B江水利樞紐堆石壩設計說明書（正常蓄水位276.3米）

摘 要本次設計主要是為了開發(fā)利用B江流域的水利資源，建設一個以發(fā)電為主，同時兼顧灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利水電樞紐工程。在明確了建設目的并具有了建設依據(jù)和條件后設計的樞紐概況如下：B江水利樞紐為復合土工膜防滲堆石壩最大壩高56米，裝機6400kW，電站設計水頭174米，保證出力1461kW，裝有兩臺3200kW機組，正常蓄水位276.3m，主壩長236.5米左右，上游邊坡1：1.5,下游邊坡1：1.52;1:1.53。本次設計主要內容為：經洪水調節(jié)確定壩頂高程；壩型的比選；第一主要建筑物的設計；施工組織設計。并進行了導流隧洞投標文件的編寫。復合土工膜防滲堆石壩是一種新的壩型，其防滲材料-復合土工膜的設計、施工、質量控制是該類壩型的技術關鍵，在本設計說明書第六章第三節(jié)有詳細說明。本工程導流隧洞施工具有施工工作斷面小，工期緊的特點，故其施工工藝是關鍵，在本設計說明書的有詳細的說明。本次設計以一般混凝土面板堆石壩和一些已建復合土工膜堆石壩為參考，在注重各細部獨立分項設計的同時，綜合考慮了整體工程的統(tǒng)一性。在專題的編寫中參考已建工程的導流隧洞，對導流隧洞的施工組織進行了設計，確保按期完成導流隧洞標段工程。在設計過程中既充分運用了所學知識，廣泛參考了堆石壩設計、施工等相關書籍，并在規(guī)范規(guī)定內設計，體現(xiàn)了本設計的科學性、規(guī)范性。關鍵詞：復合土工膜、堆石壩 、 防滲 、 邊坡穩(wěn)定 、 投標文件、 技術標 、 導流隧洞 、施工組織AbstractThe purpose of this design is to develop the water resources of B Jiang Basin,constructing a power-based, taking into account irrigation, water supply, flood protection and aquaculture Etc. of comprehensive utilization efficiency, such as the development of inter-basin water conservancy and hydropower project.After clearing the purpose of the construction , having the basis and conditions of the construction the project is designed as follows:B Jiang Project is a composite geomembrane impermeable rock-fill dam height of 56 m,installed 6400kW,the design head of power station is 174m, the firm capacity is 1461kW,with two engine unit of 3200Kw,the normal water level is 276.3m,the length of the main dan is about 227m,the upstream slope is 1:1.5and downstream slope is 1:1.52;1:1.53.The primary coverage of the design is: ascertain the crest elevation;Pa-selection; the first major building design; construction organization design. And composed the tender documents of the diversion tunnel 。Impermeable composite geomembrane rockfill dam is a new type of dam, the impermeable materialcomposite geomembranethe design, construction, quality control is the dam of such key technology in the design of Chapter VI of the third statement Festival are explained in more detail.The diversion tunnel construction project have the characteristics of small construction work on the section, tight time limit, so its construction technology is the key, in the design