清水江水利枢纽工程设计

1设计基本资料清水江是我国的一条河流，根据流域规划拟建一水电站。

现对清水江水利枢纽进行设计，其基本资料如下。

1.1水文1.1.1 流域概况清水江是沅水的上游主流河段，沅水是洞庭湖水系四水之中水能资源最丰富的河流。

流域大致呈东西长、南北短的长方形。

流域地势西南高而东北低，海拔高程在200．00～1800．00m之间，周边东部与北部分水岭高程在600．00～800．00m，其余流域边界高程均在1000．00m以上。

清水江有南北二源，南源马尾河，发源于贵州省某县境斗篷山南麓，流经都匀等至岔河口，全长174km，流域面积2708km2；北源重安江出自某县之水头，流经福泉等至岔河口，河长144km，流域面积2799km2。

两源于岔河口汇合后称清水江，河流向东先后纳诸河后至湖南省境内，与渠水汇合后称沅水。

主流河长485km，流域平均宽度约69km。

该坝址位于贵州省某县境内，下距某县约2．8km，控制流域面积16530 km2。

上距梯级电站56．3km，下距梯级电站56．2km，控制流域面积16530km2。

流域内植被状态良好，多为杉、松等用材林覆盖。

1.1.2气象特性清水江流域属副热带季风气候区，暖湿多雨，冬冷夏热，四季分明。

流域内设有多个气象站，观测有气温、降水、蒸发、风力、风向等气象要素。

坝址以上流域多年平均气温15．3℃，极端最高气温为39．1℃，极端最低气温为－13．1℃，历年月平均气温以1月份最低，为4．4℃，7月份最高，为24．9℃；多年平均降雨量为1279mm。

一般每年4月份进入雨季，8月份以后雨量逐渐减少，4～8月份降雨量较集中，约占全年雨量的68％，其中5～7月份占46％，多年平均降雨日为183．5d；多年平均水面蒸发量1240．6mm；多年平均相对湿度81％；多年平均风速介于0．8～3．0m/s之间，历年实测最大风速28．6m/s，相应风向为北风。

坝址处无实测气象资料，距坝址较近的某气象站，直线距离约28km，坝址气象要素特征值采用该气象站统计，河流水温采用上游干流水文站资料统计。

成果见表1－1。

表1-1 坝址气象要素特征值表清水江干流、支流先后均设有若干站，沅水干流、支流先后设有一些站，是该水电站工程水文分析计算的主要依据站。

为满足工程设计的需要，某设计院在坝址河段设立了3组水尺，观测水位资料。

1.1.4 径流该水电站坝址河段无实测径流资料，坝址径流采用上下游、干支流控制水文站径流插补计算。

清水江径流由降水形成，径流特性与降雨特性一致，4～8月份为汛期，该坝址4～8月份水量占全年水量的68．8％，其中5～7月份占49．7％，平枯水期（9月～次年3月）径流量仅占全年的31．2％。

月平均流量1月份最小为119m3/s，6月份最大为809m3/s。

径流年际变化较为稳定，多年平均流量为359m3/s，相应多年平均径流量为113．2％，最大年平均流量558m3/s，最小年平均流量217m3/s，最大、最小年平均流量分别为多年平均流量的1．55倍和0．6倍。

1.1.5 洪水清水江流域洪水由暴雨形成，暴雨一般出现在4～10月份，大暴雨集中在5～7月份。

年最大洪水自4月至10月份各月均可出现，但主要集中在汛期5～8月份，占总数的87．7％，其中5～7月份出现次数最多，约占77．2％。

该坝址以上洪水以单峰型居多，一次洪水过程一般为3～7d。

该坝址无实测水文资料，坝址设计洪水依据上下游、干支流水文站设计洪水成果，考虑有关工程设计成果，由地区综合法推求。

该坝址设计洪水如表1－2。

表1－2 坝址各频率年最大洪水成果表该坝址无实测泥沙资料，坝址泥沙特征值由干支流、上下游测站及工程设计资料推算，与梯级电站等上下游工程一致，泥沙系列采用1963～1991年。

