【正文】 工程樞紐布置時(shí)應(yīng)全面考慮運(yùn)用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等問題，一般應(yīng)進(jìn)行多方案的比較。QC水利樞紐位于大清河中游，在QC鎮(zhèn)上游四公里處，距下游香山市約30公里。第三章 壩址和壩型的選擇及樞紐布置 樞紐布置的任務(wù)和原則、要求及建筑物的組成 樞紐布置的任務(wù)和原則水利樞紐布置必需充分考慮地形、地質(zhì)條件，使各種水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上，并能滿足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需條件。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL2502000），查得使用年限T =100年，所以水庫沖淤平衡是的總沉淀泥沙量是：由計(jì)算出來的泥沙量，從水位庫容曲線上查得：。又由《水庫泥沙》： （2—19）解出 。圖2—2 廠房輪廓示意圖 淤沙高程及電站取水口高程計(jì)算根據(jù)《水庫泥沙》可得水庫攔沙率公式： （2—18）式中： —水庫的攔沙率；—水庫的調(diào)節(jié)庫容（），；—水庫控制流域徑流量（）。在起閉機(jī)的下游側(cè)設(shè)有厚40cm厚的防洪墻。尾水管的出口分為兩個(gè)孔，（寬高）。查尾水管基本資料, 。取。取。②上游側(cè)寬度:主要決定于蝸殼進(jìn)口的布置、主閥、機(jī)組及其他附屬設(shè)備的布置，為了方便取與廠房水上部分上游側(cè)的寬度相同為：。當(dāng)廠房內(nèi)設(shè)有蝶閥，中心線偏向下游，主要的通道在上游側(cè)，反之，則相反布置。上游側(cè)寬度為： （2—18）式中 —系數(shù)，隨轉(zhuǎn)輪直徑而異，當(dāng)時(shí)，相應(yīng)。水下部分寬度在初設(shè)計(jì)階段也可采用一些經(jīng)驗(yàn)公式估算。尾水平臺(tái)的寬度，主要由尾水管長度、尾水閘門起閉機(jī)的型式和尺寸、是否布置主變及有無交通要求等因素確定，一般為3～4m，大、中型水電站有時(shí)達(dá)4～8m。選用橋吊系列產(chǎn)品，爭取提前供貨和節(jié)約費(fèi)用。主機(jī)房下游側(cè)寬度應(yīng)取兩者較大值。并應(yīng)保證吊車外緣距排架柱的距離不小于6cm，距上游墻不小于60cm。廠房上部結(jié)構(gòu)上游側(cè)的寬度與下部結(jié)構(gòu)上游側(cè)寬度基本相等。廠房下部結(jié)構(gòu)寬度取決于蝸殼和尾水管的尺寸，若設(shè)有主閥，還應(yīng)考慮主閥布置的要求。主廠房的寬度應(yīng)從廠房上部和下部結(jié)構(gòu)的不同因素來綜合考慮確定。（4）主廠房總長度主廠房總的長度為各臺(tái)機(jī)組段的總長度、安裝間的長度和伸縮縫的寬度之和， 即 （2—16）其中n為機(jī)組臺(tái)數(shù)，為一個(gè)縮縫的寬度（m）（）。當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，需同時(shí)安裝或檢修兩臺(tái)機(jī)組時(shí)，應(yīng)增大安裝間長度。安裝間需要同時(shí)安排一臺(tái)機(jī)組大修的四大部件及預(yù)留足夠的檢修空間，即安排水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，帶磁極的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑，發(fā)電機(jī)上機(jī)架直徑，水輪機(jī)頂蓋。計(jì)算得，與安裝間相臨的機(jī)組。計(jì)算得=。經(jīng)過計(jì)算知道，由于本工程發(fā)電機(jī)組大，本工程的機(jī)組間距受發(fā)電機(jī)尺寸控制，所以 =發(fā)電機(jī)定子外徑+2風(fēng)道寬+風(fēng)道間過道寬。各機(jī)組間距最好布置成等距的并與廠房排架柱間距一致，以簡化廠房結(jié)構(gòu)。