巫巴龙水电站混凝土重力坝设计

J川农业大学

本科毕业论文（设计）

（2019届）

题目：巫巴龙混凝土重力坝坝体设计

学院：水利水电学院

专业：__________水利水电工程_____________

学生姓名：学号:

导师：职称:

完成日期:年月

目录

摘要：.........................................................................1

关键词：.......................................................................1

Abstract:......................................................1

Keywords:......................................................2

1工程概况.....................................................................1

1.1流域概况...............................................................4

1.2地质概况...............................................................5

1.2.1地形地貌.........................................................5

1.2.2地层岩性.........................................................5

1.3气象特征...............................................................5

1.3.1降水..............................................................5

1.3.2气温..............................................................6

1.4径流特征...............................................................7

2坝体比选.....................................................................9

2.1坝址比选...............................................................9

2.2坝型比选...............................................................9

3水文计算....................................................................11

3.1暴雨洪水特点..........................................................11

3.2设计洪水过程线........................................................11

4调洪演算.....................................................................16

4.1水位库容关系曲线......................................................16

1.2设计洪水..............................................................17

4.3特征水位..............................................................18

4.3.1死水位..........................................................18

4.3.2正常蓄水位......................................................18

4.3.3设计洪水位校核洪水位...........................................19

5枢纽布置....................................................................22

5.1坝体高程..............................................................22

5.2坝顶宽度..............................................................23

5.3剖面设计..............................................................23

5.3.1溢流坝段剖面....................................................23

5.3.2消能防冲设计....................................................24

6溢流坝段设计................................................................26

6.1溢流坝型确定..........................................................26

6.1.1洪水标准........................................................26

6.1.2溢流坝段总长度的确定............................................26

6.2溢流坝段荷载计算......................................................26

6.2.1自重.............................................................26

6.2.2水压力..........................................................28

623扬压力..........................................................30

6.2.4泥沙压力........................................................32

6.2.5荷载计算成果....................................................32

6.3溢流坝段荷载分析......................................................33

6.3.1正常蓄水位......................................................33

6.3.2设计洪水位......................................................34

6.3.3校核洪水位......................................................34

6.4应力分析..............................................................34

6.4.1正常蓄水位......................................................34

6.4.2设计洪水位......................................................36

6.4.3校核洪水位......................................................38

7非溢流坝段设计.............................................................40

7.1计算情况说明..........................................................40

7.2坝体坡面设计..........................................................40

7.3荷载计算..............................................................40

7.3.1自重.............................................................41

7.3.2水压力..........................................................42

7.3.3扬压力..........................................................45

7.3.4泥沙压力........................................................47

7.3.5荷载计算成果....................................................47

7.4坝体稳定分析..........................................................47

7.4.1正常蓄水位......................................................47

7.4.2设计洪水位......................................................48

7.4.3校核洪水位......................................................48

7.5坝体应力计算..........................................................48

8细部构造....................................................................54

8.1坝体止水..............................................................54

8.2坝顶结构布置..........................................................54

8.3坝体温度荷载防控......................................................54

9基础处理....................................................................56

9.1固结灌浆..............................................................56

9.2帷幕灌浆..............................................................56

9.3坝基排水..............................................................56

巫巴龙混凝土重力坝坝体设计

水利水电工程屈可心

导师：卢修元

摘要：巫巴龙混凝土重力坝位于金沙江的一级支流定曲河上，定曲河蕴含丰富的水

能资源，在合理开发的情况下，可以带来巨大的经济效益，造福当地的百姓。加快定曲

河的水电开发，能满足我国能源发展的需求，同时符合“绿水青山就是金山银山”的生

态发展理念。通过对当地地形地貌、水文资料等的分析，在设计中进行了比较，确定坝

型为混凝土重力坝，同时还进行了水文计算、坝体设计、应力分析等分析计算过程，最

终设计出符合要求的水工建筑物，设计成果以图纸的形式展示出来。

关键词：重力坝设计洪水溢流坝段

DambodydesignofWubalongconcretegravitydam

Waterconservancyandhydropowerproject:QuKexin

Instructor:LuXiuyuan

Abstract:TheWubalongconcretegravitydamislocatedontheDingqu

River,thefirst-leveltributaryoftheJinshaRiver.TheDingquRiveris

richinwaterenergyresources.Underreasonabledevelopmentconditions,it

canbringhugeeconomicbenefitsandbenefitthelocalpeople.Accelerating

thehydropowerdevelopmentofDingquRivercanmeettheneedsofChina，s

energydevelopment,andatthesametimemeettheecologicaldevclopracnt

conceptofGreenWaterQingshanisJinshanYinshan.Throughtheanalysis

oflocaltopographyandhydrologydata,thedesignwascomparedtodetermine

1

thedamtypeasconcretegravitydam.Atthesametime,theanalysisand

calculationprocessofhydrologicalcalculation,damdesignandstress

analysiswerecarriedout,andthefinaldesignmettherequirements.The

hydraulicbuilding,thedesignresultsarepresentedintheformofdrawings.