该坝址多年平均输沙量232万t，多年平均含沙量0．216kg/m3，最大年输沙量964万t，最小年输沙量49．5万t。

1.1.7 坝址水位流量关系该水电站坝址等设计断面Z～Q关系以相关水文站为依据站，通过水位相关、高水延长计算推求。

坝址水位流量关系见表4－2。

1.2 地质1.2.1 区域地质概况该水电站位于清水江下游河段，为苗岭山脉与雪峰山西南余脉组成的中低山、低山地形，以低山丘陵垄脊宽谷地貌为主，受风化剥蚀山顶浑圆，山脉的延伸与构造线一致，多为北东向，高程一般在300．00～800．00m；区内发育3级夷平面和多级阶地。

河谷多为“U”型谷，河谷高程190．00～300．00m，河道蜿蜒曲折，河床礁滩密布，坡降大，河流冲积物不发育；干流两岸阶地不甚发育，一般为带状基座阶地。

清水江流域梯级电站区内出露地层为第四系、第三系、白垩系、二叠系、震旦系、前震旦系，以前震旦系上板溪群最为发育。

本区大地构造单元属扬子准地台的江南台隆次级构造单元。

从大地构造体系来看，位于新华夏系雪峰山褶皱隆起带西南端，隶属雪峰－武陵复式背斜。

基本构造为华夏系构造，主干构造为北东向压性构造。

本区地质构造主要表现为大面积间歇抬升，断块差异性活动明显。

流域内以加里东期褶皱为主，表现形态为巨型复式褶皱，属北东向构造，为图区最显著的构造形迹，但多数被断裂错切、破坏。

燕山期褶皱多为宽缓的短轴背、向斜。

流域内断裂构造发育，主要形成于加里东期，部分属燕山期和挽近期，部分断层具有多期性，以北东组为主。

根据中国地质局1︰400万《中国地震动参数区划图》（BG18306－2001），该水电站的地震动峰值加速度小于0．05g，地震动反应谱特征周期为0．35s，相应地震烈度小于6度，区域构造稳定性好。

1.2.2 水库工程地质水库区出露地层均为前震旦系上板溪群拉缆组，均由板岩、长石砂岩等相对不透水的区域浅变质岩组成，岩性较单一。

水库渗漏：水库位于清水江的下游中低山、低山区，库岸山顶高程达400．00～500．00m，山势雄厚，构成封闭的水库地形；库盆由相对不透水的地层岩石组成，库岸地下水位高于水库正常蓄水位300．00m。

库区虽有破坏性较大的溪口断裂将库岸切断并通向库外，但属压性，断层通过分水岭地段，地下水位远高于水库正常蓄水位，因此，不会导致水库向邻谷渗漏。

库岸稳定：坝址至远口段两岸为低山丘陵垄脊宽谷地貌，山体呈浑圆状，阶地较发育，水库蓄水后阶地将被淹，其后缘与岸坡接合部的表部覆盖层及强风化岩体在库水影响下产生浅层坍滑和岸坡再造现象，阶地分布之外，岸坡以斜向岩质边坡或反向岩质边坡为主，仅局部为顺向岩质边坡，边坡稳定性一般较好。

远口至库尾段，左岸为中低山台地峡谷地貌，右岸为低山丘陵垄脊宽谷地貌，两岸阶地不发育，岸坡以岩质边坡为主，大部分边坡由板溪群的硬质岩石组成，边坡稳定性较好。

水库淤积：两岸主要为岩质边坡，组成岸坡的岩石主要为中硬、坚硬岩石，抗风化能力强。

库区植被良好，第四系沉积物不发育，固体径流来源少，水库淤积轻微。

水库诱发地震：库区位于完整性较好的稳定地块上，不存在发生强震的活动断层。

水库不具备产生水库诱发地震的地质构造背景。

因此本工程无高于本地区地震基本烈度的水库诱发地震的可能。

1.2.3坝段工程地质坝段位于清水江下游某镇的坪内村长约2．7km的河段，下距该镇1～3．7km。

坝段大致以兰溪口为界，以上为上坝址，以下为下坝址。

地形地貌：坝段内河谷为“U”型河谷，河流进入坝段后逐渐向北西方向偏转，以345°方向流经上坝址，然后在兰溪口附近逐渐向NW偏转，以296°方向流经下坝址，平面上河流呈弧形。

