龙滩水利枢纽布置及混凝土重力坝设计论文说明书

摘 要 本毕业设计题目为 龙滩 水利枢纽布置及混凝土重力坝设计 ，题目来源于 龙滩 水利水利枢纽工程实际。设计的目的及意义主要在于巩固、扩大和提高所学水利水电理论知识，使其得到实际运用， 并使之系统化，锻炼和培养运用所学专业基础理论知识解决工程实际，并进行设计、计算、制图的能力 ,提高撰写专业技术报告的水平。 设计的主要内容有：坝型选择和枢纽布置，调洪计算，混凝土重力坝设计，泄水建筑物设计，构造设计，地基处理等。具体设计详见设计说明书，另外除了设计说明书外 ，还有反映本次设计成果的 计图纸，以及设计 过程中攥写的开题报告、文献综述、外文翻译报告各一份。 关键字 ： 枢纽布置，混凝土重力坝，非溢流坝，坝体稳定，廊道系统 is of of 2 is we it of to to of 目录 第 1章 工程概述 . 1 工程概况 . 1 工程特性表 . 1 第 2章 基本资料 . 3 文气象 . 3 流域水文概况 . 3 洪水分析计算 . 4 气象 . 6 泥沙 . 8 坝址下游水位流量关系及库容曲线 . 8 工程地质 . 11 3 坝库区地质概况 . 11 库区工程地质条件 . 12 坝址区工程地质条件 . 12 其他主要建筑工程地质条件 . 14 库区滑坡及不稳定岩体 . 15 水库渗漏 . 15 水库浸没 . 15 大坝基础工程地质条件 . 16 第 3章 设计标准及依据 . 18 设计标准 . 18 设计依据 . 18 第 4章 兴利调节和调洪计算 . 19 死库容确定 . 19 起调水位的分析与选择 . 19 调洪计算 . 20 调 洪计算的目的 . 20 调洪计算的原理 . 20 调洪计算的过程 . 22 第 5章 枢纽布置 . 29 坝址选择 . 29 坝轴线选择 . 31 坝型选择 . 33 枢纽布置 . 34 第 6章 建筑物设计 . 34 4 非溢流坝段设计 . 34 坝体断面设计 . 34 坝基面荷载作用的标准值计算（以单宽计算） . 37 坝基面稳定计算 . 40 折坡面荷载作用的标准值计算（以单宽计算） . 46 折坡面稳定计算 . 49 溢流坝段设计 . 54 底孔设计 . 56 消能防冲计算 . 57 挑流消能水面线得计算 . 57 挑流消能水力要素的计算 . 61 第 7章 构造设计 . 63 坝顶构造 . 63 廊道系统（专题部分） . 63 坝基灌浆廊道 . 64 检查和坝体排水廊道 . 65 排水系统 . 65 横缝构造 . 66 第 8章 地基处理 . 67 趾板区基础开挖及处理 . 67 帷幕灌浆与固结灌浆 . 67 坝基的帷幕灌浆 . 67 基岩固结灌浆 . 67 断层软弱夹层处理 . 68 5 第 9章 致谢 . 69 第 10章 参考文献 . 70 1 第 1 章 工程概述 程概况 黑河水利枢纽工程位于西安市周至县马召镇黑河干流秦岭峪口处，北距周 至县城约 12河金盆水利枢纽是西安市黑河引水工程的重要水源工程，是一项以西安城市供水为主，兼顾灌溉，结合发电、防洪等综合利用的大型水源工程。 程特性表 表 1黑河水利枢纽工程特性表 工程名称 黑河水利枢纽工程 建设地点 陕西省西安市周至县 所在河流 黑河 二 500年一遇 ) 5100m3/s 深孔结合表孔 5000年一遇 ) 7400m3/s s 594m 594m 鼻坎挑流 500 年一遇 ) 1)孔口尺寸 3m 正常蓄水位 18872万 2)进口底部高 2 以下 ) 程 94m3)孔数 1个 520m 以下 ) 1000万 4)最大流速 s 460万 (1)堰顶高程 594m 一 (2)每孔净宽 15m 混凝土重力坝 (3)孔数 5个 度 (4)最大流速 s 1)底孔工 作门 弧门 404m (2)事故检修门 平板们 3 第二章 基本资料 文气象 域水文概况 黑河为渭河南岸较大支流，位于东经 107 43 108 24，北纬33 42 34 13之间，属于黄河二级支流，发源于秦岭太白山北麓，由西南流向东北，至周至县马召镇附近出峪，向东北汇入渭河，流域面积2258 流总长 道平均比降 域最高为太白山主峰，海拔 3767m，流域分水岭 平均高程海拔为 2400m。