have the specification of a detailed explanation.The design is refer to the general CFRD and some of geomembrane rockfill dam which has been build . Pay attention to the detail design of the independent sub-item ,at the same time, considering the unity of the overall project.In the design of the topic , referencing the diversion tunnel that had build, the construction of diversion tunnel design organizations is to ensure that the scheduled completion of diversion tunnel project tenders. In the design process which is full use of the knowledge, extensive reference to the dam design, construction and other related books, and design within the provisions regulating, the design reflects the scientific and standardized.Key words: composite geomembrane rockfill dam anti-seepage slope stability tender documents technical standard the diversion tunnel construction organization.目 錄摘 要5Abstract5第一章 綜合說明71.1 工程特性表91.2 建設目的和依據(jù)91.3 建設的條件91.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益91.4.1 建設規(guī)模91.4.2 綜合利用效益9第二章 自然地理條件102.1 地形條件102.2 水文特性102.3 工程地質條件102.3.1庫區(qū)工程地質112.3.2壩址工程地質122.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質條件142.4 氣象、地震及其他152.4.1 氣象、地震152.4.2 天然建筑材料16第三章 設計條件和設計依據(jù)173.1 設計任務173.2 設計依據(jù)17第四章 洪水調節(jié)計算184.1 洪水調洪演算184.1.1 洪水調洪演算原理184.1.2洪水調洪演算方法204.2 洪水標準分析204.3 洪水建筑物的型式選擇204.4 調洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定224.4.1 調洪演算過程224.4.2 洪水過程線的模擬224.4.3 計算公式224.4.4 計算結果234.4.5 方案選擇234.4.6 壩頂高程的確定23第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置255.1 樞紐等別及組成建筑物級別265.2 壩型選擇265.2.1 定性分析265.2.2 定量分析315.3 泄水建筑物型式選擇325.4 水電站建筑物345.4 樞紐方案的綜合比較345.4.1 擋水建筑物復合土工膜防滲堆石壩345.4.2 泄水建筑物正槽溢洪道345.4.3 水電站建筑物34第六章 第一主要建筑物設計346.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設計346.1.1 L型擋墻頂高程及壩頂高程、寬度346.1.2 壩體分區(qū)346.1.3 L型擋墻設計356.1.4 壩坡與馬道416.2 堆石料設計436.2.1堆石料基本特性參數(shù)426.2.2主、次堆石料設計426.2.3墊層、過渡層設計426.2.4堆石體設計技術參數(shù)表436.2.5堆石體填筑技術參數(shù)表436.3 復合土工膜設計456.3.1復合土工膜的選型和分區(qū)456.3.2土工膜強度校核476.4 大壩穩(wěn)定分析476.4.1 計算原理及方法486.4.2 壩坡穩(wěn)定分析496.4.3 壩坡面復合土工膜的穩(wěn)定分析506.5 副壩設計516.5.1 副壩及主壩的連接及副壩型式選擇516.5.2 副壩的壩體地基處理防滲設計546.6 細部構造設計及地基處理566.6.1 壩頂構造566.6.2 護坡設計566.6.3 分縫及止水566.6.4 壩基處理566.7 趾板設計596.7.1 趾板的作用596.7.2 