水利水电工程与管理毕业设计

一、综述1.1工程概况平山水库位于省某县平山河中游，该河系睦水（长辽的支流）的主要支流，全长284m，流域面积为556㎞2，坝址以上控制流域面积491㎞2；平山河是山区河流，河床比降为0.3%，沿河有地势较为平坦的小平原，最低高程为62.5m左右。

1.2枢纽任务枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运养殖、给水等任务进行开发。

1.3设计基本数据1)正常蓄水位113.02)设计洪水位：113.10m；3)校核洪水位：113.50m；4)死水位：105.0m（发电极限工作深度8m）；5)灌溉最低库水位：104.0m；6)总库容：2.00亿m3；7)水库有效库容：1.15亿m3；8)发电调节保证流量Qp=7.35m3/s，相应下游水位63.20m；9)发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应下游水位68.65m；10)通过调洪演算，溢洪道下泄流量Q1%=840 m3/s，相应下游水位72.65m。

11)校核情况下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340 m3/s，相应下游水位74.30m。

12)水库淤积高程85.00m。

二、坝址水文特性暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s。

多年平均流量13.34m3/s,多年平均来水量4.22亿m3。

多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。

三、枢纽及库区地形地质条件3.1坝址、库区地形地质及水文地质平山河流域多为丘陵地区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°~70°，地势高差都在80~120m，河床宽一般为400m，河道弯曲很厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S 形，沿河沙滩及两岸坡积层发育，坝址处两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，基岩产状凌乱。

靠近坝址上游是泥盆纪五通砂岩，坝下游为二迭纪炭岩，坝轴线位于五通砂岩上面。

在平山咀以南，即灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左岸的五通砂岩特别破碎，产状凌乱，岩隐裂隙很发育。

岩的渗水率都很小，两岸多为0.001~0.01升/分，坝址处沿坝轴线是1.5-5.0m厚的覆盖层，k=10-4cm/s，γ浮=10kN/m3，ψ=35坝区地震为5~6度，设计时可不考虑。

3.2筑坝材料枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。

砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩围及平山河出口处两岸河滩开采。

料可以用采场开采，采场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其质为灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩出露，覆盖浅，易开采。

材料的性质及各项指标如下表所示3.3力学参数基岩允抗压强度2MPa,混凝土与基岩摩擦系数f=0.58。

基岩的摩擦系数f=0.7，粘着力C=0.5MPa，容重r=26kN/m3四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准1）枢纽建筑物组成根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物主要包括：拦河大坝、水电站建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）等。

2)工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准根据所给资料（发电、防洪、库容、灌溉面积），对照《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252-2000）确定枢纽等别(先确定分项等级，再按最大者确定枢纽等级)和建筑物级别。

（1）各效益指标等别：根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程。

（2）水库枢纽等别：根据规规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指针分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。

（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉管道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。

确定枢纽建筑物的的等级的目的是要确定设计和校核洪水标准，从而通过调洪演算来进一步确定设计洪水位和校核洪水位。

设计洪水位113.1m（百年一遇），Q1%=840m3/s,下游水位72.65m设计洪水位113.5m（千年一遇），Q0.1%=1340m3/s,下游水位74.30m4.2枢纽建筑物选型1）坝轴线的选择坝轴线综合考虑地形地质条件，土坝坝轴线一般选在河道转弯下游处，地质条件良好，且与料场的距离适宜。

2）枢纽各建筑物选型（1）挡水建筑物在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土坝。

a、重力坝案从枢纽布置处地形地质平面图及坝轴线地质剖面图上可以看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为英砂岩和砂质叶岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。

b、拱坝案修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。

该河道弯曲相当厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，建拱坝的造价过高，不宜修筑。

c、土坝案土坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都可以修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，所以采用土坝案。

（2）泄水建筑物型式的选择土坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。

（3）水电站建筑物因为土坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，又因装机容量为9000kw,装机容量小，台数为三台，故采用单元供水式引水发电。

（4）放空建筑物施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。

为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为5.0m。

4.3枢纽总体布置案的确定根据枢纽布置的基本原则，结合本工程的市级情况，主要确定各建筑物的相对位置，并绘制平面布置图。

挡水建筑物——土坝（包括副坝在）放在主河床，布置呈直线；泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；水库放空洞布置在右岸的山体。

综合考虑各面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。

五、土坝设计5.1坝型选择影响土坝坝型选择的因素有：1.坝高；2.筑坝材料；3.坝址区的地形地质条件；4.施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；5.枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；6.枢纽的开发目标和运行条件；7.土坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。

枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。

砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩围及平山河出口处两岸河滩开采。

料可以用采场开采，采场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其质为灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩出露，覆盖浅，易开采。

从建筑材料上说，均质坝、心墙坝、斜墙坝均可。

1）均质坝。

坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降比较小，有利于渗流稳定和减少通过坝体的渗流量，此外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。

但是，由于土料抗剪强度比用在其他坝型坝壳的料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其他坝型缓，填筑工程量比较大。

坝体施工受寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷及多雨地区的使用受限制。

2）斜墙坝。

由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上坝；土质斜墙靠在透水坝壳上，如果坝壳沉降大，将使斜墙开裂；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝便，斜墙与地基接触应力比心墙小，同地基结合不如心墙坝；断面较大，特别是上游坡较缓，坝脚伸出较远，填筑工程量较心墙大。

3）心墙坝。

用作防渗体的土料位于坝下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，这样便于分别从上下游上料，填筑透水坝壳，使施工便，争取工期。

心墙坝的优点还有：心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重通过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；当库水位下降时，上游透水坝壳中水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡；下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也可以设计得比较陡；在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；位于坝轴在线的心墙与岸坡及混凝土建筑物连接比较便。

由于土坝的地基适应性强，理论上说，这几类坝都可以选用，具体考虑到当地两岸的坝坡较陡峭，因此选用较能够适应陡峭坝坡地形的心墙坝作为首选坝型。

5.2坝体剖面设计土坝的剖面设计指坝坡、坝顶宽度、坝顶高程。

1）坝顶高程坝顶高程等于不同运行情况下的水库静水位加上超高d 之和，并分别按以下运用情况计算，取较大值：①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高d=风吹的壅高e+波浪爬高ha+安全加高δ6.01.1a )2(45.0h n m h c ⋅=——波浪的平均波高m ——坝坡坡率，初拟时取3；n ——坝坡护面糙率，干砌块护坡0.0275，浆砌块护坡取0.025，沥青和混凝土0.0155，本设计采用砌块护坡 由水电站公式{}])(7.0[13.0)(0018.0])(7.0[13.07.021227.0212c vgH th v gD th vgH th v gh =v ——多年平均最大风速，正常运行时取1.5-2.0倍，非正常运行时取v=10m/s ，非正常运行时取v=18m/s 。

D ——风的有效吹程D=8m H1——坝前的平均水深坝前水位壅高 2cos 2KV D e gH a =K ——综合摩阻系数，其值变化在（1.5～5.0）×10-3之间，计算时一般取K=3.6×10-3； v ——设计风速 D ——吹程，单位kma ——风向与水域中线（或坝轴线的法线）向的夹角。