③洪水水洛河流域属于暴雨强度较小的区域,据稻城县３0年气象资料统计，历年最大一日降雨量仅为44．5ｍm(197２年7月2６日）,反映出本地区降雨强度不大、降雨历时较长的特点。降雨主要受西南暖湿气流影响,多集中于6～１0月份，具有明显的季节性.特别是7～9月,太平洋副高西伸北移,高空低涡与地面锋系出现频繁,而此时正值西南季风强盛，携带大量水汽倾向内陆覆盖大部分地区，常形成阻塞性暴雨天气过程，其间暴雨次数频繁，强度不大，但持续时间较长，受局部地形影响，多发生阵性降水,雨区可遍及全流域。水洛河流域洪水由暴雨形成,洪水出现时间与暴雨相应。与内地河道洪水相比，水洛河洪峰模数明显偏小.分析其原因,主要有以下三点:一是降雨的雨量小、强度低，这是最主要的原因;二是流域内植被较好，对洪水有一定的调蓄能力，有相当部分降水通过下渗以浅层或深层地下水的形式出现,从而明显地降低了洪峰流量;三是本流域呈狭长形，不利于洪水汇集。根据呷姑站19５9～２0０5年47年资料统计，年最大洪水主要出现在6～１0月，7、8月发生次数最多，5月基本不发生大的暴雨洪水。本地区洪水洪峰不高,洪水以单峰为主,洪水历时一般３～７天，复峰洪水一般在10天左右.年最大洪峰流量最早出现在6月（19９4年6月21日,流量为326ｍ3/ｓ)，最晚发生在10月(197９年10月7日，流量为476m3/ｓ）。历年实测年最大洪峰流量1４00m3／s(197４年８月３0日),年最小洪峰流量326m3／ｓ(19９４年6月21日)，最大与最小洪峰流量相差4.3倍，年际变化不大。木里河呷姑站实测洪水资料中1９62～1965年、1971年仅有水位资料而无流量资料，利用呷姑站历年综合水位流量关系曲线,由缺测年份的逐月最高水位推求逐月最大流量，组成呷姑站1９59～20０5年年最大洪峰流量系列.木里河流域内仅有几座小型水电站，无大的蓄水、引水工程，人类活动对径流影响很小.因此，呷姑站19５9~20０5年年最大洪峰流量系列具有较好的一致性。将呷姑站195９～2０05年最大洪峰流量系列，加上１924年历史洪水（重现期1０0年),与实测系列组成不连续系列，进行频率计算，按数学期望公式分别历史洪水和实测系列的经验频率，矩法初估统计参数初值,采用Ｐ—Ⅲ型理论频率曲线适线,确定统计参数及各频率设计洪峰流量，成果见表1．2.表１．2呷姑站年最大洪峰流量频率计算成果表均值CvＣs／Cv设计流量（ｍ3/s)０．０50。10。20．３３０.51．02．03．3３510２08030.36３．0０2280215020１01910183０169０１55０１4401350１1９010２０水洛河水电站闸址、厂址处设计洪水采用水文比拟法，利用呷姑水文站年最大流量频率计算成果按面积比的2/3次方移用至水洛河水电站闸址、厂址.水洛河水电站闸址、厂址设计洪水成果见表1。3.表1。３水洛河水电站闸、厂址设计洪水成果表位置面积(km２）均值（ｍ3/ｓ）设计洪峰流量(m3/ｓ)0。0５0．10．20．330.５1．0２。０3．３３510205０闸址680４6６９18７０１７６016５0157015０0139012７01180１1109７６8３6６17厂址7196６941９4018３０1710163０15６０144０１32０1２３011501010868６401。４赤土河洪水组合赤土河为水洛河的一级支流，位于闸址上游３40ｍ，集雨面积1７８0km２。赤土河汇口以上水洛河干流面积为５016km2.水洛河水电站闸址设计洪水由水洛河干流洪水和赤土河洪水组合而成，成果见表１.４。表1.4水洛河水电站闸址洪水组合情况表分类组合情况位置集雨面积(ｋm2)设计值(m３／s)P=1%P=2％Ｐ=3。