Keywords:gravitydamdesignfloodoverflowdamsection.

2

前言

随着经济和社会的飞速发展，人们面临的能源问题日益突出。水电作为电能的主要

来源之一，日渐发挥着愈加突出的作用。合理开发水电，不仅能提供大量的能源，同时

可以做到不污染破坏环境，从而达到人与自然和谐相处的目的。

巫巴龙水电站位于金沙江一级支流曲定河，在匹川省甘孜藏族自治州境内，蕴含大

量水能，且开发不多。巫巴龙村附近山谷密集，地势险峻，选择适当的位置修筑水工建

筑物对当地居民影响不大c曲定河沿线有S07乡道通过，具有一定的交通基础，便于运

送材料等。

本次设计主要从水文资料分析、坝型坝体设计等方面进行，结合当地的情况，设计

出一个小（2）型水利枢纽。根据当地的地形地质情况，进行坝型坝址比选，

最终终确定采混凝土重力根据当地的水文资地，进行调洪演算，确定了

坝高泄流等数据，根据所设计的坝体，进行应力分析和抗滑稳定分析，通过验算确定了

坝的安全可靠性，最后进行细部构造的设计以及坝基处理。

巫巴龙水电站兼备集水与发电的功能，在发电的同时可为当地提供用水、灌溉等的

便利。在不损害当地生态环境的前提下，为当地居民生活提供便利，也能创造一定的经

济效益。

3

1工程概况

1.1流域概况

巫巴龙水电站坝址位于定曲河上，定曲河是金沙江上游的一级支流，起源于四川省甘

孜藏族自治州巴塘县，河道全长222.5km,境内流长70km,流域面积2055km2,河道平均

比降为10.96%o。图1-1为定曲河地理位置图。

古字行

叶日村

利存

肖拉

你龙保得剜村

冉村村

义用

由岗顶村

自用

里你交中学

习丁

通格

书松村

分子栏镇

除遇百任瓦卡镇[2公里।

图1-1定曲河地理位置图

4

1.2地质概况

1.2.1地形地貌

巫巴龙水电站位于四川省西部地区，临近青藏高原，总体地势南高北低，山脉大多近

南北向展布。两岸山体山势较为陡峭，右岸高耸险峻，左岸相较平缓，两岸地形完整。

该段河流流向近南北向，河道蜿蜒曲折，河谷多为“V型”。

1.2.2地层岩性

巫巴龙水电站的出露基岩以印支期中粗粒黑云母花岗岩(gb51-C),海西期中粗粒石英

闪长岩(d°4)为主，岩质坚硬。

1.3气象特征

金沙江流域属典型的季风气候区，每年5〜10月，主要受西南季风控制，同时也会受

到东南季风影响，空气湿润，降雨集中，为本流域雨季(或汛期)坝址附近有巴塘气象

站，气象信息主要根据该,言息站1953〜2()13年的气象资象资料统计。

1.3.1降水

该地区多年平均降水昂为480mm,最大一日的降水量为42.3mm。降水fl：年内分布

不均匀，每年5~1()为降雨集中时期，其降水量占整年降水量的90%以上。多年降雨情况

统计见下表Mo

表1-1多年降雨情况统计表

月份年统计

123456789101112

1.97.611.723.124.341.542.341.141.63017.99.342.3

(mm)

