水库水利枢纽工程初步设计(编辑修改稿)

水库水利枢纽工程初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

表 土料基本性质试验成果表 料场 天然湿密度 (g/cm3) 天然干密度 (g/cm3) 天然含水量 （％） 土粒比重 Gs 流限 WL 塑限 Wp 塑性指数 Ip 颗粒组成（％） 击实 渗透系数 K(cm/s) 不固结不排水剪 UU 固结不排水剪 CU 固结排水剪 CD 细粒沙 ＞ 粉粒~ 粘粒＜ 最优含水量 Wop 最大干容重 γdmax φ （度） C （ KPa） φ （度） C （ KPa） φ （度） C （ KPa） C3 ～ ～ ～ ～ ～ ～ n108 C4 ～ ～ ～ ～ ～ ～ n107 表 土料化学分析成果表 料场 易溶盐（﹪） 中溶盐（﹪） 难溶盐（﹪） 有机质（﹪） C3 C4 工程规模 地区社会经济发展概况 QA 灌区南北长 30 公里，东西宽 公里， QA 市居灌区中部，为行政公署、兵团农场管理局、铁路分局、吐 —哈 油田生产、科研、生活基地， QA 市人民政府所在地，是 QA地区政治、经济、文化的中心。 灌区内 2020 年总人口 万人，其中城市人口 万人，近郊区农业人口 万人 ,少数民族占 23%，农业种植面积 万亩，社会总产值 亿元，国民生产总值 亿元，工业总产值 亿元，农业总产值 亿元，国民人均收入 元。 根据灌区国民经济发展规划，灌区内的人口由现状年的 万人发展到 2020 年 万人， 2020 年 万人，农业种植面积由现状的 万亩，发展到 2020 年的 万亩，2020 年的 万亩；工业总产值由现状年的 亿元发展到 2020 年 25 亿元， 2020 年的 亿元。 工程兴建的必要性和迫切性 QA 盆地是新疆最缺水的地区，是干旱地区中的干旱地区，同时， QA 盆地又是一个相对封闭的绿洲经济区，水资源贫乏，境内调水又无可能，一方面是缺水，另一方面因建设资金缺乏，北部山区的山溪性河沟水资源开发利用不足，城市要发展，工业要发展，农业要发展，各业的发展都需要水，长期以来缺水严重制约着 QA 盆地经济的发展，也是 QA盆地的经济长期以来未能走出困境的关 键所在。 灌区具有优越的土地、光热资源优势，发展农业有广阔的前景，同时灌区内又有发展盐化工、石油化工、煤炭、电力等工业的基本条件和优势，仅拟建的石油化工提出的用水申请 ,即要求年供水量 2500 万吨。 根据 QA 流域规划中赋予 QA 水库的任务， QA 水库工程是满足灌区内城市工业供水、灌溉、生态、防洪等综合利用要求的整个系统中起着极为重要和不可替代的作用。 因此，兴建 QA 水库工程非常必要，非常紧迫。 工程规模 QA 水库的主要任务是，保证石油化工用水，改善灌区的灌溉条件，调剂生态用水，减少流域内地下水的开采量，兼 顾防洪。 工程兴建后可以向石油化工年提供水量 106 m3，向灌区年供水 106 m3，全年供水 106 m3，改善灌溉面积 104亩。 根据流域规划中 QA 水库承担的主要任务，经灌区水土平衡计算，确定水库的兴利库容为 106m3。 经水库泥沙淤积计算，确定水库死库容 106m3，相应死水位。 则水库库容为 106m3，相应正常蓄水位。 根据规范 SL2522020，本工程等级为三等工程，主要建筑物级别为 3 级，临时建筑物为 5 级。 整个枢纽主要由拦河大坝、导流兼放水洞、溢洪道三大建筑物组成。 水库泥砂淤积 QA 河多年平均输 沙 量为 104t，径流含沙量 ， 属少沙河流 ， 经计算106 m3的淤积库容淤积年限超过 55 年。 施工条件 施工控制性参考指标 坝基开挖速度 2～ 4m/月或石方开挖为 2～ 3 万 m3/月；基坑排水下降速度 1m/昼夜；混凝土防渗墙施工，冲击钻钻孔为 1～ ，成墙上升速度 2m/小时，帷幕灌浆（自下而上法），钻机钻灌浆孔为 ～ ，灌浆为 2～ 5 m/台班，固结灌浆比帷幕灌浆快一倍；坝体填筑强度 8～ 15 万 m3/月；混凝土面板浇筑强度（滑模施工） ～ 2m/小时；混凝土浇筑强度 3～ 6 万 m3/月；隧洞掘进速度 60～ 120m/每工作面 .月。 