【導讀】第一章綜合說明·····························································································1

　　

【正文】 22，山塘百年一遇的附近地區(qū)洪峰流量與集水面積關(guān)系見，從圖中可以看出，百年一遇的洪峰流量與附近水庫設(shè)計的洪峰流量相比較為合理。 Qt～t ,Q τ ～ τ 相關(guān)圖0204060801001201401600 2 4 6 8 10 12 14 16時間 流量Qt～ τ Qt～t 圖 22 P=%該流域 t~Qt ， ?? ~Q 相關(guān) 圖 第二章 水文水利計算 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Q t ～t 關(guān)系圖 Q τ ～ τ 關(guān)系圖 圖 23 P=%該流 域 t~Qt ， ?? ~Q 相關(guān) 圖 表 22 南山水庫不同重現(xiàn)期的洪峰流量與匯流歷時表 重現(xiàn)期（年） 300 30 Qm(m3/s) 36 τ (h) 表 23 P=%校核洪水位洪水過程線計算成果表 序號 時間 Qm 地面（ m2/s） Qm 地下（ m2/s） Qτ（ m2/s） T(h) △ t(h) 1 2 3 4 5 6 ⑴ 0 0 0 0 ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ 0 ⑹ 1 ⑺ 1 ⑻ 1 ⑼ 1 ⑽ 1 ⑾ 1 0 0 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 13 表 24 P=%校核洪水位洪水過程線計算成果表 序號 時間 Qm 地面（ m2/s） Qm 地下（ m2/s） Qτ（ m2/s） T(h) △ t(h) 1 2 3 4 5 6 ⑴ 0 0 0 0 0 ⑵ ⑶ 36 ⑷ ⑸ 0 ⑹ 1 ⑺ 1 ⑻ 1 ⑼ 1 ⑽ 1 ⑾ 1 0 0 0 005101520253035400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13時間流量校核洪水過程線 設(shè)計洪水過程線圖 23 采用推理公式公式推求 P=%、 P=%設(shè)計洪水過程線 水庫調(diào)洪計算 調(diào)洪計算是在水庫入流過程、庫容曲線、泄洪建筑物的型式、高程和尺寸、起調(diào)水位第二章 水文水利計算 14 和調(diào)洪方式等一定的情況下，推求水庫的出流過程。調(diào)洪計算方法按調(diào)洪方式劃分，有無閘門控制和有閘門控制的調(diào)洪計算；按采用的庫容曲線情況劃分，有采用靜庫容曲線和動水容積曲線的調(diào)洪計算方法。本設(shè)計采用的是無閘門控制的調(diào)洪計算和靜庫容曲線，調(diào)洪計算的基本方法為列表試算法 。 列表失算法聯(lián)立方程（ 2 8）和式（ 2 9），通過試算求的各時段末的 q V2。 計算方法 調(diào)洪演算通過時段水量平衡原理，用試算法逐時段計算。用公式表示為： 公式： 2 2 1 2 1 112 2 2V q Q Q V qqtt?? ? ? ? ??? 即 ()2Vqqft??? （ 28） 式中 Q Q2— 時段始末的入庫流量， m3/s； q q2— 時段始末的出庫流量， m3/s； V V2— 時段始末的水庫蓄水量， m3： △t— 計算時段， s。 庫容 ~水位關(guān)系曲線 根據(jù)表 25 南山水庫水位庫容關(guān)系，繪出曲線庫容曲線，圖 24 所示。 表 25 南山水庫水位與面積、容積關(guān)系曲線 Z(m) 150 155 160 165 170 175 180 185 A(萬 )m2) 0 V(萬 )m3) 0 124 191 279 水位庫容曲線0204060801001201401601802000 50 100 150 200 250 300庫容水位水位庫容曲線 圖 24 南山水庫水位庫容曲線 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 15 繪制 Zq~ 關(guān)系線 對于溢洪道，其泄流能力 q 溢按溢流公式計算： 232 BhgmQ s???溢 （ 29） 式中 ： ε， σs ， m— 堰的側(cè)收縮系數(shù)，淹沒系數(shù)（自由出流時， σs=1）和流量系數(shù)，其值可以查水力學手冊或通過模型試驗確定； B— 溢洪道寬度， m； h— 堰頂水頭， m。 