巴山河龍溪水利樞紐工程的布置大體方案設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25040巴山河龍溪水利樞紐工程的布置大體方案設(shè)計案例 1177951.1壩型選擇 1258761.1.1樞紐組成 1294001.1.2樞紐等別和建筑物級別 1242791.1.3擋水建筑物壩型選擇 227921.1.4其他建筑物的型式選擇 3262991.2調(diào)洪演算 4252501.2.1基本原理 4293061.2.2調(diào)洪演算過程 4253991.3樞紐布置方案比較 9285101.4施工導(dǎo)流方案 101.1壩型選擇1.1.1樞紐組成巴山河龍溪水利樞紐工程的主要任務(wù)為發(fā)電，并承擔(dān)秀城和珞城的防洪任務(wù)。故設(shè)置擋水建筑物，發(fā)電建筑物，放空建筑物用來防洪，設(shè)置發(fā)電建筑物用來發(fā)電。所以確定本水利樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、發(fā)電建筑物、放空建筑物組成。1.1.2樞紐等別和建筑物級別根據(jù)已知條件：正常蓄水位為346.0m，對應(yīng)庫容7.62億m3，總裝機容量為40MW，離壩址90km處的珞城重要工業(yè)城市。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準SL252-2017

》，按發(fā)電查表得樞紐屬于Ⅳ等?。?）型工程；按防洪查表得樞紐屬于Ⅱ等大（2）型工程；按庫容查表得樞紐屬于Ⅱ等大（2）型工程。綜上按最大者確定樞紐為Ⅱ等大（2）型工程，對應(yīng)的主要建筑物為2級，次要建筑物為3級根據(jù)資料可知此工程屬于山區(qū)水庫工程，且水庫為Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，本工程擬定為混凝土重力壩。在此條件下，設(shè)計洪水標準為500~100年一遇，本工程的設(shè)計洪水取100年一遇；校核洪水標準為2000~1000年一遇，本工程的校核洪水取1000年一遇。1.1.3擋水建筑物壩型選擇根據(jù)地質(zhì)特點，初步擬定三種擋水建筑物壩型方案，其分別為混凝土拱壩，土石壩，混凝土重力壩。方案一：混凝土拱壩假設(shè)混凝土拱壩的壩頂高程為351m，壩底高程為303m，根據(jù)巴山河龍溪水利樞紐平面布置圖測量得壩頂弧長L約235.7m，高H約48m，計算得寬高比L/H為4.91。在寬高比小的河谷，拱長小于壩體的高度，拱作為主要的傳力方式，發(fā)揮的作用也較大，大部分的荷載也可以傳遞至大壩兩岸，而梁發(fā)揮的作用較小，只傳遞很少的荷載至壩基，故壩體可以比較薄。根據(jù)工程經(jīng)驗，在L/H＜2的深窄河谷，可以修建薄拱壩；在L/H=2~3的稍寬河谷，可以修建中厚拱壩；在L/H=3~5的寬河谷，大多修建厚拱壩；在L/H＞4.5的寬淺河谷，就已不適合修建拱壩，因為寬高比約大拱的承力作用越小，梁可以承擔(dān)較大的力。所以在寬高比L/H＞4.5的情況下一般認為只能修建重力拱壩，拱形重力壩或重力壩。由于本工程的寬高比L/H=4.91，大于4.5，在此寬高比下，拱的作用已經(jīng)很小，梁的作用將成為主要的傳力方式，所以本工程并不適合建混凝土拱壩，排除方案一。方案二：土石壩假設(shè)土石壩邊坡坡度為1:3，壩頂寬度為10m，壩頂高程為351m，壩底高程為303m，根據(jù)巴山河龍溪水利樞紐平面布置圖測量得壩長約為235.7m。沿壩軸線將壩體從左至右分為17份，每份看為一個臺體，并計算每一個臺體的體積并計算所有臺體體積之和，經(jīng)計算得土石壩所需土石料約為905275.6m3，具體計算過程見表1.1。根據(jù)資料知當(dāng)?shù)厥?