3%P=5%Ｐ=1０％P=20%P=50％干流与闸址同频率主频率洪水水洛河５01６１13１1０3７9649０３79668３5０３相应洪水赤土河17８025４2３321620３1791５3１13主频率洪水闸址67９6１３851２7０11801106975８3６61６赤土河与闸址同频率主频率洪水赤土河17805６7５204834５3３993422５2相应洪水水洛河50168187５０6976５35764９4３６4主频率洪水闸址6796１38512701180110６97583６６161.5闸厂址水位流量关系曲线按照工程设计要求，需提供天然河道指定断面的水位流量关系曲线.本阶段上下两个闸址方案。水位流量关系曲线断面分别位于上闸址下游１05m、下闸址下游113ｍ及厂房尾水出口断面。水洛河水电站闸址、厂址无水文观测资料.本阶段水位流量关系绘制方法如下：根据设计河段现时实测的低水同时水边线作控制，中高水位参考常年洪水位作控制，根据大断面水力要素，用水力学公式计算各级水位流量，绘制各设计断面水位流量关系曲线。在用水力学公式计算断面流量时，根据实测大断面资料计算断面各水力要素,河段平均比降，按现时水面比降来确定，糙率则根据河道床面情况，参照天然糙率表,按经验取值,其取值范围在0。05~0。065之间。坝址和厂址处频率洪水及相应流量和下游水位见表1。5和表1。6.表1.5坝址处频率洪水及相应流量和下游水位频率Ｐ(％）0。１0.21。0２．０３.３5.01020坝址处流量(ｍ3/ｓ)1７6０1６5０１3９01270１180１110８768３6坝址下游水位（ｍ)249７．12496.624９５.22494.62494。１２4９3．62４92.82４91.8表1.6厂址处频率洪水及相应流量和下游水位频率P（％)0。５2.05。01020厂址处流量(m３/s）1560132０1150１0108６8厂址下游水位（m）２318。45２3１8231７。02３16。５２3１5.8第2章坝型选择和枢纽布置２.1坝型选择2.１。１坝轴线的选择根据本河段的地形地址情况和施工的要求选定的坝轴线如枢纽平面布置图中。2.１。2坝型的初步选择本设计参加比选的坝型有混凝土重力坝、土石坝、面板堆石坝.（1）混凝土重力坝优点:安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小;经验丰富,维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大,消耗水泥、石料较多；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。(2）土石坝优点：就地取材,节约材料;能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单,工作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小,工程量较大；坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物;施工导流不方便;对坝的防渗要求较高；沉降问题存在。（３）面板堆石坝优点：对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降，抗震性能好,施工不受气候限制；就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；机械化施工,可加速建坝，减小投资；可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流;结构简单.