水電站樞紐廠房設計及機組選型設計.doc

1、設計說明書一、原始資料（一）綜合說明1 緒言當雄縣位于西藏自治區(qū)東部，*地區(qū)西南部。*電站位于*縣東南部臘久鄉(xiāng)*村，電站引用*河徑流發(fā)電，*河為怒江中游、右岸二級支流，電站采用引水式開發(fā)，為一徑流式電站,壩址位于*河口以上約1km，壩址以上集雨面積80 km2,河道長度為 23.5km,河道平均比降61.3。廠房位于壩下游約500m、集雨面積與壩區(qū)集雨面積相差不到2%。*河發(fā)源于*縣東南部海拔5340m得松那山一帶。流域平均海拔為4124m,流域內山高谷深，為典型的高山峽谷地段，整個流域東北高西南低，干流沿西南方向流入怒江一級支流雄曲河。域內支溝較少，河道比較單一，河床十分陡峻，下切較深，斷面

2、呈V型，河床質主要由沙卵石組成，兩岸岸坡由雜木、草甸覆蓋。*電站裝機0.25MW，設計水頭69.95m，設計引用流量0.45m3/s。多年平均發(fā)電量212KWh，裝機利用小時數8400h，電站總投資650.13 萬元，單位千瓦投資26005元，電站為孤網運行，建成后以2回10KV輸電線路送出，其中一回出線送至*方向，送電距離為12Km；另一回送至母西方向，送電距離為15Km。2氣象與水文條件（1）氣象設計流域屬高原溫帶半干旱季風氣候區(qū)，具有氣溫偏低，日照時間長，降水分布不均勻，日溫差較大，年溫差較小，旱季、雨季分明，冬季漫長而寒冷，降水量小、蒸發(fā)量大等特點。據*縣氣象站資料統(tǒng)計：多年平均氣溫1

3、0.3，多年平均最高氣溫19.0，多年平均最低氣溫-0.3，絕對最高氣溫33.3，絕對最低氣溫-15.6，年平均溫差為19.7，多年平均地溫為14.7。年無霜期130天左右，年日照時間長達2952小時，最高為5月，達270小時，最低為9月，為208小時。年降水量409.3mm,集中在59月，降雨量的年內分配極不均勻，最大月降水量為7月，占全年的27.2%，最少月份為1月，為全年的0.09%，夏季6-9月降水量占全年的70.2%。（2）水文*河流域徑流豐富而穩(wěn)定，上游主要由融雪徑流、降雨補給，中下游則以降水和地下徑流補給，河水清澈而明亮。流域內無任何實測水文資料，據嘉玉橋站徑流資料統(tǒng)計：徑流年內

4、分配不均勻，枯季徑流比較豐富，枯水期為每年124月，徑流量占全年的10.1%；610月為豐水期，豐水期徑流占全年82.9%，月平均最大流量出現在7月，徑流量占全年的24.2%，最小流量出現在12月、1月，徑流量各占全年的1.9%可見，與降雨年內分配是一致的。對于怒江小支流，枯季徑流所占比例大于嘉玉橋水文站。*河流域洪水主要來源于暴雨、冰川融水。汛期為69月，由于流域氣溫增高，冰雪融化，流域內降雨量及強度也增大，形成洪水。域內洪水具有峰值低、洪量小的特點，洪水過程較短，一次洪水過程約幾小時。*河流域植被良好，在流域內有高大的喬木和茂密的灌木及草原生長，水土流失程度為輕度。由于河道坡降較大，山頂冰

5、川、降雨量也較大時，雨水沖刷及洪水挾帶泥沙進入河道。（3）設計徑流設計流域無實測水文資料，鄰近水文站集雨面積太大，采用水文比擬法計算設計年徑流成果如下表所示：*電站徑流計算成果表表1-1Q平均（m3/s）CvCs/CvQp（m3/s）P=20%P=50%P=80%1.170.2021.361.150.83參照嘉玉橋站同頻率徑流年內分配，求得*電站設計年徑流年內分配如下表所示：*電站各代表年年內分配表1-2 單位：m3/s代表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年豐水年0.370.370.470.741.322.163.012.812.051.830.870.551.36中

6、水年0.360.350.400.521.201.832.182.122.411.560.780.461.15枯水年0.310.310.410.510.560.661.471.561.961.180.620.400.96（4）設計洪水歷史洪水調查由于設計流域內人煙稀少，域內洪水峰量較小，通過現場考證及向當地居民詢問，我們調查到常年洪水的具體位置，實測得廠、壩址常年洪水位，并用實測大斷面推算得常年洪水流量為38.7m3/s。設計洪水計算*電站廠、壩區(qū)建筑物均為V等5級，根據規(guī)范，選擇其設計洪水標準為：壩區(qū)，設計洪水二十年一遇，校核洪水百年一遇；廠房，設計洪水三十年一遇，校核洪水五十年一遇。電站廠、

7、壩區(qū)集雨面積相差甚小，直接采用壩區(qū)洪水計算成果。根據1981年西藏科技第四期發(fā)表經驗公式，西藏地區(qū)河流多年平均年最大洪峰流量為：Qcp=CF0.74P1.37由上式求得*電站設計洪水成果如下表：*電站設計洪水成果表表1-3Qm平均（m3/s）CvCs/CvQp（m3/s）P=0.2%P=1%P=2%P=3.3%P=5%P=10%P=20%29.10.213.552.146.643.942.340.237.234.0 水位流量關系設計電站無任何實測水位流量關系，為滿足設計要求，采用水力學公式推求水位流量關系，其廠壩設計、校核洪水位如下表：*電站設計水位成果表表 1-4 單位：米 斷面名稱設計洪水

