【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ......................................................................................... 91 1 第 1 章 工程概述 工程概況 金盆水庫(kù)位于陜西省黑河峪口以上約 ，距西安市 86km。黑河水利樞紐工程位于陜西省西安市周至縣境內(nèi)，是渭河支流黑河上的一項(xiàng)綜合利用水利樞紐，根據(jù)流域規(guī)劃和西安市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，其開發(fā)任務(wù)是以城市供水為主，兼有農(nóng)灌、發(fā)電、防洪等綜合利用的大 (Ⅱ )型水利工程。該樞紐是繼黑河引水一期開發(fā)建成后，為確保黑河引水工程全面發(fā)揮效益，促進(jìn)先經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保證社會(huì)穩(wěn)定，改善投資環(huán)境而興建的關(guān)鍵性 工程，是西安人民的“生命線”工程，被陜西省委、省政府列為全省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的重中之重。 本次設(shè)計(jì)確定大壩壩頂高程為 ，正常蓄水位為 594m，總庫(kù)容為 億 m3。樞紐由攔河壩、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、壩后電站及古河道防滲工程等建筑物組成。工程建成后，每年可供給西安市城鎮(zhèn)和工業(yè)用水 億 m3，基本解決西安市的供水問(wèn)題，農(nóng)業(yè)年供水量 億 m3，可使 37萬(wàn)畝的農(nóng)田灌溉用水得到不同程度的改善和補(bǔ)充；一級(jí)水電站裝機(jī) ，多年平均發(fā)電量 億 KW*h；由于水庫(kù)的滯洪和削峰作用，可將百年一遇 的洪水減為二十年一遇，對(duì)下游防洪起到良好的作用。本工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)促進(jìn)西安市社會(huì)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義 1。 工程特征表 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定 2，工程相關(guān)特征統(tǒng)計(jì)如表 11 所示： 表 11 工程特征表 名稱 項(xiàng)目 單位 數(shù)量 備注 水文特征 設(shè)計(jì)洪量 m3/s 8000 （ P=％） 校核洪量 m3/s 5100 （ P=％） 2 續(xù)表 11 工程特征表 名稱 項(xiàng)目 單位 數(shù)量 備注 水庫(kù)特征 正常蓄水位 M 594 設(shè)計(jì)洪水位 M 校核洪水位 M 防洪限制水位 M 592 死水位 M 520 總庫(kù)容 億 m0 調(diào)洪庫(kù)容 億 m1 死庫(kù)容 億 m2 興利庫(kù)容 億 m3 大壩 地震烈度 度 7 壩頂高程 M 壩頂長(zhǎng)度 M 防浪墻頂高程 M 最大壩高 M 溢洪洞 堰頂高程 M 585 最大泄流量 m3 隧洞形式 表孔溢流式隧洞 隧洞長(zhǎng)度 M 消能方 式 調(diào)流消能 泄洪洞 進(jìn)口高程 M 515 最大泄流量 m3 隧洞形式 深孔無(wú)壓式隧洞 隧洞長(zhǎng)度 M 消能方式 調(diào)流消能 引水建筑物 設(shè)計(jì)引用流量 m3/s 最大引用流量 m3/s 33 隧洞形式 壓力隧洞 隧洞尺寸 M R= 消能方式 調(diào)流消能 閘門 工作門 弧形閘門 事故檢修門 疊梁門或平板鋼閘門 3 設(shè)計(jì)說(shuō)明 設(shè)計(jì)階段 本畢業(yè)設(shè)計(jì)為黑河心墻壩樞紐布置與安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) ，其中樞紐布置為初步設(shè)計(jì)階段；而土石壩設(shè)計(jì)需達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)階段。 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1）了解工程概況，熟悉設(shè)計(jì)所需的地形、地質(zhì)、水文等基本資料； （ 2）進(jìn)行工程樞紐整體布置，確定壩軸線位置和泄水、排沙、取水、發(fā)電等建筑物的位置、形式和尺寸。要求擬定出至少兩個(gè)不同的方案并進(jìn)行綜合分析比較，最終選定一個(gè)方案進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。 （ 3）進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算與分析，確定設(shè)計(jì)、校核工況下的相應(yīng)泄流量和水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位等特征水位，確定特征庫(kù)容，在此基礎(chǔ)上完成整體樞紐平面布置。確定特征水 位時(shí)，可根據(jù)具體情況采用同倍比（或同頻率）放大法，繪制出兩條 Qt 曲線，并運(yùn)用半圖解法求出設(shè)計(jì)、校核情況下的相應(yīng)最高洪水位。 （ 4）擬定大壩橫斷面形式與尺寸，進(jìn)行壩體穩(wěn)定分析和強(qiáng)度計(jì)算。 （ 5）擬定泄水建筑物的形式與尺寸，并進(jìn)行相關(guān)水力計(jì)算，確保設(shè)計(jì)與校核情況下的安全泄洪能力。 （ 6）擬定排沙、取水等其它建筑物的形式和尺寸，并進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)。 （ 7）進(jìn)行大壩、泄水等樞紐建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)。 （ 8）進(jìn)行專題深入部分（ 安全監(jiān)測(cè) ）的設(shè)計(jì)，從經(jīng)濟(jì)、安全、施工、運(yùn)行管理等方面綜合考慮，對(duì)黑河心墻壩工程的溢洪洞進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。 （ 9）繪制并提交設(shè)計(jì)圖紙 6~8 張。要求所有設(shè)計(jì)圖紙（包括樞紐平面 4 布置圖、大壩典型橫剖面圖、上游立視圖、下游立視圖、泄水建筑物及消能設(shè)施的縱、橫剖面圖，各主要建筑物的細(xì)部設(shè)計(jì)圖，專題深入部分細(xì)部設(shè)計(jì)圖等）均采用 AutoCAD 繪制。 建筑物級(jí)別 為了貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策，達(dá)到既安 全又經(jīng)濟(jì)的目的，應(yīng)該對(duì)水利樞紐按其規(guī)模、效益極其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性進(jìn)行分等。再根據(jù)樞紐中各水工建筑物的作用大小及重要性，對(duì)建筑物進(jìn)行分級(jí)。在設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)不同級(jí)別的水工建筑物在安全系數(shù)、洪水標(biāo)準(zhǔn)、安全超高等技術(shù)方面則區(qū)別對(duì)待 3。具體劃分依據(jù)為中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL2522020 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)規(guī)定確定。 結(jié)合樞紐任務(wù)（供水、灌溉、發(fā)電、防洪），考慮水庫(kù)庫(kù)容（最大庫(kù)容）、 供水對(duì)象重要性、防洪要求（保護(hù)重要城市），根據(jù)表 13，確定黑河水利樞紐定為Ⅱ等大（ 2）型工程。 根 據(jù)表 12 永久性水工建筑物級(jí)別，及表 14 水庫(kù)大壩提級(jí)指標(biāo) 4，本樞紐為Ⅱ等，其主要建筑物（大壩、溢洪洞、泄洪洞） 屬于 1 級(jí)，次要建筑物（導(dǎo)流墻、工作橋、護(hù)岸等）屬于 2 級(jí)，臨時(shí)性建筑物（圍堰、導(dǎo)流隧洞等）屬于 3 級(jí)。 根據(jù)樞紐等別和建筑物級(jí)別，根據(jù)表 15 山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電程水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)，確定本樞紐的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 500 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 10000 年一遇。 表 12 永久性水工建筑物級(jí)別 工程等別 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 水利水電工程分等指標(biāo) 工程等別 工程規(guī)模 防洪 治澇 灌溉 供水 發(fā)電 水庫(kù)總庫(kù)容（ 108m3） 保護(hù) 對(duì)象的重要性 保護(hù)農(nóng)田（ 104畝） 治澇面積（ 104畝） 灌溉面積（ 104畝） 供水對(duì)象重要性 裝機(jī)容量（ WM） Ⅰ 大（ 1）型 ≥10 特別重要 ≥500 ≥200 ≥150 特別重 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 ?。?1）型 ～ 一般 30～ 5 15～ 3 5～ 一般 5～ 1 Ⅴ 小（ 2）型 ～ ＜ 5 ＜ 3 ＜ ＜ 1 表 14 水庫(kù)大壩提級(jí)指標(biāo) 級(jí)別 主要建筑物 壩高 2 土石壩 90 混凝土壩、漿砌石壩 130 3 土石壩 70 混凝土壩、漿砌石壩 100 表 15 山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn) 運(yùn)用情況 水工建筑物級(jí)別 1 2 3 4 5 洪水重現(xiàn)期 設(shè)計(jì)情況 1000～ 500 500～ 100 100～ 50 50～ 30 30～ 20 校核情況 土石壩 可能最大洪水或10000～5000 5000～2020 2020～1000 1000～300 300～ 200 混凝土壩、漿砌石壩 5000～ 2020 2020～1000 1000～500 500～ 200 200～ 100 設(shè)計(jì)依據(jù) SL252－ 2020 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 6 SL274－ 2020《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL203－ 97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL297－ 2020《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL253－ 2020《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī) 范》 DL5077－ 1997《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》 7 第 2 章 水文氣象資料 流域水文概況 流域概況 黑河為渭河南岸較大支流 ,位于東經(jīng) 107176。 