，黏土，沙壤土總和?80000m3，小于土石壩所需材料905275.6m3，當(dāng)?shù)氐耐潦喜⒉粷M足建造土石壩的材料需求，所以本工程不適合建土石壩，排除方案二。表1.1土石體積計算表臺體序號臺體均高（m）上底面寬（m）下底面寬（m）臺體長（m）臺體體積（m3）13.00102818.171035.6928.5010619.402836.45313.50109113.359101.36418.501012110.4512661.79523.501015110.6620166.06628.501018116.9746188.10733.501021111.0644643.11838.501024111.1854018.97948.001029886.25637560.001038.50102414.0919761.861133.50102113.6713585.421228.50101816.6218017.991323.50101517.4214036.791418.50101214.775780.051513.5010913.942686.10168.5010618.342516.60173.00102811.90678.30體積總和（m3）905275.60方案三：混凝土重力壩假設(shè)混凝土重力壩的壩頂高程為351m，壩底高程為303m，根據(jù)巴山河龍溪水利樞紐平面布置圖測量得壩長約為235.7m，大壩寬高比L/H=4.91＞4.5，滿足混凝土重力壩的寬高比要求。建造混凝土重力壩所需要的材料儲量有118萬m3，滿足混凝土重力壩所需材料方量。并且重力壩具有以下優(yōu)點：（1）可以利用溢流壩段壩頂進行泄水，大壩進行施工時可利用前期施工留有的底孔泄水；（2）與拱壩相比，重力壩的結(jié)構(gòu)比較簡單，在大壩設(shè)計和施工上都較為簡單，技術(shù)難度較小，混凝土易采用定型模板，施工較為方便；（3）與拱壩或支墩壩相比，重力壩能適應(yīng)各種氣候，可以抵抗各種極端天氣對壩體的影響，防凍效果較為良好；（4）重力壩可以在一般的地基條件下建立；（5）重力壩已經(jīng)在全世界廣泛建立，有著大量的建造工程實例，在設(shè)計時可以參考不同的工程實例。而且重力壩的壽命長，養(yǎng)護所需經(jīng)濟費用低。由此可見擋水建筑物選擇混凝土重力壩較為合理。綜上所述，混凝土拱壩與土石壩不滿足本工程的地形條件與材料方量需求，所以排除混凝土拱壩與土石壩。方案三最為合理，所以本工程選用選擇方案三作為最優(yōu)方案。即擋水建筑物的壩型選取混凝土重力壩。1.1.4其他建筑物的型式選擇其他建筑物的選擇，建立在已確定擋水壩段為混凝土重力壩的基礎(chǔ)之上。泄水建筑物：由于溢流壩的泄流能力大，造價低，施工簡單，所以本工程的泄水建筑物選擇溢流壩段。電站建筑物：本工程水頭較高，水庫庫容較大，大壩應(yīng)該作為主要擋水建筑物，而廠房不起擋水作用，所以本工程的電站建筑物選擇壩后式廠房。放空建筑物：深孔泄洪的施工量較小，較為經(jīng)濟，并且深孔泄洪的進水口布置在水下，可以隨時宣泄洪水，而且安全可靠，方便泄水。所以本工程的放空建筑物選擇深孔壩段。1.2調(diào)洪演算1.2.1基本原理根據(jù)基本資料，先在一定范圍內(nèi)選取合適的單寬流量。然后利用選取的單寬流量計算溢流壩的溢流前緣寬度。選取合適的堰頂高程以及起調(diào)水位后選定合理的調(diào)洪方案，然后通過半圖解法，計算并繪制f1(Z)、f2(Z)兩條輔助線，綜合求解設(shè)計洪水位、設(shè)計下泄流量，校核洪水位、校核下泄流量。改變溢流前緣寬度，設(shè)計出兩個不同的有效方案，并分別計算兩個方案的設(shè)計洪水位和校核洪水位。通過經(jīng)濟，施工等方面比較兩方案的計算結(jié)論，最終確定本工程的設(shè)計洪水位和校核洪水位。