黑河流域为扇状，东西最大宽度约 60要支流有陈家河、大蟒河、清水河、太平河、板房子河、虎豹河、王家河等（支流多汇集于右岸，右岸支流集水面积约为左岸的 3倍） ，陈家河以下黑河干流较为顺直，无较大支流汇入，流域平均宽度约 6 峪口以上干流长 制流域面积 1481占全流域面积的65 ，干流经高山深谷，河床比降大，约为 147峪口以上为秦岭林区，流域内植被良好，森林覆盖率为 ，含沙量小，水质无污染，符合国家饮用标准。 黑河流域属暖温带半干燥、半湿 润大陆性气候，山川气温相差较大，山区气温较低，据双庙气象站资料统计，多年平均气温 最低气温 4 最高气温 出山口后平川地区气温较高，据周至县气象站资料统计，年平局气温 最低气温 最高气温 多年平均最大风俗 20m/s，主风向为 大冻土深度 24域内降雨量南多北少，山区年降雨 900峪口水文站多年平均降雨量 至县年平均降雨为 670黑峪口将于的 水年内分配很不均匀，据统计 多年平均 7 10 月四个月内降水为全年降雨量的 60，实测月最大降雨为 1981 年 8 月）。由黑峪口水文站水温资料，多年平均水文 最高水温 36，最低水温为0。由 32 年蒸发资料统计，蒸发皿多年平均蒸发量 算水面蒸发强度 黑峪口水文站实测径流资料较长，但解放前有 4年 21 个月资料缺失。由于黑河径流主要是由降雨形成，降雨径流对应较好，因此采用降雨资料相关插补。黑河径流主要由降雨形成，据 43年的实测资料统计，实测年最大径流量 小年径流量量 年平均径流量 流年内分配不均匀 ,7 10月的径流量占全年径流量的 62。 水分析计算 （ 1）洪峰流量 黑河流域洪水主要由暴雨形成，洪水最早出现在 4 5 月，但一般洪峰较小。年最大洪水出现在 7 8月。 10月亦有洪水发生。黑屿口水文站 43年实测资料中， 最大洪峰流量为 Q=3040 m3/s(发生于 1980年 7月 2 日 ),相当于 50年一遇洪水，再加上历史调查洪水，经过频率分析得到洪水特征参数及各种频率得计算值见表 2 1。 表 2 1 洪峰流量统计参数及频率值 单位： m3/s 5 统计参数 频率 P v v 2 5 820 000 5800 5100 4300 3600 3000 2200 (2) 洪水总量 洪量设计采用 24 小时及 72 小时作为设计阶段。另外采用 1940 1953年 1日及 3日洪量插补出相应年份的 24小时， 72小时洪量，使洪量资料延长至 42年。统计参数及频率计算见表 2 2。 表 2 2 洪量统计参数及频率值 单位：亿 m 3 项目 统计参数 频率 P v v 2 72 3) 分期设计洪水 分期设计洪水按不跨期原则选取年最大值法。 根据洪水季节变化规律及施工期防洪需要分别计算枯水期 11 3 月， 春汛及夏枯 4 6 月以及 10月三个时段的洪水量值。详见表 2 表 2 3 分期洪水计算成果表 单位： m3/s 分期时段 统计参数 频率 P v v 2 10 4 6月 235 270 1090 917 840 690 520 10月 160 110 940 765 690 540 390 11 月次年 3月 40 65 224 184 167 132 95 （ 4）可能最大洪水估算 设计暴雨采用典型暴雨水汽与效率放大求得。