沉沙池方案设计报告.docx
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沉沙池方案设计报告
1大盈江四级水电站工程概况
1.1概述
大盈江属伊洛瓦底江水系，流域位于东经97°33'〜98°35'、北纬24°
25'〜25°38'之间，河流发源于云南省腾冲县境西北部中缅国界附近的尖高山，由北向南流，源头由大岔河、胆扎河和轮马河组成。
中游称槟榔江，流经腾冲、梁河、盈江等县境，于盈江县新城附近纳入南底河后称大盈江。
大盈江在洪蚌河口流出国境进入缅甸，在缅甸巴莫附近汇入伊洛瓦底江。
大盈江全长189.3km,平均比降10.1%，国内流域面积5859km2。
大盈江水电站（四级）位于德宏州盈江县境内的大盈江干流上，坝址位于大盈江下游河段38号桩以上约500m处，坝址控制流域面积5652km2，坝址多年平均流量244m3/s。
厂址位于洪蚌河口与大盈江汇口上游约1km处，控制流域面积5888km2。
开发利用河段长约16.6km,平均比绛19.23%。
。
电站厂房距盈江县城的公路里程约78km,距昆明市的公路里程约812km。
电站施工期交通条件较好，对外公路主要有两条，一条为：
昆明〜楚雄〜大理〜保山（大官市）〜腾冲〜梁河〜盈江〜大盈江四级水电站。
另一条为：
潞西〜梁河〜大盈江四级水电站。
铁路主要为：
昆明〜大理二级铁路，该段铁路可通过成昆铁路、贵昆铁路、南昆铁路和内昆铁路与全国铁路联网。
本电站是以发电为主要任务，无防洪、灌溉及航运等其他要求。
正常蓄水位高程▽585.00m,相应库容约15.99X104m3，最大坝高34.0m，属引水式电站，装机规模为700（4X175）MW。
根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》
（DL5180-2003）规定，确定大盈江水电站（四级）的工程规模为大
（2）型，
工程等别分二等。
根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）中5.0.7规
定，经技术经济论证，将首部挡水、泄水主要建筑物级别降低一级。
电站主要建筑物级别：
引水发电系统主要建筑物为2级，次要建筑物3级，临时建筑物为4级；首部枢纽挡水不及泄水主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。
根据云南省地震工程研究院完成的《云南省德宏州大盈江第四级水电站拦河大坝工程场地地震安全性评价报告》成果，工程场地50年超越概率为10%；100年超越概率为2%,地震动峰值加速度分别分0.127g和0.277g,工程区相应的地震基本烈度为％度。
电站保证出力92.21MW，年发电量34.18亿kW.h，年利用小时4883h,电站供电范围为云南省,直接接入云南省网,参与全省电力电量平衡。
1.2工程总体布置
枢纽建筑物主要由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成,主要建筑物有混凝土重力坝、坝后消力池、竖井式进水口、引水隧洞、上游调压井、压力钢管道、地面厂房等。
首部枢纽为混凝土溢流坝，最大坝高34.0m,坝顶高程^569.50,坝顶长度93.75m；坝身由左至右依次为；左非溢流坝段、左泄洪冲沙闸、河中溢流堰、左泄洪冲沙闸和右岸非溢流坝段,坝后为消力池,坝身泄洪建筑物的下泄水流均进入池内消能。
在右岸布置了右岸泄洪冲沙（兼导流）洞；左岸非溢流坝段布置有一条生态流量放水钢管,泄放生态流量24.5m3/s。
电站引水系统布置在河流右岸,采用折线布置方案,由进水口、引水隧洞、
调压井及压力钢管道组成。
电站进水口为竖井式；引水隧洞总长13.977km；调压井为差动式，大井尺寸15m；调压井后接两条直径D=5.2m的压力钢管道，在压力钢岔管后分岔为D=3.6m的支管，压力钢管道路总长874.634m.