8、校核洪水重現期水位重現期水位壩二十年一遇4105.85百年一遇4106.30廠房三十年一遇4026.85五十年一遇4027.00(5) 泥沙懸移質泥沙參考鄰近地區(qū)實測泥沙資料、多年平均懸移質輸沙模數等值線，取該電站壩址以上多年平均輸沙模數80t/km2，由此估算得*電站多年平均懸移質輸沙量為0.64104t。推移質泥沙推移質泥沙采用推懸比法計算，取推懸比?=0.2,電站推移質泥沙總量為：0.13104t。*電站多年平均泥沙總量為0.77104t。（6） 冰情設計流域冰期為每年11月底到次年3月初，冰情主要以岸冰為主，冰厚在510cm之間，河道不封凍，12月河中有稀疏流冰花出現，隨著氣溫身高，河

9、道冰情逐漸消失，故冰情對電站影響不大。3 工程地質（1）區(qū)域地質地形地貌*河發(fā)源于*縣東南部海拔5340m得松那山一帶。流域平均海拔為4124m,流域內多為山高谷深，為典型的高山峽谷地段，整個流域東北高西南低，干流沿西南方向流入怒江一級支流雄曲河。域內支溝較少，河道比較單一，河床十分陡峻，下切較深，斷面呈V型，河床質主要由沙卵石組成，兩岸岸坡由雜木、草甸覆蓋。 地層巖性本區(qū)域出露地層主要有白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石碳系、泥盆系及第四系。(2)地質構造與地震地質構造本區(qū)位于康藏歹字型構造體系頭部向中部轉折地帶，以及中部與川滇南北構造帶歸并復合部分的最北地段。復向斜主要由上三疊系統(tǒng)及侏羅系

10、組成，與晚古生代地層呈不整合接觸，東西寬幾十至150公里，南北長約500公里，槽部大部位于昌都-察雅-芒康-鹽井一線。地震根據國家地震局1/400萬地震烈度區(qū)劃圖（1990），本區(qū)地震基本烈度度。物理地質現象由于該區(qū)域地處高寒山區(qū)，溫差變化大，物理地質作用主要表現為強烈的風化剝蝕與侵蝕，地質特征為河谷深切，兩岸階地殘缺不全，地形陡峻，鋒銳谷深?；隆⒈浪?、泥石流等物理地質作用較發(fā)育。水文地質該區(qū)域地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水、溫泉。第四系孔隙水主要分布于第四系覆蓋層內（崩坡積層、沖洪積混合堆積層、現代河床漂卵礫石層）?；鶐r裂隙水主要受區(qū)域構造及裂隙發(fā)育程度的影響和控制，屬弱透水

11、層，其透水性和含水量差異也較大。溫泉一般出露在斷裂帶附近，以上升泉的方式溢出地表，明顯具有承壓水特征，其常年水溫多在6080度左右。(3)壩址區(qū)工程地質條件壩址區(qū)河段河谷狹窄，河道較彎曲，縱坡較陡，該段河流呈東東南流向?？菟诤哟菜鎸捈s67米，水深0.51.米左右，河床組成地層為第四系全新統(tǒng)河床沖積層（alQ4），巖性為漂卵礫石夾砂，推測厚度大于5米。左岸為覆蓋層斜坡地貌及河床高漫灘地貌。右岸為基巖斜坡地貌。岸坡無植被覆蓋，基巖裸露。組成地層為石碳系中上統(tǒng)（C2-3），巖性主要為砂巖、板巖、頁巖夾泥灰?guī)r、泥巖，以砂巖、砂板巖為主。巖石較完整,壩肩岸坡內無較大斷層等不利結構面，無沖溝、滑坡、泥

12、石流松散堆積，無不利地質構造。(4)天然建筑材料工程區(qū)附近各種天然建筑材料均有一定數量的分布，基本上能滿足工程建設的需要。(5) 工程任務和規(guī)模社會經濟狀況*縣位于西藏自治區(qū)的東北部，*地區(qū)南部，地理范圍為東經95?1096?40；北緯30?15 31?15，幅員面積8108平方公里，耕地面積8.5萬畝，森林面積25萬公頃，草場面積436萬畝?？h轄1鎮(zhèn)，11個鄉(xiāng)，775個村委會，全縣總人數為3.7萬人。臘久鄉(xiāng)為半農半牧鄉(xiāng)，全鄉(xiāng)13個村，648戶，3554人，耕地面積9985畝，交通方便，公路暢通。電站建設必要性臘久鄉(xiāng)位于*縣東南部，以農業(yè)經濟為主。多年以來，由于特殊的地理環(huán)境及生產生活方式，當

13、地居民與外界接觸較少，生活圈狹小封閉；由于缺少電源，使廣播電視設施不能使用，阻礙了現代科學知識的普及，導致信息閉塞，妨礙了人們思想觀念的轉變、更新，致使部分群眾的思想觀念落后，眼界狹隘，素質較差，極不利于西部的開發(fā)。多年以來，廣大農牧民的生活所需熱源都采用沿襲多年的砍伐燃燒天然林和燃燒牛糞的方式獲取，致使森林面積日益減少，草場因肥料不足而引起草場退化，土壤沙化、板結，水土流失日益加劇，山地災害增多，生態(tài)環(huán)境日益惡化。為保護生態(tài)環(huán)境，十分需要建設一些電站來緩解用電急需，修建該電站的環(huán)境保護意義，遠遠勝過其經濟意義。 (二)水 文1壩址以上集雨面積km2802代表性流量多年平均年徑流量m3/s1.