趾板最大剖面設計616.7.3 趾板配筋626.8 壩體沉降估算626.9 工程量計算636.9.1 工程量計算的依據(jù)及項目劃分636.9.2主壩工程量計算636.9.3副壩工程量計算646.9.4趾板段工程量計算646.9.5主壩工程量合計646.9.6工程量清單65第七章 溢洪道設計677.1 溢洪道的總體布置677.2 進水渠設計677.3 控制段設計677.4 泄槽設計697.5 出口消能段設計697.6 溢洪道與主壩交通69第八章 施工組織設計708.1 基本資料分析708.1.1工程概況708.1.2 施工條件708.1.3 有效工日分析718.2 施工導流718.2.1 導流標準728.2.2 施工導流方案及大壩施工分期738.2.3 導流建筑物規(guī)劃布置738.3 主體工程施工758.3.1堆石體施工758.3.2 堆石體施工798.3.3 導流隧洞施工828.4 施工交通運輸?shù)缆凡贾?58.5 施工總進度85參考文獻86第一章 綜合說明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序號及名稱單 位數(shù) 量備 注一、水庫流域面積km233正常高水位m276.3死水位m248汛前限制水位m275.5設計洪水位m277.0校核洪水位m278.5設計泄洪流量m3/s225校核泄洪流量m3/s360總庫容萬m32242.1782死庫容萬m3200.0興利庫容萬m31725.0有效庫容萬m31950.0二、大壩壩型復合土工膜防滲堆石壩壩頂高程m279.8防浪墻頂高程m281.0壩頂寬度m6.0最大壩高m56.0上游壩坡11.5下游壩坡11.52和11.53主壩壩軸線長m216.4副壩型式重力式擋墻副壩壩軸線長m96.05導流洞型式圓形導流洞進口底高程m227.5導流洞出口底高程m226.5導流洞半徑Rm2.4導流洞長度m400三、溢洪道溢流前緣凈寬m10堰頂高程m272設計流量m3/s225校核流量m3/s360閘門型式平板閘門尺寸（寬高）m2106四、廠房系統(tǒng)1動能指標最大凈水頭m174.0額定水頭m174.0最小水頭m143.0引用流量m3/s5.0額定出力kW6400保證出力kW14612廠房廠房型式地面式廠房面積m231.515.7主廠房寬度m10.8機組臺數(shù)2機組安裝高程m103.0水輪機型號HL110-WJ-76發(fā)電機型號SFW-J3000-6/1480開關站面積m211.527.25五、引水系統(tǒng)進水口型式塔式進水口高程m244.7壓力鋼管直徑m1.2管壁厚度mm10有壓隧洞洞徑m1.8襯砌厚度cm50鋼襯厚度mm4調壓井最高涌浪水位m280.0調壓井最低涌浪水位m226.32五、工程量1主壩基礎開挖量m349249.34堆石料填筑量m3455923.2混凝土方量(L型擋墻)m3891.176混凝土方量（趾板）m3640.01混凝土方量（現(xiàn)澆混凝土保護層）m313845.182副壩基礎開挖量m31281.65混凝土方量m329643導流隧洞導流隧洞開挖量m34326混凝土襯砌方量m31017.41.2建設目的和依據(jù)B江水利樞紐工程是以發(fā)電為主，同時兼顧了灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利樞紐工程。1.3 建設的條件建設資金基本到位，施工準備工作已經就緒。1.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益1.4.1 建設規(guī)模本電站裝機6400 kW，保證出力1461kW。廠房總面積為31.515.7。開關站尺寸為11.527.25。1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機6400kW，電站設計水頭為174m，多年平均發(fā)電量為1700104kWh，保證出力為1461kW。本電站裝2臺3200kW機組，正常蓄水位為276.3m，引水式發(fā)電，引水隧洞布置在右岸山體中，最大引用流量為5m3/s。廠房位于段莘水江灣湖山村左岸下游340m處，地面式，總面積為31.515.7，其中主廠房寬10.8m，主廠房內安裝二臺HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為103m，開關站位于廠房的左上側，尺寸為11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用發(fā)電尾水灌溉，上游增加灌溉面積1.0萬畝。1.4.2.3 供水供鐘呂村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可減輕洪水對鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設計洪水最大下泄量限制為255m3/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫蓄水后，正常蓄水位時水庫面積1.09km2，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。