水庫蓄泄曲線 qV 繪制方法為：假定若干個庫水位 Z，按泄洪建筑物出流公式計算各水位對應(yīng)的各個 出流量，水庫泄洪能力的總和 電涵洞溢 qqqq ??? ；由各水位 Z 利用庫容曲線 ZV 可查得對應(yīng)的各個庫容 V，根據(jù) q， V 關(guān)系值，可點繪 qV 曲線。 綜上所述，水庫調(diào)洪計算的原理，就是由已知的 △ t， Q1， Q2,q1， V1，聯(lián)解式（ 28）和式（ 29），求得 q2， ，可得水庫出流過程。 調(diào)洪演算 計算步驟如下。 （ 1）確定調(diào)洪計算的起調(diào)水位。根據(jù)防洪限制水位的含義，調(diào)洪計算的起調(diào)水位應(yīng)低于或等于防洪限制水位。對于各 種頻率設(shè)計洪水的調(diào)洪計算，從不利情況出發(fā)，以防洪限制水位作為起調(diào)水位；對于水庫運用過程中，由預(yù)報的入流過程預(yù)報水庫的最高洪水位時，則應(yīng)該根據(jù)具體情況，確定起調(diào)水位。 （ 2）根據(jù)水庫的庫容曲線 Z－ V、泄洪建筑物型式、位置、尺寸及出流公式，計算并繪制蓄泄曲線 q－ Z(圖 25)。 （ 3）根據(jù)水庫的出流過程 q－ t。假設(shè)△ t=1，每個時間都可以在洪水過程線圖中讀出相應(yīng)的入庫流量，在假設(shè)堰上水頭 h，即可得到水位 Z=181+h，根據(jù)公式（ 29）即可得到對應(yīng)的下泄流量 q，再通過計算得出一個水庫庫容 V1 ，先前得到 的 Z 通過查圖 24 可得到一個庫容 V2，對比 V1 、 V2 是否相近，若相差較大，調(diào)整 h，直到兩值相近為止。 （ 4）確定最大下泄流量 qm。水庫的最大下泄流量應(yīng)發(fā)生在入流與出流過程退水段的交點處，即 q = Q 的時刻，該時刻不一定恰好是所選時段的分界處。精確計算應(yīng)該在出流過程的峰段，縮小時段 Δ t，重新試算，使計算的 qm 等于同時刻入庫流量 Q；近似處理可取計算表中最大值作為 qm，或在同一張圖中繪出 Q－ t 與 q－ t 線，然后將 q－ t 線的峰段按曲線的趨勢勾繪，并讀出兩線交點處的流量值作為 qm。 （ 5）確定最大蓄洪量和最高洪水位 。利用曲線 q－ V，可由 qm 查的水庫相應(yīng)庫容 Vm第二章 水文水利計算 16 總 ，該值減去起調(diào)水位以下庫容。即得該次洪水的最大蓄洪量 Vm；由 Vm 總 查曲線 Z－ V 得該次洪水的最高洪水位 Zm。 泄水庫容曲線0102030405060700 50 100 150 200 250 300庫容泄流量泄水庫容曲線 圖 25 泄流量 q~V 曲線 調(diào)洪演算結(jié)果，表 26 表 26 調(diào)洪演算成功表 重現(xiàn)期 (年 ) 起調(diào) 水位 (m） 相應(yīng) 庫容 (萬 m3) 入庫洪 峰流量 (m3/s） 最高 水位 (m) 300 181 207 6 30 181 207 調(diào)洪過程見表 2 28 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 17 表 27 P=%調(diào)洪演算過程 時間 t（ h） 入庫洪水量 Q(m3/s) 時段平均Q1+Q2/2(m3/s) 下泄流量q(m3/s) 時段平均下泄流量q1+q2/2(m3/s) 時段內(nèi)水庫存水量變化▽ V(104m3) 水庫存水量V(104m3) 水庫水位 Z(m) 0 0 0 207 1 2 16 3 3 4 5 表 28 P=%調(diào)洪演算過程 時間 t（ h） 入庫洪水量 Q(m3/s) 時段平均Q1+Q2/2(m3/s) 下泄流量q(m3/s) 時段平均下泄流量q1+q2/2(m3/s) 時段內(nèi)水庫存水量變化▽ V(104m3) 水庫存水量V(104m3) 水庫水位 Z(m) 0 0 0 0 207 181 1 2 3 6 5 4 4 5 3 第三章 壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 18 第三章 壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 壩軸線的選擇 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL274—— 20xx）的規(guī)定，壩軸線應(yīng)根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、壩型、壩基處理方式、樞紐中各建筑物（特別是泄洪建筑物）的布置和施工條件等，經(jīng)多方案的技術(shù)經(jīng)濟比較確定。