14、17豐水年平均徑流量m3/s1.36P=20%平水年平均徑流量m3/s1.15P=50%枯水年平均徑流量m3/s0.96P=80%壩址設計洪峰流量m3/s40.2二十年一遇壩址校核洪峰流量m3/s46.6百年一遇廠房設計洪峰流量m3/s42.3三十年一遇廠房校核洪峰流量m3/s43.9五十年一遇3設計水位壩址設計洪水位m4105.85壩址校核洪水位m4106.30廠房設計洪水位m4026.85廠房校核洪水位m4027.004泥沙多年平均懸移質輸沙量104t0.64多年平均推移質輸沙量104t0.13多年平均泥沙總量104t0.775 流域概況(1)自然地理*縣位于西藏自治區(qū)東部，*地區(qū)西南部。

15、*電站位于*縣東南部臘久鄉(xiāng)*村，電站引用*河徑流發(fā)電，*河為怒江中游、右岸二級支流，電站采用引水式開發(fā)，為一徑流式電站,壩址位于*河口以上約1km，壩址以上集雨面積80 km2,河道長度為 23.5km,河道平均比降61.3。廠房位于壩下游約500m、集雨面積與壩區(qū)面積相差不到2%。*河發(fā)源于*縣東南部海拔5340m得松那山一帶。流域平均海拔為4124m,流域內山高谷深，為典型的高山峽谷地段，整個流域東北高西南低，干流沿西南方向流入怒江一級支流雄曲河。域內支溝較少，河道比較單一，河床十分陡峻，下切較深，斷面呈V型，河床質主要由沙卵石組成，兩岸岸坡由雜木、草甸覆蓋。 該流域屬山地溫帶，兩岸植被較

16、好，垂直分帶明顯，海拔4800m以上高峰為終年積雪所覆蓋；海拔4800m以下為灌木和高大的喬木，生長較好，海拔35004000m為陰暗針葉林及高山草甸和高山灌叢草甸；海拔3500m以下為針闊葉混交林。域內地下徑流十分豐富。工程區(qū)內人類活動極少，水土流失不嚴重，河流泥沙量較低。（2）氣象、水文氣象設計流域屬高原溫帶半干旱季風氣候區(qū)，具有氣溫偏低，日照時間長，降水分布不均勻，日溫差較大，年溫差較小，旱季、雨季分明，冬季漫長而寒冷，降水量小、蒸發(fā)量大等特點。據*縣氣象站資料統(tǒng)計：多年平均氣溫10.3，多年平均最高氣溫19.0，多年平均最低氣溫-0.3，絕對最高氣溫33.3，絕對最低氣溫-15.6，年

17、平均溫差為19.7，多年平均地溫為14.7。年無霜期130天左右，年日照時間長達2952小時，最高為5月，達270小時，最低為9月，為208小時。年降水量409.3mm,集中在59月，降雨量的年內分配極不均勻，最大月降水量為7月，占全年的27.2%，最少月份為1月，為全年的0.09%，夏季6-9月降水量占全年的70.2%。從歷年降雨量年際變化過程線看出，降雨量變化周期大約為11年，于太陽黑子變化周期基本一致。嘉玉橋水文站（位于怒江干流與設計流域鄰近）年降雨變化過程如下圖所示：圖2-1水文*河流域徑流豐富而穩(wěn)定，上游主要由融雪徑流、降雨補給，中下游則以降水和地下徑流補給，河水清澈而明亮。流域內無

18、任何實測水文資料，據嘉玉橋站徑流資料統(tǒng)計：徑流年內分配不均勻，枯季徑流比較豐富，枯水期為每年124月，徑流量占全年的10.1%；610月為豐水期，豐水期徑流占全年82.9%，月平均最大流量出現在7月，徑流量占全年的24.2%，最小流量出現在12月、1月，徑流量各占全年的1.9%可見，與降雨年內分配是一致的。對于怒江小支流，枯季徑流所占比例大于嘉玉橋水文站。*河流域洪水主要來源于暴雨、冰川融水。汛期為69月，由于流域氣溫增高，冰雪融化，流域內降雨量及強度也增大，形成洪水。域內洪水具有峰值低、洪量小的特點，洪水過程較短，一次洪水過程約幾小時。*河流域植被良好，在流域內有高大的喬木和茂密的灌木及草原

19、生長，水土流失程度為輕度。由于河道坡降較大，山頂冰川、降雨量也較大時，雨水沖刷及洪水挾帶泥沙進入河道。（2） 徑流電站徑流計算根據規(guī)范，選取電站設計保證率為80%，其豐、中、枯水年代表年的設計頻率分別為：20%、50%、80%。設計流域與瀾滄江、金沙江流域上游相鄰，同屬高原大陸型季風氣候區(qū)，氣候、下墊面條件有許多相似之處，因此，選擇金沙江上游崗拖、白玉、巴塘、桃園子水文站，瀾滄江中游昌都水文站，怒江中游嘉玉橋水文站，將以上各站多年平均徑流深及其變差系數Cv綜合分析計算，來最終確定設計流域多年平均徑流深Cv。設計流域鄰近站多年平均徑流深及Cv值如下表所示：設計流域鄰近站多年平均徑流深及Cv值統(tǒng)計

20、表表2-2 單位：mm站名所屬水系多年平均徑流深Cv備注嘉玉橋怒江346.30.30Cs=2 Cv昌都瀾滄江281.40.22Cs=2 Cv崗拖金沙江105.80.26Cs=2 Cv白玉金沙江424.70.31Cs=2 Cv巴塘金沙江158.40.23Cs=2 Cv桃園子金沙江530.90.22Cs=2 Cv設計流域為怒江中游支流，從以上流域徑流深分布特性來看，徑流深隨流域高程增加呈減小的趨勢。調查設計流域徑流變化范圍在0.901.30m3/s之間，我們于2002年10月實測得壩址流量為1.13m3/s，（并調查得該流量比較接近多年平均流量）折合徑流深為445.6mm,明顯大于嘉玉橋水文站多年