第二章 自然地理條件2.1 地形條件鐘呂水庫位于江西婺源縣樂安河一級支流曉港水的鐘呂村上游約160m處，壩址以上控制流域面積33km。曉港水在鐘呂村上游約300m處，由兩支水系匯合而成，其中東支發(fā)源于石耳山，南支發(fā)源于清灣頭尖，河流在曉港村匯入樂安河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低山丘陵區(qū)，山體凌亂，沖溝發(fā)育。2.2 水文特性據(jù)水文資料推算，壩址處多年平均流量1.28m/s，多年平均總徑流量4040萬m，p=0.1%的洪峰流量為551.5m/s,三日洪量為1569萬m，p=2%的洪峰流量為364.5m/sec,三日洪量為965萬m。流域多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位276.3m，對應庫容V正=1970.0萬m。流域河段多年平均輸砂量為0.29萬噸，泥沙容重估算為1.3t/m。估計水庫淤積年限與高程關系（見表2-1）：表2-1 淤積年限與高程關系表淤積年限（年）泥沙淤積量（萬m）淤積高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水庫水位庫容關系曲線（見表2-2）：表2-2 水庫水位庫容關系曲線表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11庫容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2壩址水位-流量關系曲線（見表2-3）：水位（m）227.5228.0228.5229229.5230.0230.5流量（104m/s）06.028.966.77121.97196.05281.78表2-3 壩址水位-流量關系曲線表2.3 工程地質條件2.3.1庫區(qū)工程地質庫區(qū)屬構造剝蝕低山地貌，山勢陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見滑坡等不良物理地質現(xiàn)象。組成庫岸及庫盆的地層巖性主要為前震旦系板溪群的千枚狀綠泥絹云母板巖，千枚巖和變質砂巖。庫區(qū)巖石受多次構造運動的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很常見，構造行跡以北東向壓扭性為主，常見有北西向張扭性斷裂和近東西向平推斷層，未見有較大的導水斷裂連通庫外。庫區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水，受大氣降水補給，排泄于河谷與河床，庫岸山體地下水位較高，一般在300m高程以上，組成庫岸及庫盆的巖石表部透水性強，但深部巖石透水性微弱，屬相對不透水層。庫區(qū)工程地質良好，水庫蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒及水庫誘發(fā)地震等問題。2.3.2壩址工程地質2.3.2.1 地貌 壩址區(qū)屬構造剝蝕低山地貌，山頂高程為280450m，壩區(qū)河床較寬，約2050m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角3040度，右岸山體較為單薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮埡口，頂高程約276m，壩址區(qū)沖溝發(fā)育，且切割較深，未見滑坡等不良物理地質現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定。2.3.2.2 地層巖性壩址區(qū)出露的地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾變質砂巖，第四系松散堆積物及變質輝長巖，其巖性特征為：（1） 綠泥絹云母千枚巖：灰綠色，主要礦物成分為絹云母、石英、長石、綠泥石等，千枚狀構造，其余碎屑顯微鱗片狀結構，巖石撓曲和褶皺常見，片理極發(fā)育，巖層產狀N4060E，NW3860。（2）變質砂巖：青灰色，主要礦物成分為石英、長石及巖屑等，中細砂粒結構，層狀構造，有輕微的變質，巖石結構致密，巖性堅硬。（3） 第四系松散堆積物主要為沖擊砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，殘坡積壤土、碎塊石土，厚16m，分布于兩岸山坡及沖溝部位。（4）變質輝長巖：暗綠、深綠色，主要礦物成分為綠泥石、綠簾石、纖閃石及少量石英，輝長結構，塊狀構造，微具定向構造，巖石質地堅硬，在壩址區(qū)呈巖株或巖脈產出。2.3.2.3 地質構造壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構造復合部位，出露的地層古老，經歷了多次構造運動，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。