沟后水库土石坝枢纽设计.docx

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沟后水库土石坝枢纽设计

1概述

沟后水库枢纽工程位于青海省共和县恰卜恰镇沟后村附近的黄河一级支流——沟后河上。

水库坝址以上控制流域面积为197.8平方公里，总库容330万立方米，属小

（1）型四等工程。

本水库为安置龙羊峡水库库区移民的配套工程。

水库以灌溉为主，可灌溉共和县农田二万亩，林地五千亩，同时解决恰恰镇三万多居民的生活及城镇工业用水。

枢纽工程包括大坝，泄洪兼引水隧洞两部分.

确定洪水标准、工程级别、坝型选择；枢纽布置，进行方案比较确定枢纽布置，绘制枢纽布置平面图，上、下游立视图；坝工设计，进行断面设计，渗流计算，稳定计算，沉降量计算，细部构造设计；基础处理，坝与两岸的连接；隧洞的设计等。

要求设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定时间内按设计要求完成设计任务，从工程实际出发，严格执行技术规范的要求，尽量采用国内外先进的技术和经验，每个参加设计的学生必须独立思考，发挥自己的创造性独立完成设计任务，理论依据正确充分，布置合理，计算准确，绘图正确，清晰，成果尽可能标准。

2资料分析与整理

2.1工程地质

沟后河为黄河一级支流，发源于共和县南北山麓，沟后水库位于沟后河的上游，坝址以上为高山峡谷区，以下为广阔的共和盆地，该河在坝址下游35公里处注入黄河。

2.1.1库区工程地质条件

水库库区两岸分水岑，山顶高达3781米，山体宽厚不存在深切的邻谷和洼地，库内两岸斜坡面较平直，没有大型冲沟发育。

坝址处河床高程为3221米，与两岸山顶相对高差达560米。

水库库区基岩全部为印支期致密、坚硬的闪长岩及花岗闪长岩，其微风化——新鲜岩石的单位吸水量﹤0.01升/分·米，为相对不透水层，两岸分水岑相对不透水层的最低高程都在3360米以上，库区未发现大的断裂、破碎带和节理裂隙密集带，即在地层岩性和地质构造上不存在集中渗漏的通道，从上述地形、质条件判断，库区蓄水条件是比较好的。

库区两岸基岩坡度一般在55度左右，岸边未发现规模较大的缓倾角结构面，水库蓄水后一般是稳定的。

由于该地区属大陆性高原气候区，日温差很大，物理风化严重，两岸坍塌现象较发育，故两岸斜坡基岩面上广泛分布着坍塌物质，其中崩积、坡积的块石、碎石一般是稳定的，而壤土极为疏松，属高压缩性，强失陷性土，对稳定不利，坝段部分须挖除，水库蓄水后估算总塌岸量约为15万立方米，将影响水库寿命。

水库库盆地基底及库岸基岩属相对不透水层，故水库没有浸没问题。

2.1.2坝址地区工程地质条件

坝轴线位于沟后河峡谷口上游500米处，河谷狭窄，所在河段南北走向，平均河宽60米，两岸岸坡左陡右缓，左岸坡度45度左右，右岸坡度35度左右。

基岩上分布着第四系全新统堆积物，其覆盖面积约占坝区的70%～80%。

河床砂卵石层厚12～14米，透水性强，渗透系数为20.9～94.5米/昼夜，且整层结构疏松，分选性差，存在渗透稳定问题，应做坝基防渗处理，河谷两岸基岩上分布着崩积、坡积块、碎石，层厚10～20米，边坡稳定性差，建坝前须做处理。

