【正文】 51020洪峰流量4840445034503040274025002110172014601220872540三天洪量注： 流量的單位為：m3/s，洪量單位：108 m3。造成紅石以上流域的特大暴雨天氣系統(tǒng)，主要是北上臺(tái)風(fēng)。區(qū)間的洪水一般集中在三天內(nèi)，因此設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線以三天洪量為控制。區(qū)間各種頻率的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線成果見(jiàn)表7。施工洪水的計(jì)算方法與大汛期設(shè)計(jì)洪水相同，也是采用臨近站作為參考綜合分析出區(qū)間的施工洪水，其成果見(jiàn)表8。壩址距離輝發(fā)河深大斷裂邊緣約5km左右。第三季末至第四季初之玄武巖分布在高山頂上。從前震旦紀(jì)呂梁運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，該區(qū)即發(fā)生褶皺、斷裂、變質(zhì)等作用，并隆起成山。以后歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都有不同程度的影響。水庫(kù)兩岸山體雄偉高峻，無(wú)低凹啞口和單薄分水嶺。兩岸玄武巖和地下水位分布高程均高于正常水位，故水庫(kù)蓄水后無(wú)永久性滲漏的可能性。壩區(qū)河谷呈U形，河谷底寬300～400m，平水期河床寬170m左右，水深1～2m?！?5176。壩址上游右岸漫灘長(zhǎng)約600m，寬約80m，～1m。構(gòu)成壩區(qū)的主要巖石為前震旦紀(jì)混合巖，中生代巖脈穿插在其中，第四季主要分布在河谷及兩岸山體上。脈體成分有石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母等?；旌蠋r風(fēng)化程度較低，巖石致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，但基體抗風(fēng)化能力較差。斑狀～粗細(xì)粒結(jié)構(gòu)(斑晶為正常石、斜長(zhǎng)石等)，塊狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，巖石性脆易碎，單塊巖石致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)?；桶邘r：灰綠色或灰黑色，主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，略呈斑狀，斑晶大部分為角閃石及少量輝石，基質(zhì)以斜長(zhǎng)石為主。第四季坡殘積層覆蓋于兩岸山坡，主要由亞砂土夾碎石和富含腐植質(zhì)的表土組成，一般厚度1～5m，最厚者大10～11m。河床沖積的砂礫石層厚度大1～4m。壩區(qū)巖石經(jīng)受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用，斷層、裂隙、巖脈均較發(fā)育?！?0176?！?0176?！?5176。銳角相交，通過(guò)壩基長(zhǎng)約55m左右。表19 室內(nèi)巖石與混凝土摩擦試驗(yàn)成果匯總表巖石 名稱(chēng)剪切面性質(zhì)指標(biāo)名稱(chēng)項(xiàng)目混凝土/巖石抗剪強(qiáng)度摩擦系數(shù)剪 應(yīng) 力P=6P=8P=10P=12kg/cm2kg/cm2kg/cm2kg/cm2混合巖半風(fēng)化粗 磨 面組數(shù)5555算術(shù)平均值小值平均值最小值微風(fēng)化細(xì) 磨 面組數(shù)5555算術(shù)平均值小值平均值最小值表110 巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果匯總表巖石 名稱(chēng)指標(biāo)計(jì)算值重度/(kN/m3)孔隙率吸水率抗壓強(qiáng)度(MPa)烘干飽和烘干飽和凍后混合 巖半 風(fēng) 化組 數(shù)5555535算數(shù)平均值小值平均值新 鮮組 數(shù)22112221算數(shù)平均值花 崗 巖半風(fēng)化組 數(shù)33223131算數(shù)平均值新鮮組 數(shù)22222222算數(shù)平均值煌斑巖半風(fēng)化組 數(shù)22222算數(shù)平均值壩基巖石透水性微弱，壩下滲漏量極小。