【正文】 庫容曲線和泄流計(jì)算公式綜合而成。 對于狹長的河川使水庫，在通過洪水流量時，由于回水的影響，水面常呈現(xiàn)明顯的坡降。在這種情況下，按靜庫容曲線進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算常帶來較大的誤差，因此為了滿足成果精度要求，必須采用動庫容進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 20 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果 根據(jù)上述調(diào)洪原則，對壩址設(shè)計(jì)洪水和校核標(biāo)準(zhǔn)洪水分別進(jìn)行了洪水調(diào)節(jié)計(jì)算， 本次調(diào)洪計(jì)算采用軟件計(jì)算，該軟件計(jì)算的主要原理是半圖解法。 圖 22 設(shè)計(jì)洪水位調(diào)洪過程 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 21 圖 23 校核 洪水位調(diào)洪過程 3 壩址、壩型的選擇 主壩 壩址選擇 壩址方案擬定 根據(jù) 水庫所在的碧玉溪河下游的地形條件，結(jié)合現(xiàn)場踏勘情況和《項(xiàng)建》階段推薦的下壩址。在芭蕉灣及以上河段， “V”型河谷狹窄，庫盆小，選擇壩址建庫不能滿足水庫工程功能要求；在老鷹巖以下河段，河谷狹窄，兩岸高程底，為淺丘平原開闊地帶，兩岸高程在 300m～ 320m“饅頭山 ”地形，無建壩成庫條件。因此擬在碧玉溪河芭蕉灣以下至老鷹巖河段作為 水庫壩址規(guī)劃河段。該河段長約 ，地面高程為 290～ 350m，相對高差 30～ 60m，屬丘陵區(qū)，該河段河流總體流向 NEE 向，河道蜿蜒曲折，呈 “S”形，河谷較狹窄，枯水期河水面一般寬 2～ 7m，谷底寬 10～ 60m。為了滿足 水庫功能要求，本階段在規(guī)劃壩址河段內(nèi)選擇了白鶴沱 壩址 （以下稱為上壩址）、老鷹巖 壩址 （即項(xiàng)目建議書階段推薦下壩址，以下稱為下壩址）二個壩址 按同規(guī)模 進(jìn)行研究 ，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 22 優(yōu)選取壩址 。 上、下壩址相距約 。 1）上壩址方案 上壩址樞紐由泥巖心墻石渣壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、左 、 右岸取水洞組成。 ① 泥巖心墻石渣壩 該方案擋水建筑物為 泥巖心墻石渣壩，壩頂軸線長 ，壩頂高程 ，防浪墻高 ，最大壩高 ，壩頂寬度 。正常蓄水位 ，設(shè)計(jì)洪水位 ，校核洪水位 。上游壩坡為 1∶ ，下游壩坡為 1∶ ；排水棱體，內(nèi)側(cè)坡為1∶ ，外側(cè)坡 1∶ 。 ② 溢洪道 根據(jù)壩址處的地形條件，溢洪道緊靠大壩右岸布置，溢洪道出口正對主河道，出水條件較好。溢洪道下泄設(shè)計(jì)洪水流量 263m3/s（ P=2%），校核洪水流量 330m3/s（ P=%）。 溢洪道由進(jìn)水渠、 控制閘、泄槽、消力池、海漫四部分組成。 進(jìn)水渠（為矩形斷面，底寬 ，槽深 ；閘室段閘室長 20m，閘室總高度，閘底板高程 ，閘頂高程 ，閘孔寬度 ，設(shè)檢修門和工作門各一扇，檢修門為平板鋼閘門，工作門為平板鋼閘門。泄槽段為矩形斷面，底寬 6m，泄槽深 。溢洪道采用底流消能，消力池寬度 ，池深 5m，邊墻高 ，消力池底板高程 288. 00m，消力池坎高與下游海漫高程一致 。 海漫高程為 ，長 ，海漫上游齒槽深 ，高程為 。海漫底板厚度前段為 ，后段為 。海漫后接防沖槽。 防沖槽底高程為 ，寬 ，上下游采用 1: 的坡比上游與海漫相接，下游與原河床相連。防沖槽人拋填大卵石。 ③ 放空洞 放空洞布置于右岸山體內(nèi)，右岸溢洪道右側(cè)約 處，平面上布置成折線。進(jìn)口位于主壩軸線上游 260m，放空洞由導(dǎo)流洞改建而成，溢洪道建成過流后，利用導(dǎo)流洞事故檢修門封堵，對導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室改造，安裝放空洞工作門，隧洞洞身段永久與臨時相結(jié)合，一次建成。 放空洞由進(jìn)口閘室、洞內(nèi)消力池 、無壓隧洞 組成 。 進(jìn)口閘室長 20m，寬 ，閘頂高程 ，底板高程 ，底板厚 ，閘門、閘室總高度 。閘室設(shè)檢修門與工作門各一扇，檢修門孔口尺寸 （寬 高），工作門孔口尺寸 （寬 高）。 塔式進(jìn)水口后接洞內(nèi)消力池，消力池長 ，寬 ，深 ，采用矩形斷面，最大高度為 。消力池后接 長的漸變段，由矩形斷面漸變成城門洞形斷面。 放空隧洞采用無壓城門洞型斷面，凈寬 ，直墻高 ， 180176。半圓直徑為 ，襯砌厚 ，長 。該放空隧洞不參與泄洪，僅作水庫 放 空時用。 ④ 取水隧洞 取水隧洞布置于大壩上游庫區(qū)，左、右兩岸分別布置一條取水隧洞。左岸取水隧洞布置在大壩上游約 ，穿過左岸山體，進(jìn)口底板高程 ，出口接左干渠 2）下壩址方案 壩址樞紐泥巖心墻石渣壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、左右岸取水洞組成。 ① 泥巖心墻石渣壩 該方案擋水建筑物為泥巖心墻石渣壩，壩頂軸線長 ，壩頂高程 ，防 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 23 浪墻高 ，最大壩高 ，壩頂寬度 。正常蓄水位 ，設(shè)計(jì)洪水位 ，校核洪水位 。上游壩坡為 1∶ ，下游壩坡為 1∶ ；排水棱體，內(nèi)側(cè)坡為 1∶ ，外側(cè)坡 1∶ 。 ② 溢洪道 根據(jù)壩址處的地形條件，溢洪道布置在右岸，溢洪道出口正對主河道，出水條件較好。 經(jīng)調(diào)洪計(jì)算， 溢洪道 在設(shè)計(jì)洪水 （ P=2%） 情況下最大 下泄洪水流量 273m3/s， 在 校核洪水（ P=%） 情況下最大 下流量 334m3/s。 溢洪道由進(jìn)水渠、控制閘、泄槽、消力池、海漫四部分組成。 進(jìn)水渠為矩形斷面，底寬 ，槽深 ；閘室段閘室長 20m，閘室總高度 ，閘底板高程 ，閘頂高程 ，閘孔寬度 ，設(shè)檢修門和工作門各一扇，檢修門 和 工作門 均 為平板鋼閘門。泄槽段為矩形斷面，底寬 6m，底坡為 1∶ 5；溢洪道采用底流消能，消力池寬度 ，池深 ，長度 ，消力池底板高程 ，消力池坎高與下游海漫高程一致 。 海漫高程為 ，長 ，海漫上游齒槽深 ，寬 ，高程為 。海漫底板厚度為 。海漫后接防沖槽 。 防沖槽底高程為 ，寬 ，上下游采用 1: 的坡比上游與海漫相接，下游與原河床相連。防沖槽人拋填大卵石 。 ③ 放空洞 放空洞布置于右岸山體內(nèi)，右岸溢洪道右側(cè)約 ~ 處，平面上布置成 直線。進(jìn)口位于主壩軸線上游 160m，放空洞由導(dǎo)流洞改建而成，溢洪道建成過流后，利用導(dǎo)流洞事故檢修門封堵，對導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室改造，安裝放空洞工作門，隧洞洞身段永久與臨時相結(jié)合，一次建成。 放空洞由進(jìn)口閘室、洞內(nèi)消力池、無壓隧洞 組成部分 。 進(jìn)口閘室長 20m，寬 ，閘頂高程 ，底板高程 ，底板厚 ，閘門、閘室總高度 。閘室設(shè)檢修門與工作門各一扇，檢修門孔口尺寸 （寬 高），工作門孔口尺寸 （寬 高）。 岸 塔式進(jìn)水口后接洞內(nèi)消力池，消力池長 ，寬 ，深 ，采用矩形斷面，最大高度為 。消力池后接 長的漸變段，由矩形斷面漸變成城門洞形斷面。放空隧洞采用無壓城門洞型斷面，凈寬 ，直墻高 ， 180176。半圓 拱 直徑為 ，襯砌厚 ，長 。該放空 隧洞不參與泄洪，僅作水庫 放 空時用。 上、下壩址樞紐布置比較 1）地形地貌 壩址區(qū)一帶地面高程為 290～ 400m，相對高差 30～ 60m，屬 丘陵 區(qū) 。上壩址以上地段兩岸分水嶺高程在 330m 以上；下壩址至上壩址左岸分水嶺高程 340～ 360m；右岸 328～337m；下壩址下游兩岸分水嶺高程 305～ 315m。該河段河流總體流向 NEE 向，河道蜿蜒曲折，呈“ S”形， 河谷較狹窄，枯水期河 水 面 一般 寬 2～ 7m，谷底寬 10～ 60m。上 壩址河 床 段 高程 ～ 、 下壩址河 床 段 高程 ～ ，壩 址區(qū)河流水流坡降 ?。兩岸地形 多呈 較 對稱的 “U”型谷。 從 地形上 看上 壩址岸坡地形坡度一般 20～ 30176。，局部達(dá)40～ 50176。；下 壩址左壩肩總體呈斜坡狀，坡度 30～ 40176。，局部 陡崖，高約 8m，坡度 達(dá) 70～80176。， 右壩肩 岸坡地形呈臺階狀 ，上部為陡 坎 ，下部為小平臺 ，壩肩 一帶 地形 總體呈平臺狀，但發(fā)育多座平坦?fàn)钚∩桨?，小山包之間多為洼地，相對高差約 5～ 15m。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 24 2）壩址工程地質(zhì)條件 水庫上壩址與下壩址相距約 ， 兩個 壩址 壩基河床段沖洪積之粉土、粉質(zhì)粘土夾碎石，厚度大致相同，承載力低，不宜作為壩基持力層，建議 作清除處理 ；壩基及壩肩巖體 均 為 侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組 J2S2① ～ J2S2④ 之 粉砂質(zhì)泥巖及砂巖，壩基清除覆蓋層后 強(qiáng)風(fēng)化帶巖體可作為持力層，壩肩置于弱風(fēng)化巖體內(nèi)；兩壩址都存在壩基、壩肩滲漏問題，需帷幕防滲處理，透水帶厚度及帷幕防滲深度無較大差異。 3）壩址水利條件比較 二 個壩址均能滿足需水區(qū)用水量要求，供水保證率均為 70%，興利庫容相 近 ， 二 個壩址水利條件相差不大。