壩軸線應(yīng)因地制宜。宜采用直線。當采用折線時，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線段。根據(jù)樞紐工程壩址所在地形，擬選兩條壩軸線進行比較。南山水庫水利樞紐工程壩軸線比較如表 31 所示： 表 31 南山水庫水利樞紐工程壩軸線比較表 壩軸線 11 壩軸線 22 壩軸線 地形 地質(zhì)條件 11 壩軸線位于河道的中段，兩岸山體厚實，河谷較 22 壩軸線窄，河谷基巖完整而堅硬，風化層薄，巖石穩(wěn)定。 22 壩軸線位于河道的首段，為河谷收縮段。河谷較 11 壩軸線寬，左岸地形為一凹進河岸的山谷，對壩體布置不利。河床基巖尚屬完整而堅硬，風化層較薄，越往下游基巖巖性越好。 壩型 擋水建筑物為土石壩。 擋水建筑物為土石壩。 壩基處理方式 11 壩軸線處兩岸山體厚實，巖性良好，風化層薄，地基處理工程量及填筑工程量較22 壩軸線小。 22 壩軸線附近沖谷多切深，于此建壩壩肩巖體單薄，填筑工程量較 11 壩軸線大。 樞紐布置 壩址左岸有埡口，可布置溢洪道，右岸埡口巖石風化較深，強度較差，可在右岸布置導流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、電站廠房。 壩址區(qū)有左右兩個埡口，左岸埡口，可布置溢洪道，右岸埡口巖石風化較深，強度較差，可在右岸布置導流隧洞、放空隧洞、引水隧洞、電站廠房。 施工條件 兩岸山體厚實，土料填筑量較少，施工時間較短。 需要填筑大量土料，施工時間較長。 總工程量 較 22 壩軸線小。 較 11 壩軸線大。 工程總投資 較 22 壩軸線小。 較 11 壩軸線大。 經(jīng)以上兩方案的技術(shù)經(jīng)濟比較， 11 壩軸 線較 22 壩軸線優(yōu)越，所以選擇 11 壩軸線為最終的壩軸線。 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 19 壩型的選擇 壩型一：重力壩 重力壩是一種古老而且應(yīng)用廣泛的壩型 ,它因主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定而得名。重力壩的結(jié)構(gòu)簡單 ,施工方便 ,抗御洪水能力強 ,抵抗戰(zhàn)爭破壞等意外事故的能力強 ,工作安全可靠 ,至今仍廣泛使用。 重力壩的工作原理 重力壩的工作原理是在水壓力及其他荷載的作用下 ,主要依靠壩體自身重量在滑動面上產(chǎn)生的抗滑力來抵消壩前水壓力 ,以滿足穩(wěn)定的要求 ,同時 ,也靠壩體自重在水平載面上產(chǎn)生的壓重力來抵消由于水壓力所引起的拉重力 ,以滿足強度的要求。其基本剖面為上游近于垂直的三角形剖面 ,眼垂直軸線方向常沒永久伸縮縫 ,將壩體分成若干獨立工作的壩段 ,壩體剖面較大。 重力壩的特點 重力壩之所以能長久地被采用，主要是因為它具有以下幾大優(yōu)點： 。重力壩的斷面大 ,筑壩材料抗沖刷能力強 ,適用于在壩頂溢流和壩身設(shè)置泄水孔。在施工期可以利用壩體或底孔導流。樞紐布置方便一般不需要另設(shè)河岸溢洪道或洪隧洞。在意外情況下 ,即使從壩頂少量過水 ,一般也不會招致壩體失事； ,結(jié)構(gòu)簡單 ,施工技術(shù)比較容易掌握。 壩體板樣 ,立模和混凝土澆筑和振搗都比較方便 ,有利于機械化施工； ，應(yīng)力較小，筑壩材料強度高，耐久性好，因而抵抗水的滲漏、洪水漫頂、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強； 、地質(zhì)條件適應(yīng)性強任何形狀的河谷都可以修建重力壩，因為壩體作用于地面上的壓應(yīng)力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低； ，也可以在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊； f．結(jié)構(gòu)作用明確重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干段，各壩段獨立工作，結(jié)構(gòu)作用明確 ，應(yīng)力分析和穩(wěn)定計算都比較簡單。 但是，重力壩也有下面一些缺點： a．壩體剖面尺寸大，水泥用量多； b．壩體應(yīng)力較低，材料強度不能充分發(fā)揮； 第三章 壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 20 c．壩體與地基接觸面積大，因而壩底的揚壓力較大，對穩(wěn)定不利。 