尾水管出口高度，可以基本數(shù)據(jù)資料得出，值由尾水閘門槽深度及設(shè)備布置決定，一般2～３m，大、中型機(jī)組可達(dá)3～4m。金屬蝸殼或混凝土蝸殼的最大寬度可由基本數(shù)據(jù)資料確定，兩蝸殼之間的混凝土厚度，等于蝸殼兩側(cè)混凝土厚度之和。通道的寬度除應(yīng)滿足附屬設(shè)備調(diào)速器和樓板結(jié)構(gòu)布置時(shí)要求外，；—風(fēng)道寬度，～。此外，輔助設(shè)備的的布置和廠房的分縫，對(duì)機(jī)組段長度也有影響。（1）機(jī)組間距機(jī)組段的長度是相鄰兩機(jī)組軸線之間的水平距離，當(dāng)機(jī)組等距離布置時(shí)，機(jī)組間距等于一個(gè)機(jī)組段長度。又根據(jù)本工程的水輪機(jī)型號(hào)和類似工程經(jīng)驗(yàn)，選用發(fā)電機(jī)型號(hào)SF15060/1280。：適用于機(jī)組轉(zhuǎn)速在以下，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組高度低，可以降低廠房的高度，節(jié)約鋼材；缺點(diǎn)是推力軸承損耗小，安裝維護(hù)不方便。立式發(fā)電機(jī)根據(jù)推力軸承位置又分懸吊型和傘型兩種。 發(fā)電機(jī)選型水輪發(fā)電機(jī)分為臥式和立式兩種布置方式。故選取。故為 。解得 又因?yàn)樗啓C(jī)的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。由公式 （2—14）計(jì)算 式中 —水輪機(jī)轉(zhuǎn)速（）； —最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（）； —計(jì)算水頭（m）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）。由此初步假定原型水輪機(jī)在該工況下 ,效率 由公式（2—13）求得： 又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值，故選取水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑。（2）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算 （2—13）式中 —水輪機(jī)的出力，； —水輪機(jī)效率； —原型水輪機(jī)在該工況下流量（）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）； —水輪機(jī)的工作水頭。（1）水輪機(jī)的額定出力計(jì)算 （2—12）式中 —為水輪機(jī)額定出力；—為水輪機(jī)效率為90%；—為水輪機(jī)出力為15000KW。2. 機(jī)型選擇根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，確定秋池水電站采用混流式機(jī)組，立軸型式，金屬蝸殼。③雙擊式水輪機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、但效率低、轉(zhuǎn)輪葉片強(qiáng)度差，僅適用于單機(jī)出力不超過1000KW的小型水電站。（2）沖擊式水輪機(jī)①水斗式水輪機(jī)：適用與高水頭、小流量水電站，特別是當(dāng)水頭超過400m時(shí)，由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和氣蝕等條件的限制，混流式水輪機(jī)不再適用時(shí)。④貫流式水輪機(jī)：目前廣泛使用的是燈泡貫流式水輪機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、效率高。②軸流式水輪機(jī)：適用于中底低水頭、大流量水電站，應(yīng)用水頭為3～80m。所以QC水利樞紐工程的機(jī)組臺(tái)數(shù)為四臺(tái)，單機(jī)容量150MW。