缺点：堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪,而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；施工中的导流问题难以解决。结合该处的地址条件,材料供应情况，本设计为实体重力坝。２．2枢纽布置的基本原则（1）挡水建筑物,挡水建筑物通常布置成直线，使坝轴线最短,坝身体积最小；（2)泄水建筑物,对于溢流坝，其前沿应正对上游来水主方向,以使坝前流速均匀分布.如果和电站相连接,二者之间还须设置导墙，隔开水流，减小干扰；（3)水电站建筑物,要求进口前水流顺畅，水头损失小。厂房尾水能通畅的排出，避免因尾水雍高而减小发电水头;（４）过坝建筑物，为了避免互相干扰,船闸和电站应尽可能的分置于两岸，并注意安排交通路线和泊船码头。应保证上下游引航道有足够的宽度和深度,并可与原河道顺畅衔接，以利通航。根据布置的基本原则及考虑本工程的实际要求，枢纽布置如图纸。第3章挡水建筑物设计３.1工程等级别的确定根据设计所给资料的水库总库容数据（715万m3）查《水工建筑物》（第四版)表２-１可知此工程的等别为Ⅳ等。根据以上确定的工程等别查《水工建筑物》（第四版）表2－2可知此工程的主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级,查表２-4可知安全级别为Ⅲ级。表3．1建筑物级别表工程等别主要建筑物次要建筑物安全级别Ⅳ等4级5级Ⅲ级3。2水库水位的确定表３.2水位高程表正常蓄水位２５２7.00m设计洪水位（p=２％）25２７．00ｍ校核洪水位(p=1％）2５２９．0０m3。３剖面形状拟订根据强度和稳定要求,基岩上的重力坝在基本荷载作用下，理论剖面是一个以上游水位为顶点的三角形,但实际上为了防止水流漫溢坝顶,常需一定的坝顶超高；为了满足一定的要求，也需要一定的坝顶宽度为了有更好的稳定及应力条件和满足一些其他的要求,坝体常呈复式梯形本枢纽的重力坝采用上游面上部铅直,而下部是倾斜３。4坝顶高程的计算3。4。1计算原理根据《混凝土重力坝设计规范》（SL3１9—2０05),坝顶高程超高按以下公式计算:—-防浪墙顶至正常蓄水位或设计洪水位或校核洪水位的高差(m)；——累计频率为1%的波浪高度（m)；—-波浪中心线高出静水位高度(m)；——安全超高(ｍ）;由资料可知多年平均最大风速为12．4m/ｓ;实测最大风速为１6m／s；风向与坝轴线法向的夹角ａ=22°。丘陵、平原地区水库,宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、＜26．5m/s及D<７。５kｍ）：——重力加速度，9．８1m/ｓ；-—累计频率为2%的波高(m）;—-计算风速，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜用相应洪水期多年平均最大风速的1。5－２.0倍;校核洪水位时,宜用相应洪水期多年平均最大风速，m／s.——风区长度，在坝址地形图上量得正常工况和设计工况下的吹程为148．５m，校核工况下的吹程为１48。７m.-—平均波长(m)。3.4.２计算结果表3.3坝顶高程计算结果工况(m／ｓ)（m）（m）(m）水库水位(ｍ)坝顶高程（m）正常蓄水1８。60。62８0.４430。4252725２8。4７1设计工况１8．60.6280．４43０.4252725２8.47１校核工况１２。40.３42０．１9７0.3252９2５２9。8３9比较三种情况取其中较大者即坝顶高程取整为２５3０m，由水洛河水电站上坝址地质剖面图得出建基面高程为２473m，防浪墙超出顶部高度取1．2m，则最大坝高为:2５30-２4７３=57ｍ。3。