d．壩體體積大，施工期混凝土的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力較大，在施工期對混凝土溫度控制的要求較高。 壩型二：拱壩 拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，借助拱的作用將水壓力的全部或部分 傳給河谷兩岸的基巖。與重力壩相比，在水壓力作用下壩體的穩(wěn)定不需要依靠本身的重量 來維持，主要是利用拱端基巖的反作用來支 承。拱圈截面上主要承受軸向反力，可充分利 用筑壩材料的強度。因此，是一種經(jīng)濟性和安全性都很好的壩型。 拱壩特點： (1)優(yōu)點：拱壩利用拱的作用將荷載傳至兩岸，充分利用了材料的搞壓性能，故拱壩可做得比較薄，大大節(jié)省混凝土方量，從而節(jié)省造價。此外，拱壩還可以在壩身開孔解決泄流問題，不需另外修建溢洪道，壩體重量輕，抗震性能好。 (2)缺點：幾何形狀復雜，施工難度大。施工導流需一次斷流，工另開導流隧洞。拱壩主要的缺點是對壩址河谷形狀及地基要求較高。 地質(zhì)條件 建造拱壩的地形條件是左右兩岸對稱，岸坡平順無突變 ，砰面上為向下流收縮的峽谷地段，如 V 形和 U 形河谷。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。理想的地質(zhì)條件是基巖均勻單一、完整穩(wěn)定、強度高、剛度大、透水性小和耐風化。此外，拱壩要求兩岸壩座附近河岸邊坡巖體穩(wěn)定，整體性好，沒有大的斷裂構(gòu)造和軟弱夾層，在荷載作用下不產(chǎn)生大的壓縮變形。 壩型三：土石壩 土石壩特點 (1)優(yōu)點： ，節(jié)省鋼材﹑水泥﹑木材等 建筑材料 ，減少了建壩過程中的 遠途 運輸。 ，便于維修和加高﹑擴建。 c．壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng) 變形的良好性能，因此對地基的要求低。 d．施工技術(shù)簡單，工序少，便于組合機械快速施工。 (2)缺點：壩身一般不能 溢流 ，施工導流不如混凝土壩方便，粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等。 地質(zhì)條件：土石壩能夠適用各種地質(zhì)條件 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 21 綜上所述，根據(jù)南山水庫地質(zhì)條件及 附近建筑材料，發(fā)現(xiàn)重力壩及拱壩地形地質(zhì)條件不適宜，而土石壩能適應(yīng)各種地質(zhì)條件且附近有足夠的建壩材料，因而選用土石壩為建壩壩型。 土石壩按其施工方法可分為碾壓式土石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩、水中倒土壩和水力沖填壩。從地形地質(zhì)條件以及附近建筑材料來看本次設(shè)計壩型應(yīng)選擇碾壓式土石壩。碾壓式土石壩根據(jù)土料配置的位置和防滲體所用材料種類的不同，又分為均質(zhì)壩和土質(zhì)防滲體分區(qū)壩、非土質(zhì)材料防滲體分區(qū)壩。 均質(zhì)壩材料單一，工序簡單，但壩坡較緩，剖面大，工程量大，施工易受氣候影響，冬季施工較為不便，壩體空隙水壓力大。 因此考慮均質(zhì)壩方案是不宜采用的。 土質(zhì)防滲體分區(qū)壩主要有斜心墻壩、心墻壩、斜墻壩和多種土質(zhì)壩等類型。 斜心墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在壩體中部，兩側(cè)為透水性較好的砂石料，該壩型粘性土料所占比重不大，施工受季節(jié)影響較小，但施工時斜心墻與壩體同時填筑，相互干擾較大。 斜墻壩土質(zhì)防滲體設(shè)在上游或接近上游面，該壩型斜墻與壩體施工干擾小，但其抗震性和適應(yīng)不均勻沉降的性能不如斜心墻壩。由于該工程所在地區(qū)為地震烈度定為小于 6 度，故不宜采用斜墻壩。 多種土質(zhì)壩施工工序復雜，相互干擾較大，施工易受氣候影響，在此不予采用。 非土質(zhì)材料防滲 體壩的防滲體一般有混凝土、瀝青混凝土或土工膜等材料組成，而其余部分由土石料組成，因工程附近建筑材料豐富，為就地取材不宜采取該壩型。 綜合考慮地形地質(zhì)條件、建筑材料、施工條件和綜合效益等因素，最終選擇粘土心墻土壩方案。 樞紐布置 南山水庫水利樞紐工程的主要建筑物有： 擋水建筑物：土石壩。 泄水建筑物：溢洪道。 水電站建筑物：引水隧洞，電站廠房，開關(guān)站等。 放空建筑物：有壓放空隧洞。 