经国家地震局兰州地震研究所鉴定，沟后水库的基本地震烈度为六级。

2.1.3泄洪隧洞的工程地质条件

泄洪隧洞布置在坝区河谷左岸，地形地质条件均优于右岸。

沿地面高程3240～3290米，隧洞建基高程3235～3211米。

穿越地层岩性为花岗闪长岩，围岩致密坚硬，牢固系fk=7～9，岩石弹性抗力系数k=600～800kg/cm2。

但围岩节理裂隙发育，岩体成块状砌体结构，隧洞沿线依次通过F35、F36、F12、F9四个断层。

开挖毛洞时，可能产生坍塌或掉块，应采取支护措施。

2.2水文气象

流域内大部分地区人烟稀少，没有气象台站，仅在]恰卜恰镇有气象站，也无实测系列水文资料，径流、洪水、泥沙计算系根据青海省水文手册及设计暴雨洪水图集等有关资料进行。

2.2.1气象

流域所在地区地势高，气温多变，年平均气温低，约为3.4℃，昼夜及地势温差大，无霜期短，年日照时间长，大部分地区寒冷而干燥，常冬无夏，春去秋来，纯属大陆性高原气候区。

本区虽地处内陆，但因青海湖调节作用，降水相对丰富，年平均降水为311.8毫米。

降水集中在6～9月，为全年的87.8%暴雨历时短，据统计年最大6小时降雨量占24小时降雨量的70%左右，大部分蒸发量是降水量的3～10倍，年平均蒸发量为117.18毫米。

表2.1主要气象因素特征值表：

项目

单位

数值

备注

年平均气温

℃

3.4

无霜期

天

99

年平均降水量

毫米

311.8

极端最低温度

℃

-28.9

最高气温

℃

31.3

年平均大于30℃天数

天

1.25

最大冻土深度

米

1.33

年最大日照时间

小时

3290

年最短日照时间

小时

2794.8

年平均小于5℃的天数

天

180

年平均蒸发量

毫米

1171.8

多年平均最大风速

米/秒

25.25

水库吹程

米

820

2.2.2径流

沟后河虽为黄河一级支流，但水量很小，多年平均水量很小，多年平均径流深为65毫米，相应多年平均径流量1285.9万立方米。

径流来源主要是降水补给，6～9月份水量占全年来水量的85％以上。

2.2.3洪水

沟后河洪水一般发生在6～9月份，有降雨形成。

因本流域无实测洪水资料，故只能借助“设计暴雨洪水图籍”和地区性经验公式计算设计洪水。

2.2.4泥沙

本水库推移质来源较少，对水库淤积不产生很大影响。

悬移质是根据“青海省水齐手册”中的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为70吨/平方公里，经计算其年输沙量为13846吨，折合体积为10651立方米。