在初步設計階段共發(fā)現(xiàn)斷層20條。壩基開挖后，在壩基部位新發(fā)現(xiàn)小斷層14條及兩條風化夾層，但密度均較小。（1）主要斷層：F5壓扭性斷層：產狀N35，NW80，寬0.1 0.15m，主要由片狀巖、碎性巖組成，構造巖強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽228m高程附近。F12壓扭性斷層：產狀N40E，NW66，寬0.20.4m，主要由片狀巖組成，構造巖呈強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽236m高程附近。F22層間擠壓破碎帶：產狀N55E，NW55，寬0.10.25m，主要由片狀巖、石英脈組成，構造巖強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽260m高程附近。F29壓扭性斷層：產狀N25E，NW70，寬0.080.1m，主要由碎裂巖組成，見0.51.5cm厚的斷層泥繼續(xù)分布，斷層間較平，構造巖呈強風化，性狀差，出露于河床趾板齒槽部位。（2）裂隙：壩址區(qū)巖石裂隙發(fā)育，巖石破碎，壩基開挖后，對壩基巖石裂隙作了統(tǒng)計，主要有兩組發(fā)育方向：一是NE向層面，裂隙產狀N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍見Fe、Mn質浸染，表面張開或微張，局部見次生泥充填，延伸長，極發(fā)育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，見Fe、Mn質浸染，間距一般20cm，延伸較短，發(fā)育。（3）風化夾層：壩基開挖后，在河床右側趾板齒槽部位發(fā)現(xiàn)了兩條風化夾層WJ1，WJ2，產狀N42E，NW0.7弱風化巖石0.55飽和抗壓強度：微新巖石40MPa弱風化巖石25MPa表2-4 堆石試驗參數(shù)表組別試驗干密度（g/cm）C(KPa)。KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8 復合土工膜試驗參數(shù)（見表2-5）表2-5 復合土工膜試驗參數(shù)表項 目單 位量 值備 注單位面積質量g/m211001300350/0.4/350350/0.6/350膜 厚250m高程以上mm0.4250m高程以下mm0.6周邊縫等處mm0.8周邊縫、水平縫、分縫處寬條縱向拉伸強度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸長率%50窄條縱向拉伸強度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸長率%50摩 擦 系 數(shù)與水泥砂漿0.577與現(xiàn)澆砼0.6粘 結 力kg/cm20.1滲 透 系 數(shù)cm/s110-112.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質條件引水發(fā)電隧洞通過地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程300400m相對高程100200m，隧洞區(qū)沖溝發(fā)育，山體切割較深且較零亂，地表植被發(fā)育，未見有不良物理地質現(xiàn)象。隧洞圍巖由絹云母千枚巖、變質粉砂巖、凝灰質千枚巖與粉砂質板巖層。絹云母千枚巖偶夾粉砂質板巖及粉砂質板巖等組成。巖石層面裂隙極發(fā)育、褶皺、撓曲嚴重，斷層發(fā)育切規(guī)模大，性狀差，其中絹云母千枚巖、凝灰質千枚巖水理性質較差，且遇水易軟化，軟化系數(shù)低，凝灰質千枚巖成分復雜，還易于風化。絹云母千枚巖與凝灰質千枚巖在洞線出露的長度占洞線總長的19%，說明洞線圍巖大部分由絹云母千枚巖與凝灰質千枚巖構成。根據(jù)工程類比可知：千枚巖的單軸飽和抗壓強度為1640Mpa，軟化系數(shù)0.630.93，屬半堅硬較軟化，抗水性較差的片狀（薄層狀）巖體。2.4 氣象、地震及其他2.4.1 氣象、地震流域內氣候：流域內多年平均氣溫16.7，以一月份平均氣溫4.6為最低，七月份平均氣溫28為最高，歷年極端最高氣溫41，極端最低氣溫-11。風速及吹程：多年平均最大風速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬度以下，設計時可不考慮地震荷載。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂礫石料壩址流域砂礫石料貧乏，但在江灣水和段莘水流域有梨苗場和古玩料場，距大壩約1015km,有公路相通，運輸方便。梨苗場 、古玩料場均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲量豐富，質量良好，滿足工程要求。