21、平均徑流深，設計流域與嘉玉橋水文站相距較近，說明設計流域地下徑流量十分豐富，多年平均徑流深高于嘉玉橋站，取設計流域徑流深為460mm,統(tǒng)計參數取嘉玉橋站參數，*電站徑流計算成果如下表所示：*電站徑流計算成果表表2-3Q平均（m3/s）CvCs/CvQp（m3/s）P=20%P=50%P=80%1.170.2021.361.150.96徑流成果合理性設計流域無實測水文資料，鄰近水文站集雨面積太大，因受降雨量資料精度影響，采用水文比擬法計算設計年徑流不符合設計流域徑流特性。選鄰近金沙江、瀾滄江流域長系列徑流統(tǒng)計資料及實測流量資料對比分析，選取設計流域多年平均徑流深。根據西藏地區(qū)多年平均徑流深等直線

22、，*電站多年平均徑流深在440470mm之間，從各方面資料來看，取設計多年平均徑流深為460mm,是比較合理的。設計年徑流年內分配參照嘉玉橋站同頻率徑流年內分配，求得*電站設計年徑流年內分配如下表所示：*電站各代表年年內分配表2-5 單位：m3/s代表年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年豐水年0.370.370.470.741.322.163.012.812.051.830.870.551.36中水年0.360.350.400.521.201.832.182.122.411.560.780.461.15枯水年0.310.310.410.510.560.661.471.5

23、61.961.180.620.400.96（3）洪水歷史洪水調查由于設計流域內人煙稀少，域內洪水峰量較小，調查多數人都對洪水發(fā)生情況不甚了解，記憶模糊，加上種種原因，沒有調查到設計流域特大歷史洪水的情況，通過現場考證及向當地居民詢問，我們調查到常年洪水的具體位置，實測得廠、壩址常年洪水位，并用實測大斷面推算得常年洪水流量為38.7m3/s。（三）工程地質1 概況*電站位于*縣臘久鄉(xiāng)*村*河中下游河段，廠房位于*河出口處。昌都至洛隆有省級公路相通，洛隆至*有縣鄉(xiāng)級公路相通，距離約60公里，村級公路直通工區(qū)，交通條件較方便。受西藏自治區(qū)*縣人民政府委托，我院承擔了該電站的勘測設計工作。本階段勘測工

24、作的主要任務為：（1）、對鄉(xiāng)政府及其附近居民密集區(qū)（電源點負荷中心）附近可能進行電源點建設的河流進行踏勘，確定并選擇該電源點開發(fā)的河流。（2）、在選定開發(fā)的河流上進行踏勘比較，根據該電源點的裝機要求，綜合考慮不同河段的交通條件、水力條件、地形地貌條件、工程地質條件等諸多因素，最終選定該電源點開發(fā)建設的河段。（3）、在選定開發(fā)的河段上，根據水電站方案選擇的基本原則，確定該電源點的開發(fā)方案。（4）、根據選定的開發(fā)方案，在反復踏勘的基礎上確定該開發(fā)方案的工程樞紐位置及軸線（攔河壩、引水系統(tǒng)、前池、壓力管道、廠房）。（5）、在此基礎上，按照有關小水電工程地質勘測規(guī)范完成如下勘測工作：A、了解該電源點區(qū)

25、域地質背景；B、基本查明各工程樞紐區(qū)的工程地質條件；C、基本查明該電站工程建設所需天然建筑材料的基本情況（位置、交通條件、儲量及開采條件）。外業(yè)工作于2002年9月初展開，2002年10月初完成。在此之后進行了工程地質內業(yè)資料整理以及工程地質報告編寫。本次外業(yè)工作根據該電源點裝機規(guī)模小、各水工建筑物對地基要求總體不是很高等特點，采取以踏勘、測繪為主，并適當輔助以坑槽探等簡易工程地質手段。該電站地勘工作量統(tǒng)計如下：1、工程地質踏勘 35平方公里2、工程地質測繪 1：1000 0.75平方公里3、工程地質剖面測繪 1：1000 1244.683米 1：200 240米 4、天然建筑材料調查 22處

26、5、坑槽探 4個2地形地貌*縣位于西藏自治區(qū)東部，*地區(qū)西南部。*電站位于*縣東南部臘久鄉(xiāng)*村，電站引用*河徑流發(fā)電，*河為怒江中游、右岸二級支流，電站采用引水式開發(fā)，為一徑流式電站,壩址位于*河口以上約1km，壩址以上集雨面積80 km2,河道長度為 23.5km,河道平均比降61.3。廠房位于壩下游約1000m、集雨面積與壩區(qū)面積相差不到2%。*河發(fā)源于*縣東南部海拔5340m得松那山一帶。流域平均海拔為4124m,流域內多為山高谷深，為典型的高山峽谷地段，整個流域東北高西南低，干流沿西南方向流入怒江一級支流雄曲河。域內支溝較少，河道比較單一，河床十分陡峻，下切較深，斷面呈V型，河床質主要

27、由沙卵石組成，兩岸岸坡由雜木、草甸覆蓋。 該流域屬山地溫帶，兩岸植被較好，垂直分帶明顯，海拔4800m以上高峰為終年積雪所覆蓋；海拔4800m以下為灌木和高大的喬木，生長較好，海拔35004000m為陰暗針葉林及高山草甸和高山灌叢草甸；海拔3500m以下為針闊葉混交林。域內地下徑流十分豐富。工程區(qū)內人類活動極少，水土流失不嚴重，河流泥沙量極低。3 地層巖性本區(qū)域出露地層主要有白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石碳系、泥盆系及第四系。4 地質構造本區(qū)位于康藏歹字型構造體系頭部向中部轉折地帶，以及中部與川滇南北構造帶歸并復合部分的最北地段。構造形跡為三江弧性構造帶中昌都至芒康復向斜。復向斜主要由上三

