片上水库毕业设计

1 枢纽概况及工程目片上水库是河海流域大清支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。

水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。

拒马河发源于省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至房山县坊镇流入平原，并分南北两支。

南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。

拒马河位于太行麓，流域面积约10000km2。

地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。

山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。

仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。

平原河槽较窄，坡度很缓。

本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。

本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、生活及工业用水提供水源。

枢纽建筑物包括主坝、付坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。

2 设计的基本资料2.1 地形、地质条件2.1.1库区地形图2-1 片上水库河谷断面图2.1.2 库区工程地质条件本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表2.1。

此外尚有燕山期辉绿岩墙侵入体。

表2.1 地层厚度及岩性辉绿岩和片岩透水性甚微，是本区相对隔水层。

本区构造，普遍发育有两组构造裂隙，一组为走向北东70度左右，一组为走向北西300-340度，均为陡倾角裂隙。

本区地震烈度为7度。

2.1.3 坝址区工程地质条件（1）河床覆盖层河床宽600余米为第四系冲积砂卵石层所覆盖，厚度为15-28m，靠左右岸边各有一冲蚀槽，左侧为古河床，以卵石层为主。

地下水位约为105-106m。

通过抽水试验，渗透系数K最小为2.74×10-4m/s，最大8.56×10-3m/s，一般为（2.31~5.79）×10-3m/s，砂卵石层须防渗处理。

在砂卵石层中，有砂质黏土及细沙夹层。

砂质夹层分布在坝线下游02钻孔附近，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，这些夹层顺河方向延伸稍长，以窄条带状分布在古河床西侧漫滩边缘和古河床死洼处。