根據(jù)巖石的滲透性質(zhì)，因而建議帷幕深度一般不小于20～25m(由壩基巖面算起)；對(duì)斷層破碎帶部位，帷幕應(yīng)考慮適當(dāng)加強(qiáng)。從鉆孔中看，幾乎是孔孔見(jiàn)巖脈、小斷層和小破碎帶，使巖體失去完整性，巖石風(fēng)化程度相差懸殊。壩基各地段巖石的風(fēng)化深度參見(jiàn)表11。這里所指的半風(fēng)化巖石下部作為建基標(biāo)準(zhǔn)是要求巖石要具有一定的強(qiáng)度并較完整，節(jié)理裂隙基本無(wú)泥，通過(guò)固結(jié)灌漿巖石的完整性能得到顯著改善。參照已有的試驗(yàn)成果，結(jié)合紅石壩坡構(gòu)造和巖石狀態(tài)，建議壩基F6斷層以右， 。各料場(chǎng)質(zhì)量均能滿足要求；儲(chǔ)量情況詳見(jiàn)表12。但這些料場(chǎng)地下水位埋藏淺，一般均需水下開(kāi)采，開(kāi)采條件較差，洪水期間被淹沒(méi)。質(zhì)量較好，距壩址較近，交通運(yùn)輸方便，但位于壩上庫(kù)內(nèi)，需早期開(kāi)發(fā)。質(zhì)量較好，交通運(yùn)輸條件好。局部砂礫表面含少量鐵銹，交通運(yùn)輸條件好。場(chǎng)地開(kāi)闊，均系耕地，砂子粘土雜質(zhì)偏大，運(yùn)輸條件好。地下水埋藏較淺，基本上需水下開(kāi)采。場(chǎng)地開(kāi)闊，開(kāi)采條件好，儲(chǔ)量大。交通運(yùn)輸條件好。壩下9km處的萬(wàn)良河料場(chǎng)可作為補(bǔ)充料場(chǎng)。 水利動(dòng)能紅石水電部是第二松花江上游白山水電站的下一梯級(jí)電站。結(jié)合水庫(kù)特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚(yú)等綜合利用效益。水庫(kù)下游紅石至豐滿電站區(qū)間河段內(nèi)，無(wú)防洪要求，加上紅石庫(kù)小，不承擔(dān)下游防洪任務(wù)。水庫(kù)蓄水后提供了發(fā)展?jié)O業(yè)的有利條件，需重點(diǎn)清庫(kù)以利捕撈。所以紅石水電站設(shè)計(jì)蓄水位的選擇取決于同白山水電站尾水位的合理銜接，以充分利用白山以下河段的水力資源。白山至紅石區(qū)間河段集水面積不大，百分之九十來(lái)水經(jīng)白山水庫(kù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，紅石水庫(kù)庫(kù)小，僅能考慮日調(diào)節(jié)，增加水庫(kù)削落深度將增加電能損失，故水庫(kù)水位削落過(guò)大顯然是不合適的。東北地區(qū)電網(wǎng)大，發(fā)展快，而水力資源又較少，開(kāi)發(fā)條件較好可用于調(diào)峰的電站為數(shù)不多。建議紅石水電站裝機(jī)容量的選擇應(yīng)考慮如下因素：(1) 機(jī)組過(guò)水能力應(yīng)與白山機(jī)組的總過(guò)水能力900m3/s相適應(yīng)；(2) 年利用小時(shí)數(shù)控制在2000h左右；(3) 參照國(guó)內(nèi)機(jī)組的實(shí)際生產(chǎn)情況。曾對(duì)小陳木匠溝以上至雞冠砬子一段的上壩段研究了四條壩線。后來(lái)又對(duì)小陳木匠溝以下至蘭旗一段的下壩段選了三條壩線作為當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚谋容^壩線，經(jīng)地質(zhì)勘察論證，下I壩線地質(zhì)條件較好。各壩線位置見(jiàn)圖2。后對(duì)混凝土重力壩方案又進(jìn)行了分析，共比較了五種混凝土重力壩壩型，即重力壩、寬縫重力壩、空腹壩、支墩壩及空腹支墩壩。重力壩和寬縫重力壩的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便，但缺點(diǎn)是：混凝土及開(kāi)挖工作量均較大；兩種輕型支墩壩的主要優(yōu)點(diǎn)是比重力壩可節(jié)省混凝土25%～30%，但缺點(diǎn)是增加模板約30000m2，施工麻煩；空腹壩屬于混凝土重力壩型，比重力壩能節(jié)約35000m3混凝土，且可結(jié)合壩體擋水降低圍堰高度，有加快施工進(jìn)度的條件，但缺點(diǎn)是空腹拱頂有一部分混凝土需采取較嚴(yán)格的溫度控制措施，且有一部分倒懸模板，施工也較麻煩。至于前三種重力壩型工程量差別不大。