典型暴雨选取 1980 年 7月 2日与 1981年 8月 21日两场（相应为实测最大洪水及次大洪水的暴雨） 。可能最大暴雨及频率计算值见表 2 4。 由可能最大暴雨，经产汇流计算求得最大可能洪水及洪水总量： 6 Q=9100m3/s 72小时洪水总量 24小时洪水总量 2 4 可能最大暴雨及频率计算值 雨量单位： 目 可能最大 频率计算法 “ 均值 s/24 295 57 56 202 35 43 03 159 （ 5）洪水过程线 选择 1980 年 7 月 2 日洪水过程线作为放大典型，采用分时段同频率控制放大法，绘制处 K t 关系曲线，放大过程及结果见图 2 气象 黑河流域于 1938年 10月在黑峪口设立水文站， 基本断面位于峪口黑惠渠首上游 800m 处，即黑峪口（二）站， 1939 年内下移 500m，又恢复至（二）断面， 1966 年下移 100m，即黑峪口（三）断面，观测至今。黑河水库水文站基本断面位于黑惠渠首上游 700计观测资 料 47年。 时间 P=(m3/s) P=(m3/s) 时间 P=(m3/s) P=(m3/s) 月日 时分 月日 时分 0 200 240 4 920 1200 12 300 340 16 960 14 900 1000 18 860 16 1400 20 740 18 1400 600 620 20 2600 12 500 520 21 2240 3440 20 420 460 23:12 5100 8000 0 320 860 0:12 5100 8000 7 2200 2920 8 2200 10 1300 11 1500 10 15 20 25时间t（h）流量Q(m/s)Q(m/s)设计（P=校核（P=图 2黑河水利枢纽设计洪水过程线 黑河流域先后设有 13 个雨量站，系列长短不一 ，早在 1940 年黑峪口水文站就有雨量观测资料， 1953年设立板房子雨量站， 1954 年设立王涧雨量站， 1955年设立金井、老水磨、庙哑子等雨量站，另外 1960年设立双庙气象站，观测降雨、气温、湿度等项目。 黑河流域属于暖温带半干旱、半湿润大陆性气候，山川气温相差较大，山区气温较低，据双庙气象站资料统计，多年平均气温 最低气温19最高气温 出山口后平川地区气温较高，据周至县气象站资料统计，年平均气温 最低气温 最高气温 多年平均最大风速 20m/s，主风向为 大冻土深度 24域内降雨南多北少，山区年降雨 900峪口水文站多年平均降雨量 至县年平均降雨为 670黑峪口降雨的 多年平均径流深 水年内分布很不均匀，据统计多年平均 7 10 月四个月内降水为全年降 8 雨量的 60。实测月最大降雨为 1981年 8月） 。由黑峪口水文站水文资料，多年平均水温 最高水温 36 ,最低水温为。由 32年蒸发资料统计，蒸发皿多年蒸发量 算水面蒸发强度 泥沙 黑河 流域植被良好，河水清澈，河流悬移质的含量较小，泥沙主要为推移质。据黑屿口水文站 1956 1983 年实测悬移质泥沙资料统计，多年平均输沙量 t，每年平均含沙量 测年最大输沙量 151万 t，年最小输沙量 t，泥沙的年际变化较大，年内分布不均，主要集中在汛期的大洪水中。 悬移质泥沙的测验符合水文测验规范。黑河多年平均输沙量 t，其中推移质 t。推移质及悬移质年输沙量 坝址下游水位流量关系及库容曲线 （ 1）坝址下游水位流量关系曲线 水位流量 关系采用黑峪口水文（三）断面 1966 1983 年共十八年实测的水位流量资料及 1980年洪水（ 3040 m3/s） 、 1981年洪水（ 2530 m3/s）及 1983年洪水（ 1510 m3/s）时的过水断面面积、最大水深、水面比降及糙率等资料。 