相應(yīng)的電站在設(shè)計(jì)供水期內(nèi)的出力為 考慮水頭利用損失和實(shí)際出力等因素，并參考已建的工程，初步估計(jì)QC水利樞紐工程電站裝機(jī)容量在600MW。 （2—10）式中 —調(diào)節(jié)流量（）； —流量調(diào)節(jié)系數(shù)（取=）； —多年平均流量（）。水電站的必需容量主要根據(jù)電力系統(tǒng)的電力平衡確定。所以，小于戰(zhàn)略放空要求的7天，所選擇的泄洪方案滿足要求。經(jīng)過計(jì)算得到。①第一個(gè)階段：溢流堰頂高程以上庫容：泄流能力： 由調(diào)洪計(jì)算得：底孔泄流量： （2—8） （2—9） 式中 —底孔泄流量（）； —流量系數(shù)，； —底孔上下游水位差（）。（3）校核水庫防空時(shí)間水庫放空分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段放堰頂高程以上的水，這個(gè)階段有表孔、底孔及發(fā)電共同放水，；第二個(gè)階段放堰頂高程以下的水，由底孔和發(fā)電共同放水。 校核洪水位時(shí)：。表孔選擇911m(孔數(shù)孔寬)，堰頂高程▽=304（m）。 表2—6 調(diào)洪方案泄水工況泄水方式堰頂高程▽（m）溢流寬度孔數(shù)孔寬（m）設(shè)計(jì)工況P=%13037149113047149112303911714304911714校核工況P=%13037149113047149112303911714304911714注： 泄水方式 1 表孔溢流泄洪 （底孔作為安全儲(chǔ)備） 2 表孔溢流泄洪+發(fā)電輔助泄洪 （底孔作為安全儲(chǔ)備）（2）調(diào)洪機(jī)算成果 表2—8 機(jī)算成果 方案 項(xiàng) 目泄 水方 式堰頂高程▽（m）最高水位H（m）最大泄流量q（m/s）設(shè)計(jì)情況P=%71413039230304230330491113033042303304校核情況P=%7141303304230330491113033042303304備 注泄水方式：1. 表孔溢流堰泄洪 （底孔作為安全儲(chǔ)備）2. 表孔溢流堰泄洪＋電站發(fā)電泄紅 （底孔作為安全儲(chǔ)備）：（1）調(diào)洪方案選擇 ①.方案選擇原則從上游洪水位相對(duì)較低，下泄流量較大，下游地質(zhì)情況允許，不影響發(fā)電的正常運(yùn)行，庫容攔洪能力大等方面來考慮。（1）調(diào)洪方案 本工程采用了16個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，參見已建的工程選擇不同參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算選擇最優(yōu)方案。（1）下泄流量的計(jì)算公式如下： （2—6）式中 —下泄流量（）； —溢流壩下泄流量（）；—；—發(fā)電引用流量（）。同理，當(dāng)入庫洪水為校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，求得的、和即為、和。由查曲線，得最高洪水位。否則，計(jì)算的有誤差，應(yīng)改變時(shí)段重新進(jìn)行試算，直到計(jì)算的正好是二線的交點(diǎn)為止。（3）將上時(shí)段末的、值作為下一時(shí)段的起始條件，重復(fù)上述試算過程，最后即得出水庫下泄流量過程線。此法用列表試算來聯(lián)立求解水量平衡方程和動(dòng)力方程，以求得水庫得下泄流量過程線，其步驟如下：（1）由資料給出得關(guān)系曲線，并根據(jù)既定的泄洪建筑物尺寸和形式，由相應(yīng)的水利學(xué)出流計(jì)算公式求得曲線（2）從第一時(shí)段開始調(diào)洪，由汛前水位查及關(guān)系曲線得到水量平衡方程中的；由入庫洪水過程線查得，；然后假設(shè)一個(gè)值，根據(jù)水量平衡方程算得相應(yīng)的值，由在曲線上查得，若二者相等，即為所求。進(jìn)洪調(diào)洪計(jì)算的方法很多，目前我國常用的是：列表試算法和半圖解法。