输沙量年内分布不均，主要集中在汛期（7、8、9）三个月。

2.2.5水文分析成果表

表2.2水文分析成果表：

序号

名称

单位

数量

备注

1

代表性流量

P=0.2％洪水洪峰流量

立方米／秒

250

P=2％洪水洪峰流量

立方米／秒

140

P=5％洪水洪峰流量洪量

立方米／秒

120

2

洪量

P=0.2％洪水洪量

万立方米

470.76

P=2％洪水洪量

万立方米

183.95

P=5％洪水洪量

万立方米

183.46

3

多年平均年径流量

万立方米

1285.9

4

多年平均年输沙量

万吨

1.3846

2.3筑坝材料及其物理力学性质

天然筑坝材料贮藏量和质量均能满足要求，而且运距较近，开采、交通条件较好。

各种材料的物理性质及设计指标见表3、表4、表5、表6。

表3筑坝材料技术指标

建筑材料名称

比重

容重（吨/立方米）

孔隙率

抗剪强度

渗透系数

K′（cm/s）

r干

r湿

r饱

摩擦角

Φ°

凝聚力C′=C（kg/cm2）

土料

2.72

1.68

1.98

2.05

Φ=24

Φ′=25

0.3

1×10-7

砂砾料

2.68

1.80

1.80

2.10

水上36

水下34

5.79×10-2

堆石

2.70

1.80

1.80

2.05

0.33

40

砂砾料坝基

2.68

1.80

1.80

2.10

水下35

5.79×10-2

表4土颗粒级配

粒径（mm）

﹤0.2

﹤0.1

﹤0.05

﹤0.03

﹤0.01

﹤0.005

﹤0.002

﹪

84.5

75.0

58.0

43.5

26.0

16.2

11.0

表5砂料颗粒级配

粒径（mm）

﹤5.2

﹤5

﹤2.5

﹤1.2

﹤0.6

﹤0.3

﹤0.15

﹪

100

97.8

69.4

43.5

20.4

6.2

1.7

表2.6砂砾料颗粒级配

粒径

（mm）

﹤150

﹤80

﹤40

﹤20

﹤5

﹤2.5

﹤1.2

﹤0.6

﹤0.3

﹤0.15

﹪

100

34.5

65.0

51.3

34.8

27.1

20

11.7

3.0

1.5

2.4其他资料

沟后河自坝址以下出峡谷后流入共和盆地，共和盆地是共和县的主要农业县，坝址下游13公里处的恰卜恰镇是海南芷族自治州和共和县两级政府所在地，是海南省政治、经济、文化的中心和少数民族的聚居地，有近3万各族同胞居住在这里，共和县所有的工业均集中在恰卜恰镇。

2.4.1径流调节

沟后水库以灌溉为主，要求灌溉农田2万亩，林地0.5万亩。

根据“水利水电工程水利动能设计规范”，对缺水地区以旱作物为主的灌区，其灌区设计保证率为75%，据此，年灌溉供水量为33.6万立方米，总供水量为618.82万立方米。

按来水及供水保证率为75%进行调节计算，本工程兴利库容为252.09万立方米。

2.4.2死水位选择

本工程死水位选择主要取决于灌溉引水高程，同时还应满足泥砂要求。

引水渠进口位于坝址下游沟后村附近。

为无坝自流引水渠无灌溉要求。

本工程按泥砂水平15年计，泥砂量为15.975万立方米，为延长水库寿命，汛期利用泄洪边异重流排沙（一次洪水的排沙比为0.2）则淤库泥沙减少到12.8万立米，考虑到水库蓄水后总塌岸量中部分淤入死库容，最后确定死库容为21.3万立米，相应死水位为3241.0米。

2.4.3正常高水位选择

水库库区河谷狭窄，河道比降大，库容条件差，要想获得库容必须显著加大坝高，前己求得兴利库容为252.09万立方米，考虑塌岸占去的库容，水库总库容仅为330万立方米，相应正常高水位为3278.0米。

总库容仅为多年平均径流量的25.7%，库容系数小，只能进行年内的洪枯径流分配，本水库为年调节水库。

2.4.4水库回水及淹没

正常高水位时水库回水长度为1.28公里，库区属高山峡谷区，气候寒冷，荒芜人烟，淹没区没有移民和耕地。

2.4.5洪水标准及防洪运用原则

根据“水利水电枢纽工程等级划分及设计标准”，本水库为下

（1）型四等工程。

主要建筑物为三级，洪水的设计标准为五十年一遇设计，五百年一遇校核。

本工程因水库库容很小，在洪水期水库的调度运用原则是有水就蓄，保持库满，此时洪水来多少就泄多少，用闸门控制，是其不超过正常高水位。

设计洪水位、校核洪水位均与正常高水位一致。

由于水库库区无天然垭口地形修建溢洪道，故只在坝址左岸修建泄洪隧洞。

对于小型水库，本着节约投资、缩短工期，便于集中管理的原则，尽量做到一洞多用。

本工程泄洪隧洞兼做导流、引水、排沙、放空水库之用。

进口高程充分照顾各方面的要求，确定为3237米。

隧洞为圆形压力隧洞，按宣泄校核洪水时泄量设计，洞径4.3米，在隧洞出口工作闸门前左侧墙上设一管道，管径50厘米，引用流量1立米/秒。

其出口又分为灌溉引水管及人畜引水管，由闸门控制。

2.5工程特性表

表2.7工程特性表

序号

名称

单位

数量

备注

一

水文

1

流域面积

全流域

平方公里

663.2

坝址以上

平方公里

197.83

2

多年平均径流量

万立方米

1285.9

3

代表性流量

调查历时最大流量

立方米/秒

56.9

设计洪水（p=2%）洪峰流量

立方米/秒

140.0

校核洪水（p=0.2%）洪峰流量

立方米/秒

2