断面糙率 n= 水面比降 J=0 断面水深 h=面流速 V=s 黑河水文（三）断面水位流量关系曲线见图 2 9 水位（ m） 流量（ m3/s） 50 00 000 000 000 000 000 000 000 000 水位流量关系曲线4864884904924944960 2000 4000 6000 8000 10000流量（m / s ）水位（m）水位流量关系曲线图 2 2 下游河道水位流量关系曲线 黑河泄洪建筑物出口距水文（三）断面距离分别为 180 300m，而此段河流平顺，过水断面变化不大，因此水文（三）断面的水深按 0 的水面比降上抬 1m 即代表泄洪建筑物处的水位流量关系。 （ 2）库容曲线 黑河 水库水位库容、水位面积曲线见图 2 3、 2 4。 10 水位库容曲线01002003004005006007000 5000 10000 15000 20000 25000库容（万m ）水位（m）水位库容曲线图 2 3 黑河水库水位库容曲线 水位00 200 300 400 500 600面积（万）水位（m）水位面积曲线图 2 4 黑河水库水位 11 工程地质 坝库区地质概况 （ 1）地形地貌：该区位于秦岭北麓，地势南高北低，相对高差 500m1000m，属侵蚀中高山区。区内河溪深断而众多，河谷狭窄，案坡陡峻，河流发育有残缺不全的 1 5 级侵蚀堆积基座阶地。 在斜坡地带分布有 3000 多个崩塌和滑坡后重力堆积地形； 在桃李坪和盆村附近由于河流蛇曲作用而形成的古河道地形。 (2)地层岩性：库区的地层岩性主体为前震旦系宽坪群教场组（ ，甘峪湾组（ 坝址区大镇沟组（ 质片岩层，在库尾有二迭、三迭和侏罗系的沉积碎屑岩层。坝址区大镇沟组的主要岩性为：云母石英片岩（ ,绿泥石片岩，钙质石英岩（ 。水库区地层岩性除第四系覆盖层外，基岩主要为前震旦系宽坪群教场组、口屿湾组及大镇沟组，浅变质的片岩夹少量钙质石英岩；在库尾有前震旦系秦岭群东流水组、双磨组 变质较深片岩和混合岩。 （ 3）地质构造：该区只位于秦岭纬向构造体系中段北部，主要受南北向压力作用。 故近东西向的构造形际组成主体骨架， 复式皱褶， 断层及岩浆的出露， 大多呈东西向延伸。 （ 4） 水文地质： 河谷两岸地下水以基岩裂隙水为主， 地下水一般补给河水，以下降泉形式出露。该处水质无污染源。据水质分析，河水和地下水均属于低矿化水，水质良好，适合工业，农业和生活用水。 (5)区域稳定性评价：库坝区地震基本烈度为度。据分析认为水库不大可能发生诱发地震，即使发生，其地震基本烈度不可能达到度，其理由 是： 2 地貌反差； 2 亿 库区工程地质条件 库区基岩大多裸露，且植被良好，水库上游是森林区，水量下充沛，含沙量低，基本无污染，水质优良，适合工农业和生活用水，为良好的天然供水源地。水库淹没损失小，基本无渗漏问题。 （ 1）东岭，位于古河道与黑河左岸之间，分水岭最大宽 450m 500m，正常蓄水位处宽 240m，主要地质岩性为云母石英片岩（ ,绿泥石片岩（ 钙质石英片岩（ ，呈互层状分布，岩层走向 85 110 ,与东岭走向基本正交，易沿层面产生渗漏邻谷渗漏。另外钙质石英岩中多有溶蚀洞及溶蚀裂隙，建库后形成漏水通道，危及大坝及泄洪洞安全。主要断层破碎带有 般宽 3 5m，其中、 0 20m,最大单位吸水量 =20 30L/m m，沿断层破碎带可能发生集中渗漏。 （ 2）北岭，位于金盆古河道北端，地形上有一凹槽，宽 130m 150m,槽内地面最低高程 基岩顶板最低高程 凹槽中心钻孔度约 60 70m，北岭天然豁口的形成与该断层破碎带的发育有关。覆盖层为壤土及砂卵石，基岩强风化层很厚，且有发育宽大的断层破碎带， 岩层渗透性较强， = m m， 局部 =20 30L/m 39549m,低于水库正常蓄水位，故必须构筑副坝挡。