黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

黑河心墙坝枢纽布置及安全监测设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

......................................................................................... 91 1 第 1 章 工程概述 工程概况 金盆水库位于陕西省黑河峪口以上约 ，距西安市 86km。 黑河水利枢纽工程位于陕西省西安市周至县境内，是渭河支流黑河上的一项综合利用水利枢纽，根据流域规划和西安市社会经济发展需要，其开发任务是以城市供水为主，兼有农灌、发电、防洪等综合利用的大 (Ⅱ )型水利工程。 该枢纽是继黑河引水一期开发建成后，为确保黑河引水工程全面发挥效益，促进先经济发展，保证社会稳定，改善投资环境而兴建的关键性 工程，是西安人民的“生命线”工程，被陕西省委、省政府列为全省基础设施建设项目的重中之重。 本次设计确定大坝坝顶高程为 ，正常蓄水位为 594m，总库容为 亿 m3。 枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站及古河道防渗工程等建筑物组成。 工程建成后，每年可供给西安市城镇和工业用水 亿 m3，基本解决西安市的供水问题，农业年供水量 亿 m3，可使 37万亩的农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充；一级水电站装机 ，多年平均发电量 亿 KW*h；由于水库的滞洪和削峰作用，可将百年一遇 的洪水减为二十年一遇，对下游防洪起到良好的作用。 本工程的综合经济效益显著，对促进西安市社会发展具有战略意义 1。 工程特征表 根据设计规定 2，工程相关特征统计如表 11 所示： 表 11 工程特征表 名称 项目 单位 数量 备注 水文特征 设计洪量 m3/s 8000 （ P=％） 校核洪量 m3/s 5100 （ P=％） 2 续表 11 工程特征表 名称 项目 单位 数量 备注 水库特征 正常蓄水位 M 594 设计洪水位 M 校核洪水位 M 防洪限制水位 M 592 死水位 M 520 总库容 亿 m0 调洪库容 亿 m1 死库容 亿 m2 兴利库容 亿 m3 大坝 地震烈度 度 7 坝顶高程 M 坝顶长度 M 防浪墙顶高程 M 最大坝高 M 溢洪洞 堰顶高程 M 585 最大泄流量 m3 隧洞形式 表孔溢流式隧洞 隧洞长度 M 消能方 式 调流消能 泄洪洞 进口高程 M 515 最大泄流量 m3 隧洞形式 深孔无压式隧洞 隧洞长度 M 消能方式 调流消能 引水建筑物 设计引用流量 m3/s 最大引用流量 m3/s 33 隧洞形式 压力隧洞 隧洞尺寸 M R= 消能方式 调流消能 闸门 工作门 弧形闸门 事故检修门 叠梁门或平板钢闸门 3 设计说明 设计阶段 本毕业设计为黑河心墙坝枢纽布置与安全监测设计 ，其中枢纽布置为初步设计阶段；而土石坝设计需达到施工图设计阶段。 设计任务 （ 1）了解工程概况，熟悉设计所需的地形、地质、水文等基本资料； （ 2）进行工程枢纽整体布置，确定坝轴线位置和泄水、排沙、取水、发电等建筑物的位置、形式和尺寸。 要求拟定出至少两个不同的方案并进行综合分析比较，最终选定一个方案进行深入设计。 （ 3）进行调洪计算与分析，确定设计、校核工况下的相应泄流量和水库设计洪水位、校核洪水位等特征水位，确定特征库容，在此基础上完成整体枢纽平面布置。 确定特征水 位时，可根据具体情况采用同倍比（或同频率）放大法，绘制出两条 Qt 曲线，并运用半图解法求出设计、校核情况下的相应最高洪水位。 （ 4）拟定大坝横断面形式与尺寸，进行坝体稳定分析和强度计算。 （ 5）拟定泄水建筑物的形式与尺寸，并进行相关水力计算，确保设计与校核情况下的安全泄洪能力。 （ 6）拟定排沙、取水等其它建筑物的形式和尺寸，并进行相关结构计算和设计。 （ 7）进行大坝、泄水等枢纽建筑物的结构设计和细部设计。 （ 8）进行专题深入部分（ 安全监测 ）的设计，从经济、安全、施工、运行管理等方面综合考虑，对黑河心墙坝工程的溢洪洞进行深入设计。 （ 9）绘制并提交设计图纸 6~8 张。 要求所有设计图纸（包括枢纽平面 4 布置图、大坝典型横剖面图、上游立视图、下游立视图、泄水建筑物及消能设施的纵、横剖面图，各主要建筑物的细部设计图，专题深入部分细部设计图等）均采用 AutoCAD 绘制。 建筑物级别 为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安 全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模、效益极其在国民经济中的重要性进行分等。 再根据枢纽中各水工建筑物的作用大小及重要性，对建筑物进行分级。 在设计和施工中，对不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术方面则区别对待 3。 具体划分依据为中华人民共和国行业标准SL2522020 《水利水电工程等级划分及洪水标准》中的有关规定确定。 结合枢纽任务（供水、灌溉、发电、防洪），考虑水库库容（最大库容）、 供水对象重要性、防洪要求（保护重要城市），根据表 13，确定黑河水利枢纽定为Ⅱ等大（ 2）型工程。 根 据表 12 永久性水工建筑物级别，及表 14 水库大坝提级指标 4，本枢纽为Ⅱ等，其主要建筑物（大坝、溢洪洞、泄洪洞） 属于 1 级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于 2 级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于 3 级。 根据枢纽等别和建筑物级别，根据表 15 山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准，确定本枢纽的设计洪水标准为 500 年一遇，校核洪水标准为 10000 年一遇。 表 12 永久性水工建筑物级别 工程等别 主要建筑物 次要建筑物 Ⅰ 1 3 Ⅱ 2 3 Ⅲ 3 4 Ⅳ 4 5 Ⅴ 5 5 5 表 13 水利水电工程分等指标 工程等别 工程规模 防洪 治涝 灌溉 供水 发电 水库总库容（ 108m3） 保护 对象的重要性 保护农田（ 104亩） 治涝面积（ 104亩） 灌溉面积（ 104亩） 供水对象重要性 装机容量（ WM） Ⅰ 大（ 1）型 ≥10 特别重要 ≥500 ≥200 ≥150 特别重 要 ≥120 Ⅱ 大（ 2）型 10～ 重要 500～ 100 200～ 60 150～ 50 重要 120～ 30 Ⅲ 中型 ～ 中等 100～ 30 60～ 15 50～ 5 中等 30～ 5 Ⅳ 小（ 1）型 ～ 一般 30～ 5 15～ 3 5～ 一般 5～ 1 Ⅴ 小（ 2）型 ～ ＜ 5 ＜ 3 ＜ ＜ 1 表 14 水库大坝提级指标 级别 主要建筑物 坝高 2 土石坝 90 混凝土坝、浆砌石坝 130 3 土石坝 70 混凝土坝、浆砌石坝 100 表 15 山区、丘陵区水利水电工程水工建筑物洪水标准 运用情况 水工建筑物级别 1 2 3 4 5 洪水重现期 设计情况 1000～ 500 500～ 100 100～ 50 50～ 30 30～ 20 校核情况 土石坝 可能最大洪水或10000～5000 5000～2020 2020～1000 1000～300 300～ 200 混凝土坝、浆砌石坝 5000～ 2020 2020～1000 1000～500 500～ 200 200～ 100 设计依据 SL252－ 2020 《水利水电工程等级划分及洪水标准》 6 SL274－ 2020《碾压式土石坝设计规范》 SL203－ 97《水工建筑物抗震设计规范》 SL297－ 2020《水工隧洞设计规范》 SL253－ 2020《溢洪道设计规 范》 DL5077－ 1997《水工建筑物荷载设计规范》 7 第 2 章 水文气象资料 流域水文概况 流域概况 黑河为渭河南岸较大支流 ,位于东经 107176。 43′～ 108176。 24′ ,北纬 33176。 42′～ 34176。 