根據(jù)工程具體情況， 初步擬定了 兩 個樞紐布置方案 進行比較： 方案 1： 溢洪道布置在左岸埡口，引水隧洞、電站廠房、有壓放空隧洞 布置在右岸。 第三章 壩線、壩型選擇和樞紐布置方案比較 22 1651701751801851901851 801 7 51 7 01 6 52 0 52 0 01 9 51601551651701 8 01 8 51 9 01 9 51 9 51 7 51 7 01 8 51 8 01 7 51 7 01 9 01 9 01 9 51901852 0 01 8 01 8 51 9 01 601 9 51 9 51 901 801 8 51 751 7 01 901 851 801 751701 801 851 801 7016 51 601 851 751 801 851 901952001801851 901952051 6 01 5 51 6 5T6T6T1111TCCC 2C 21:51:1:水電站土石壩溢洪道放空隧洞 圖 49 樞紐布置方案 1 示意圖 方案 2： 溢洪道布置在右岸埡口，引水隧洞、電站廠房、有壓放空隧洞布置在左岸。 165170175180185190185180175170165205200195160155165 170180185190195195175170185180175170190190195190185200180185190160195195190180185175170190185180175170180185180170165160185175175180185190195200180185190195205160155165T6T6T1111TT 10CCC 2C 21:51 : 0. 61 : 0. 6土石壩溢洪道放空隧洞水電站 圖 410 樞紐布置方案 2 示意圖 壩址處兩岸均有埡口，可布置溢洪道。右岸埡口，地質(zhì)構(gòu)造復雜，巖石風化較深，強度也差。左岸埡口相對右岸較寬，開挖工程量明顯小于右岸。對隧洞工程而言，整個地區(qū)地質(zhì)條件都較好，但在就左右兩岸比較來看，則隧洞位置以放在右岸時洞線較短。 綜合上述分析，本設(shè)計最終采用方案 1 進行樞紐布置。 南昌工程學院本科畢業(yè)設(shè)計 23 第四章 大壩剖面確定 基本尺寸的擬定 土石壩的剖面設(shè)計包括壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡以及心墻的斷面尺寸。 堰頂高程 壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運用條件計算，取其最大值 : 。 。 ； 。 土壩壩頂高程 =水庫靜水位（設(shè)計水位或校核水位） +壩頂超高 y 超高值 y 由下式確定 ： y=R+e+A （ 41） 式中： y：壩頂超高， m； R： 最大浪在壩坡上的爬高 ， m； e： 最大風壅水面高度 ，即風壅水面超出原庫水位高度的最大值， m； A：安全加高， m；根據(jù)壩的等級和運用情況，按表 41 確定。 表 41 安全加高 A 單位： m 計算情況 壩的級別 1 2 3 5 設(shè)計 校核 山區(qū)、丘陵區(qū) 平原、海海區(qū) 波浪爬高 確定波浪爬高 R，它與壩前的波浪要素（波浪和波長）、壩坡坡度、坡面糙率、壩前水深、風速等因素有關(guān)。波浪爬高 R 的計算，土石壩設(shè)計規(guī)范推薦采用蒲田試驗站公式，七具體計算方法如下。 （ 1） 計算波浪的平均爬高 Rm。當壩坡系數(shù) m=～ ，平均爬高 Rm 為 mmwm LhmKKR 21?? ? （ 42） 第四章 大壩剖面確定 24 式中： ?K ：斜坡的糙率滲透性系數(shù) ， 根據(jù)護面類型查表 42； wK ：經(jīng)驗系數(shù)，由風速 W、壩前水深 Hm、重力加速度 g 所組成的無維量mHgW 按表 43 確定； m：單坡的 坡 度 系數(shù) ，若單坡角為 α，則 m=cotα； hm、 Lm：平均波高和坡長 ， m。 表 42 糙率及滲透系數(shù) ?K 護面類型 ?K 護面類型 ?K 光滑不透水護面 （瀝青混凝土） 砌石護面 ～ 混凝土板護面 拋填兩層塊石 （不透水基礎(chǔ)） ～ 草皮護面 ～ 拋填兩層塊石 （透水基 礎(chǔ)） ～ 表 43 經(jīng)驗系數(shù) wK mgHW ≤ 1 ≥ wK 1 蒲田試驗站的波高和波長計算： 1） 平均波高 hm 用公式（ 43）計算 ，即 ?????????????????????????????????????????????????2220 0 1 WgHthWgDthWgHthWgh