５坝体尺寸的确定坝顶宽度一般取坝高的8％~1０％，且不小于3.０m,故坝顶宽度取５m。。根据《混凝土重力坝设计规范》(ＳL31９—２005),上游边坡n一般要求在0～0.2之间，下游边坡m在０.6~0．8之间。此重力坝的剖面形态将采用上游坝面铅直的形态,n取０，m取0。8。故坝体剖面图如图2。1图3．1非溢流坝剖面示意图第4章大坝安全稳定分析与应力分析4。１稳定分析的基本原理和计算方法在任何可能出现的荷载组合的情况下，重力坝都必须保持稳定.而岩基混凝土重力坝的失稳破坏一般有以下两种类型:①坝沿抗剪能力不足的面产生滑动，包括沿坝基面或沿附近岩体的表层或浅层破坏以及沿基岩体内方向不利而又连续延伸的软弱结构面产生深层滑动;②坝可能伴随着在上游坝踵以下出现斜拉裂缝以及在下游坝趾以下出现岩石受压屈服区,两者逐渐开展，直至连通,坝体连同部分地基产生倾倒或滑移而破坏。４。2稳定分析过程①坝底与基岩的摩擦系数的材料性能分项系数为1．３，则其设计值:②凝聚力的材料性能分项系数为3。０，则其设计值：③大坝碾压混凝土强度标准值可采用１80d龄期强度,保证率为80％，选用，其材料性能分项系数为1.５，则其设计值为④各种荷载组合及其荷载代数和统计表如下表4。1和表4。2表4.1设计洪水位情况荷载统计表坝体自重水重上游静水压力下游静水压力扬压力淤泥压力荷载标准值（kN）306４８.4８1830。814302.98－228８.48-168１5。252007.88力矩标准值(kN·ｍ）213710.86—30464。2—２5７４５３．6１647７。03-28９81。６４-１８40５.88荷载设计值（kＮ)3064８.4８1８3０.8１43０2。９8-２288．48-12４87．０3２40９.4６力矩设计值(kN·m）2１3710.86-30464。2—２5７４53.6164７7。０3—２7054.08－22０86。7坝基面法向作用标准值之和坝基面切向作用标准值之和力矩标准值之和坝基面法向作用设计值之和坝基面切向作用标准值之和力矩设计值之和表4.2校核洪水位情况荷载统计表坝体自重水重上游静水压力下游静水压力扬压力淤泥压力荷载标准值（kＮ）30648.48１830.８14302．9８—2288。４8—１68１５。25２０07.88力矩标准值(kN·m）21３710．86-304６4.2-257453。6１6４77.03—2８98１.6４－1８４0５。８8荷载设计值（ｋＮ)30648．481830。8１4３02．９8-２２88。48-1248７.0324０9.4６力矩设计值(kN·m）２137１0．８6－３04６4.2—25７4５３。6１６47７.0３-270５4．08—22０86.7坝基面法向作用标准值之和坝基面切向作用标准值之和力矩标准值之和坝基面法向作用设计值之和坝基面切向作用标准值之和力矩设计值之和（1）在设计洪水位情况下:(基本组合)基本组合时,取持久状况对应的设计状况系数,结构系数,结构重要性系数因为:所以:结论：满足规范要求校核洪水位情况下:（偶然组合）偶然组合时，取持久状况对应的设计状况系数，结构系数,结构重要性系数因为:所以:结论:满足规范要求４。3应力分析基本原理强度和稳定是表征建筑物安全两个重要方面.而应力分析是校核强度和稳定的前提。重力坝的应力分析是在坝体断面业已初步拟订的情况下进行的，其目的是为了判定坝体运用期和施工期是否满足强度和稳定方面的要求，同时也为研究与设计和施工有关的其他问题（如确定坝体混凝土标号分区以及在某些部位配置钢筋等）提供依据。4。4应力分析过程4.４.1坝址抗压强度极限状态(1）基本组合时，设计状况系数,结构系数，结构重要性系数因为：所以:结论:满足规范要求(2）偶然组合时，设计状况系数，结构系数,结构重要性系数因为：所以:结论：满足规范要求4。