【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于。有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程。設(shè)計是否有創(chuàng)意？

　　

【正文】 能夠布置下深孔放空建筑物和電站壩段，而且我們已經(jīng)擬訂了實體重力壩的壩型方案，重力壩中預(yù)留空洞，前期可作導(dǎo)流洞，后期作放空洞，這樣是比較經(jīng)濟的。 調(diào)洪演算 洪水過程線的確定 本設(shè)計中樞紐主要任務(wù)是發(fā)電，兼做防洪之用，所以必須在選定水工建筑物的設(shè)計標準外，還要考慮下游防護對象的防洪標準。由資料知混凝土壩按 100年一遇（ P=1%）洪水設(shè)計， 1000 年一遇（ P=%）洪水校核。 由設(shè)計資料給出，五天歷時洪峰單位過程線表如下： 時段（天） 0 1 2 3 4 5 流量 m179。/s 10 89 100 57 19 12 按同倍比放大法得，設(shè)計洪水過程線表為： 時段（天） 0 1 2 3 4 5 流量 m179。/s 405 4050 486 校核洪水過程線表為： 時段（天） 0 1 2 3 4 5 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 6 流量m179。/s 700 6230 7000 3990 2275 1330 840 利用 excel 繪制出設(shè)計洪水過程線以及校核洪水過程線如下。 設(shè)計洪水過程線： 校核洪水過程線： 相關(guān)曲線圖 由設(shè)計資料并表 5給出 ： 水位（ m） 315 320 325 330 335 340 345 350 面積 km^2 容積億 m^3 江北河寧溪重力壩樞紐及深孔泄水建筑物設(shè)計 23 則庫水位與庫容關(guān)系圖如下： 壩址處水位流量關(guān)系曲線： 設(shè)計洪峰流量和校核洪峰流量 則設(shè)計洪峰流量 p=1%時， Q=4050m3/s， p=%時 Q=7000m3/s 調(diào)洪演算的原理 根據(jù)水庫的水量平衡原理和水庫的蓄池關(guān)系組成方程組 頻率 p% 2 1 流量m3/s 3150 4050 6100 7000 7900 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 ? ? ? ? t V 1V 2q 2q 121Q 2Q 121 ?????? 及 f(z)q ? ， 用已知（設(shè)計或預(yù)報）的入庫洪水過程線 Q～ t,由起調(diào)水位開始，逐時段連續(xù)求解方程組，從而求得水庫出流過程 q～ t,這就是調(diào)洪演算的基本原理。 調(diào)洪演算的方案 根據(jù)壩址地址條件，確定大致的泄洪單寬流量 q 為 80m3/流量 Qmax1%為百年一遇 2800m3/s 及確定的單寬流量 q，初步計算溢流壩段前緣寬度B=Q/q=2800/80=35 米。 選定溢流堰堰頂高程 ，取為 337 米。 WES 堰的設(shè)計水頭 Hd，按壩頂最大工作水頭 Hmax 的 ~ 采用，由于最高水位不得超過 350 米，即有 Hmax=350337=13 米， Hd=13*= 米。堰高 P＞ ，即為高堰，流量系數(shù) m只與 H/Hd 有關(guān)，根據(jù) m=f（ H/Hd），查得從 345 米開始，即 H=345337=8 米開始，對應(yīng)的每個 m值。通過 WES 堰流量公式，根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》，露頂式泄洪道閘門的孔口尺寸，在孔高為 8 米時，孔口寬度可取 8， 9， 10， 12， 14， 16， 18， 20 米，列出幾組方案代入公式計算，得出閘門在不同水頭下的泄水量，參考下表： 同時考慮水輪機引用流量（由于不可能總是三臺機組同時工作，故只 考慮一臺機組引用流量），得出該樞紐的下瀉洪水流量。