厂房为地面厂房，位于大盈江右岸洪蚌河口上游约1km的缓坡台地上。
主、
副厂房顺河边布置，机组纵轴线方位角为NE81°27'16〃，内装4台175MW
的混流式水发电机组，总装机容量700MW。
电气副厂房、主变层及GIS厅布置在主厂房的上游侧，出线场布置在GIS厅的屋顶；控制楼布置在安装场的上游侧，水机副厂房布置在主厂房的下游侧。
1.3任务来源
2009年8月，4台机组全部投产，电站投产运行后由于大盈江汛期泥沙含量多，硬度大，机组磨损严重，2010年2月，受业主委托进行沉沙池设计研究，并于2010年2月25日签订了《大盈江四级水电站防沙沉沙建筑物设计》合同。
拟建沉沙池布置于引水隧洞新3#支洞附近，阿岗河对岸一相对平缓地上。
2基本资料
2.1水文气象
大盈江流域属亚热带气候，主要受西南暖湿气流和西部干暖气流的影响，水
汽充沛，干、湿季节分明。
由于流域内山脉纵横，地势高差明显，形成复杂多变的气候特征，并且气候垂直变化显著。
气候要素随海拔高度变化，气温自北向南递增，多年平均气温在14.9C〜193C之间。
年蒸发量从上游高海拔地区至下游低海拔递增。
流域北部、西部中缅边境分水岭一带为极多雨区，年降水量可达3000mm〜4000mm，其它地区为多雨区，年降不量约为1400mm〜2000mm左右。
其中，盏西站、下拉线（拉贺练）、38号界桩以上流域多年平均降水量分别为2455mm、2071.7mm、2050.1mm。
大盈江流域内气象特征值统计见表2-1
表2-1大盈江流域气象特征统计
项目
腾冲
梁河
盈江
年平均气温（C）
14.9
18.3
19.3
极端取咼（C）
30.5
34
36.8
极端最低（C）
-4.2
-1.7
-1.2
平均相对湿度（%）
79
80
80
年蒸发量（mm）
1589.7
1825.4
1929.9
年降水量（mm）
1477.9
1384.7
1507.9
最大日降水量（mm）
93.2
121.8
123.8
日降水量大于10mm日数（天）
48.4
44.3
47.8
日降水量大于25mm日数（天）
13.8
14.9
16.3
平均风速（m/s）
1.6
2.3
1.2
最多风向
SSW
WSW
SW
由于流域的地理位置处于低纬度，影响流域暴雨的天气系统复杂。
雨季受西南湿气流控制，以低槽型暴雨为最多，其次为孟加拉湾低压边缘型暴雨。
一次暴雨笼罩面积小，历时较短，多数为单一的非连续性暴雨。
2.1.1径流特性大盈江流域径流来源于降水，流域内降水量丰沛，植被良好，地下水丰富，产水量较稳定，为多水地区，流域内降水一般上游大于下游。
径流与降水量的年际变化及年内分配是相应的，6月〜10月径流量占年径流总量的72%〜75.9%,实测最大年平均流量与实测最小年平均流量比值在1.80〜1.96之间，说明径流年
际变化不大。
2.1.2洪水特性
大盈江流域洪水由暴雨形成，年最大洪峰多发生在6月〜10月，其中发生在7月最多，占7.1%以上。
大盈江上下游洪水发生时间较相应，洪水过程也比较对应，但洪水序位不尽相同，拉贺练站年最大洪峰流量与最小洪峰流量之比为3.35，洪水年际变化不大。
2.2泥沙
2.2.1产沙概况
大盈江全长189.3km,平均比降10.1%，国内流域面积5859km2。
整个流域以山地为主，高山丘陵占80%，耕地面积占20%，森林植被好的面积约占50%。
其中干流上游槟榔江流域植被覆盖率高，水流清澈，含沙量小。
但支流南底河流域中下游，水土流失严重。
梁河坝区，水流含沙量大。
最为突出的是盈江、梁河两县交界的南底河浑水沟河段的大断裂带，泥石流十分严重。
