甘肃省永昌县东河河湾梯级电站月牙崖水电站工程初步设计报告Word格式.docx
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统计参数
Qp（m3/s）
Q0（m3/s）
Cv
Cs/Cv
P=15%
P=25%
P=50%
P=75%
P=85%
1030
9.00
0.18
2
10.8
10.1
8.91
7.92
7.32
月牙崖水电站设计年径流分配表（调节年度7～6月）
表1-2
项目
月份
年平均（m3/s）
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
一月
二月
三月
四月
五月
六月
典型年（1988.7~1989.6）
20.3
16.8
13.9
13.5
5.75
4.22
5.63
5.45
2.63
5.46
18.1
18.8
10.9
月牙崖电站P=15%丰水年流量
20.2
16.7
13.8
13.4
5.7
4.19
5.59
5.41
2.61
5.42
18.0
18.7
典型年（1996.7~1997.6）
19.5
13
11.1
8.50
6.81
4.50
3.19
2.68
16.3
9.09
月牙崖电站P=50%平水年流量
19.1
12.7
13.1
8.3
6.7
4.4
3.1
2.6
9.9
16.0
典型年（2001.7~2002.6）
17.4
8.00
7.78
8.6
11.4
6.29
3.00
4.52
1.54
5.08
9.15
7.15
月牙崖电站P=85%枯水年流量
17.8
8.19
7.96
8.80
11.7
6.44
3.07
4.63
1.58
5.20
9.37
1.2.4洪水
月牙崖水电站紧接皇城水库坝后电站，引水枢纽紧接坝后电站尾水渠，电站厂房位于皇城滩水库下游约3km处，其控制集水面积为1160km2。
月牙崖电站引水渠首洪水为皇城水库下泄洪水，电站厂房处洪水为皇城水库下泄洪水加同频率区间洪水，成果见表1-3，分期洪水成果见表1-4。
月牙崖水电站各设计频率洪峰流量表（m3/s）
表1-3
断面位置
F（km2）
P（%）
2%
3.33%
5%
10%
20%
皇城水库入库
401
332
280
194
123
皇城水库出库
382
区间洪水
130
35
30
25
18
11
电站引水渠首
电站厂房
1160
417
362
305
212
134
月牙崖水电站分期洪水成果表
表1-4
施工分期
P（%）
汛期
7～9月年最大
枯水期
10～5月
75
52.2
3～5月
10～6月
104
77.3
3～6月
106
78.7
月牙崖水电站引水渠布置在河道右岸，引水渠桩号0+840处有一无名冲沟。
冲沟平时无水，汛期沟道洪水影响渠道安全运行。
无名冲沟洪水主要由暴雨组成，所以采用小流域暴雨洪水计算的方法——瞬时单位线法进行推求，分析成果见表1－5。
月牙崖水电站沿线沟道洪水特征值表
表1－5
序号
沟道名称
集水面积（km2）
主流长度（km）
河道比降（‰）
设计洪水
（m3/s）
Q5%
1
无名沟
3.8
4.6
98.2
5.8
1.3工程地质
1.3.1地形地貌
工程区位于永昌南山凸起带的中部山区，属中山地形，海拔2300～2700m。
东大河于此间深切古夷平面而成大比降（1/60—1/90）的峡谷，河谷断面多呈“U”型，部分呈“V”型。
河谷两岸发育不对称的河漫滩及侵蚀堆积阶地，其中Ⅰ级阶地发育较完整，Ⅱ级阶地仅在厂房区附近保留较完整。
1.3.2地层岩性
根据地质测绘，区内广泛分布第四系不同成因的松散堆积层，下伏基岩为加里东晚期的花岗岩岩体。
1.3.3地质构造
工程区位处祁、吕、贺山字型构造西翼反射弧中永昌南山古凸起带的中部，南依北祁连山脉的冷龙岭，北为马营——永昌新凹陷盆地。