28、疊系統(tǒng)及侏羅系組成，與晚古生代地層呈不整合接觸，東西寬幾十至150公里，南北長約500公里，槽部大部位于昌都-察雅-芒康-鹽井一線。芒康以北，軸向為N40W，以南逐漸轉呈近南北向，軸向也做作向東突出的弧形彎轉。復向斜北部甲桑長-昌都-察雅一帶，內部褶皺特征一般表現為向斜槽部較開闊平坦，背斜核部較為緊密，并常有走向斷層伴生。從剖面上來看，向斜多呈屜狀，背斜多呈梳狀，類似于隔擋式褶皺。從平面上來看，以西褶皺群軸向一般與復向斜主軸方向一致，即作N40W展布，以東為N5565W，有的呈扭曲現象，和復向斜總體方向呈1525小角度斜交，呈雁羽特征。復向斜中部阿孜-芒康一帶，內部褶皺比較平緩，有的呈穹隆狀或

29、短軸背斜，屬相對穩(wěn)定區(qū)。南部芒康以南，復向斜迅速變窄，紅侏羅南去不遠即便消失。5地震本區(qū)地質構造強烈，大斷裂較多。新構造運動主要表現為差異性的上升運動，該運動的地質特征在麥曲流域堆積階地和基座階地中較為明顯。值得注意的是，本區(qū)的斷層大多影響第三系，甚至第四系內部斷裂也較為發(fā)育，這說明新構造運動比較強烈。地下水的噴溢和地震的分布與主要斷裂有關。根據國家地震局1/400萬地震烈度區(qū)劃圖（1990），本區(qū)地震基本烈度度。6 物理地質現象由于該區(qū)域地處高寒山區(qū)，溫差變化大，物理地質作用主要表現為強烈的風化剝蝕與侵蝕，地質特征為河谷深切，兩岸階地殘缺不全，地形陡峻，鋒銳谷深。滑坡、崩塌、泥石流等物理地質

30、作用較發(fā)育。本區(qū)域地處高寒地帶，冬季氣溫較低，在第四系土層中大多存在凍土，其凍土深度一般在0.30.75米左右。7 水文地質該區(qū)域地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水、溫泉。第四系孔隙水主要分布于第四系覆蓋層內（崩坡積層、沖洪積混合堆積層、現代河床漂卵礫石層）。現代河床漂卵礫石層屬強透水層，富含地下水。崩坡積層、沖洪積混合堆積層含亞粘土、亞砂土以及砂壤土等粘性成分，由于其粘性成分含量差異較大，其透水性差異也較大，該層含水量主要受大氣降水、地表下滲水、基巖裂隙水的補給和控制，洵期雨量充沛，含水量較高，其余時段含水量較少或基本不含水?；鶐r裂隙水主要受區(qū)域構造及裂隙發(fā)育程度的影響和控制，屬弱

31、透水層，其透水性和含水量差異也較大。巖溶水主要分布于灰?guī)r出露地區(qū)，一般以溶洞水為主要表現形式。溫泉一般出露在斷裂帶附近，以上升泉的方式溢出地表，明顯具有承壓水特征，其尚常年水溫多在6080度左右。二、機電設備的選擇（一）、水輪機的選擇1 、水輪機選擇的基本資料裝機容量=0.25MW設計水頭2、水輪機型號的選擇根據設計水頭，參照金鐘元水力機械附表1，可以有兩種選型水輪機。3、單機容量的選擇水電站的裝機容量等于機組臺數和單機容量的乘積。根據已確定的裝機容量，就可以擬定可能的機組臺數方案。在選擇機組臺數時可從下列方面考慮：（1） 機組臺數與機電設備制造的關系機組臺數增多時，機組單機容量減小，尺寸減小

32、，因而制造及運輸都有比較容易，這對于制造能力和運輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實際上小機組單位千瓦消耗的材料多，制造也較麻煩，故一般都希望選用較大的機組。（2） 機組臺數與水電站投資的關系當選用的機組臺數較多時，不僅機組本身單位千瓦的造價高，而且隨著機組臺數的增加。相應的閘門、管道、調速器，輔助設備和電氣設備的套數就要增加，電氣結線也較復雜，廠房平面尺寸也需加大，機組安裝維護的工作量也增加，因此從這些方面來看，水電站單位千瓦的投資將隨臺數的增加而增加。但另一方面，采用小機組則廠房的起重能力、 安裝場地、機坑開挖量都可縮減，因此又可減小一些水電站投資。總的來說，機組臺數變化要引起水電站投資變化，在

33、大多數情況下，臺數增多將增大投資。（3） 機組臺數與水電站運行效率的關系機組臺數增多能夠增加水電站的電能，但當增多到一定程度，再增多時對水電站的運行效率就不會有顯著的影響了。當水電站在電力系統(tǒng)中擔任基荷工作時，選擇機組臺數少，可合水輪機在較長時間內以最優(yōu)工況運行，合水電站保持較高的平均效率。（4） 機組臺數與水電站運行維護工作的關系機組臺數多，單機容量小，運行方式就比較靈活，機組發(fā)生事故后所產生的影響小，檢修也較容易安排。但因運行操作次數隨之增加，發(fā)生事故的機率增高了，同時管理人員增多，運行費用也提高了。因此不宜選用過多的機組臺數。在技術經濟條件相近時，應盡量采用機組臺數較少的方案，但為了水電