5

20.1mm日数0.180.783.967.9610.0216.0419.6918.6314.337.452.000.45101.5

>lmm口数0.040.271.644.026.4512.0715.0713.6410.684.500.930.1669.5

25mm日数0.000.040.230.792.076.118.487.345.791.710.250.0232.8

210mm口数0.000.000.020.210.722.604.743.862.760.430.050.0015.4

225mm日数0.000.000.000.000.000.16C.550.360.170.030.000.001.3

1.3.2气温

定曲河流域地区多年平均气温为12.8℃,最高气温主要分布在7月份，7月平均气温

为19.7℃,最低气温主要分布在12月份，12月平均气温为4.0℃。多年平均最低气温为

5.8℃,多年平均最高气温为21.8℃。另外，极端最低气温为-12.8C,极端最高气温为37.9℃。

该地区多年气温情况统计结果见表1-2。

表1-2多年气温情况统年气

月份年统计

123456789101112

平均4.17.210.513.517.619.619.718.916.813.18.04.012.8

平均最高13.816.319.222.326.428.127.727.025.422.618.114.221.8

平均最低-3.7-0.72.86.110.313.414.413.611.26.10.1-3.85.8

极端最高26.027.031.032.035.437.037.935.635.930.626.524.037.9

极端最低-12.8-9.8-6.5-3.31.23.76.94.02.6-4.0-10.0-12.6-12.8

6

1.4径流特征

坝址距离古学水文站较近，古学水文站可作为是本次设计的参考站，水文资料主要由

古学站得来。

定曲河径流的主要来源是降雨，另外有一部分来源为上游冰雪融化。径流年内分配的

变化趋势与气温和降水的变化趋势相吻合。每年4月气温开始上升，导致冰雪消融。5月

降水增加，径流开始以降水补给为主。7~9月为为降水量最大最集中的季节，所以也是径

流量最大的月份。每年10月之后，降水逐渐水逐，相应的径流量也随之减少⑵。

根据所收集资料可知，该河流径流的年际流的年际，其多年平均流量为95.8n?/s,最

大年平均流量为148.7m3/s,最小年平均流勒J42.8m3/s,其年平均流量具体情况见图1-

2。径流年内分布不均匀，枯水期为每年的12月到次年的4月，丰水期为每年5月到11

月，其多年内各月平均流量见表1-3。

图1-2定曲河年平均流量

7

表1-3定曲河各月平均流量

月份6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月年

多年平

均流量

113.9188.7197.9187.7115.652.142.431.435.645.658.679.495.8

(m3/s

)