1.2.2調(diào)洪演算過程1.2.2.1確定大致的泄洪單寬流量根據(jù)給出的基本地質(zhì)資料，本工程的基巖質(zhì)量相對較優(yōu)，在工程上，對于較好的巖石，單寬流量q=50～80m3/(s·m)。所以初步確定本工程的單寬流量q=80m3/(s·m)。1.2.2.2初步計算溢流壩段溢流前緣寬度溢流壩溢流前緣寬度（孔口凈寬）的計算見公式（1.1）：（1.1）式中：Q——最大下泄流量，Q=3200m3/s；q——單寬流量，q=80m3/(s·m)。計算得B=3200/80=40m故初步擬定溢流壩溢流前緣寬度（孔口凈寬）為40m。1.2.2.3選定溢流堰堰頂高程堰頂高程越低，設(shè)計洪水位，校核洪水位以及壩頂高程也就越低。壩頂高程越低，所需要的混凝土方量就越少，工程量會相對減小，工程開支也相對減小。而且堰頂高程也決定著下泄流量的大小，下泄流量隨著堰頂高程的降低而增大，下游的防洪標準也隨之增大。所以為了經(jīng)濟不宜選擇過高的堰頂高程，為了安全也不宜選擇過低的堰頂高程，綜上所述，堰頂高程應(yīng)該在一個合理的范圍內(nèi)選取。根據(jù)基本資料以及工程經(jīng)驗，確定堰頂高程的選取范圍為337~339m，本工程初步擬定溢流壩堰頂高程H1=338m。1.2.2.4選定起調(diào)水位顧及工程經(jīng)濟效益，施工條件，以及工程安全，初步擬定起調(diào)水位為正常蓄水位，即H0=346m。1.2.2.5選定調(diào)洪過程方案1：起調(diào)水位為正常蓄水位346m，在來洪量小于泄洪量時，調(diào)洪完全由閘門控制，來多少洪水就由閘門泄多少；在來洪量大于泄洪量時，打開全部閘門。對設(shè)計洪水工況，最大下泄流量不超過3200m3/s；當(dāng)調(diào)洪下泄洪水流量大于3200m3/s，應(yīng)重新確定孔口尺寸從而改變初始變量，重新進行調(diào)洪演算，而不是利用閘門來控制下泄流量維持在3200m3/s；對校核洪水工況，則著重保護大壩安全，打開所有閘門，不用考慮下游安全下泄流量。方案2：起調(diào)水位為堰頂高程，打開所有閘門，作為堰頂無閘門的情況進行泄流?？紤]到安全因素，方案1較為合理，所以本工程選取方案1作為調(diào)洪方案。1.2.2.6計算并繪制f1(Z)、f2(Z)、f3(Z)曲線（1）計算f3(Z)方案一的溢流前緣寬度B=40(m)，先對方案一的下泄流量Q下1進行計算，下泄流量Q下計算見公式（1.2）：（1.2）式中：m——流量系數(shù)；B——溢流前緣寬度；H——堰頂水頭。計算出的下泄流量Q下與庫水位的關(guān)系曲線便為F3(Z)曲線。計算f1(Z)、f2(Z)通過下泄流量Q下1計算兩條輔助線f1(Z)、f2(Z)f1(Z)、f2(Z)的計算見公式（1.3），（1.4）：（1.3）（1.4）式中：V——壩頂以上庫容；Δt——泄流時間，取4個小時，即14400秒。整理計算數(shù)據(jù)并繪制f1(Z)、f2(Z)、f3(Z)曲線，如圖1.1所示。1.2.2.7綜合求解設(shè)計洪水位、設(shè)計下泄流量，校核洪水位、校核下泄流量利用圖解法，計算設(shè)計洪水位的單過程下泄流量。將整個過程分為若干時間段，每個時間段為4小時，通過洪水過程線查該時段相對應(yīng)的入庫流量，再通過查f1(Z)、f2(Z)、f3(Z)輔助線計算設(shè)計洪水位相對應(yīng)的下泄流量。校核洪水位下泄流量的計算采用設(shè)計洪水位下泄流量的計算方法。圖1.1f1(Z)、f2(Z)、f3(Z)曲線方案一的設(shè)計下泄流量：在t=41.03h時，下泄流量達到最大Qmax=2661.5m3/s＜3200m3/s，最高洪水位Hmax=347.66m，查水位庫容曲線，相應(yīng)的防洪庫容V=8.455×108m3。下泄流量達到最大值之后，來洪量小于下泄流量，水庫水位開始下降，降至正常蓄水位以下，滿足本次設(shè)計的需求。