13′之间 ,属黄河二级支流 ,发源于秦岭太白山北麓 ,由西南流向东北 ,至周至县马召镇附近出峪 ,向东北汇入渭河 ,流域面积 2258 Km2,干流总长 Km，河道平均比降 ‰。 流域最高为太白山主峰，海拔 3767米，流域分水岭平均高程海拔 2400m。 黑河流域为扇状，东西最大宽六十余公里，主要支流有 陈家河、大蟒河、清水河、太平河、扳房子河、虎豹河、王家河等（支流多汇集于右岸，右岸支流集水面积约为左岸的三倍），陈家河以下黑河干流较为顺直，无较大支流汇入，流域平均宽度约六公里。 峪口以上干流长 ，控制流域面积 1481Km2，约占全流域面积的65%，干流经高山深谷，河床比降大，约为 ‰。 峪口以上为秦岭林区，流域内植被良好，森林覆盖率为 %，含沙量小，水质无污染，符合国家饮用水标准 5。 黑河流域于 1938 年 10 月在黑峪口设立水文站，基本断面位于峪口黑惠渠首上游 800 米处，即黑峪口（二）站 ， 1939 年内下移 500m，又恢复至（二）断面， 1966 年下移 100 米，即黑峪口（三）断面，观测至今，黑河水库水文站基本断面位于黑惠渠首上游 700m 处。 累计观测资料 47 年。 黑河流域先后设有 13 个雨量站，系列长短不一，早在 1940 年黑峪口水文站就有雨量观测资料， 1953 年设立板房子雨量站， 1954 年设立小王涧雨量站， 1955 年设立金井、老水磨、庙哑子、厚畛子、钓鱼台等雨量站，另外 1960 年设立双庙气象站，观测降雨、气温、湿度等项目。 8 径流 黑峪口水文站实测径流资料较长，但解放前有四年共 21 个月资料 缺。 由于黑河径流主要由降雨形成，降雨径流过程对应较好，因此采用降雨资料相关插补。 统计结果如表 21 所示： 表 21 设计频率年径流值表 统计参数 频率 P% ω 0 Cv Cs/ Cv 5 25 50 75 95 3 代表年 81～ 82 75～ 76 80～ 81 74～ 75 69～ 70 气象 黑河流域，属暖温带半干燥、半湿润大陆性气候，山川气温相差较大，山区气温较低，据双庙气象站资料统计，多年平均气温 ℃，最低气温19℃，最高 气温 ℃，出山口后平川地区气温较高，据周至县气象站资料统计，年平均气温 ℃，最低气温 ℃，最高气温 ℃。 多年平均最大风速 20m/s，主风向为 WNW，最大冻土深度 24cm。 流域内降雨量南多北少，山区年降雨 900mm以上，黑峪口水文站多年平均降雨量 ,周至县年平均降雨为 670mm，为黑峪口降雨的 %。 多年平均径流深。 降水年内分配很不均匀，据统计多年平均 7～ 10 月四个月内降水为全年降雨量的 60%，实测月最大降雨为。 由黑峪口水文站水温资料，多年 平均水温 ℃，最高温度 36℃，最低温度 0℃。 由 32 年蒸发资料统计，蒸发皿多年平均蒸发量 ，折算水面蒸发强度。 9 水文分析计算 洪峰流量 黑峪口水文站实测最大洪峰流量 Q=3040 m3/s（发生于 1980 年 7 月 2日），再加上历史调查洪水，经过频率分析得到洪水特征参数及各种频率的洪水值如 22 所示： 表 22 洪峰流量统计参数及频率值 统计参数 频率 P% Qo Cv Cs/Cv 1 2 5 820 800 5800 5100 4300 3600 3000 2200 时段洪量 洪量设计采用 24 小时及 72 小时作为设计时段。 另外采用 1940～ 1953年一日及三日洪量插补出相应年份的 24 小时 ,72 小时洪量 ,使洪量资料延长至 42 年。 统计参数及频率计算值如表 23 所示： 表 23 洪量统计参数及频率值 项目 统计参数 频率 P% Wo Cv Cs/Cv 1 2 W24 W72 洪水过程线 设计洪水过程线选择 1980 年 7 月 2 日洪水过程线作为放大典型，采用分时段同频率控制放大法，绘制出 K～ t 关系曲线，放大过程及结果如表 24和图 21 所示： 10 表 24 洪水过程线 时间 p=% Q(m3/s) p=% Q(m3/s) 月日 时分 7 2 10 200 240 12 300 340 14 900 1000 16 1400 18 1400 20 2600 21 2240 3。