8

2坝体比选

2.1坝址比选

上坝坝址方：上坝址位于距峡谷口600m处，距下游l.8km,两岸坡度约为50°~75°。

两岸山体雄厚，大部分基岩裸露，完整性较好，主要为印支期黑云斜K花岗岩(丫Bs"),

岩质坚硬，岩体较完整，围岩以II、III类为主，岸坡的整体稳定性好，有利于水工建筑物

的布置。构造不发育，以III级结构面为主，断层延伸不长，断层宽度一般为0.5〜2m。左

岸主要发育有fl、13和保，右岸主要发育有门3和f26。两岸岸坡陡峭，岩体较为坚硬。

下坝址方案：下坝址位于距峡谷口l()0m处，距下游1.7km。坝址右岸山体高陡，大部

分基岩裸露，岩石条件较好；坝址左岸为单薄山梁，覆盖层较厚，岩性以黑云斜长片麻岩

为主，岩质较为坚硬，是鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。且左岸存在较大规模断层，岩

石条件较差。坝址处构造较为发育，其中以川级结构面为主，断层延伸不长，宽度一般为

0.5〜5m。左岸岩体较破碎，主要发育fl、f2和f5；右岸仅见有f21和131。两岸岸坡陡峭，

岩体较为坚硬。

综合对比：上下坝址之间相距约500m,两处坝址在水文、环境、人文经济等方面条件

较为相近，主要考虑两坝址处地形地质情况。综合两处坝址的地形地质情况，上坝址岩体

坚硬，地质结构稳定，地形适宜，更有利于水利工程修筑活动的展开，故选用上坝址作为

坝址。

2.2坝型比选

推荐坝址处河道坡降约为6%左右，较为陡峭。河谷成抑？型，较为对称。两岸山体

较为陡峭，左岸自然坡度为55c〜8(r,右岸自然坡度为7(r〜80。。两岸基岩裸露，岩

性主要为要为花，岩质质坚，岩体完整。坝址处地质构造简单，无区域性大断层通过。考

虑到附近缺少黏土心墙近缺材料和砾石土心墙心墙，故而当地材料坝地材料虑心墙防渗

坝型。

结合地质地形条件以及当地筑坝材料，拟选用面板堆石坝、湿凝土重力坝两种坝型进

行比较。

9

所选坝址处两岸岸坡附近满明显的堤口，两岸岸坡较为陡峭，如果采用常规溢洪道

做泄水建筑物，则需在岸坡进行大面积的开挖，所需开挖的土石方较多，工程量较大，经

济效益不好。

由于地形限制，若采用面板堆石坝，则在工程布置上较程布置，并且所需工程投资

较大。故选用混凝土重力现凝土。

10

3水文计算

3.1暴雨洪水特点

定曲河的洪水主要来源于暴雨，由于高原冰雪融化，会对中下游洪水形成造成一定影

响，洪水发生的时间与降高季节相关，集中在7〜8月。每年7〜8月中，平均每月降雨可达

20日左右。

根据古学水文站资料显示，洪水缓涨缓落，多连续发生，起涨时流量较大，可达洪峰

流量的1/3,洪水过程以单峰型居多。

3.2设计洪水过程线

坝址下游26km处有古学水文站，控制集水面枳12160km）有1931-201Of日J79年实测水

文数据，可选做参考站。

根据工程规模，可确定设设计洪水30年一遇，校核洪水为200年一遇。

设计洪峰流量为245m3/s,校核洪峰流量为361m-/s。设计洪水成果见表3-1。

表3-1设计洪水成果表

P=0.2%P=0.5驰P=l%P=2%P=3.33%P=5%P=10%

流量(m3/s)415361322278245219183

洪量Wi(亿m0.290.260.230.200.180.150.11

3\）

洪量W3（亿m0.860.770.680.590.540.450.32

3、)

洪量W5(亿m1.511.471.331.140.990.840.62

3)

11

选取1972年洪水过水过程线作为4咏过过程，结合表中数据，采用同频频率放大法

推求设计洪水过程线及校中缴水过水过。

(1)设计洪水过程线的推求：

Wi=0.18X108ma

W3=054X10W

W5=O.99X1OW

W3-WI=0.54-0.18=0.36X108m'

83

W5-W3=0.99-0.54=0.45X10m

KQ二Qmp/Qmd=1.28

Ki=1.09

K3-I=1.27

K5.3=1.04

设计结果见表3-2。

表3-2设计洪水过程线计算结果表

日期时序典型过程线放大后流量

00.2390.249

91211.7312.2

2423.5624.5

2423.5624.5

3038.5048.9

103676.8597.6

42115.75147

48154.33196

48154.33196

1154212.84232

60223.85244

12

66214.68234

72182.57199

72182.57199

78118.1115()

128479.53101

9040.3951.3

9620.5526.1

9620.5526.1

1310814.0415.3

1200.3630.396

(2)校核洪水过程线的推求:

Wi=0.26X108m3

W3=0.77X10W

8J

W5=1.47X10m

W3-WI=0.77-0.26=0.51X108m3

W5-W3=1.47-0.77=0.7X108m-

KQ=Qmp/Qmd=1.36

Ki=1.51

K3-i=1.85

K5-3=1.60

设计结果见表3-3。

表3-3校核洪水过程线计算结果表

日期时序典型过程线放大后流量

00.2390.361

9

1211.7317.71

13

2423.5635.58

2423.5635.58

3038.5071.23

1()3676.85142.17

42115.75214.14

48154.33285.51

48154.33285.51

54212.843乙0.54

1160223.85358.16

66214.68343.49

72182.57337.75

72182.57337.75

78118.11218.50

128479.53147.13

9040.3972.15

9620.5538.02

9620.5538.02

1310814.0421.20

1200.3630.551

则洪水过水过如图3-1所示。

14

洪水过程线

图3-1洪水过水过

15

4调洪演算

4.1水位库容关系曲线

坝址处水位库容关系见下表4-1,图4-1。

表4-1水位库位库容关

、\^项目

面积库容

高程（万n?）（万n?）

80200

8060.30.4

8100.511.6

8140.874.7

8181.249.4

8221.8315.5

8262.5223.5

8303.4133.4

8344.1145.9

8384.860.7

8425.577.1

z8466.598.3

8507.3122.5

8547.8151.6

8588.9180.4

86210.2211.9

16

水位库容关系图

图4-1水位库容关系图

4.2设计洪水

根据水利水电工程分等指标的相关柳定（详见表4-2）o巫巴龙库IX.附近无大型城镇,

农田面积少，且水库库容小，可确定为小（2）型工程。

可确定水库设计洪水为30年一遇，校核洪水为200年一遇。

表4-2水利水电利水电等指标

工工程规水库总库容防洪治涝灌溉供水水电站

程模（亿］律）城镇及保护农田治涝面积灌溉面积城镇及装机容量

等工矿企（万亩））（万亩）（万亩）工矿企(104kw)