2.4.2.2 堆石料壩址附近廣泛分布綠泥絹云母千枚巖，弱至微風化巖石，巖性較堅硬，力學強度較高，質量較好，儲量豐富，可作為大壩堆石料。壩址附近粘土很少，壩址上下游有一定的粘土分布，均為當?shù)剞r民耕地。第三章 設計條件和設計依據(jù)3.1 設計任務在對原始材料進行綜合分析的基礎上，并結合本次設計的專題研究，要求：（1）根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調節(jié)計算，確定壩高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物型式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；（3）詳細做出大壩設計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案和壩身結構，進行水力、靜力計算；（4）進行施工組織設計：決定樞紐的施工導流方案，安排施工的控制性進度，大壩主體工程量的計算，編制施工投標文件。3.2 設計依據(jù)包括相關參考文獻、主要設計規(guī)范以及上級機關批文。第四章 洪水調節(jié)計算4.1 洪水調洪演算4.1.1 洪水調洪演算原理洪水在水庫中運行時，水庫沿程的水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學，明渠非恒定流的基本方程，即圣維南方程組為：連續(xù)性方程： （4-1）運動方程： （4-2） 式中： 過水斷面面積(m2) t 時間（s） Q 流量（m3/s） s 沿水流方向距離（m） Z 水位（m） g 重力加速度(m/s2) v 斷面平均流速(m/s) K 流量系數(shù)(m3/s)一般采用簡化的近似解法，長期以來，普遍采用瞬時法，即用有限差值來代替微分值，并加以簡化，以近似地求解一系列瞬時流態(tài)。瞬時流態(tài)法將式(41)進行簡化而得出基本公式，再結合水庫的特有條件對基本公式進行簡化，得出用于水庫調洪計算的實用公式： (4-3)式中：, 分別為計算時段初、末的入庫流量(m3/s) 計算時段中的平均入庫流量(m3/s) =(+)/2式中：q1,q2 分別為計算時段初、末的下泄流量(m3/s) 計算時段中的平均下泄流量(m3/s) 式中： V1,V2 分別為計算時段初、末水庫的蓄水量(m3) V1與V2之差 計算時段公式(4-3)表示為一個水量平衡方程式，表明：在一個計算時段內，水庫水量與下泄水量之差即為該時段中水庫蓄水量的變化。顯然，公式中并未計入洪水入庫處至泄洪建筑物間的行進時間，也未計入沿程流速變化和動庫容等影響，這些因素均是其近似性的一個方面。當已知水庫入庫洪水過程線時，Q1，Q2，均為已知，V1，q1,則是計算時段開始時的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下V2，q2,當前一時段的V2,q2求出后，其值即成為后一時段的V1，q1值，使計算能逐步地連續(xù)進行下去。僅一個方程來求解V2，q2是不可能的，必須再有一個方程式q2=f(V2),與式(4-3)聯(lián)立，才能同時解出V2，q2的確定值，假定暫不計及自水庫取水的興利部門瀉向下游的流量，則下瀉量q是泄水建筑物瀉流水頭H的函數(shù)，而當泄洪建筑物的型式、尺寸等已確定時 (44)式中：A 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開度及淹沒系數(shù)有關。 B 指數(shù)，對于堰流B一般等于3/2，對于閘孔出流一般B=1/2根據(jù)水力學公式，H與q的關系曲線可求。若是堰流H即為庫水位Z與堰頂高程之差；若是閘孔出流H即為庫水位Z與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù)H與q的關系曲線求出Z與q的關系曲線q=f(Z),并且，由庫水位Z，又可借助于水庫容積特性曲線V=f(Z), 求出相應的水庫蓄水容積V，則式(4-4)可用下泄流量q與庫容V的關系曲線代替，即q=f(V),與式(43)聯(lián)立方程組，求解V2，q2。當水庫承擔下游防洪任務時，要求保持q不大于下游允許的最大下泄流量qmax時，就要利用閘門控制流量q，但計算的基本公式和方法與上面介紹的是一致的。本設計泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門全開式泄洪，故下泄流量是q=AH3/2,H即為庫水位Z與堰頂高程之差，由于資料有限僅有0.1%和2%的流量及其對應的三日洪峰流量，無法描繪出洪水過程線，故采用三角形法擬畫出洪水過程線（具體做法見本章4.4節(jié)）。本設計中調洪演算是為了定出設計、校核水位和相應的下泄流量，已知下泄量與水頭的關系曲線（式44），通過假定下泄流量q，可利用洪水過程線計算出水庫蓄水量V，通過V=f(Z)可查出對應的水位，得到q=f(Z)曲線，通過兩條q-Z曲線即得到設計、校核水位及相應流量。4.1.2洪水調洪演算方法進行洪水調節(jié)計算的方法很多，目前常用的是：列表試算法，半圖解法。