方案一的校核下泄流量：在t=46.81h時，下泄流量達到最大Qmax=4256.35m3/s，最高洪水位Hmax=350.97m＜351m，查水位庫容曲線，相應(yīng)的防洪庫容V=9.976×108m3。下泄流量達到最大值之后，來洪量小于下泄流量，水庫水位開始下降，降至正常蓄水位以下，滿足本次設(shè)計的需求。方案一的設(shè)計下泄流量和校核下泄流量均滿足要求，所以方案一為有效方案。根據(jù)計算數(shù)據(jù)分別繪制設(shè)計洪水位下泄流量曲線，如圖1.2所示，與校核洪水位下泄流量曲線，如圖1.3所示。圖1.2設(shè)計洪水位下泄流量曲線圖1.3校核洪水位下泄流量曲線1.2.2.8方案二計算過程通過改變溢流前緣寬度，再進行不同的調(diào)洪方案。令方案二的溢流前緣寬度B=45(m)，按照1.1.1.3——1.1.1.7計算步驟，分別計算設(shè)計洪水位與其對應(yīng)的下泄流量，校核洪水位與其對應(yīng)的下泄流量。方案二的設(shè)計下泄流量：在t=39.90h時，下泄流量達到最大Qmax=2791.95m3/s＜3200m3/s，最高洪水位Hmax=347.26m，查水位庫容曲線，相應(yīng)的防洪庫容V=8.266×108m3。下泄流量達到最大值之后，來洪量小于下泄流量，水庫水位開始下降，降至正常蓄水位以下，滿足本次設(shè)計的需求。方案二的校核下泄流量：在t=44.07h時，下泄流量達到最大Qmax=4429.45m3/s，最高洪水位Hmax=350.34m＜351m，查水位庫容曲線，相應(yīng)的防洪庫容V=9.69×108m3。下泄流量達到最大值之后，來洪量小于下泄流量，水庫水位開始下降，降至正常蓄水位以下，滿足本次設(shè)計的需求。方案二的設(shè)計下泄流量和校核下泄流量均滿足要求，所以方案二為有效方案。根據(jù)計算數(shù)據(jù)分別繪制設(shè)計洪水位下泄流量曲線，如圖1.4所示，與校核洪水位下泄流量曲線，如圖1.5所示。圖1.4設(shè)計洪水位下泄流量曲線圖1.5校核洪水位下泄流量曲線1.2.2.9方案比較調(diào)洪演算成果：將方案一和方案二的結(jié)果整理于表1.2。方案比較：方案一和方案二同時滿足上游最高限制水位Hmax<351m和設(shè)計洪水時最大下泄流量Qmax1%<3200m3/s兩個控制條件，所以方案一和方案二都為有效方案。方案一和方案二相比，方案一的溢流前緣寬度小于方案二的溢流前緣寬度，從經(jīng)濟角度來看，溢流前緣寬度越小，壩體工程量越小，閘門尺寸選型越小，工程所需費用就越少，工程施工量就越小。所以選擇方案一為調(diào)洪演算最終方案。確立設(shè)計洪水位和校核洪水位：方案一的計算結(jié)果得，設(shè)計洪水位最大下泄流量為Qmax=2661.50m3/s，校核洪水位最大下泄流量Qmax=4256.35m3/s，設(shè)計洪水位H設(shè)=347.66m，校核洪水位H較=350.97m。表1.2調(diào)洪演算成果表方案壩頂高程（m）溢流前緣寬度（m）最大泄流量（m3/s）最高水位（m）最大庫容（億m3）一設(shè)計338402661.50347.668.455校核338404256.35350.979.976二設(shè)計338452791.95347.268.266校核338454429.45350.349.6901.3樞紐布置方案比較樞紐主要由溢流壩段，深孔壩段，電站壩段，非溢流壩段這四部分組成。充分考慮溢流壩段與電站壩段的布置規(guī)范及要求，工程的安全性，經(jīng)濟性，設(shè)計出下面兩個樞紐布置方案：方案一：從左岸至右岸依次布置非溢流壩段，溢流壩段，深孔壩段，電站壩段，非溢流壩段。溢流壩段布置在河流的主流處。方案一的樞紐布置圖如圖1.6所示。方案二：從