34、站運行的可靠性和靈活性，一般應不少于兩臺。故綜合考慮，采用兩臺機組，單機容量為。式中 水輪機的額定出力發(fā)電機的額定出力發(fā)電機效率4 水輪機主要參數的確定（1） 轉輪直徑的計算式中： =8.25103KW=11.5 由金鐘元水力機械附表1查得該型水輪機在限制工況下的， =82.6% .由此可假定水輪機在該工況下的效率為86%。將以上各值代入公式得： 選用與之接近而偏大的標準直徑=1.6.（2）效率修正值的計算由附表1查得：型水輪機在最優(yōu)工況下模型的最高效率=89.6%,模型轉輪的直徑=0.39. 則原型水輪機的最高效率 =93%考慮到制造水平的情況，取=1.0%,則效率修正值為：=0.930.9

35、10.01=0.01由此可求得水輪機在限制工況的效率應為：=0.89+0.01=0.90(與原來假定的數值相近)（3）轉速的計算式中 由附表1查得在最優(yōu)工況下的 =70.0 r/min，同時由于：=0.0220.03所以可忽略不計，則以=70.0 r/min代入上式得：=(70.0)/1.6=365.9 r/min選用與之接近而偏大的同步轉速（4）工作范圍的檢驗計算在選定的=1.6，的情況下，水輪機在最大的和各種特征水頭下相應的值分別為：在設計水頭=11.5以額定出力Nr工作時，其相應的最大單位流量為： =0.981.15 m3/s則水輪機的最大引用流量為：=0.981.62=21 m3/s對

36、值：在設計水頭=69.95時在最大水頭=79時 在最小水頭=64時在型水輪機的主要綜合特性曲線圖上,分別畫出=75r/min，=67.4的直線，由圖可見，由這兩根直線與效率線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對于型水輪機方案，所選定參數=1.6, =375是合理的。(5) 水輪機吸出高Hs計算由水輪機的設計工況（）在圖3-7上可查得相應的汽蝕系數則可求得水輪機的吸出高為： （6）飛逸轉速的計算反擊式水輪機的飛逸轉速與水輪機凈水頭、導葉開度有關。最大飛逸轉速式中： 最大水頭（米）最大單位飛逸轉速查表知，水輪機采用的（7）軸向水推力的計算式中 軸向水推力系數，對于水輪機，

37、0.37 5、水輪機安裝高程的確定對立軸混流式水輪機，安裝高程由下式確定： 式中：查表知， 故機組安裝高程為4024.14。（二）、水輪機結構與外型尺寸估算1、混流式水輪機主要由以下幾部分組成：（1）埋入部分：包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等；（2）導水機構：包括頂蓋、底環(huán)、導葉和導葉操作機構等；（3）轉動部分：包括轉輪、主軸等；（4）導軸承、密封裝置及其他附屬裝置。2、蝸殼斷面形式本電站最大工作水頭超過40m故采用金屬蝸殼，蝸殼頂角點和底角點的變化形式有直線和拋物線兩種。直線變化結構簡單，水力損失大；拋物線變化結構復雜，水力損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水力損失最小，故選用拋物線變化規(guī)律的圓形斷面

38、。工廠對圓形金屬蝸殼包角通常采用。則：蝸殼進口多面流量：水輪機最大引用流量。蝸殼進口平均流速：由水輪機設計水頭Hr查水利機械得蝸殼進口平均流速。蝸殼進口斷面面積：斷面半徑：由水利機械附表5查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，水頭在70米以下其座環(huán)外徑=3.85m,= m當時 當時 當時 當時 當時 當時 當時 當時 其形式入圖1所示：3、 尾水管計算根據本電站的總裝機容量(0.25MW)為小型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，采用標準彎肘型尾水管。彎肘形尾水管是由進口直錐段、肘管和出口擴散段三部分組成。其大致形狀如圖所示：使用推薦尾水管尺寸表查水利機械得到本電站尾水管尺寸參數。表1 尾水管標準型式與實際計算

39、表參數標準1.02.54.52.741.351.350.6751.751.31實際1.63.527.22.891.761.760.921.502.08可近似取為轉輪出口直徑，此處取為=1.6.進口錐管的半錐角的最優(yōu)值,對混流式水輪機,取。此處取為9。根據尾水管的結構可得下式:解得=0.5，而,可取為0.2-0.5,此處取為0.3m。故=0.96。因此尾水管外形尺寸如圖2所示：4、水輪機重量估算（1）、水輪機總重量估算水輪機總重量指不包括調速器、油壓裝置和其他輔助設備的水輪機整體重量。查水電站機電設計手冊（水力機械）可知，2 轉輪重量估算查水電站機電設計手冊（水力機械）圖2-56可知，圖1蝸殼尺

40、寸簡圖（單位：mm）圖2 混流式水輪機尾水管簡圖（三）調速系統(tǒng)的選擇水輪機調速系統(tǒng)的基本任務是：使水輪發(fā)電機組穩(wěn)定地以額定轉速運行，在機組負荷變化工其他外擾作用下，保證機組的轉速變化不超過一定的范圍，并能迅速地穩(wěn)定于新的工況，從而保證發(fā)電機輸出的交流電頻率滿足用電設備的要求。水輪機調節(jié)是通過調速系統(tǒng)根據機組轉速的變化不斷地改變水輪機過流量來實現的。調速系統(tǒng)的主要設備有：調速器、油壓裝置和漏油裝置。1、調速器的型式選擇（1）調速器型式選擇調速器型式選擇的一般要求有以下兩點：當電站和機組容量較大，在系統(tǒng)中承擔調頻任務，應選用調節(jié)品質好，自動化程度高的電氣液壓調速器。當機組容量較小，在系統(tǒng)中地位不重