上坝址河谷开阔，宽210～260m，河道顺直，主流偏右岸，水深2～5m，河床左侧为浅滩，水面宽60～100m；下坝址河谷较窄，河谷宽140～170m，主流偏左岸，主河槽水深10～13m，宽55～80m，河床右侧为礁滩。

两岸为低山丘陵区，山体呈浑圆状，山顶高程310～410m，河谷岸坡比高一般60～150m，两岸自然边坡坡度25°～40°。

两岸冲沟发育，地形较零乱，大部分地形不对称。

大部分山脊和冲沟相间出现，沿岩层走向发育。

坝段中部右岸受兰溪切割而成单薄的条型山脊，沿北西方向分布一狭长垭口，沿该垭口方向有贵州至湖南的公路穿过。

地层岩性：区内分布的地层，有前震旦系上板溪群拉缆组第三段（P tbn2L3）的灰色条带状细砂质板岩、粉砂质板岩，呈中厚层状；第四段(P tbn2L4)的长石石英砂岩、砂岩夹少量砂板岩、细砂岩；第四系的河流冲击物、阶地堆积物、残坡积物、崩坡积物、崩积物和地滑堆积物。

坝段内拉缆组第三段地层总体上为岩性单一的板岩，颗粒较细，主要由绿泥石、石英、绢云母矿物组成，属板状构造，岩体岩层较发育。

拉缆组第四段为一套浅变质的砂岩、砂板，岩性坚硬，层面不发育。

地质构造：坝段位于新华夏系第三隆起带的南段，处于兴隆向斜的北西翼，NE向褶皱、NWW向断裂两组构造形迹构成了坝段内的构造的基本骨架。

岩石（体）物理力学性质：试验成果表明，上坝址P tbn2L3－1、P tbn2L3－2岩组除个别岩样受陡倾结构面的影响而使其饱和抗压强度偏低外，其余均为中硬至坚硬岩石；下坝址P tbn2L3－3、P tbn2L4－1岩组均属坚硬岩石。

根据岩石试验成果，类比有关工程，2个坝址的岩体物理力学指标建议值如表1－3。

表1-3岩体物理力学指标建议值1.2.4.1上坝址工程地质上坝址大坝轴线拟定在左岸⑤号冲沟和右岸⑩号冲沟的上游侧山坡，地形较对称，设计正常蓄水位300．00m时，河谷宽434m。

左岸地形坡度为22°～38°，右岸地形坡度为30°～40°，右岸地形较左岸要陡，右坝肩上下游侧分布2条深切的冲沟（⑧、⑩号冲沟），地形单薄。

左岸分布Ⅱ级阶地，宽35m，地面高程266m，右岸Ⅱ级阶地不发育，仅宽4m，Ⅰ级阶地宽36m。

坝址基岩为上板溪群拉缆组第三段（P tbn2L3）的灰色、浅灰绿色条带状细砂质板岩、粉砂质板岩，中厚层状、厚层状；坪内背斜轴线于坝址中部斜穿两岸，其上游侧岩层产状为N45°～70°E，SE∠35°～65°，倾向上游微偏右岸，属横向谷；下游侧岩层产状为N70°～85°E，NW∠17°～25°，倾向下游，属横向谷。

代表坝线位于坪内背斜轴部上游侧220～280m，为单斜地层，岩层倾向上游，属横向谷；岩层发育少量软弱夹层，以破碎夹层为主，局部见少量破碎夹泥层，厚度一般在0．5～2．0cm，其中左岸较右岸相对发育。

但由于岩层横切河床，倾向上游，倾角35°～65°，因此坝基软弱夹层对大坝抗滑稳定影响较小；坝址区无大的断层构造，发育8条小断层。

坝区岩体强风化带下限埋深，左岸为10～19m，右岸为10～27m，河床砂砾石层以下，多为弱风化岩石。