采用 列表試算 法進行調(diào)洪演算，得出以下幾組方案。 水位 水深 m 流量系數(shù) 下泄流量 Q 堰寬 42m 下泄流量 Q 堰寬 40m 337 0 0 0 0 338 1 339 2 340 3 341 4 dHH0江北河寧溪重力壩樞紐及深孔泄水建筑物設(shè)計 25 342 5 343 6 344 7 345 8 346 9 347 10 348 11 1 349 12 350 13 調(diào)洪演算的結(jié)果及分析 方案 項目 設(shè)計情況 校核情況 堰頂寬為 42m 最高水位 堰頂寬為 40m 最高水位 綜合比較后選擇方案一，充分利用下游防洪能力的同時使投資最省， 則調(diào)洪演算最終確定的水能資料為： 項目 上游水位 m 下游水位 m 設(shè)計工況 校核工況 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 重力壩擋水壩段剖面尺寸初擬 壩頂高程的確定 壩頂高程由靜水位、風(fēng)浪涌高、安全超高幾部分組成。 壩頂高出水庫靜水位的高度按下式計算： Δ h=h1+h0+hc 式中 h1 —— 波浪高度， h0 —— 波浪中心線高出靜水位的高度 二者按 h1=*D1/3 ， L1= ， h0=π h12 /2L1 計算 V—— 庫面風(fēng)速 D—— 庫面的波浪吹程 hc—— 安全超高 ，按下表采用 ： 依據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標準》 DL5180— 2020和 《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》 DL 51081999，安全超高 hc按下表確定。 安全超高 hc值 壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下列兩式計算，并選用較大值 ： 設(shè)計情況下 V取多年平均風(fēng)速的 ~ 倍，本設(shè)計取 2倍。校核情況下取多年平均風(fēng)速。由設(shè)計給出資料該水庫最大吹程為 10km,多年平均風(fēng)速為 16m/s.即對于設(shè)計情況 V=32m/s，校核情況， V=16m/s. 壩頂高程 =設(shè)計洪水位 +Δ h 設(shè) 壩頂高程 =校核洪水位 +Δ h 校 運用狀況 壩的級別 I II III IV、 V 正常運用洪水（正常蓄水位和設(shè)計洪水位） 非常運用洪水（校核洪水位） 注：當正常運用洪水和非常運用洪水均低于水庫正常蓄水位時，壩頂超高以正常蓄水位為基準 江北河寧溪重力壩樞紐及深孔泄水建筑物設(shè)計 27 代入數(shù)值計算，設(shè)計情況下： h1= h0= 而 hc= 校核情況下： h1= h0= 而 hc=， 代入數(shù)值計算取兩者較大值。 故最終確定壩頂高程為 。 壩頂 寬度 的確 壩頂寬可采用壩高的 8%~10%，且不小于 2m，壩高大約為 50 米，所以壩頂寬度初擬為 5米。 上、下游邊坡坡度確定 考慮壩體利用部分水重增加其抗滑穩(wěn)定性，根據(jù)工程實踐，上游 邊坡取n1=1:~1:， 本設(shè)計取 1： n2=1:~1:，本設(shè)計 :1：。壩底寬度一般為壩高 ~ 倍。 上、下游折坡點確定 上游起坡點位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制標準和 發(fā)電引水管、泄水孔等建筑物進口高程來確定，上游折坡點位置一般取 泥沙淤積高程，根據(jù)所給設(shè)計資料可知為320m；下游起坡點位置應(yīng)根據(jù)壩的實用剖面形式、壩頂寬度，結(jié)合 壩 的基本剖面得到，即下游折坡點延長線對應(yīng)上游校核洪水位 。 