坝基下砂卵石层、断层破碎带及基岩表层和互状溶洞区，均为渗漏通道。 坝址区工程地质条件 （ 1） 地质概况： 13 岩为变质岩，岩性主要有云母片岩（ 绿泥石片 岩（ 、和钙质石英岩（ 种。第四系覆盖分布较广，其中河床卵石层厚 8 m 13 m，一级阶地卵石厚 2 m 5 m,上部壤土层厚 2 m 10 m；二级阶地卵石厚 2 m 10 m，上部壤土层较厚；其他还有坡积和重力堆积土。 址区位于西骆岭田峪北斜南翼，岩层走向近东西，倾向上游，倾角 30 40；据统计坝区有 81条。大多属层间错动挤压形成的逆断层，断层破碎带宽度一般 0.2 m 5 m，大者可达到 10 m 20 m，主要为泥质角砾及碎岩组成。节理裂隙主要有 倾角裂隙共四组。 下水类型可分三种 水层为河床砂卵石，含水量大，透水性强，厚度 8 17透系数 K=d。 大气降水补给，该水层水量不大且不均一，分布高程不等，沿裂隙断层带渗水呈下降泉出露。 含水层多以断层破碎岩为主，是局部存在，补给来源仍是两岸山体，水头高出河床 m 25 m，但流量甚微，由于埋深（ 44 m 100 m）较大，故对建筑物不会产生影响。地下水、地表水对混凝土均无侵蚀性。 象：根据野外观察、平硐资料及声波测试等手段分析金盆坝址岩体风化特征如下：滑坡，坝区滑坡体共 16处，其中以 1、 2滑坡规模较大。岩石中以云母石英片岩抗风化能力最低，绿泥石片岩次之，钙质石英岩最强。一般而言坝区右岸强风化深达 16 20m，河床部位 3 5m，左岸 7 20m。弱风化层厚度 27 m 90 m，卸荷裂隙发育带的卸荷带。另外由于平行岸边的高倾角构造裂隙及同时发育的两组缓倾角裂隙、组， 14 形成了不利于岸坡稳定的结构面。 （ 2）大坝基础岩石物理力学性质 据试验资料，弱风化基岩干密度： d 中片岩（ c）湿抗压强度 5 质石英岩（ 00 坝基岩体渗透性：据钻孔压水试验成果，坝基岩体渗透性很不均一，其中绿泥片石岩单位吸水率 =L/m m，云母石英片岩=m m，钙质石英岩 =m m，断层破碎带 =m m 。 其他主要建筑工程地质条件 （ 1）溢洪洞：进口引渠段位于 2滑坡上，地基不稳定，进口洞脸岩层裂隙发育， 岩性破碎，洞室段岩性主要为云母石英片岩，绿泥石片岩，钙质石英岩。洞室围岩按分类均为稳定性和极不稳定岩体。均在弱风化岩体中，但因岩体发育 5 组裂隙和 6 条断层破碎带，结构面互相结合，使洞顶及左侧洞壁切割成契形体，开挖时易发生塌方。 （ 2）泄洪洞：围岩岩性主要为云母石英片岩，绿泥石片岩和中厚层钙质石英岩，呈互层状分布，片理和裂隙很发育，主要断层有 。 (3)引水洞 ：该洞与溢洪洞相距很近， 地层岩性基本相同， 主要断层为 和 31 共计 13 条，围岩分类为稳定性差到极不稳定岩体均有，一般地下水高于 洞顶。 (4)坝后电站：发电支洞围岩岩性为云母石英片岩，受断层影响，极不稳定岩体较多。电站站址位于二级阶地与山坡之间坡斜带，厂房基土不均 15 一，为强风化云母石英片岩及断层破碎带。 库区滑坡及不稳定岩体 库区滑坡及不稳定岩体特征见表 2 表 2库区滑坡及不稳定岩体特征表 编号 位置（ 滑动类型 滑动体型（ m） 形成时代及岩性 估算方量（万 地点 坝距 坡脚高程 长 宽 1 木匠河口 生 滑坡 616 468 169 上更新统（ 16 2 桃园河口 塌 565 203 95 宽教组变夹枚岩 22 3 望长沟口 坡 550 268 210 上更新统（ 191 4 水门沟口 坡 550 410 174 全更新统（ 100 5 仙马沟口 稳定岩体 560 500 185 绿泥云母英片岩 48/ 草坡洼 岩滑坡 640 313 176 上更新统（ 176 从表中可以看出，坝基岩石的渗透特性属于中等透水 和较严重透水。