43′～ 108176。 24′ ,北緯 33176。42′～ 34176。 13′之間 ,屬黃河二級(jí)支流 ,發(fā)源于秦嶺太白山北麓 ,由西南流向東北 ,至周至縣馬召鎮(zhèn)附近出峪 ,向東北匯入渭河 ,流域面積 2258 Km2,干流總長(zhǎng) Km，河道平均比降 ‰。流域最高為太白山主峰，海拔 3767米，流域分水嶺平均高程海拔 2400m。黑河流域?yàn)樯葼睿瑬|西最大寬六十余公里，主要支流有 陳家河、大蟒河、清水河、太平河、扳房子河、虎豹河、王家河等（支流多匯集于右岸，右岸支流集水面積約為左岸的三倍），陳家河以下黑河干流較為順直，無(wú)較大支流匯入，流域平均寬度約六公里。 峪口以上干流長(zhǎng) ，控制流域面積 1481Km2，約占全流域面積的65%，干流經(jīng)高山深谷，河床比降大，約為 ‰。峪口以上為秦嶺林區(qū)，流域內(nèi)植被良好，森林覆蓋率為 %，含沙量小，水質(zhì)無(wú)污染，符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn) 5。 黑河流域于 1938 年 10 月在黑峪口設(shè)立水文站，基本斷面位于峪口黑惠渠首上游 800 米處，即黑峪口（二）站 ， 1939 年內(nèi)下移 500m，又恢復(fù)至（二）斷面， 1966 年下移 100 米，即黑峪口（三）斷面，觀測(cè)至今，黑河水庫(kù)水文站基本斷面位于黑惠渠首上游 700m 處。累計(jì)觀測(cè)資料 47 年。 黑河流域先后設(shè)有 13 個(gè)雨量站，系列長(zhǎng)短不一，早在 1940 年黑峪口水文站就有雨量觀測(cè)資料， 1953 年設(shè)立板房子雨量站， 1954 年設(shè)立小王澗雨量站， 1955 年設(shè)立金井、老水磨、廟啞子、厚畛子、釣魚臺(tái)等雨量站，另外 1960 年設(shè)立雙廟氣象站，觀測(cè)降雨、氣溫、濕度等項(xiàng)目。 8 徑流 黑峪口水文站實(shí)測(cè)徑流資料較長(zhǎng)，但解放前有四年共 21 個(gè)月資料 缺。由于黑河徑流主要由降雨形成，降雨徑流過(guò)程對(duì)應(yīng)較好，因此采用降雨資料相關(guān)插補(bǔ)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 21 所示： 表 21 設(shè)計(jì)頻率年徑流值表 統(tǒng)計(jì)參數(shù) 頻率 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 氣象 黑河流域，屬暖溫帶半干燥、半濕潤(rùn)大陸性氣候，山川氣溫相差較大，山區(qū)氣溫較低，據(jù)雙廟氣象站資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫 ℃，最低氣溫19℃，最高 氣溫 ℃，出山口后平川地區(qū)氣溫較高，據(jù)周至縣氣象站資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫 ℃，最低氣溫 ℃，最高氣溫 ℃。多年平均最大風(fēng)速 20m/s，主風(fēng)向?yàn)?WNW，最大凍土深度 24cm。流域內(nèi)降雨量南多北少，山區(qū)年降雨 900mm以上，黑峪口水文站多年平均降雨量 ,周至縣年平均降雨為 670mm，為黑峪口降雨的 %。多年平均徑流深。降水年內(nèi)分配很不均勻，據(jù)統(tǒng)計(jì)多年平均 7～ 10 月四個(gè)月內(nèi)降水為全年降雨量的 60%，實(shí)測(cè)月最大降雨為 。由黑峪口水文站水溫資料，多年 平均水溫 ℃，最高溫度 36℃，最低溫度 0℃。由 32 年蒸發(fā)資料統(tǒng)計(jì)，蒸發(fā)皿多年平均蒸發(fā)量 ，折算水面蒸發(fā)強(qiáng)度 。 9 水文分析計(jì)算 洪峰流量 黑峪口水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量 Q=3040 m3/s（發(fā)生于 1980 年 7 月 2日），再加上歷史調(diào)查洪水，經(jīng)過(guò)頻率分析得到洪水特征參數(shù)及各種頻率的洪水值如 22 所示： 表 22 洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)及頻率值 統(tǒng)計(jì)參數(shù) 頻率 P% Qo Cv Cs/Cv 1 2 5 820 800 5800 5100 4300 3600 3000 2200 時(shí)段洪量 洪量設(shè)計(jì)采用 24 小時(shí)及 72 小時(shí)作為設(shè)計(jì)時(shí)段。另外采用 1940～ 1953年一日及三日洪量插補(bǔ)出相應(yīng)年份的 24 小時(shí) ,72 小時(shí)洪量 ,使洪量資料延長(zhǎng)至 42 年。統(tǒng)計(jì)參數(shù)及頻率計(jì)算值如表 23 所示： 表 23 洪量統(tǒng)計(jì)參數(shù)及頻率值 項(xiàng)目 統(tǒng)計(jì)參數(shù) 頻率 P% Wo Cv Cs/Cv 1 2 W24 W72 洪水過(guò)程線 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線選擇 1980 年 7 月 2 日洪水過(guò)程線作為放大典型，采用分時(shí)段同頻率控制放大法，繪制出 K～ t 關(guān)系曲線，放大過(guò)程及結(jié)果如表 24和圖 21 所示： 10 表 24 洪水過(guò)程線 時(shí)間 p=% Q(m3/s) p=% Q(m3/s) 月日 時(shí)分 7 2 10 200 240 12 300 340 14 900 1000 16 1400 18 1400 20 2600 21 2240 3