排水管位置及灌漿廊道位置、尺寸確定 基礎(chǔ)灌漿廊道的斷面采用上圓下方的城門洞型，尺寸為 *（寬乘高），以滿足鉆孔，灌漿工作空間需要。在廊道頂部和底部應(yīng)埋設(shè)一些吊鉤和軌道。底部廊道盡量靠近基礎(chǔ)。高程定為 307m。在高程為 330m 再設(shè)置一層檢查廊道?？拷嫌螇屋S線方向設(shè)一排豎向排水管幕，管內(nèi)徑取 20cm，間距為 3m，上端通至壩頂，下端通至廊道，垂直布置。 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 重力壩溢流壩段剖面尺寸初擬 本設(shè)計由前面章節(jié)可知采用 WES 曲線堰型泄流。 消能方式的選擇。 各消能方式 優(yōu)缺點比較如下 : ① 底流消能：適用于高、中、低水頭，大、中、小流量的各類泄水建筑物，對地質(zhì)條件要求較低，對尾水變幅的適應(yīng)性較好，但對于高水頭、大單寬流量的泄水建筑物與挑流消能相對而言，應(yīng)用較少。底流消能應(yīng)用與高水頭、大流量泄水建筑物盡管工程費用大，但由于消能效果穩(wěn)定可靠，因而在某些特殊情況下仍被采用。 ②挑流消能：一般不需對下游河床設(shè)置保護工程，因而大大節(jié)省工程費用，同時設(shè)計與施工均較方便簡單，應(yīng)用也較安全可靠。只要有足夠的水頭，能保證水舌有一定的挑距，使沖坑遠離建筑物，而且下游河床地址良好，尾水有足夠的深度，水墊足以消殺大部 分能量，均可采用。 ③面流消能：要求利用鼻坎將高速下泄的水流挑到下游水面附近，以避免高速水流接觸河床引起沖刷。適用與下游尾水較深，單寬流量變化范圍較小，且水位變幅不大，或有漂運的情況。但面流式消能壩下游有波浪發(fā)生，甚至幾公里范圍內(nèi)的水面都不穩(wěn)定，對電站及航運不利，容易沖刷兩岸，要采取相應(yīng)的保護措施。 ④ 消力戽消能：比挑流有較好的消能效果和較小的沖刷范圍，而工程量則比消力池少，但是其底部旋滾會把下游河床沙石帶入戽內(nèi)，并隨戽內(nèi)旋滾運動，磨損消力戽和壩面，增加了維修養(yǎng)護費用，而且下游水面波動綿延較長的范圍，易沖刷河岸，對航運不利。實用于尾水較深，變幅較小，無航運要求，且下游河床和兩岸有一定的抗沖能力的情況。 最終選定挑流消能 ， 挑坎最低高程等于或略低于最高的下游水位，可取為 米， 反弧段半徑 R取 23m。 重力壩樞紐布置方案 在進行水利樞紐布置時應(yīng)全面考慮運用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟等問題，一江北河寧溪重力壩樞紐及深孔泄水建筑物設(shè)計 29 般應(yīng)進行多方 案的比較。在保證方便和安全可靠的前提下，力求做到節(jié)省工程量、便于施工、縮短工期，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟效益最佳的方案。具體地說，應(yīng)有下列幾方面的要求。 ① 運用方面： 樞紐布置應(yīng)首先滿足建筑物正常的要求，避免各建筑物之間相互干擾，保證在各種條件工作條件下，都能完成樞紐所擔(dān)負的任務(wù)。灌溉取水建筑物應(yīng)保證按照水量及水質(zhì)的需要要為灌區(qū)提供灌溉用水。溢洪道或溢洪隧洞的布置應(yīng)保證安全泄洪，進口水流平順，出口水流最好與原河道主流一致，盡量減少對其它建筑物正常運行的影響。水電站樞紐布置主要應(yīng)保證 電站運用可靠，水頭損失較小，因此要求進口水流平順，尾水通暢。通航建筑物布置應(yīng)能使船舶順利航行，有足夠的過船能力。