除此之外，在河床左侧部有一条顺河向的石英岩脉，其两侧形成了 4 m 5 m 的接触破碎带岩体，可成为渗透通道，左岸坡在高程 550 m 附近，出露有一条云煌斑岩脉。 水库渗漏 黑河水库可能的渗漏区集中于坝址区，其中包括： （ 1）古河道与现河谷之间的单薄分水岭。 （ 2）古河道北岭。 （ 3）近坝右岸水库与黄石沟间的分水岭。工程地质工作已查明，上述渗漏带的渗漏量值均不大。 水库浸没 主要分布于金盆、桃李坪两个村庄附近，但面积不大仅为 16 大坝基础工程地质条件 （ 1）建基高程 坝肩两岸地形不 完全对称，为左陡右缓，左岸单宽山梁 东岭，与金盆古河道毗邻 ,地形坡度 50 55 ,右岸地形坡度 40 45， 直至黄石沟分水岭，河床高程 64m，坝顶高程处河谷宽 368m。 坝区岩性分类有第四系松散堆积物及前震旦系大镇沟组基岩。 其中第四系堆积物有河床砂卵石层，厚 815m。一级阶地堆积物，上部为壤土，厚115m,下部为砂卵石厚 28m。 以及坡积堆积物， 左岸上覆于一级阶地， 厚度最大 14m，右岸覆盖于岸坡，厚度约 5 河床及坝肩基岩以云母石英片岩为主，视厚度达 100 122m，其余为绿泥石片岩，钙质石英岩，岩脉及构造岩等。其中坝基下十余米的云母石英片岩，云母含量高，片理极为发育，较为软弱。 根据室内外岩石饱和抗压强度 标以及声波（纵坡速度）试验，从承载力条件的角度看，金盆坝址建基面的选择是可行的。强风化层波速1500 2500m/s,弹模 10 万 16 万 t/许承载力 10 15kg/风化层波速 3000m/s，弹模 40 万 t/ 许承载力可以 20基强风化岩体分布厚度见表 2 表 2 6 坝基强风化岩体 分布厚度表 部位 左岸 河床 右岸 550以上 550以下 一级阶地 一级阶地 岸坡 强风化厚度（ m） 10 15 3 5 5 6 5 3 5 12 18 （ 2）防渗体与基岩结合部地质构造及处理建议 结合部遇到的断层有 ，走向基本与坝轴线平行， 其中规模较大者为 走向 90 102， 倾向 倾角 31 58，为顺层挤压断层，破碎带宽 5m，其出露平面位置恰好与面 17 板坝底座轴线河床部位相重合。 防渗体与基岩结合部的断层处，均应按规范开挖回 填砼塞，以延长渗透途径。断层破碎带的管涌比降，根据现场试验结果，其临界比降为 坏比降为 （ 2） 坝轴线的渗透特性、渗漏量及帷幕设置建议 坝址基岩主要由片岩类组成，透水性较小且呈层状分布。坝轴线各类岩石渗透性能统计结果见表 2 分区 岩石名称 指标 左岸 坝基 右岸 e 层 u 层 e 断层 单位吸水 量( ) L/m 平均 值 值 平均值 值 平均值 类 平均 值 较严重 透水 微透 水 严重 透水 中等 透水 中等 透水 中等 透水 较严重 透水 中等 透水 较严重 透水 由于坝基 4400 30此帷幕下限不超过 440m，左右岸坡帷幕应与地下水位衔接，左岸地下水 位埋深 70岸地下水位埋深近 80m。 18 第 3章 设计标准及依据 设计标准 为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模、效益极其在国民经济中的重要性进行分等，再根据枢纽中各水工建筑物的作用大小及重要性，对建筑物进行分级。在设计和施工中，对不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术方面则区别对待。具体划分依据为中华人民共和国行业标准水利水电工程等级划分及洪水标准中的有关规定确定。 