盈江坝子是流域内最大的冲积型宽谷平坝，大盈江由东北向西南穿过盈江坝区，河道宽度可达400m〜900m,河床比降小，泥沙沉积，河床不断抬高，局部河段河岸不稳，受洪水冲刷塌岸现象较为常见。
到坝区西端，被夹江对立的虎跳石拦住，两石间河宽仅8m，当洪水流量较大时，由于虎跳石卡口的作用，盈江坝区河道水位壅高，水流流速变缓，泥沙大量淤积，虎跳石以下至中缅边界38号界桩段为峡谷河段，河槽深切，基岩裸露，水流湍急，河床组成以卵石、漂石为主，常见大孤石，2000年8月13日，二级（汇流电站）厂房发生泥石流灾害，至今河道内仍有大量的泥石流堆积物。
盈江属于梁河〜盈江地质灾害危险区，该区地处滇西高原的中部，以中山宽谷地貌为主，山顶海拔在2500m左右，相对高差1000m〜2000m,大于25°陡坡地占分区面积48%左右，本区新构造活动极为强烈，大盈江孤形活动断裂斜贯全区，喜山期安山岩、玄武岩大面积分布，物理和化学风化作用均较强烈，大盈江支流及盈江盆地边缘地带滑坡、泥石流密集，仅大盈江沿岸就有泥石流沟116
条，沿岸村寨、农田及交通受到严重危害。
大盈江流域是本区地质灾害严重危害地段。
根据2000年《云南土壤侵蚀遥感调查报告》，大盈江流域腾冲、梁河、盈江等县水土流失总面积与1987年相比均有所减少，但减少的面积集中在轻度侵蚀，中度侵蚀面积有明显增加，除盈江县外，其它各县强度侵蚀面积增加，而盈江县强度侵蚀面积有大幅度的减少。
极强度、剧烈侵蚀面积各县略有增加。
极强度、剧烈侵蚀面积主要分布在腾冲县荷花乡的南菁河，喇叭河、黄瓜箐一带的泥石流
沟，盈江县南底河左岸以及浑水沟泥石流区域。
2.2.2水文站沙量
大盈江上有下拉线、拉贺练水文站测沙，两水文站测沙情况见表2.2-1。
两
水文站测沙时间衔接。
在下拉线站测验时段内，大盈江的主要支流南底河时有泥石流、滑坡发生，上世纪七十年代末开始对泥石流、滑坡进行整治，水土流失情况有所好转。
下拉线站实测资料反映的是1980年以前产沙较大的情况，且控制
流域面积小于拉贺练站，故该站只作为参证站。
拉贺练站流域面积占坝址流域面积的74.8%,1979年建站，1980年1月开始测沙，至2004年12月已有25年的连续实测泥沙资料，满足规范要求的实测系列长度，故将其作为泥沙设计的基本依据站。
拉贺练站实测最大年输沙量为817X104t（2004年），最小年输沙量为
98.6X104t（1994年），最大年沙量与最小年沙量之比为8.3。
各年最大含沙量出现时间分布于6月〜10月。
拉贺练站多年平均泥沙特征值见表2.2-2
表2.2-1水文站测沙情况简表
站名
所属河流
流域面积
测流时间
测沙时间
下拉线
大盈江
2
4012km
1954.5年至今
1957年至1980年（部分缺测）
拉贺练
大盈江
4225km2
1979年至今
1980年至今
表2.2-2拉贺练站多年平均水沙特征值表
34
单位:
流量-m/s输沙率-kg/s含沙量-kg/m3沙量-10t比例-%
年月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
平均
6-10月
流量
79.6
70.0
62.9
55.5
89.3
246
433
383
308
268
158
100
189
328
水量比例
3.58
2.87
2.83
2.42
4.02
10.73
19.50
17.26
13.40
12.05
6.89
4.52
100
72.94
输沙率
6.73
5.46
5.53
7.42
46.1
158
279
198
149
96
26.9
7.77
82.7
176
含沙量
0.085
0.078
0.088
0.134