河床右岸发现有含碎石、卵石的砂质黏土层，在基岩面上部，属岩石的风化残积层，厚度约1-2m。

总观，这些夹层分布围不大，厚度较薄，一般位置较深，因此对坝体稳定影响不大，但应摸清具体分布围，论证其对坝体稳定的影响和确定处理措施。

（2）岩溶、渗漏问题从岩性看，本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。

据钻孔分析，本区岩溶发育，一是在坝址区高程70-90m较多发育，二是在片岩层的上下层面处较多发育，但溶洞很少，也很小。

深层岩溶问题是不存在的，主要表现为岩溶裂隙。

据压水试验，坝基岩石透水性较大，单位吸水量算术平均值为3.2升/分，大值平均值为14.5升/分，对坝基渗漏不利。

但在坝下基岩中第2层绢云母片岩，在坝下普遍分布，厚度3-7m，没有间断现象，隔水性好，是防渗的有利条件。

不存在顺河断层。

坝基防渗处理时，河床砂卵石层宜做防渗墙，其下第2层片岩出露部分风化较严重，宜进行帷幕灌浆，伸入基岩3-5m，至新鲜岩层处。

两岸帷幕灌浆处理深度，左岸宜20-60m（伸入基岩），右岸岩石透水性较小，平均处理深度可为25m。

（3）地下水动态据地下水位观测，坝址区地下水位坡降较小，在右岸为地下水补给河水。

但左岸地下水有一“凹陷带”，从钻孔资料看，主要是因为该段为古河床主流线部位，砂砾石层中孤石较多，因而透水性大，致使该段地下水位稍低。

考虑两岸地下水位较低，一般工程在106-110m左右，因此存在绕渗问题，建议适当向两岸适当延长帷幕线，以减少绕渗量。

特别是右岸，为防止渗流改变工程地质条件，建议筑坝帷幕与溢洪道帷幕相接，使其连成一体。

（4）左岸崩—坡积物的工程地质条件左岸坝肩部分，分布有一崩—坡积物，顺河方向长约1000余米，宽约120余米，表面以30°坡倾向河谷。

在高程140m处厚度最大，约47m，以上逐渐变薄。

坡积物下基岩地形呈阶梯状。

坡积物主要为土、碎石及大块石，从表层坑井看，土的含量较多，约占50%形成图夹碎石和块石，碎石、块石不起骨架作用，只局部地段块石较多。

经试验分析知，属中等失陷性，浸水下沉问题不严重，但厚度较大，总下沉量也是不小的。

野外试验变形模量值（算术平均值）为681kg/cm2，压缩性不严重。

渗透系数为1×10-5m/s，下部透水严重。

因此筑坝时可以不挖除，但必须做好防渗处理以免蓄水后因渗漏恶化其工程地质条件。

（5）其他建筑物的工程地质条件垭口——付坝大坝右岸有一垭口，谷底高程141.0m，谷底宽60m，谷底覆盖砂质黏土，厚度6-8m。

在坝高192m高程处，谷宽230m。

谷底右侧沿断层有辉绿岩墙侵入体，走向为北西330-340°，倾向南西，倾角80°，宽52m。

辉绿岩风化严重，全风化带厚约10m，半风化带厚约15m，单位吸水量约0.09-4.3升/分。

垭口右侧岩层走向北西340°，倾向北东，倾角10°，在高程145-157米处分布有两层片岩，下边一层已滑石化，极软弱，遇水崩解。

垭口左侧岩层走向近南北，倾向东，倾角10°，在高程185.5-138米处，有两层片岩分布。

据上述地质情况，垭口为一断层，不利地质条件比较集中，承载力低，抗滑稳定性较低，修建砼溢洪道不利，而在此修建土石付坝问题不大。

但应进行防渗处理，建议处理深度：右侧一般30m，左侧一般15-20m，断层与辉绿岩墙侵入体接触带处处理深度不小于50m。

2.2 水文与水利规划2.2.1 气象本流域处于山区，夏季炎热多雨。

附近坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6℃，年气温变化较大，最高温度达43.5℃，最低温度-26℃。

降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。

由于天气系统及地形抬升的相互影响，坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm 的暴雨。

暴雨过程一般为2-3天。

2.2.2 水文分析(1) 洪水本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。

较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。

据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍。

三天洪量最大为5.67亿立米（1963年），最小洪量0.08亿立米（1965年）相差77倍（实测洪水系表列从略）。

本流域调查到的最大洪水为1801年，经计算得洪峰流量为20000m3/s 。

考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，取19000m3/s 作为校核大坝的非常洪水，以校核水位190.1m ，取1140m3/s 作为设计洪水流量，相应水位186.8m ，依次选定泄水建筑物尺寸。

洪水实测资料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分别为9920m3/s 和4200m3/s ，以1963年、1956年的的平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算得设计洪水、校核洪水过程线（见图2.2）。

1234历时（日）50500010000150002000025000流量（m3/s)校核洪水设计洪水片上水库设计、校核洪水过程线图2.2 片上水库设计、校核洪水过程线(2) 年来水量本水库上游拟建紫荆关水电站，年径流按紫荆关-坊站区间的径流量计算，紫-区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。

(3)年输沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。

据实测资料计算，紫-区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%。

经计算，紫荆关水电站建成后，本水库多年平均来沙量为55万吨。

2.2.3 水库特征值 （1）设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本水库设计洪水位定位186.8m（P=1%），相应库容为6.09亿m3。

（2）校核洪水京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。

考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿m3。

（3）死水位本库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水要求，确定为130.0m。

（4）汛限水位根据下游河道现有行洪能力，按1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过下游河道泄洪能力；遇校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；水位达到190m时，相应泄量为18000m3/s。

根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿m3，设计洪水位至190m库容0.56亿m3。

故总防洪库容为3.54亿m3，相应汛限水位为167.5m。

1）兴利调节本库工业需水4.0m3/s。

农业灌溉毛定额为400m3/亩。

水库蒸发损失350万m3/年。

依据紫-区间多年实测径流量，加上紫荆关水电站汛期弃水量，进行径流调节计算，由时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量如图2.3及表2.2所示。

1020304050607080901001.02.03.04.05.06.07.0保证率(%)流量（m3/s）片上水库流量保证率曲线调节后调节前图2.3 片上水库流量保证率曲线表2.2 调节流量表按表1.1调节后，平水年可用于灌溉的水量为3.27亿立米，按毛灌溉定额400立米/亩计算，可灌溉82万亩，遇到枯水年，则可灌溉49万亩。

2）水电站片上水库兴利任务，主要是农业灌溉和工业供水，发电服从灌溉和工业供水，在灌溉和工业引水出口各修建一水电站，利用灌溉和工业供水发电。

灌溉供水电站为季节性发电，引水流量33m 3/s ，采用2台机组，总装机容量1.6万千瓦。

电站尾水位为105.0~109.6m 。

工业给水结合发电，引水流量为4m3/s ，装机2台机组，总装机容量2500千瓦，电站尾水水位为110.3m 。

由于水头变化围较大，库水位在149m 以下时，工业用水用旁通管下泄，此时机组可进行检修。

3）工程等级及地震烈度本工程为大二型，主要建筑物：拦河坝、溢洪道、隧洞、厂房、引水洞为2级建筑物。