4.２坝踵垂直应力不出现拉应力极限状态验算（正常使用极限状态）:坝基面法向作用标准值之和力矩标准值之和〉0结论：满足规第5章溢流坝设计第5章溢流坝设计５。1单宽流量的确定工程实践证明，溢流坝单宽流量宜采用如下数值：软弱岩石或裂隙发育岩石，单宽流量较好的岩石，单宽流量坚硬或完整的岩石,单宽流量所以由坝址地质条件选取单宽流量５.2确定溢流宽度将经过泄水孔、电站、船闸等建筑物下泄的流量计入下泄流量,则在设计水位下，,在校核洪水位下，。(１)、在校核洪水位下，溢流坝段的净宽由其它已建坝型工程经验得,选取每个孔口净宽则孔口数为了便于下游坝溢流的消能,表孔数宜采用单数,故取n=3（2）、溢流坝段总长度的确定根据工程经验，初拟中墩厚ｄ=3m，边墩厚度t=2m，则溢流坝段的总长度为5.3堰顶高程的确定当上游垂直时，上游面坡度影响修正系数c=1．0,自由出流时，淹没系数假设流量系数m=0.５0２，侧收缩系数0.93则开敞式溢流堰泄流能力计算公式按公式(５．1）计算式(５。1）式中：—-下泄流量，ｍ３／s；——侧收缩系数，取0．93;n-—溢流孔口数量,取其值为３；b——溢流孔口净宽度，取其值为8mm——流量系数，取０。502；H0——计入行近流速的堰上水头,m;Ｃ—坡度影响修正系数—淹没系数表５.１堰顶高程计算结果表工况堰上水头（m)堰顶高程（m)设计洪水位６。632５2０．3７校核洪水位7.8９2521．1１根据表5.１计算结果取溢流坝的堰顶高程取H＝2520m。５．4泄流能力的校核5．4。1计算原理泄流能力计算根据SＬ253－2000《溢洪道设计规范》附录A的公式进行计算。（5．2）式中:Q—流量,m3/s;c-上游面坡度影响修正系数（当上游堰面为铅直时，ｃ=１。0，当上游堰面为倾斜时,C值由表Ａ。2。1-2查得);m—二位水流WEＳ实用堰流量系数,根据SL25３—２０00《溢洪道设计规范》表Ａ．2。1-1查得；—记入行近流速的堰上水头，m,可以按照下式进行计算 (5.3）H-堰上水头，m;-动能修正系数，近似取1;—淹没系数,不淹没时取1．0;-闸墩侧收缩系数,按下式进行计算 (5。4）上式适用于，当时，仍取值1。0。—边墩形状系数（对于直角矩形取1.0；对于折线或圆角形取0。7；对于流线形取0。４）,选流线形；—中墩形状系数，可查表A。2.1-３；B—溢流堰总净宽，ｍ，定义；ｎ—闸孔数目取n＝５；b—单孔宽度取b＝9m；g—重力加速度,；5.４．２溢流坝泄流能力计算表5．２溢流坝泄流能力计算成果工况设计工况校核工况设计下泄流量(m3/s）１2701６50最大可下泄流量（m3/s）207６．63２２５6。8６由上表可知，溢洪道泄流能力满足要求。５．５WES堰型设计对于开敞式溢流坝，溢流坝顶部下游采用WＥS幂曲线幂曲线方程：式（５.５)式中:堰面曲线定型设计水头，取。K—与相对上游堰高有关,当时，K=2.0n—与堰的上游面坡度有关,上游面垂直时，n=１.85ﻩ故幂曲线方程为:ﻩ原点上游宜采用椭圆曲线，其方程为:式（5.6)式中：，-椭圆曲线长半轴和短半轴(当时，a＝0。2８～0．３0，a/b=0。8７+3a）取a=０．29，则b=0.1７所以由公式（5．6）得，下游采用的椭圆曲线方程为:图５。3堰顶曲线图5．６宽顶堰水力计算 5。6．1宽顶堰堰顶高程计算N=3，b=１2假设堰顶入口为直角的宽顶堰（)假设闸墩头部为圆弧型，堰顶入口边缘为直角，则采用边墩的计算厚度设计为0.8m。经计算为自由出流，详细计算过程见计算书.５.６.2宽顶堰长度计算因为２。12<〈12所以，22．15<＜125．４最后取50m5。６．