结合枢纽任务（供水、灌溉、发电 、防洪） ，考虑水库库容（最大库容） 、供水对象重要性、防洪要求（保护重要城市），黑河水利枢纽定为等大（ 2）型工程。 本枢纽为等，其主要建筑物（大坝、溢洪洞、泄洪洞） 属于 1 级，次要建筑物（导流墙、工作桥、护岸等）属于 2 级，临时性建筑物（围堰、导流隧洞等）属于 3 级。 根据枢纽等别和建筑物级别，对照规范， 山区、丘陵区水利水电程水工建筑物洪水标准，确定本枢纽设计洪水标准为 500 年一遇，校核洪水标准为 5000 年一遇。 设计依据 2000 水利水电工程等级划分及洪水标准 19 2001混凝土重力坝设计规范 97水工建筑物抗震设计规范 2002水工隧洞设计规范 水工设计手册第五卷 水工设计手册第六卷 水工建筑物第四版 水力学西安理工大学水力学研究所 第 4章 兴利调节和调洪计算 死库容确定 死库容的确定考虑城市暗渠引水高程要求为 考虑水库淤积的要求，取死水位为 起调水位的分析与选择 在不影响水库正常正常供水，不增加坝高的前提下，使用部分有效库容滞洪并给泄水建筑物争取一段开闸准备时间，需设汛 限水位，并作为调洪验算的起调水位。此水位的选择应兼顾水库防洪与兴利的结合问题。 经前一阶段设计，水库正常蓄水位为 594m,死水位 520m，则选择从正常蓄水位起调。 20 调洪计算 调洪计算的目的 无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段 ,水库的调洪计算总是必须的。 不过 ,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同 ,其计算目的是不同的 往往是根据水库的设计洪水 ,拟订若个泄洪措施方案 ,通过调洪计算 ,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等 ,然后在通过综比较 ,选择技 术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数；而在水库的运用管理阶段 ,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值 ,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水 ,在不同防洪限制水位时 ,求出水库的洪水位与最大下泄流量 编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据 ,既要尽可能满足下游防洪要求 ,又要保证水工建筑物的安全。 调洪计算的原理 根据水库的水量平衡原理和水库的蓄池关系组成方程组 211 2 1 211( ) ( )22 q q t （ q f z （ 用已知（设计或预报）的入库洪水过程线 Q t,由起调水位开始，逐时段 连续求解方程组，从而求得水库出流过程 q t,这就是调洪演算的基本原理。 这里采用双辅助曲线半图解法， 21 211 2 1 211( ) ( )22 q q t （ 将改写成式 (4写成 1 1 2 2( ) ( )22V q V qQ （ 式中2V、2q、 ()2和 ()2均可与水库水位 Z 建立函数关系，因此，可根据选定的计算时段 t 值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，事先计算并绘出曲线组： 1()2Vq 、 2()2Vq 、 3q f z ，其中 3q f z 即是水位下泄流量关系曲线，其余两条是半图解法所必需的两根辅助线，黑河水位库容曲线见图 4 水位库容曲线01002003004005006007000 5000 10000 15000 20000 25000库容（万m ）水位（m）水位库容曲线图 4 黑河水位库容曲线 22 调洪计算的过程 初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝段堰顶高程为 594 m,溢流坝段总长定为 75m，分成 5孔，每孔净宽 15米。