本設計采用的是簡化三角形法，也叫高切林法。4.2 洪水標準分析設計情況，采用50年一遇的洪水標準。P=2%的洪峰流量為364.5 m3/s,三日洪量為965萬m3。校核情況，采用千年一遇的洪水標準。p=0.1%洪峰流量為551.5 m3/s,三日洪量為1569萬m3。4.3 洪水建筑物的型式選擇水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本設計采用壩型為復合土工膜防滲堆石壩（具體見5.2節(jié)），因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根據(jù)本工程的地形、地質條件，對正槽溢洪道、側槽溢洪道及泄水隧洞這三種泄水建筑物進行比較選擇。泄水隧洞布置得一般原則是：地質條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他建筑無相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質構造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅硬，上覆巖體厚度大，水文地質條件有利和施工方便的地段。避開圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時防止洞身離地表太淺。本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構造復合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經先導孔壓水試驗，左岸相對不透水層埋深1024米，上部透水層q值為6.7196.7Lu，大者達到341.7Lu，屬中等-嚴重透水層。本工程最大壩高56米，正常蓄水位276.2米，因此要避開透水層而布置泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質條件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，水庫的多余的來洪經此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。正槽溢洪道過堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致。側槽溢洪道水流過堰后急轉近90，再經泄槽下泄。從地質條件上來說，溢洪道應力爭位于較堅硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設計。同時對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開挖量，也可以減少壩體的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力學上的特點是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運用安全可靠，另外，結構簡單、施工方便。側槽溢洪道在當水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道將導致巨大的開挖量時，可能成為比較經濟的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調洪水位，或換取較高的堰頂高程。本工程的溢洪道布置在左岸（說明見5.5節(jié)），岸坡較陡優(yōu)選側槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質條件下，高速水流引起的一系列水力學和結構問題，而側槽溢洪道的水流現(xiàn)象復雜，進槽水流須立即轉彎近90，再順槽軸線下泄，對每一個不同的側槽斷面，其所通過的流量是不相同的，然而，側槽內的水流現(xiàn)象的復雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流量的沿程的變化上，水流自堰跌入側槽后，在慣性的作用下，沖向側槽對岸壁，并向上翻騰，然后再重力作用下轉向下游流去，在槽中形成一個橫軸螺旋流。考慮到側槽溢洪道水流現(xiàn)象的復雜，而且，本工程地質條件較差，建側槽溢洪道對結構方面的要求會很高，危險性大，同時由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開挖量不會增加很大。綜上所述，結合本工程的地形、地質條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸與壩體相接。4.4 調洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定4.4.1 調洪演算過程通過洪水資料，作出設計情況和校核情況下的洪水過程線；假定堰高、堰寬，確定各情況下的起調流量；假定不同的下泄流量q,由洪水過程線求出庫容V，由庫容V，查水位-庫容曲線，找出相應的水位H，從而，對于每一組情況下可作出一條QH曲線；根據(jù)公式,又可作出一條QH曲線；對應于每一種情況，可從QH圖中確定相應交點的Q和H值。