圖12 壩線位置圖 樞紐布置本工程為壩式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房?jī)纱蟛糠?。通過(guò)。因此，曾對(duì)左右岸廠房布置方案做過(guò)認(rèn)真的分析比較。(2) 溢流壩下游沖刷部位大部分可避開(kāi)F6斷層，對(duì)保護(hù)下游壩基安全比較有利。(4) 施工場(chǎng)地、對(duì)外交通、電站管理及生活區(qū)均在左岸，故對(duì)施工及運(yùn)行管理都較方便。(2) 尾水渠覆蓋層開(kāi)挖多約13萬(wàn)m3。關(guān)于F6斷層對(duì)機(jī)組沉陷的影響，由于機(jī)組部位開(kāi)挖較深，且F6斷層要經(jīng)過(guò)工程處理，可最大限度地降低對(duì)廠房的不利影響。關(guān)于廠房型式曾研究過(guò)壩后廠房與河床廠房?jī)煞N型式。紅石大壩的設(shè)計(jì)泄流流量較大，加之壩基不夠理想，巖石較為破碎，且下游有F6斷層通過(guò)。經(jīng)過(guò)初步水力計(jì)算表明，由于下游水位較高，鼻坎挑流難以形成，底流消能比較理想。近年國(guó)內(nèi)外傾向研究消力戽消能型式，且在我國(guó)石泉水電站已采用，效果尚好。、40176。、50176。的型式為最好，流態(tài)為淹沒(méi)混合流，比較平穩(wěn)，對(duì)尾水渠回流淤積影響較小，下游沖刷深度也較淺，最深約為3～9m。 對(duì)壩基處理的意見(jiàn)壩址基巖巖脈較多，斷層裂隙均較發(fā)育，巖石比較破碎，透水性強(qiáng)。主要斷層F6應(yīng)做開(kāi)挖處理，開(kāi)挖深度10m，并回填混凝土，混凝土塞沿?cái)鄬幼呦蛳驂位舷掠芜吘壱酝飧餮由?0m，斷層開(kāi)挖后兩側(cè)和局部進(jìn)行固結(jié)灌漿。壩基帷幕：因巖石表面裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)，距地表30m以內(nèi)，單位吸水量W179。據(jù)此，在壩基軸線下游約4m處，設(shè)防滲帷幕一道，孔距2m，孔深從基巖面算起在河床部位約25m，岸坡部位20m，F(xiàn)6斷層附近加深至30m。防滲帷幕灌漿可在灌漿廊道中進(jìn)行。為了提高壩基基巖的完整性，在壩基范圍內(nèi)全面進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔距排距2m，孔深6m。 紅石河段水位流量關(guān)系等曲線(見(jiàn)附圖)圖13 庫(kù)水位與容積關(guān)系曲線圖14 庫(kù)水位與水庫(kù)面積關(guān)系曲線 第 55 頁(yè) 共頁(yè) 圖15 水位——流量關(guān)系曲線水位——流量關(guān)系曲線的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。壩身設(shè)溢流高孔及泄水深孔泄洪。左岸預(yù)留二期擴(kuò)建電站容量為600MW。白山百年洪水泄量為6900 m3/s，千年洪水泄量為9950 m3/s，保壩洪水泄量17000 m3/s。有效興利庫(kù)容28108m3。 紅石電站的徑流量Q紅石徑流是指流域表面的降水由地面與地下匯入河川，并流出流域出口斷面的水流過(guò)程。紅石電站的水能計(jì)算的根據(jù)是紅石電站的徑流量，而紅石電站的徑流量＝上游白山電站的調(diào)節(jié)流量+白山～紅石區(qū)間的徑流量，即 （2—1）式中 ——在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，通常乘以一個(gè)系數(shù)，本設(shè)計(jì)取 白山電站的調(diào)節(jié)流量 水量差積曲線參考《水利水能規(guī)劃》（第二版）中的興利調(diào)節(jié)時(shí)歷圖解法P49，采用水量差積曲線計(jì)算白山電站的調(diào)節(jié)流量過(guò)程線，并畫(huà)出調(diào)節(jié)流量過(guò)程線，然后作出水量差積曲線與滿庫(kù)線的公切線（這是難點(diǎn)）。水量累積曲線表示來(lái)水或用水隨時(shí)間變化的關(guān)系，是以時(shí)間為橫坐標(biāo)，從計(jì)算起始時(shí)刻（坐標(biāo)原點(diǎn)）到相應(yīng)時(shí)刻之間的總水量為縱坐標(biāo)，以直坐標(biāo)繪制。當(dāng)歷時(shí)較長(zhǎng)時(shí)，圖形在縱向?qū)⒂写蠓妊由?