底孔设一个 ,进口高程 口尺寸 3* 大坝的库水位库容 Z坝下游河道水位流量 Z 水位流量关系曲线4864884904924944960 2000 4000 6000 8000 10000流量（m /s ）水位（m）水位流量关系曲线4河水库水位流量曲线 取 1 3 6 0 0t 小 时 秒根据上面 B=75下泄流量曲线，即可计算相应工作曲线 ( / / 2 )q V t q ，计算步骤见表 4见 4 4 q(V/ t q/2)辅助曲线计算表 Z 上 (m) V(万 q(m3/s) q/2(m3/s) V/t(m3/s) V/(m3/s) V/t+q/2(m3/s) 594 18872 52422 52298 52547 9106 53072 52920 53224 595 19340 53722 53520 53925 9574 54372 54104 54640 596 19808 55022 54677 55367 23 0042 55672 55240 56105 597 20276 56322 55793 56851 0510 56972 56338 57606 598 20744 57622 56876 58369 0978 58272 57405 59139 599 21212 58922 57929 59916 1446 59572 58445 60699 600 21680 60222 58956 61489 601 22148 61522 59959 63085 602 22616 62822 60940 64704 605 24020 66722 63766 69679 606 24488 68022 64671 71373 607 24956 69322 65560 73084 608 25424 70622 66433 74812 图 4(Vt+ 曲 线-(Vt- 曲 线Z - q 曲 线洪水过程线和下泄流量曲线见下图 24 10 15 20 25时间t（h）流量Q(m/s)Q(m/s)设计入库流量校核入库流量下泄流量调洪演 q(V/ t q/2)辅助曲线计算表绘出后，先对五百年一遇设计洪水进行调洪演算。起调水位为防洪限制水位 594m，随着入库流量增大，泄洪底孔闸门逐渐开启以控制下泄，使泄量等于来量，库水位维持在 594后，因底孔闸门已全开而来水量仍然继续增大，故进入自由泄流情况，库水位被迫上升，由初时段的泄量 q (V/ t+q/2）曲线得 t+，加上1()后 得 t+值，再回查 q (V/ t+q/2）曲线得 此方法计算，最后求的最大泄量为 s,相应最高水位即设计洪水位为 细计算过程见表 4 对于五千年一遇设计洪水与五百年一遇洪水调洪演算方法相同，求得最大泄量为 ，相应最高水位即校核洪水位为 细计算过程见表 4 对于万年一遇设计洪水与五百年一遇洪水调洪演算方法相同，求得最大泄量为 ，相应水位即保坝水位为 细计算过程见表 4 表 4 黑河水利枢纽五百年一遇洪水调洪计算表 25 黑河水利枢纽五百年一遇洪水调洪计算表 时间 Q(m3/s) m/s) Z(m) V/ V/t+q/2 q(m/s) Z(m) 备 注 日 时 0 200 594 594 库水位不变 10:53 594 594 11 250 594 52298 594 12 300 594 52298 52547 水位开始升高 13 600 2322 52573