第三章 工程 等别及建筑物级别 根据 SL2522020《水利水电工程等级划分及洪水标准》之规定，水利水电工程按其工程规模，效益和在国民经济中的重要性分为五等，综合考虑水库的总库容、防洪库容、灌溉面积等，工程规模由库容决定，由于该工程正常蓄水位为什么 ，库容为 900 万m3，介 于 ～ 亿 m3 之间， 则可将该工程级别定为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物为 3 级，次要建筑物为 4 级，临时建筑物为 5 级。 第四章 防洪标准及调洪演算 防洪标准 根据工程规模及其在国民经济中的作用，按《水利水电工程等级划分及防洪标准》SL5252020，水库永久性建筑物设计洪水标准为 50 年一遇标准，校核洪水标准为 1000 年一遇标准。 调洪演算 设计洪水过程线 根据资料现在设计洪峰流量和坝址处水文站的单位洪水流量过程线，故本次设计洪水过程线采用以洪峰控制的同倍比 放大法对典型洪水进行放大，分别得设计洪水过程线与校核洪水过程线。 设 计洪水过程线成果见表 表 QA水利枢纽工程坝址处设计洪水过程线 △ t(2h) 时间 设计洪水 校核洪水 △ t(2h) 时间 设计洪水 校核洪水 0 7 日 00： 00 62 14:00 2 02:00 64 16:00 4 04:00 66 18:00 6 06:00 68 20:00 8 08:00 70 22:00 10 10:00 72 10 日 00： 00 12 12:00 74 02:00 14 14:00 76 04:00 16 16:00 78 06:00 18 18:00 80 08:00 20 20:00 82 10:00 22 22:00 84 12:00 24 8 日 00： 00 86 14:00 26 02:00 88 16:00 28 04:00 90 18:00 30 06:00 92 20:00 32 08:00 94 22:00 34 10:00 96 11 日 00： 00 36 12:00 98 02:00 38 14:00 100 04:00 40 16:00 102 06:00 42 18:00 104 08:00 44 20:00 106 10:00 46 22:00 108 12:00 48 9 日 00： 00 110 14:00 50 02:00 112 16:00 52 04:00 114 18:00 54 06:00 116 20:00 56 08:00 118 22:00 58 10:00 120 12 日 00： 00 60 12:00 调洪演算原理 根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。 水量平衡方程为 122121 22 VVtqqt  () 式中 Q1—— 时段 t 始的入库 流量， m3/s； Q2—— 时段 t 末的出库流量， m3/s； V1—— 时段 t 始的水库蓄水量， m3/s； V2—— 时段 t 末的水库蓄水量， m3/s； t —— 计算时段，。 根据水库入库洪水过程线，式中 Q1， Q2均为已知， V q1 则是计 算时段△ t 开始时的初始条件，未知数有两个（ V q2） ，对 V q2进行试算。 联合另一方程： q2=f(H)= () 式中 A系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，A=(2g)1/2； m流量系数； B堰顶高度； b指数，对于堰流一般为 3/2。 由式 ()和式 ()联立 ,就可解出 q2， V2两个未知数，用两个公式调洪计算的方法很多， 常用试算法和 半图解法。 本设计中采用 试算法。 利用 Excel 图表分别绘制出 P=%和 P=2%各个时段来水流量和下泄流量曲线图，两曲线相交点即为校核洪水位、设计洪水位。 2. 基本数据 由于该溢流堰不设闸门，故 根据资料可知，该水库的起调水位高程为 米，其相应的库容为 900 万立方米。 计算结果详见计算书 第五章 坝 型 选择 与枢纽布置 坝型选择 根据各坝型的特点结合所给 QA 水库库区地质资料进行 如下坝型比选： 坝型一：重力坝 重力坝是一种古老而且应用广泛的坝型 ,它因主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持稳定而得名。 重 力坝的结构简单 ,施工方便 ,抗御洪水能力强 ,抵抗战争破坏等意外事故的能力强 ,工作安全可靠 ,至今仍广泛使用。 