0.516
0.642
0.644
0.517
0.484
0.359
0.170
0.077
0.439
0.537
沙量
1.80
1.32
1.48
1.92
12.4
40.9
74.8
53.0
38.6
25.7
6.97
2.08
261
233
沙量比例
0.69
0.51
0.57
0.74
4.73
15.66
28.67
20.32
14.8
9.85
2.67
0.8
100
89.3
注：
本表中拉贺练站流量为与泥沙系列同步的1980年〜2004年成果。
2.2.3坝址悬移质沙量
大盈江四级坝址控制流域面积为5652km2，根据拉贺练水文站泥沙成果，采
用面积比推求大盈江四级电站坝址悬移质沙量，成果见表2.2-3。
由表可知，流
量、输沙量、含沙量多年月平均最大值出现在7月份。
流量多年月平均最小值出现在4月份，输沙量多年月平均最小值出现在2月份。
坝址多年平均输沙率为
111kg/s,悬移质沙量为349x104t，含沙量为0.446kg/m3，输沙模数为617t/km2a,来少集中于汛期，6月〜9月沙量占全年的79.45%,6月〜10月沙量占全年的89.30%。
表2.2-3大盈江四级电站坝址多年平均水沙特征值表
单位:
流量-m3/s输沙率-kg/s含沙量-kg/m3沙量-104t比例-%
年月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
平均
6-10月
流量
105
92.7
83.3
73.5
118
326
573
507
408
354
209
133
249
435
水量比例
3.60
2.88
2.84
2.43
4.03
10.77
19.57
17.32
13.46
12.10
6.91
4.54
100
73.22
输沙率
9.00
7.31
7.40
9.93
61.7
211
374
265
199
128
36.0
10.4
111
236
含沙量
0.085
0.079
0.089
0.135
0.522
0.647
0.652
0.522
0.488
0.361
0.172
0.078
0.446
0.543
沙量
2.41
1.77
1.98
2.57
16.5
54.7
100
71.0
51.7
34.4
9.33
2.78
349
312
沙量比例
0.69
0.51
0.57
0.74
4.73
15.66
28.67
20.32
14.80
9.85
2.67
0.80
100
89.30
注：
本表中大盈江四级坝址流量为与泥沙系列同步的1980年〜2004年成果
2.2.4坝址堆移质沙量
大盈江上各水文站均无实测推移质资料。
考虑到本工程位于盈江坝子以下，采用推悬比5%估算坝址推移质输沙量，其成果为17.45X104t。
2.2.5泥沙级配
采用2003年拉贺练水文站的沙包进行悬移质泥沙级配分析，得到拉贺练站平均颗分成果为：
d50=0.052mm,ch=0.368mm,颗分曲线见图2.2-1。
昆明院2004年12月在大盈江库中、库尾共取样4组进行河床质取样、筛分实验。
综合计算后，得到库区河床质平均颗分成果：
d50=46.0mm,dm=70.3mm,
颗分曲线见图2.2-2。
2.2.6矿物成份
采用2003年拉贺练水文站的沙包进行了矿物成份分析，经分析，硬矿物（摩
式硬度大于5）成份主要有石英、斜长石、长石、砂岩岩屑、金红石、磁铁矿、钾长石等，硬矿物含量统计成果见表2.2-4。
表2.2-4拉贺练站泥沙硬矿物含量统计表
粒径组
>1mm
1〜
0.5mm
0.5~
0.25mm
0.25~
0.1mm
