【正文】 1 寬縫重力壩設(shè)計(jì)方案 1 設(shè)計(jì)基本資料 地理位置S 溪為福建省最大河流上游的西支，流經(jīng)十四個(gè)縣市，與 K 北支建溪匯合于南平。S 溪全長 349 公里，邵武至順昌段河道坡降 %，已建 JC 水電站位于沙溪中游末端，控制集水面積 5184 平方公里。富屯溪干流全長 285 公里，邵武至順昌段河道坡降 %。其最大支流金溪，全長 253 公里，地形更為陡峻，河道坡降達(dá) %，已建 HJ 電站位于今溪中游控制集水面積 4766 平方公里。S 水電站位于沙溪和富屯溪匯合口下游 6 公里的西溪上，控制集水面積 25562 平方公里制，占 N 流域總面積的 42%，流域內(nèi)森林茂盛，覆蓋良好，有較好的水土保持條件。 水文與氣象 水文條件K 的降水量觀測，解放前從 1935 年開始，但站點(diǎn)少，資料斷續(xù)不全，精度較差。1952年起陸續(xù)增設(shè)雨量站，到 1978 年已達(dá) 162 處，平均 158 平方公里設(shè)有一個(gè)雨量站。蒸發(fā)量觀測都是解放后開始，本流域共有 16 個(gè)觀測站。樞紐區(qū)所需的氣溫，濕度，水溫，風(fēng)向，風(fēng)力等氣象要素的統(tǒng)計(jì)，是利用距壩區(qū)下游 14 公里的南平站。水文測驗(yàn)：西溪最早于 1938 年 7 月在沙溪的沙縣。永安設(shè)站觀測水位和流量，1939年相繼在寧化清流設(shè)水位站。富屯溪以洋口建站最早，于 1944 年 5 月設(shè)立，其他各站點(diǎn)均在解放前增設(shè)。一般都有二十年以上的實(shí)測資料。至 1978 年沙溪沙縣站已積累三十年資料，富屯溪洋口站也有三四十年的實(shí)測資料。K 的 L 站，距 DH，富屯溪匯合口下游約 4 公里，1953 年 11 月設(shè)站。1957 年停測，1960 年 9 月恢復(fù)策流至 1966 年 12 月撤消，1979 年恢復(fù)觀測水位，汛期測流。 2 L 是 KL 控制站，是本水電站水文計(jì)算的主要依據(jù)站，但僅有 9 年實(shí)測流量資料，而 J控制站，控制集水面積 9922 平方公里，洋口站控制集水面積 12669 平方公里，兩站總面積已控制壩址總面積的 89%左右，其間無大支流匯入，為 JC 水文資料插補(bǔ)展延提供了良好的條件。天然河道水位流量關(guān)系曲線，1979 年 3 月在花竹站下游約 公里鯉魚洲壩段社壩址上下水尺。同年青洲萊洲與梯級開發(fā)可能的官蟹，照口設(shè)水尺，觀測水位，至 9 月停測。壩址水尺與花竹站相關(guān)，青州，官蟹兩組水尺和萊舟，照口兩組水尺分別與沙縣站和洋口站相關(guān)，高水位歷史洪水資料控制又分別按集水面積比的 次方作相應(yīng)水尺的區(qū)間加入水量，接著以史提文撕法外延求得。 降水特性KL 溪流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨量充沛，暴雨頻繁，由于地形影響，富屯溪上游為閩北高雨區(qū)，沙溪屬于閩中低雨區(qū)，金溪與富屯溪中下游則為兩者過度帶。降雨量的地區(qū)分布有自東南向北遞增趨勢?；ㄖ褚陨狭饔?qū)崪y最小和最大年降水量在 1236～2348 毫米之間，多年平均降水量為 1776 毫米，六月為甚，占年降水量的 37%左右。高風(fēng)西風(fēng)槽和地面鋒系列相伴出現(xiàn)成鋒面雨，是本流域雨季最主要的天氣形勢，也是暴雨的主要成因，一般臺(tái)風(fēng)雨對本流域影響不顯著，但強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與其他天氣系統(tǒng)相遇時(shí)，容易晾成洪患。 氣象要素簡述壩區(qū)年平均氣溫為 度，月平均氣溫在 9 度以上，最高氣溫 度的日樹，全年平均為 天，其中以七八月最多。最低氣溫0 度的天數(shù)，全年平均為 天，以一月份出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多。極端最高氣溫為 度，出現(xiàn)在 1953 年 8 月 1 日，速，發(fā)生在 1955 年 1 月 11 日和 1963 年 1 月 8 日。本流域氣候濕潤，壩區(qū)年平均相對濕度為 79%，月平均最大達(dá) 83%，發(fā)生在六月，月平均為 78%，出現(xiàn)在七月。壩區(qū)多年平均水溫為 度，極端最高水溫達(dá) 35 度，極端最低水溫為 度。KL 以上流域的蒸發(fā)量以邵武，延寧，將樂，清流，永安，沙縣六站的觀測資料為計(jì)算依據(jù)，根據(jù) 1952～1978 年資料求得多年平均水面蒸發(fā)量為 毫米，年最大蒸發(fā)量為 毫米，年最小蒸發(fā)量為 毫米，年內(nèi)各月蒸發(fā)量以七月最大，為 毫米，二月最小為 毫米，陸地蒸發(fā)量按水量平衡原理推求，多年平均為 毫米。