船閘的進出口要求水流平順和水面平穩(wěn)。此外，樞紐對外和內(nèi)部交通線路也要布置合理，以便滿足交通的要求。 ② 施工方面： 樞紐布置應(yīng)與施工導(dǎo)流、施工方法和施工進度綜合考慮，力求施工方便，程序簡單，工作期短，勞動力省。施工設(shè)計時應(yīng)盡可能采用在洪水季節(jié)不中斷施工的導(dǎo)流方案，較好安排各建筑物的施工程序和施工進度，使樞紐中的部分建筑物及早投入進行，盡快發(fā)揮效益。 ③ 環(huán)境方面： 水利樞紐的興建會使周圍環(huán)境發(fā)生明顯的改變，特別是大型水庫的形成為發(fā)展水電、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游等水利事業(yè)和防止洪水災(zāi)害創(chuàng)造了有利條件，同時也到來了一些不利的影響。水利樞紐布置要求盡量避免或減輕對周圍環(huán)境的不利影響，并充分發(fā)揮有利的影響。對蓄水樞紐在汛期要充分利用泄水和輸水建筑進行排沙，以減少淹沒及淹沒損失，降低防洪投資。對于下游銜接在布置上也要采取適當?shù)拇胧詼p輕下游河床的沖刷、淤積、回流等對尾水的影響。還要注意建筑的美觀，使樞紐的外觀與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。 ④ 經(jīng)濟方面： 樞紐布置應(yīng)在技術(shù)可行的條件下，力求經(jīng)濟最優(yōu)，應(yīng)在滿足建筑物的穩(wěn)定、強度、運用及遠景規(guī)劃等要求的前提下，使樞紐的總造價和年運轉(zhuǎn)費最低。在不武漢大學(xué)水利水電學(xué)院 影響運用且不互相矛盾的前提下，應(yīng)盡量發(fā)揮各建筑物的綜合利用能力。如利用導(dǎo)流洞改為泄洪動、尾水洞；導(dǎo)流底孔改建為深式泄水孔，兼起放空水庫的作用。在河床較窄，并列布置溢流壩和水電站廠房有困難時，可以考慮采用壩內(nèi)式廠房、溢流式廠房或地下室廠房等布置形式。要力求縮短樞紐建設(shè)工期，考慮提前發(fā)電的可能性和充分實施的合理性。大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新材 料等，也有效降低工程造價。 方案一：從右岸到左岸依次布置非溢流壩段，電站壩段，溢流壩段，深孔壩段，再接一段非溢流壩段。 方案二：從右岸到左岸依次布置非溢流壩段，電站壩段，深孔壩段，溢流壩段，再接一段非溢流壩段。 按照以上的比較原則，考慮到溢流壩段的下游消能可能對電站壩段的影響，電站壩段與溢流壩段應(yīng)盡量分開，方案 二 好； 此外右岸交通較為方便，布置電站壩段便于運行、維護工作 。 江北河寧溪重力壩樞紐及深孔泄水建筑物設(shè)計 31 第三章 非 溢流壩段設(shè)計 非溢流壩段設(shè)計 經(jīng)濟剖面的選擇原理 非溢流壩段的斷面在任何水平截面上均能滿足穩(wěn)定和應(yīng)力要求，而整個壩體的混凝土量又最小的斷面稱為經(jīng)濟斷面。 理論上的經(jīng)濟斷面外形很復(fù)雜，而且各壩段也不一致，不合實用。因此，實際常需要采用一些接近理論經(jīng)濟斷面的實用斷面，這些斷面雖非最少工程量，但能滿足實用要求。 選擇經(jīng)濟斷面時，重力壩壩基斷面均應(yīng)滿足： （ 1） 在最不利荷載組合情況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)范要求。 （ 2） 在最不利荷載組合情況下，壩踵和壩址的最小垂直正應(yīng)力和最大垂直正應(yīng)力分別滿足規(guī)范要求。 經(jīng)濟剖面選擇電算方法 采用武漢大學(xué)熊文林主編的重力壩穩(wěn)定和應(yīng) 力計算程序（ SAO