0.1~
0.05mm
0.05~
0.025mm
<0.025mm
硬矿物占总沙
样的百分数
（%）
硬矿物含
量（%）
10.22
2.59
9.91
9.57
16.49
6.91
11.68
67.37
注：
本表中的含量为各粒径组的硬矿物占总沙样的体积百分数。
2.3电站主要特征参数
坝顶高程：
596.500m
校核洪水位：
594.700m
正常畜水位：
585.000m
死水位：
584.000m
总库容：
15.99x104m3
死库容：
12.41x104m3
2.4电站功能指标
电站装机容量：
机组引用流量：
水轮机型号：
水轮机额定水头：
175X5MW366m3/s
HL（TF5008）-LJ-380
289m
2.5沉砂池工程地质条件
沉沙池拟布置在大盈江右岸的新3#施工支洞口附近阿岗河对岸的冲沟及其邻近上下游地段，地处冲沟斜坡地带，自然山坡稳定。
该地段冲沟一般切割较深，河谷狭窄，水力坡降大，水流湍急。
为侵蚀中山峡谷地貌，地表植被茂密，多以灌木、杂木为主。
河流呈S型，形成一个向南凸出的河湾，总体流向N70°E。
河底高程约520m,山坡地形坡度一般30°~60°,发育有大冲沟2条、小冲沟1条，在新3#施工支洞口的冲沟内有常年流水，现流量约15L/S。
上游侧的大冲沟
尾段已被施工支洞开挖的洞碴填至约565m高程，沟无常年流水。
附近的小冲沟也为干沟。
工程区内河床冲积层（Qal）沿河均有分布，在大盈江河谷内构成不连续的漫滩和河流阶地，为大孤石、漂石等夹砂卵砾石层，局部夹透镜状砂层。
洪积层（Qp1）以块石、漂石及卵石为主，夹砂质粘土，分布在冲沟内并在冲沟口形成洪积扇。
沉砂池位置地层分布单一，基岩露头甚少。
山坡表部多为坡积层（Qd1）,厚度一般1.5m~4.0m,为棕褐色粉质壤土混少量碎块石、滚石。
下伏基岩为元古界高黎贡山群（Pt2）深变质岩，为条痕状黑云角闪斜长片麻岩夹眼球状混合片麻岩，局部夹粘土板岩、微晶片岩、黑云母片岩及少量石英岩。
片麻理产状N55°~80°E，NW/50°~75°。
初步调查工程区内未见大的断层分布，但小断层和小挤压面较发育，多为顺层分布的结构面，右岸较左岸发育。
属W级或V级结构面。
岩体中节理裂隙也较发育。
主要节理有5组：
1N40°~70°W，SWZ50°~70°
2N20°~40°E，SEZ60°~85°
3N15°~40°W，SWZ50°~70°
4N40°~65°E，SEZ40°~60°
⑤N40°~50°W,SWZ20°~30°
其中节理N15°~40°W,SWZ50°~70°很发育，根据地质量测统计库区节理裂隙的频率为2.8条/m。
节理间距在0.60m》j>0.20m,属较发育。
工程区地下水类型主要为基岩裂隙水，但河床和山坡局部覆盖层内有第四系松散岩类的孔隙水。
基岩裂隙水主要分布于变质岩裂隙中，一般埋藏深度10m~50m,含水量较
丰富，冲沟内多有流水，局部地形陡峻的岩壁上也有渗水。
山坡岩体风化不深，岩体风化韵律明显，全风化带厚度10.4m~15.5m,强风化带厚度7.4m~19.0m。
沉砂池地基岩体以弱风化岩体为主，岩体总体强度高，可以作为沉砂池地基。
但岩体中由于节理中等发育~较发育，岩体块度偏小，岩体中局部存在节理密集带，节理密集带会使局部岩体的完整性和强度有所降低，需进行工程处理。
初步分析：
N15°~40°W，SW/50°~70°的陡倾角的结构面与N40°
~50°W,SWZ20。
~30°的缓倾角结构面组合后易在沉砂池开挖后形成的边坡内局部形成不稳定的块体。
由于下部强风化岩体较厚，边坡以强风化和弱风化为主，岩体总体稳定性较好，但应注意局部强风化岩体中可能产生的失稳。