3溢流坝坝型的选择实用堰剖面大体图宽顶堰剖面大体图实用堰的剖面面积明显小于款顶堰剖面面积.经技术和经济比较,该处溢流坝应采用实用堰.第6章消能防冲设计6。１挑流消能水力计算采用挑流消能，根据已建工程经验，挑射角取,挑流鼻坎应高出下游最高水位1～2ｍ,则取高出下游最高水位2m，则挑流鼻坎的高程为：2４96.6＋２=249８.6ｍ６.1。1反弧段半径的确定坎顶水流流速按公式（6。1）计算式（6.1）式中：ｖ-坎顶水流流速m/s—流速系数,取H—坎顶水头，m由公式计算得坎顶水深为:反弧半径R为:R=（4～１0)h=７。９～19。8ｍ，当v〈１6m/s时,取下限故取反弧段半径为Ｒ=１9m6.1.2挑流水舌的挑距L的确定水舌的挑距Ｌ按公式（5。1．2）计算(式6。2）式中:L—水舌的挑距，ｍＶ1—坎顶水流流速，按鼻坎处平均流速v的1.１倍计,m/s—挑射角h1—坎顶垂直方向水深,h1＝h／ｃos,mh２—坎顶至下游水面高差,mg—重力加速度，m／s６。1.３冲坑最大水垫深度的确定冲坑最大水垫深度按公式（6.３）计算式（6.3）式（6。4)式中：t—自下游水面至坑底的最大水垫深度，ｍ—冲坑深度,ｍq—坎顶单宽流量,H—上下游水位差，mＨ2-下游水深，mK—冲刷系数,由资料知取K＝1。6（坚硬完整的基岩K＝0９～1．2;坚硬但完整性较差的基岩K＝1。2～1．5；软弱发育的基岩K=1。５～2．0）。表6。1挑距、冲刷坑深度表工况挑距Ｌ(m)冲刷坑深度（m)设计工况81.461。7４4６.64校核工况81.８６2。2５36.38结论:满足规范要求，冲刷不影响大坝安全.6.2底流消能水力计算６.2.1消力池消能计算ﻩ结合本工程的实际情况，采用等宽矩形断面的下挖式消力池消能.计算工程可按照ＳＬ253—２000《溢洪道设计规范》A。5的内容进行。6.1消力池计算简图池长按下式估算:（6。5）（6。６）ﻩ——池深，m；—-水跃淹没度，可取；——池中发生临界水跃时的跃后水深，ｍ；—-消力池出口下游水深，m；—-消力池尾部出口水面跌落,ｍ；Q——流量，ｍ3／s；——消力池宽度,m;—-消力池出口段流速系数，可取0.９５；——自由水跃的长度，；自由水跃共轭水深:(6。8)ﻩ(6。9)——收缩断面弗劳得数；--收缩断面水深，m；——收缩断面流速，;()6.2水跃形式图由前面计算可知:设计情况（）校核情况（）6．２.2参数的确定设计情况：6.3设计情况消能池结构图消能池长度：校核情况：6．4校核情况消能池结构图消能池长度：６。3面流消能水力计算底流消能具有流态稳定、效能效果较好、对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小的优点，多用于中、低水头。但护坦较长,土石方开挖量和混凝土方量较大，工程造价较高.故不考虑使用底流消能。面流消能实用于下游水深较深，流量变化范围较小，水位幅度不大，或有排冰，漂木要求的情况。故不考虑使用面流消能。经过经济技术比较最终选取挑流效能作为消能形式。6.4水面线计算6.4。1水面线计算的目的深孔中孔顶板高度、导墙高度、闸门门轴位置的确定都需要知道水面线的情况。6。4.２水面线计算的基本原理基本原理是水力学的能量平衡方程。分别在坝前和计算截面外建立能量断面,建立能量方程在前面式中:E0——校核水位到断面的垂直距离;Φ——流速系数,对于该枢纽为中等长度的溢流面,取为0。95；V-—该断面流速；H——该断面处垂直方向上水深；又有h=q/V，将这两方程联列即可求得该处垂直水深，其中单宽流量为６５m3／ｓ。6。4。3计算过程及简图图6．5水面线简图6．5边墙计算6．5。1掺气水深掺气水深按《水工建筑物》中式６.10）计算式中：h——未计入波动及掺气的水深;ｍｈa——计入波动及掺气的水深