壩區(qū)年平均風(fēng)速僅 秒/米，全年各月以東北風(fēng)占優(yōu)勢，定時(shí)最大風(fēng)速實(shí)測記錄大于 20 秒/米，出現(xiàn)在 1962 年 6 月，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，發(fā)生大風(fēng)日數(shù)以 7～9 月頻次較多。沙溪口水庫大壩的設(shè)計(jì)最大風(fēng)速建議采用 25～30秒/米。校核洪水位下吹程為 。 3 徑流本流域徑流形成來至降水，花竹站具有 1954～1956，1961～1966 年實(shí)測資料，根據(jù)九年實(shí)測資料與上下游的沙縣，洋口，南平，七里街各站點(diǎn)流時(shí)資料，建立四種同期上下游年月平均流量相關(guān)圖，經(jīng)比較選用最大誤差較小，且較為簡單的插補(bǔ)計(jì)算花竹站的年月日平均流量，并將 KL 查補(bǔ)延伸而得 1939 到 1978 年工 40 年徑流系列。考慮支池潭徑流系列教短，自 1954 年起才同步，故壩址多年平均流量用 KL1951～1978 年流量系列計(jì)算為 778秒立方米，徑流模數(shù) 萬立方米/秒*平方公里。KL 徑流年內(nèi)分配是很不均勻的，自一月遞增，以六月最大，占全年流量的 %，然后逐月遞減，最小為 12 月，只占全年的%，最大與最小月份比達(dá) 9 倍左右，花竹徑流年內(nèi)見表 1。 表 1 花竹站徑流年內(nèi)分配表名稱 一月 二月 三月四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月十二月全年月平均徑流267 407 618 1080 1730 2290 946 606 470 379 288 253 778占年內(nèi)（%） 100 洪水J 洪水由暴雨形成，特大洪水發(fā)生在 4～6 月，尤以六月發(fā)生機(jī)會(huì)最多，每當(dāng)五，六月由于高空西風(fēng)槽，低渦特別活躍，地面低壓鋒系出現(xiàn)頻繁，西南方向來的暖濕氣流又加強(qiáng)，當(dāng)兩氣團(tuán)在流域上空交匯對峙時(shí)，形成靜止鋒，不僅降水持久且強(qiáng)度大，這是造成本流域大范圍降水的主要天氣系統(tǒng)，也是洪水的主要成因，本流域距臺(tái)風(fēng)源地遠(yuǎn)，東南面受云，博平等山脈阻擋，一般臺(tái)風(fēng)對本流域影響不大，若強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與其它天氣系統(tǒng)相遇也會(huì)造成洪災(zāi)。根據(jù) 30 年來的實(shí)測資料分析，較大洪水形成原因以及歷史特大洪水大部分均屬鋒雨造成。本流域洪水歷時(shí)一次可達(dá) 5～10 天，一般 5～7 天可以包括最大洪量，鋒型以 C 復(fù)峰和多峰居多。壩址洪水過程線，考慮了沙溪與富屯溪的洪水組合。 泥沙壩址沒有實(shí)測資料，采用洋口與沙縣兩站實(shí)測懸移質(zhì)輸沙率多年平均值，經(jīng)年徑流比 4 進(jìn)行推算，并以洋口與沙縣兩站多年平均侵蝕模數(shù)綜合分析的成果比較推得壩址懸移質(zhì)年輸沙量為 公斤/立方米。推移質(zhì)由于閩北地區(qū)無實(shí)測資料，參照新安江羅桐埠站分析成果，按懸移質(zhì) 30%估計(jì)推得多年平均總輸沙量為 302 萬噸。 工程地質(zhì)庫區(qū)位于閩西北華夏地區(qū)，地層以前震旦第建歐群的一變質(zhì)巖和燕山花崗巖體為主。庫區(qū)地層褶皺多呈復(fù)式，以向半構(gòu)造為主習(xí)峰期褶皺形態(tài)較復(fù)雜，次數(shù)褶皺發(fā)育，華力近—即光期多屬燕山期，大體可分為北東～北北東向。北西向和南北向三組，北東向斷層多數(shù)壓性，但也有彈性，北西向斷層多數(shù)張性。南北向斷層，則以壓性為主。電站所在地區(qū)地震基本烈度定位 6 度。滲漏：庫區(qū)群山環(huán)抱，地下分水嶺高于設(shè)計(jì)蓄水位。庫岔中無碳酸鹽類分布，故無滲漏之濾。礦產(chǎn)淹沒：未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)價(jià)值的礦產(chǎn)，因此不影響水庫興建。庫岸穩(wěn)定：已查明，不穩(wěn)定或滑塊體有沙溪口公路上游 600 米右岸及沙溪口公路橋上游各有一塊，規(guī)模估計(jì)約數(shù)萬立方米。此兩處距壩址約 7 公里，縱使坍滑對電站去影響。