由于 二 個壩址集雨面積不同，上、下壩址多年平均來水量分別為194 2093 萬 m3， 下 壩址多年平均來水量較上壩址多 146 萬 m3，在 向家壩 供水工程為 水庫充水前，下壩址可以多利用天然來水量，相對較優(yōu) 。 壩址選定 綜上所述，上壩址與 下 壩址相距約 ，基本地形地質(zhì)條件和施工條件相差不大，均具備建壩和施工條件。從壩址水利條件看，兩壩址均能滿足需水區(qū)用水量要求。從壩址工程布置條件比較： 二 個壩址樞紐建筑物的布置條件相差不大，下壩址灌區(qū)干渠最短， 綜合，下壩址較上壩址較優(yōu)。 4 工程等級及建筑物級別 水庫工程的任務(wù)是灌溉及城鄉(xiāng)生活供水，結(jié)合防洪。 水利水電樞紐工程分級規(guī)范如下表 ： 表 水利水電樞紐工程分等指標(biāo) 工程等別 工程規(guī)模 分 等指標(biāo) 水庫庫容(108m3) 防洪 灌溉面積(104 畝 ) 電站裝機(jī)容量 (104kW) 保護(hù)城市及 工礦區(qū) 保護(hù)農(nóng)田 (104 畝 ) 一 大 (1)型 10 特別重要的城市、工礦區(qū) 500 150 75 二 大 (2)型 10～ 1 重要城市、 工礦區(qū) 500～ 100 150～ 50 75～ 25 三 中型 1～ 中等城市、 工礦區(qū) 100～ 30 50～ 5 25～ 四 小 (1)型 ～ 一般城市、 工礦區(qū) 30 5～ ～ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 25 五 小 (2)型 ～ 5 建筑物等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表所示 ： 表 建筑物等級劃分標(biāo)準(zhǔn) 工程等別 永久性建筑物的級別 臨時性建筑物的級別 主要建筑物 次要建筑物 一 1 2 3 二 2 3 4 三 3 4 5 四 4 5 5 五 5 5 5 根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 (SL2522022)規(guī)定 (見上表 )，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為 3 級，次要建筑物為 4 級，臨時建筑物為 5 級。 5 主體壩型 設(shè)計(jì) 壩頂高程 大壩采用 泥巖心 墻下接灌漿帷幕， 根據(jù)規(guī)范 可知， 壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值 ： (1)設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高； (2)正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高； (3)校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高； (4)正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高 。 根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 (SL2522022)和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL2742022)的規(guī)定，壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式確定： AeRy ??? (21) 式中： y壩頂超高 (m)； R最大波浪在壩坡上的爬高 (m)； e最大風(fēng)壅水面高度 (m)； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩破穩(wěn)定分析 26 A安全加高 (m)，對于 3 級建筑物，設(shè)計(jì)工況 A=，校核工況 A=。 R 按下式計(jì)算： mRRR %1 ?? mmwm LhmkkR 21 ?? ? (21) m單坡的坡度系數(shù)， ?ctg?m ， 坡角，此次設(shè)計(jì)中為 ； k 斜坡的糙率滲透性系數(shù)；取 ； kw經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按 gHw 不同取值；取 ； hm平均 波 高 (m)；Lm平均波長 (m)； w 計(jì)算風(fēng)速 (m/s)，多年最大平均風(fēng)速 w =，正常工況 w ==11m/s，校核工況 w =17m/s； D風(fēng)吹長度， km， D=290km； H壩迎水面前水深， m；g重力加速度 (m/s2)， g=。 對于丘陵平原地區(qū)水庫，當(dāng) W、 D7500m/s 時，波浪的波高和平均波長可以采用鶴地水庫公式 2%Wgh? =1/6（2gWD） 1/3 2/122m ）（ W DWL ?