岩浆活动和构造运动复杂且频繁，周边广泛分布有加里东各期的侵入岩体及各时代地层，以1/20万区域地质图上看出此间分布多个褶皱构造及区域性断裂，并在燕山运动晚期形成工程区的顺河断层F1。
F1断层属压性断裂，东北端始于泱翔乡，西南端终于皇城电站。
据1:
400万《中国地震动峰值加速度区划图》（2001），工程区地震动峰值加速度为0.20g（相当于地震基本裂度Ⅷ度），地震动反应谱特征周期0.40s。
1.3.4水文地质
区内地下水主要源于冰雪融水和大气降水，皇城水库及电站泄水也是控制地下水源的重要因素。
根据埋藏条件，地下水可分为第四系松散堆积层中的孔隙性潜水和基岩裂隙中的裂隙性潜水。
前者含水层主要为河床及Ⅰ级阶地砂卵砾石层，直接受河水及两岸山体中基岩裂隙水补给。
两岸山体及谷底基岩中存在基岩裂隙水，主要赋存在各种结构面中，依靠大气降水和高山裂隙水补给，受断裂构造控制。
根据水样分析试验，水质类型为HCO3-或HCO3-、SO4=盐Ca#、Mg#型水，矿化度0.19～0.32g/l，属低矿化度淡水，对普通硅酸盐水泥不具侵蚀性。
1.3.5岩石物理力学特性
根据试验数据,结合其它工程类比，岩石物理力学特性见表1-6。
各类围岩主要物理、力学参数建议值
表1-6
岩石
名称
围岩类别
抗剪断强度
（峰值）
弹性
模量
变形
泊松比
单轴饱和
抗压强度
单位抗
力系数
坚固
系数
Φ（°
）
C（MPa）
103MPa
MPa
Mpa/m
f
粗
粒
花
岗
岩
Ⅱ
48～50
1.2～1.5
12～16
10～15
0.23～0.25
＞60
7500
4-5
Ⅲ
35～40
0.4～0.75
6～10
5～8
0.26～0.28
40～60
2000～2500
3-4
Ⅳ
26～35
0.2～0.4
3～5
1～1.6
0.30～0.35
30～50
1000～1500
1-2
1.3.6引水枢纽工程地质条件
引水枢纽座落在皇城水库电站尾水末端的河床砂砾卵石层之上，砂砾卵石层25—30m（皇城滩水库资料），天然湿密度2.14t/m3，天然干密度2.11t/m3，结构中密。
地基承载力特征值200—250Kpa，建议临时开挖边坡1：
1，永久边坡1：
1.25。
该层砂砾卵石层赋存有孔隙性潜水，地下水位埋深1—3m，渗透系数200m/d。
闸、坝基础可座落在砂砾卵层之上，其承载力可满足要求，但基础开挖时应注意基坑排水问题。
1.3.7引水渠（洞）工程地质条件与评价
⑴0+000~0+800明渠填方段工程地质条件与评价
该段为填方段，地基为河谷右侧高漫滩的砂砾卵石层，厚度25—30m，天然湿密度2.14t/m3，天然干密度2.11t/m3，地基承载力特征值200~250Kpa，在填方之前应清除表层的草皮及植物根系，填筑料应选择级配良好的砂砾卵石，分层碾压夯实，夯填要求干密度≥2.15t/m3，含泥量≤5%。
⑵0+800~1+343明渠挖方段工程地质条件与评价
该段渠道座落在坡积块碎石土之上。
块碎石呈土黄色，其中土含量65%，块碎石含量35%，属中等~强湿陷性土，压缩系数分别在0.34—0.38和0.7—1.03，为中等压缩性土，具垂直节理，遇水崩解。
块碎石土结构稍密，厚度0.5—30m，具有很强的渗透破坏性，渗透破坏是主要的工程地质问题，须采取有力措施处理，另外冻胀破坏与湿陷破坏也应同时防治。
该坡积物边坡整体是稳定的，其地基承载力特征值为140—150Kpa，建议开挖边坡临时边坡1:
1，永久边坡1:
1.25，开挖深度＞10m的渠段需要增设二级平台马道，所有人工边坡均须护砌，以防暴雨冲刷破坏及堵塞渠道。
⑶隧洞段工程地质条件与评价
1+343~2+226线路穿越基岩山体，需开凿隧洞，基岩山体的岩性为加里东晚期侵入岩—花岗片麻岩，灰白色、粗粒显晶结构，块状构造。
岩石致密坚硬，但受构造影响，局部节理裂隙密集带岩体较为破碎。
新鲜岩体判定为Ⅱ类围岩，风化岩体及节理裂隙密集带判定为Ⅲ类围岩（包括隧洞进、出口40m内）。
1.3.8压力管道及厂房工程地质条件与评价