在綠水坑上游 2200 米處，巖層有侏羅系有順坡向斷層構(gòu)成滑動(dòng)面。經(jīng)推算，認(rèn)為不論是現(xiàn)在或蓄水以后都是穩(wěn)定的。原上壩址右岸距電站廠房約 500 米。邊坡地形平緩。120 米高程以上的坡積層經(jīng)過多次滑動(dòng)，趨于穩(wěn)定狀態(tài)，下部巖體風(fēng)化裂發(fā)育，T4 及附近巖體張開松弛，拉裂，但 T4 或類似 T4 的緩傾角結(jié)構(gòu)面末出坡腳，高程 80 米以下基巖出露與河庫風(fēng)華巖無露頭，片理結(jié)構(gòu)均可延續(xù)，邊坡下部不存在滑裂面，蓄水后也不可能在坡腳長生脆性破裂，釀成嚴(yán)重滑坡。 5 巖石物理力學(xué)性質(zhì)壩基各類巖石室內(nèi)物理性能實(shí)驗(yàn)成果見表 2表 2 巖石室內(nèi)物理性能實(shí)驗(yàn)成果容重（克/立方厘米）近似垂直面抗壓強(qiáng)度（公斤/平方厘米）巖名稱石數(shù)量干 濕比重吸水率（%）孔隙率（%） 干 濕軟化系數(shù)實(shí) 驗(yàn)組 數(shù)最大值 1992 1358 最小值22 00147107石英片巖平均值 8最大值最大值06011157.7762.26最小值 2 221261.2909.4云母長英片巖平均值 7最大值最大值 最小值最小值22.3001305151云母片巖平均值平均值 2注： 公斤/平方厘米 公斤/平方厘米壩基由三種巖性組成。在壩體結(jié)構(gòu)及裂隙發(fā)育程度并考慮軟化系數(shù)較低的情況建議利用區(qū)內(nèi)巖石抗壓強(qiáng)度的 1/10，其值表 3。巖石與巖石和巖石與混凝土抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，選取河床微風(fēng)化~新鮮巖石，制備20*20*20 厘米試樣確定，其成果見表 4.根據(jù)室內(nèi)單點(diǎn)法實(shí)驗(yàn)組，結(jié)合壩基地形地質(zhì)條件分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，地質(zhì)會(huì)商定，摩擦系數(shù)采用算術(shù)平均值，乘上折減系數(shù) ，粘聚力建議 采用算術(shù)平均值的 1/5，見表 5。建筑物部位分段混凝土/巖摩擦系數(shù)建議值右岸擋水段 f= 船閘 f=溢流段 f= 廠房段 f=各類巖石變形模具量建議值如下：新鮮石英片巖 20*10 4公斤/厘米 2新鮮云母長英片巖 15*10 4公斤/厘米 2 6 新鮮云母片巖 10*10 4公斤/厘米 2 建筑材料在壩址附近缺乏沙石料。土料在壩址上下游范圍內(nèi)均有分布。 涉沙凈沙料場，沙的質(zhì)量良好，初步估計(jì)儲(chǔ)量 15～20 萬立方米，運(yùn)輸條件較好，可供工程前期使用。 二公里半道口采石場為燕山早期花崗巖，無論質(zhì)量儲(chǔ)量均可滿足要求，唯對人工沙作實(shí)驗(yàn)論證。 土料最優(yōu)開采地段為下壩址右岸，高程在 120～170 米，儲(chǔ)量 50～60 萬立方米以上，質(zhì)量可滿足圍堰要求。 綜合利用本工程以發(fā)電為站為主兼顧航運(yùn)過木，投產(chǎn)后將接入福建省點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行。開發(fā)本電站主要目的是適應(yīng)福建省工農(nóng)用電需要。DH 水電站位于閩北電網(wǎng)中心，電站開發(fā)主要是向福州，三明，南平等地區(qū)供電，其范圍主要在閩北，參加全省電力平衡，考慮水口電站投產(chǎn)后，福建華東聯(lián)網(wǎng)，本電站負(fù)擔(dān)適當(dāng)?shù)恼{(diào)峰任務(wù)。有通航要求，估計(jì)近期過壩貨運(yùn)量為 30～60 萬噸。木材過壩量 1990 年為 20 萬立方米，2022 年為 50 萬立方米。毛竹 500～600 萬株。要求樞紐設(shè)置船閘，滿足過木及通航要求。樞紐建成后，因水庫小無力承擔(dān)下游防洪，下游無灌溉要求。表 3 壩基巖石承載能力列舉數(shù)值建議數(shù)據(jù)（公斤/厘米 2）巖性垂直片理巖 平面片理巖微風(fēng)化~新鮮石英片巖 100 55微風(fēng)化~新鮮云母長英片巖 90 45微風(fēng)化~新鮮云母片巖 50 10 7 表 4 巖石室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果表抗剪算術(shù)平均值 圖解法 最小而乘法巖性 實(shí)驗(yàn)條件 tgY C tgY C tgY C組數(shù)巖/巖