并且，由庫水位，又可借助與水庫容積特性曲線，求出相應(yīng)的水庫蓄水容積（蓄存水量）。若是堰流，即為庫水位與堰頂高程之差；若是閘孔出流，即為庫水位與閘孔中心高程之差。 式（2—4）常用泄流水頭與下泄流量的關(guān)系曲線來表示。 當(dāng)已知水庫入庫洪水過程線時(shí)，均為已知；, 則是計(jì)算時(shí)段開始時(shí)的初始條件。水庫調(diào)洪計(jì)算的原理就是水量平衡，即水庫攔蓄的洪水量等于入庫洪水量減去泄洪水量。 調(diào)洪計(jì)算洪水在水庫中行進(jìn)時(shí)，水庫沿程的水位、流量、過水?dāng)嗝妗⒘魉俚染S時(shí)間變化而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。底孔在出口段采用壓坡，使出流為有壓出流。底孔進(jìn)口做成矩形，采用窄深式進(jìn)口。本工程取溢流面曲線坐標(biāo)、的原點(diǎn)取在堰頂點(diǎn)。本工程溢流壩面采用冪曲線（WES曲線）。本工程采用非真空實(shí)用堰。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ13—78），并參考已建工程，初步擬定采用714m(孔數(shù)孔寬)和911（孔數(shù)孔寬）的溢流閘孔尺寸兩個(gè)方案。經(jīng)過分析比較后確定，QC水利樞紐工程采用開敞式溢流泄洪和發(fā)電引水輔助泄洪與底孔作為安全儲(chǔ)備的方式聯(lián)合泄洪。深式泄水孔在工程前期一般兼作為導(dǎo)流底孔，工程后期可改造成深泄水孔，也可兼作為排沙底孔。為使水庫有較大的泄洪能力，宜優(yōu)先考慮開敞式溢流孔。 （2）孔口溢流式：為了降低堰頂閘門的高度，增大泄流，可利用帶有胸墻的溢流堰。 （1）開敞溢流式：除泄洪外，它還可以排除冰凌或其他漂浮物，堰頂可設(shè)閘門也可不設(shè)。因此，需要有足夠的孔口尺寸、較好體形的堰型，以滿足泄水的需要；并使水流平順不產(chǎn)生空蝕破壞。按12小時(shí)為一時(shí)段，從而得到設(shè)計(jì)洪水過程線，如圖2—1。由基本資料得：正常運(yùn)用情況下1000年一遇（）的洪峰流量為12841，非常運(yùn)用情況下5000年一遇（）的洪峰流量13860，典型洪峰流量為9905。根據(jù)本工程的水文資料比較后確定采用以峰控制的同倍比放大法推求洪水過程線。用同倍比放大法推求的設(shè)計(jì)洪水過程線，典型年的模式已經(jīng)消弱，但由于個(gè)時(shí)段放大倍比不同，故在交界處會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)現(xiàn)象。 水文計(jì)算目前，在推求洪水過程線時(shí)廣泛采用典型年洪水過程的放大方法，即同頻率放大法和同倍比放大法。表21 水利水電工程分等指標(biāo) 工程等別工程規(guī)模水 庫總庫容(）防 洪治 澇灌 溉供 水發(fā) 電保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性保護(hù)農(nóng)田(畝)治澇面積(畝)灌溉面積(畝)供水對(duì)象重要性裝機(jī)容量(KW)Ⅰ大（1）型≥10特別重要≥500≥200≥150特別重要≥120Ⅱ大（2）型10～重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中 型～中等100～3060～1550～5中等30～5Ⅳ?。?）型～一般30～515～35～一般5～1Ⅴ?。?）型～531注: ①水庫總庫容指水庫最高水位以下的靜庫容； ②治澇面積和灌溉面積均指設(shè)計(jì)面積。C）28d最終線膨脹系數(shù)表15 碾壓混凝土物理力學(xué)指標(biāo)應(yīng) 用 部 位面層二級(jí)配R壩體三級(jí)配R墊層微膨脹混凝土R水泥品種中熱425中熱425中熱425水灰比膠凝材料用量（kg/m3）水泥908595粉煤灰908595泊桑比抗壓強(qiáng)度（Mpa）抗拉強(qiáng)度（Mpa）抗剪斷強(qiáng)度（Mpa）fC00彈性模量（1000Mpa）2525極限拉伸