压力管道段及厂房场地十分狭窄，地层岩性为厚层坡积块碎石土，灰黄色，土含水量量65%，块碎石含量35%，土为中粉质壤土，碎石直径2~20mm，块石直径20~200mm，大者1.5~2m，据钻孔重型触探试验测试，块碎石承载力特征值200Kpa，但地基土极不均匀，建议厂房基础下设置1~2m厚的砂卵砾石垫层并夯实，施工开挖时基坑将有较大的涌水量，应加强排水、隔水措施、另外厂房基础将处在地下水位以下，设计时应考虑地下水的浮托力。
地下水水质良好，对钢筋砼均无侵蚀性。
1.3.9天然建筑材料
引水渠线0+000~0+800填方渠所需砂砾卵石可在渠段左方河床内开采，但必须清除表层基皮及植物根系，剔除漂石及弧石。
引水渠沿线出露的花岗片麻岩体，面积广大，质地坚硬，特别是开挖隧洞的弃渣，岩质新鲜，可成为良好的块石料。
另外，东大河及高漫滩上广泛分布的砂砾石卵石层中含有较多漂石及弧石，也是良好的砌石材料，开采便利运输条件好。
工程区无合适的砂、砾骨料场，只能选在皇城东大河桥上下4公里范围内采取。
经取样试验结果表明：
除含泥量超标需冲洗外，其余指标均可满足规范要求，而且料场就近有水冲洗方便，平均运距15km，渠道防冻胀破坏垫层料也可从该料场筛取。
1.4工程任务和规模
1.4.1工程建设的必要性
月牙崖水电站是一座引水式小水电站，位于永昌县城南部的东大河干流上，是整个东大河九座梯级开发电站的第二级电站。
电站建成后，并入永昌电网运行，对改善当地用电紧缺现状，开发新的资源，发展永昌县经济，缓解供电矛盾，保证地方工农业与各乡镇企业用电起到重要作用。
现永昌县用电主要依靠大电网解决，输电距离远，损耗较大，供电质量差。
该水电站的兴建将减轻该地区电网和大电网的供电压力，对促进地区经济的发展、加快西部大开发步伐、改善永昌县的投资环境具有一定的作用。
工程区交通便利，永久占地大部分占地为荒地和草地，以及少量林地，施工期短、见效快，工程建成后，不仅可以为地方提供一定的就业机会，还可上缴一定的税收，增加财政收入，促进地方经济发展。
综上所述，兴建月牙崖水电站，不仅可以为工农业的生产发展提供能源保证，实现电气化县，并且能充分利用当地便利的水能资源，因此，该工程的建设是十分必要的。
1.4.2工程主要指标
月牙崖水电站设计引用流量为18.3m3/s，设计水头23.15m，装机容量3600KW。
参照国内水轮机系列样本，经方案比较选用HLA551-LJ-104型水轮机三台，配套SF1200－16/2150型发电机及YWT－1000型微机调速器各三台。
电站多年平均发电量1571万kWh，装机年利用小时数为4364h。
1.5工程布置及主要建筑物
1.5.1工程等别及标准
月牙崖水电站装机容量3600kw，属小
（2）型Ⅴ等工程，主要及次要建筑物均按5级设计。
引水枢纽按10年一遇洪水设计，30年一遇洪水校核，厂房按30年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。
1.5.2工程选址及工程总布置
东河湾梯级电站中东河湾一级电站已投入运行，东河湾二级电站正在建设，月牙崖水电站和东河湾三级水电站未开发。
东河湾三级电站在泱翔盆地，占耕地多，电站开发对附近农牧民生产生活影响大，月牙崖电站虽然地形条件较差，但电站开发所受社会干扰少，先开发月牙崖水电站较为有利。
月牙崖水电站上接皇城水库坝后电站尾水渠，下至东河湾一级水电站引水枢纽库区，开发河段毛水头25.9m。
电站布置在河道右岸，从前到后依次为引水枢纽、引水明渠、前池、引水隧洞、压力管道及发电厂房。
引水枢纽布置在皇城滩水库下游河道，类似于多首制引水，由溢流坝、引渠及进泄水闸组成，溢流坝布置在河道左侧水库泄水洞冲刷坑后，从左到右依次为溢流坝、冲沙闸和引水闸，进泄水闸布置在皇城水库电站尾水渠末端，引渠长85m，位于溢流坝与进泄水闸之间。
引水明渠布置在东大河右岸，长1261.2m（桩号0+021.2～1+282.4）。