重力坝的工作原理 重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的作用下 ,主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力 ,以满足稳定的要求 ,同时 ,也靠坝体自重在水平载面上产生的压重力来抵消由于水压力所引起的拉重力 ,以满足强度的要求。 其基本剖面为上游近于垂直的三角形剖面 ,眼垂直轴线方向常没永久伸缩缝 ,将坝体分成若干独立工作的坝段 ,坝体剖面较大。 重力坝的特点 重力坝之所以能长久地被 采用，主要是因为它具有以下几大优点：。 重力坝的断面大 ,筑坝材料抗冲刷能力强 ,适用于在坝顶溢流和坝身设置泄水孔。 在施工期可以利用坝体或底孔导流。 枢纽布置方便一般不需要另设河岸溢洪道或洪隧洞。 在意外情况下 ,即使从坝顶少量过水 ,一般也不会招致坝体失事 ； ,结构简单 ,施工技术比较容易掌握。 坝体板样 ,立模和混凝土浇筑和振捣都比较方便 ,有利于机械化施工 ； ，应力较小，筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗水的渗漏、洪水漫顶、地震和战争破坏的能力都比较 强 ； 、地质条件适应性强任何形状的河谷都可以修建重力坝，因为坝体作用于地面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低 ； ，也可以在坝内设置泄水孔，一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑 ； f． 结构作用明确重力坝沿坝轴线用横缝分成若干段，各坝段独立工作，结构作用明确，应力分析和稳定计算都比较简单。 但是，重力坝也有下面一些缺点： a． 坝体剖面尺寸大，水泥用量 多； b． 坝体应力较低，材料强度不能充分发挥 ； c． 坝体与地基接触面积大，因而坝底的 扬压力较大，对稳定不利。 d． 坝体体积大，施工期混凝土的温度应力和收缩应力较大，在施工期对混凝土温度控制的要求较高。 坝型二：拱坝 拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用 将水压力 的全部或部分传给河谷两岸的基岩。 与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。 拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。 因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。 拱坝特点： (1)优点：拱坝利用拱的作用将荷载传至两岸，充分利用了材料的搞压性能，故 拱坝可做得比较薄，大大节省混凝土方量，从而节省造价。 此外，拱坝还可以在坝身开孔解决泄流问题，不需另外修建溢洪道，坝体重量轻，抗震性能好。 (2)缺点： 几何形状复杂，施工难度大。 施工导流需一次断流，工另开导流隧洞。 拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。 地质条件 建造拱坝的地形条件是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，砰面上为向下流收缩的峡谷地段，如 V形和 U形河谷。 坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。 理想的地质条件是基岩均匀单一、完整稳定、强度高、刚度大、透水性小和耐风化。 此外，拱坝要求两岸 坝座附近河岸边坡岩体稳定，整体性好，没有大的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的压缩变形。 坝型三：土石坝 土石坝特点 (1)优点 ： ，节省钢材﹑水泥﹑木材等 建筑材料 ，减 少了建坝过程中的 远途 运输。 ，便于维修和加高﹑扩建。 c． 坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。 d． 施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。 (2)缺点 ： 坝身一般不能 溢流 ，。