，使繪制和使用不便。針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中常采用水量差積曲線來(lái)代替水量累積曲線。從斜坐標(biāo)水平軸上時(shí)刻量到水量累積曲線的縱距，表示自起始時(shí)刻到期間的總水量與以水平軸方向所代表流量的同期水量之差，稱(chēng)差積水量。即把斜坐標(biāo)網(wǎng)格換成水平橫坐標(biāo)網(wǎng)格，卻不動(dòng)其曲線，這是曲線就成水量差積曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)資料有(m3/s)，為繪圖和計(jì)算方便，取(m3/s)，即(m3/s)。參考《水利水能規(guī)劃》（第二版）P52～53及表2—11，本書(shū)取。月平均流量參見(jiàn)設(shè)計(jì)資料表2——白山電站年月平均流量表。月] (2—4)那么[(m3/s)月]。算出以上數(shù)據(jù)后，設(shè)月初值為零，將各月水量差值累加。水量差積曲線計(jì)算表必須包含1956年～1971年共16年的1～12月份的數(shù)據(jù)。月]。月]水量差值[(m3/s)月]年月(1)(2)(3)(4)(5)　　　　0（月初值）19561234318318785524524284672772748771060106082084834832439367367127101091091311112平均值=240到流量比尺的做法：參考《水利水能規(guī)劃》（第二版），先畫(huà)水平線段o180。月]（圖中nt＝720[(m3/s)這時(shí)，水平線o180。t的指向即是流量等于零的方向。接下來(lái)就是畫(huà)滿庫(kù)線。做出這兩個(gè)曲線后，要做它們的公切線。具體計(jì)算及其結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)計(jì)算書(shū)。計(jì)算結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)計(jì)算書(shū)表。詳圖請(qǐng)見(jiàn)本書(shū)附錄※※※。保證出力在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段是確定水電站裝機(jī)容量的重要依據(jù)。水電站設(shè)計(jì)保證率的取值關(guān)系到供電可靠性、水能資源利用程度及電站造價(jià)。而對(duì)于河川徑流變化劇烈和水庫(kù)調(diào)節(jié)性能好的水電站，也多采用較高的設(shè)計(jì)保證率。這里取P設(shè)＝84％?！猀紅石關(guān)系曲線，頻率為84％時(shí)，相應(yīng)的流量為210 m3/s，即m3/s；由設(shè)計(jì)基本資料得知，那么這里取上游水位m；下游水位可以在基本資料附圖3水位—流量關(guān)系中查取，查得；那么m。在初步估算時(shí)，可采用下式近似進(jìn)行計(jì)算 (2—9)式中 ——系數(shù)，中型水電站一般取8～，這里?。?。 多年平均年發(fā)電量的估算參考《水利水能規(guī)劃》（第二版）P109，多年平均年發(fā)電量是指水電站在多年工作時(shí)期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電能量。（2） 列出所選設(shè)計(jì)中水年各月的凈來(lái)水流量。（4） 對(duì)于年調(diào)節(jié)水電站，可按月進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，求出相應(yīng)各時(shí)段的平均水頭及其平均出力。設(shè)為平均出力低于裝機(jī)容量的時(shí)段數(shù)，為平均出力等于或高于裝機(jī)容量的時(shí)段數(shù)，則水電站多年平均年發(fā)電量可用下式估算 (kw由基本資料得，m3/s，紅石電站，又因?yàn)?961年的平均年徑流量等于230 m3/s，所以選擇1961年為設(shè)計(jì)中水年。具體結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)下表：設(shè)計(jì)中水年各月平均出力表2—21961年月份(m3/s)(m3/s)(m3/s)(m3/s)(m)(m)(m)(萬(wàn)kw)18 2 3 4 3245 3576 7 8 5609 10 163