41、要，經常承擔基荷時，也可選用機械液壓調速器。.選擇調速器時應考慮到調速器某些五一節(jié)對電站其他設備的要求和影響。2 調速器工作容量的選擇調速器的工作容量是指在一定的工作油壓下，調速系統(tǒng)所具有的最大可能輸出功率，該輸出功率不僅取決于調速功的大小，還取決于關機時間的長短。而主配壓閥直徑并不能全面地反映調速器的工作容量，對直徑相同但結構不同的主配壓閥，具有不同的最大行程，窗口尺寸和開、關機時間調整方式，因而其摩阻系數和可能最大輸出功率也不相同。所以只有同一類型的主配壓閥才能按其活塞直徑表征調速器的容量。選擇調速器工作容量時，應留有適當的余量以保證機組可靠地開關導葉，關機時間應能滿足調節(jié)保證的要求。（1

42、） 主接力器的選擇采用兩個接力器來操作導水機構，每個接力器的直徑可按下列公式計算式中 計算系數。取為0.40； 導葉高度。 在標準接力器系列表中選擇與之接近的直徑225。接力器最大行程可由下列經驗公式求得 式中為導葉最大開度?？捎赡Ｐ退啓C的導葉開度依下式換算求得 式中 、分別為原型和模型水輪機導葉軸心圓的直徑、分別為原型和模型水輪機導葉數目，則兩個接力器的總容積。（2） 主配壓閥的選擇主配壓閥的直徑與通向接力器的油管直徑是相等的，主配壓閥油的流量為：導葉全開到全關直線關閉時間。假設為4s。則m3/s主配壓閥直徑為：d(m)Vm管內油壓流速m/s.當額定油壓為2.5MP時Vm=（4-5）m/s

43、為短管且工作油壓較高時取較大值。則Vm取5m/s。代入上式主配壓閥直徑為：由計算的主配壓閥直徑查水電站機電手冊選擇之相鄰而偏大的DT-100電氣液壓型調速器。調速器外形如圖3所示： 圖3 調速器外形尺寸圖2、油壓裝置的選擇（1）油壓裝置的組成油壓裝置是向水輪發(fā)電機制調速系統(tǒng)供給壓力油的能源設備，是調速系統(tǒng)的重要組成部分。同時也可作為進水閥、調壓閥以及液壓操作元件的壓力油源。油壓裝置有分離式和組合式兩種。分離式油壓裝置的壓力油罐與回油箱分開；組合式油壓裝置的壓力油罐裝在回油箱上面的框架上。前者容量范圍較大，適用于大中型水輪機。后者結構緊湊，但容量較小，僅適用于中小型水輪機。本電站采用組合式油壓裝

44、置。油壓裝置的主要部件有：（1）壓力油罐：其中油占總容積的30-40%，其余70-60%為壓縮空氣。（2）回油箱：其容積約為壓力油罐容積的1.2-1.4倍。（3）油泵：一般均為螺旋油泵，有立式和臥式兩種。（4）油泵附件：包括安全閥、逆止閥和節(jié)流閥等。（5）壓力油罐的附件：包括壓力表、油位信號及自動補氣裝置、壓力信號器、空氣閥等。(2)油壓裝置的選擇計算油壓裝置的選擇計算主要是確定油壓裝置的臺數和容量（工作能力）。為了滿足機組調節(jié)和安全運行的要求，通常每臺水輪機裝設一臺油壓裝置。油壓裝置的工作能力是以壓力油箱的總容積和額定油壓為表征的。壓力油箱的總容積可按下列經驗公式估算：取查水利機械油壓裝置系

45、型譜表，本水電站可選型查水電站機電設計手冊可知其基本尺寸如表2所示，形式如圖4所示： 表2 油壓裝置基本尺寸表單位（mm）油壓裝置型號回油箱長度回油箱寬度總高壓力油罐高壓力油罐外徑24001700327023701028 圖3 油壓裝置簡圖（單位：mm） (四)發(fā)電機的選擇1、 水輪發(fā)電機的型式選擇根據所選機型： 的主要性能參數，選擇配套發(fā)電機 其性能如表2-3表3主要外形和安裝尺寸型號容量(kw)65001912524390028035760表4 主要外形與安裝尺寸 單位名稱尺寸19125243900280357602350270035801490名稱尺寸164324297361016160

46、0470626946191135圖5 發(fā)電機外形尺寸2、水輪發(fā)電機的通風冷卻方式及其選擇大中型水輪發(fā)電機常采用密閉式空氣循環(huán)冷卻和水內冷兩種冷卻方式。通過兩個通風方式的比較，本電站采用密閉式空氣循環(huán)冷卻。密閉式空氣循環(huán)冷卻的冷卻方式是借助轉子風扇或輪同的風扇作用合空氣在發(fā)電機內部循環(huán)流通，熱空氣通過冷卻器用水冷卻。3 、水輪發(fā)電機重量估算（1）發(fā)電機總重量式中 發(fā)電機總重量()；系數,對懸式發(fā)電機取8-10,此處取為8。（2）發(fā)電機轉子重量一般可按發(fā)電機總重量的1/2估算 （三）、起重設備水電站起重設備一般采用橋式起重機或門式起重機。橋式起重機有單小車和雙小車兩種。雙小車橋式起重機與單小車起重

47、機不同之處是在橋架上設有兩臺可以單獨或聯合運行的小車，每臺小車只有一個起重吊鉤，藉手動變速作主鉤或副鉤使用，當吊運最重件（如發(fā)電機轉子）時，兩臺小車借助平衡梁聯合起吊。1、吊車形式的選擇最重吊運件的重量為7.35噸，且機組臺數小于4臺，故可選用一臺單小車橋式起重機。2、主要工作參數的選擇（1）起重量查表（水電站機電設計手冊），額定起重量為100噸。(2) 跨度 起重機大車軌道中心線之間的垂直距離（或起重機大車兩端車輪中心線之間的垂直距離）稱為跨度，以米表示。根據廠房寬度起重機跨度定為12米。(3) 起升高度雙小車起重機每臺小車只有一套起重機構，其吊鉤的下極限位置應保證發(fā)電機轉子或水輪機轉輪從機