4.4.2 洪水過程線的模擬由于本設計中資料有限，僅有p=2%、p=0.1%的流量及相應的三日洪水總量，無法準確畫出洪水過程線。按照規(guī)范，洪水過程線應用PIII型曲線擬合，但實際操作過程中較難，故本設計中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡量擬合為PIII型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個三角形（如圖中虛線），根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到一條模擬的洪水過程線（如圖中的實線）。 圖4-1 三角形法圖4-3 調洪演算圖4-2 洪水過程線4.4.3 計算公式計算采用公式： （4-5）式中：側收縮系數(shù)，=0.92；m流量系數(shù)，m=0.502； B溢流孔口凈寬； H堰上水頭。汛前限制水位設為275m。起調流量式中H為汛前限制水位-堰頂高程。4.4.4 計算結果計算結果見表4-1： 方案堰頂高程(m)堰頂寬（m）設計洪水位(m)設計下泄流量(m3/s)12718276.97244.0022719276.71260.10327110276.5275.0042728277.4210.0052729277.21226.00627210277.00225.0072738277.75175.0082739277.6191.00927310277.5207.50注：發(fā)電引用最大流量5m3/s，相對較小，在計算時不予考慮。4.4.5 方案選擇方案的選擇需通過經濟技術比較選定。本設計對此只做定性分析。B越大則增加隧洞的開挖及其它工程量，而Q/B越大消能越困難，襯砌要求也高， 從而增加閘門及啟閉設備的造價。 下泄量相差較大，綜合考慮方案6最好，故最后采用方案6，即堰頂高程272.0m，溢流孔口凈寬10m；該方案設計洪水位277.00m，設計下泄流量225m3/s，校核洪水位278.5m，校核泄洪量360 m3/s。4.4.6 壩頂高程的確定4.4.6.1 工程等別及建筑物級別和洪水標準的確定校核水位278.5m對應的庫容為2150萬m3,查水利水電工程等級劃分及洪水標準SL2522000得本工程等別為III等，工程規(guī)模為中型。相應其主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。水工建筑物為3級的洪水標準：設計下洪水重現(xiàn)期為10050年，校核下洪水重現(xiàn)期為20001000年。4.4.6.2 波浪要素計算 由于大壩所在地區(qū)為丘陵地區(qū)，所以根據(jù)水工建筑物荷載設計規(guī)范DL 5077-1997,波浪要素宜采用鶴地水庫公式計算（適用于庫水較深，V026.5m/s及D7.5km）。 （4-6） （4-7）式中累積頻率為2%的波高(m) Lm平均波長(m) V0為水面以上10m處的風速，正常運用條件下III級壩，采用多年平均最大風速的1.5倍；非常運用條件下的各級土石壩，采用多年平均最大風速。設計波浪爬高值根據(jù)工程等級確定，3級壩采用累積頻率為1%的爬高值。按上述公式算出的為，再根據(jù)頻率法按下表可得出。表4-2 不同累積頻率下的波高與平均波高比值(hp/hm)hm/Hm0.010.1124510142050900.13.422.972.422.232.021.951.711.61.430.940.370.10.23.252.822.32.131.931.871.641.541.380.950.43 波浪中心線高出計算靜水位hz按下式計算： （4-8） 式中：H為水深；h1%為累積頻率1%的波高。 計算結果為： 表4-3h2%hmh1%Lmhz正常水位下1.160.521.2599.3170.535設計水位下1.160.521.2599.3170.535校核水位下0.6420.2880.6976.2110.247 4.4.6.3 擋墻頂高程的確定根據(jù)碾壓式土石壩設計規(guī)范,堰頂上游L型擋墻在水庫靜水位以上高度按下式確定：y=R+e+A （4-9）式中：y-壩頂超高 R-最大波浪在壩坡上的爬高，按h1%算e-最大風雍水面高度，按hz算A-安全超高 表4-4 土壩壩頂安全超高值(m)運用情況壩 的 級 別IIIIIIIV、V正常1.51.00.70.5非常0.70.50.40.3L型防浪墻高程=max （4-10）通過計算：則 設計洪水位+=277+2.493=279.49m 校核洪水位+=278.5+1.343=279.9m 正常蓄水位+=276.30+2.493=278.8m防浪墻頂高程=279.9m，取為281m。預留沉陷（281227.5）（0.20.4）0.1050.0.211，取0.2m，在施工過程中應考慮到預留沉陷量。 根據(jù)混凝土面板堆石壩設計規(guī)范SL228-98