别业的重业的重

要性要性

I大力0特别重25002200力50特别重)120

17

(1)要要

型

II大10-1.0重要500~100200-60150-50重要120-30

(2)

型

III中型1.0-0.I中等100-306()〜155()~5中等3()~5

IV小0.10-0.01一般30~515~35-0.5一般5M

(1)

型

V小0.01-0.001W5W3W0.5W1

(2)

型

4.3特征水位

4.3.1死水位

根据本工程的实际需求，在满足当地日常供水需求的前提下，设定水库库死水为

822.00m。

4.3.2正常蓄水位

根据库据库区的水位骏及当地地形地势，考虑到水库库供水池内综合需水所需调

节库容要求、取水高程要求和泥沙淤积沙淤积对库容，经过综合分析，从经济合理的

角度出发，选定842.30m和842.50口两个正常蓄水位方案，其相对对应的兴利库分别为

77.1万n?和78.3万m3。

由于随着正常蓄水位的提高，供水量增加，但同时导致淹没范围增多，抬高工程

投资，损害经济效益。

因此，选定正常蓄水位842.30m。

18

4.3.3设计洪水位校核洪水位

(1)设计标准

确定水库库工程等为小(2)型工程，根据规范《SJ252-2000》及有关规定，确定水

库的设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标核为200年一遇。

(2)泄流曲线

工程所处河段河道较殁，宽度大约在20〜40m。工程的校核洪峰流量为3611n3八，采

用坝体表孔溢流进行泄洪控制方式可采用有闸闸控制或无闸控。

若采用有闸闸控，则所需溢流宽流宽度，但增加了闸门投资以及水库库管理投

等.由于本T程规「程规.并且不需要修筑坝筑坝顶，所以选取坝体溢流c

泄水建筑物采用WES实用堰，溢流表孔宽流30m(2X15m),堰顶顶高程为842.00

m,

水库下泄流量Q溢计算公式：

其中，e——闸墩侧收缩系数，在此取0.9。

g——重力加速度，取9.81。

m------流量系数，查量系数表应取0.433.

则水库泄流曲线见下表4-3。

表4-3水库泄流|11|线

高程m流量(m3/s)高程D1流量(m3/s)

842.000.00843.66130.93

842.101.29843.90158.52

842.40H.23844.20198.03

19

842.7034.37844.50240.33

843.0059.59844.80285.29

843.3089.01845.20358.02

843.60122.10845.40389.27

（3）调洪演算

调洪演算运用调洪演算软件，采用试算法进行计算（由于计算过程较多，不逐一展

示）。

设计洪水位试算过程见下表4-4o

表4-4设计洪水位试算过程

AV

tzVQqQqVZ1

084277.10.250-----

1.0842.177.511.11.295.730.651.8378.9842.3

1.0842.278.311.17.105.733.550.7877.9842.0

经过计算，得出设计洪水位为846.35m。

校核洪水位试核过程见下表4-5o

表4-5校核洪水位试算过程

tZVQq2qAVV'Z'

20

084277.10.250

1.0842.177.511.11.299.080.653.0380.1843

1.0842.378.911.111.89.085.91.1478.2842.1

经过计算，得出校核洪代位为846.54m。

经计算，可确定设计洪水位为846.25m,校核洪水位为846.54m。

21

5枢纽布置

5.1坝体高程

根据《混凝土重力坝设计规范(SL319-2005)》(详见表5・1),大坝坝4级建筑物,

按30年一遇洪水进一遇洪，20侔一遇洪水进一遇洪，以此控制工况为为依据确定坝顶高。

表5・1水工建筑物的级别

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

I134

II234

III345

N455

V55

AZ?=/?z+h:+hc(m)

其中，hi——波浪高度，m；

he——安全超高，m；

hz——波浪中心线浪中心线超高度，m。

由于坝址位于山区，所以波浪要素采用官厅公式进行计算：

4=0.00166一乂。“3⑺)

其中，匕---水面以上10m处lOmin的风风速平均。在此取8.5m/s。

D——吹程。在此取150nio

依据公式可求得波浪高度〃/为0.13m。

22

波浪中心线浪中心线超高度依据下式推求：

h.=-coih2出=疝;!L(m)

LL

08

其中，£=10.4(h/)=2.03(m)

依据公式可求得波浪中心线波浪中水位高度hz为0.03m。

根据规规范，坝安全加高h在正常蓄水位取0.4m,在校核洪水位取0.3m,

A/z=0.46m

防浪墙顶高程=max(正常蓄水位+M=84