48、坑吊出，同時還應滿足吊運進水閥及水輪機埋設部件及安裝的要求。(4) 吊鉤主廠房每臺單小車橋式起重機一般都設置主、副鉤各一個。主鉤一般應滿足起吊額定起重量的要求，副鉤則按產品標準配置。（5）其它主要尺寸表6 其它主要尺寸表起重量跨度起升高度起升速度運行速度主鉤副鉤主鉤副鉤主鉤副鉤小車大車100201226350.815.75.120.6起重量極限尺寸大車最大輪壓重量吊鉤至軌面距離吊鉤至軌道中心距離小車重起重機總重主鉤副鉤主鉤主鉤副鉤10020900320048005650235060113208起重量主要外形尺寸兩臺橋機并車尺寸主鉤副鉤小車軌距起重機最大寬度小車長度軌面至起重機頂端距離軌面至緩沖

49、器距離并車后起重機最大寬度兩主鉤之間距離軌道面至平衡梁掛鉤的距離掛鉤中心至上下環(huán)底距離100205500103808400645012002088010500900114三、水電站廠房布置廠房布置的基本要求是：（1） 應適應地質、地形、水文、氣象等自然條件，并根據電站樞紐布置的具體情況、不同類型廠房的特點，全面考慮，合理布置。（2） 應滿足設備安全運行，便于安裝檢修及操作管理，廠內各種設備布置 協(xié)調，并考慮水工結構上的要求。（3） 應充分考慮設備進廠以及廠內吊裝、運輸的要求。（4） 應考慮電站初期運行要求，盡可能不設或少設臨時設施，對于分期建設的電站，應考慮遠、近期結合。（5） 應考慮防火、防

50、淹、防潮及勞動保護等方面的要求，力求布置 整齊美觀。（6） 在滿足電波運行及安裝檢修要求的前提下，盡量減少土建工程量，節(jié)省投資。（一）、立軸反擊式機組的布置主廠房由機組段（包括端機組段）和安裝場組成，所以主廠房布置和尺寸的確定，主要就是機組段和安裝場的布置和尺寸的確定。而機組段尺寸主要取決于水輪機蝸殼、尾水管、發(fā)電機等設備的外形尺寸。1、尾水管層的布置反擊式水輪機的泄水設備尾水管的頂部與基礎底板之間的空間是尾水管層，布置有：(1)尾水管為減少開挖量，采用彎肘形尾水管。它由直錐段、肘管段和擴散段幾個部分組成。水輪機采用標準型尾水管。尾水管底板高程為4016.46米，厚1.5米，基礎開挖高程為40

51、18.68米。為減小擴散段結構跨度，通常設有2個隔墩。廠內設有通往尾水管的通道和進人孔，進人孔的尺寸為600800毫米。進人孔的位置，布置在尾水管的圓錐段。當停機放空尾水管的水，檢修人員從水輪機沿進水閥坑的爬梯下去，然后水平進入廊道，打開設在尾水管直錐段的金屬蓋，利用梯繩爬進尾水管內。(2)集水井、集水廊道和水泵室主廠房內常在下部結構部分的基礎塊體最低部位設置集水井或集水廊道，并在上方設水泵室，以便及時利用水泵排除基礎滲水。一般蝸殼有不管通到尾水管，尾水管將水引入集水井或集水廊道，然后由水泵抽水向下游排出。出口高程一般設在下游水位以上。2蝸殼層的布置蝸殼層是反擊式水輪機的引水設備蝸殼及其周圍的

52、鋼筋混凝土結構塊體和空間部分。本電站采用單元供水，廠內不設蝴蝶閥，而在調壓井處設控制閘門。此為引水隧洞設計部分，故在本設計中不做進一步探討。機組轉輪直徑1.6米，蝸殼為混凝土蝸殼，蝸殼的包角為180度。蝸殼內設進人孔，進人孔的布置在進口的上部。進人孔的大小為650毫米。蝸殼層平面布置圖如附圖所示.3水輪機層的布置(1)筒式發(fā)電機機墩圓筒式機墩抗扭、抗震及抗壓性能好，剛度大，一般為少筋混凝土，用鋼量省，故采用圓筒式機墩。機墩內部是空的便于水輪機安裝時吊進、檢修時吊出。機墩內布置接力器，預埋各種油、氣、水管道和布置電纜、電線。運行人員經常要進入內腔進行巡視和檢修工作，機墩要留有進人孔，機墩高度 不能太矮。機墩內徑要按大于水輪機轉輪直徑、小于發(fā)電機轉子直徑，并考慮下機架支承等要求而定。根據經驗，圓筒式機墩內徑 根據前面發(fā)電機的計算D=2.35m(2)輪機機坑的布置水輪機機坑應按下列要求進行布置：.于在水輪機機坑內檢修、安裝、維護導軸承和傘式機組的推力軸承。.組采用不吊發(fā)電機轉子而拆出水輪機轉輪進行檢修時，此時機墩結構及布置尺寸應考慮轉輪運出的通道，并設置必要的吊運裝置以滿足轉輪拆裝的要求。在決定機坑進人孔的位置時，應注意水輪機接力器和推拉桿對進入機坑通道的影響。進入水輪機機坑的門為一個。門寬為1.5米，門的高度為2米。因此根據水輪機層布置的主要數據可大致繪出