在约600m高程以上分布有厚度较大的坡积层，坡积层以块石为主形成骨架，孔隙间充填细粒土，底界较为平稳，天然状态下处于稳定状态。
目前仅在局部山坡上有少量的坍滑。
沉砂池开挖时将挖除部分坡积层的前缘，边坡开挖后由于块石的骨架作用，仍具一定的稳定性，但若开挖过陡，开挖后坡积层的土质边坡可产生牵引式的失稳，开挖时应放缓边坡。
因此沉砂池开挖后应重视边坡上部存在的松散堆积物和局部岩体的不稳定问题。
沉砂池开挖边坡稳定坡比建议值如下：
地表覆盖层及全风化岩体边坡1：
1.2
强风化岩体边坡1：
0.75
弱风化岩体边坡1：
0.3~
4.2漏斗沉沙池方案
该沉沙池在运行时采用不连续冲沙。
冲沙时也不停止发电。
它是利用电站负荷小时多余的流量冲沙。
冲沙时打开冲沙闸，泥沙在重力的作用下，从漏斗底部偏心的底孔自动冲出，同时，由于底孔的偏心和边壁作用，将会使冲沙水流漏斗不对称，产生较强的环流，从而在底层水体中形成螺旋水流，冲刷边壁上的淤沙。
以达到冲沙的目的。
漏斗沉沙池采用间歇冲沙，在汛期含沙量大时，间歇时间应缩短，以避免出现冲沙廊道堵塞的情况。
冲沙间歇时间通常需要根据模型试验成果综合考虑确定，并在工程运行中根据情况加以修正、调整。
漏斗沉沙池设计的主要技术路线，考虑电站为“大装机，小库容”的实际情况，调节库容仅为3.58X104m3。
因此设计中要求充分利用地形条件，在满足规范要求的泥沙沉降率的情况下，尽可能利用地形加大沉沙池的调节水量，以增加电站出力。
4.2.1漏斗沉沙池主要控制尺寸的拟定
为了充分结合地形条件扩大沉沙池的库容，初拟沉沙池的工作宽度为130m。
由前述所知，考虑双洞并行运行，沉沙池正常运行水位为580.560m,初拟沉沙
池正常工作水深为26.68m，因此工作段的平均流速为v=366±（130X26.68）
=0.106m/sv0.25m/s,可满足沉降0.25mm粒径以上泥沙的要求。
初拟沉沙池首端工作水深Hp=26.68m,池厢首端流速Vsd=0.106m/s,沙粒沉降速度按L=HpVsd/3估算。
沉沙池工作段长度Lp=KL，其中K=1.2~1.5,本阶段取1.5,即Lp=191.13m。
由此可见，当沉沙池工作段长度大于191.13m时均能使泥沙沉降满足规范要求。
考虑到有“尽量增大调节库容”的要求，本工程结合冲沙沟位置串联布置两个边长约为150mX130m（长X宽）的长方形漏斗，该漏斗即为沉沙池的工作段，工作段长度L=150X2=300m>Lp。
在漏斗的正下方，布置一倒置的圆台，上底半径Rs=15m,下底半径Rx=5m，圆台高10m。
在圆台底部偏向上游，布置一管径©=1.5m的冲沙隧洞。
冲沙隧洞以半径R=13.75m,竖向转90°后，以约2%的陡坡把泥沙排入大盈江。
据规范并结合本工程实际，取沉沙池设计最小沉降粒径为0.25mm。
冲沙流量按过池流量的8%计，即过池流量为366m3/s。
Q冲=0.08X366=29.28m?
/s
考虑到适当加大冲沙流量，对缩短冲沙历时、提高冲沙效果有利，故本阶段
略微偏大取值为30m3/s。
待下阶段进行沉沙池水工模型试验后，根据实验成果再做调整。
4.2.2漏斗沉沙池的布置
沉沙池进口处两隧洞平行布置，两洞间距为35m0原隧洞与沉沙池连接段隧洞在引3+207.888处与原隧洞相接，洞底高程557.566m,以i=6.614%°的正坡至沉沙池进门。
沉沙池进口宽64.52m,下设进口扩散段，由于受地形限制，出于降低隧洞长度及减少开挖考虑，
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