前池布置在引水明渠末端、引水隧洞进口，前池长61.5m（桩号1+282.4～1+343.9），从前到后依次为渐变段、溢流段、拦污栅室及弯道渐变段，溢流堰布置在前池左侧，溢出的水流通过120m长的泄水渠泄入东大河。
前池后紧接无压引水隧洞，隧洞长822.2m（桩号1+343.9～2+166.1），城门洞形断面。
隧洞后接压力管道，压力管道采用一管三机的布置形式。
发电厂房布置在东河湾一级电站引水枢纽坝体上游500m处永皇公路旁，发电尾水通过穿永皇公路涵洞进入东河湾一级电站引水枢纽库尾。
1.5.3主要建筑物设计
1.5.3.1引水枢纽
引水枢纽布置在皇城滩水库坝后，类似于多首制引水，由溢流坝（引水闸）、引渠及进泄水闸三部分组成。
月牙崖水电站设计引用流量18.3m3/s，其中14.7m3/s来自水库电站尾水，不足部分来自水库泄水洞。
溢流坝（引水闸）布置在河道左侧水库泄水洞冲刷坑后，从左到右依次布置溢流坝、冲沙闸和引水闸。
坝前正常挡水位2498.8m，设计洪水位2500.8m，校核洪水位2501.5m。
引水闸布置于枢纽左边，2孔，钢筋砼结构，冲沙闸布置在引水闸左侧，1孔，钢筋砼结构。
溢流坝布置于引水枢纽左侧，为WES堰，堰长30m。
堰顶高程2499.1m，采用C15抛石砼浇注，溢流堰后设13.5m长消力池，消力池后接20m长护坦，护坦后设防冲槽。
引渠长85m，位于溢流坝与进泄水闸之间东大河高漫滩上，采用梯形断面，C20砼衬砌，底宽2.5m，边坡系数1.25，纵坡1/1500，衬砌厚度10cm。
进泄水闸布置在皇城水库电站尾水渠末端，采用侧面进水、正面泄水的布置形式。
进泄水闸均设计为两孔，闸室采用钢筋砼结构。
1.5.3.2引水渠
引水渠布置在河道右岸，长1261.2m（桩号0+021.2～1+282.4），设计流量18.3m3/s，引水渠布置的原则是在尽量少占林地的基础上沿等高线布置，实现投资省、对环境影响尽可能小的目的。
引水渠设计流量18.3m3/s，设计纵坡1/2000，考虑前池溢流堰溢流时涌水影响，渠顶水平，设计高程2498.962m，渠底设计高程2495.907～2495.267m，渠深3.055～3.695m。
桩号0+021.168～0+940和1+035～1+282.4设计为梯形断面，C20现浇砼衬砌，衬砌厚度底部12cm，边坡12～10cm。
桩号0+021.168～0+810渠道为填方渠，布置在砂砾卵石层上，填方材质为砂砾石。
桩号0+810～0+940和1+035～1+282.4段为挖方渠，座落在坡积块碎石土之上，基础具湿陷性及冻胀性，为防止渠道衬砌体发生冻胀破坏，衬砌体下铺砂砾石垫层作为抗冻胀措施，垫层厚度临河侧渠坡80～50cm，渠底100cm，靠山侧渠坡100～70cm。
靠山侧渠堤上设排水渠，并铺设土工膜，防止雨水进入垫层引起基础湿陷。
引水渠桩号0+950～1+025座落在坡积块碎石土之上，地形不具备布置梯形渠，该段渠道设计成矩形断面，钢筋砼结构，临河侧不修渠堤。
矩形渠宽4.5m，渠底及边墙厚0.25m，顶部每2m设一拉杆。
0+940～0+950和1+025～1+035为砌石扭面段。
1.5.3.3前池
压力管道进口无布置前池地形条件，本次设计将前池布置在引水渠末端、隧洞进口。
前池长61.5m（桩号1+282.4～1+343.9），从前到后依次为渐变段、溢流段、拦污栅室及弯道渐变段，具备溢流、拦污、排沙功能。
1.5.3.4引水隧洞
前池后接无压引水隧洞，隧洞地质条件良好，基岩为花岗岩，岩石致密坚硬，岩石致密坚硬，除个别地段为Ⅲ类围岩外，绝大部分为Ⅱ类围岩，可不衬砌，为减小糙率，底部用20cm厚C20砼找平。
引水隧洞根据地质条件，选用方便施工的城门洞形断面，隧洞设计流量18.3m3/s，设计纵坡经比较选用1/1000。
引水隧洞水力学上按自动调节渠道设计，即洞顶水平，高程2499.508m，洞底纵坡1/1000，高程2494.45～2493.668m。
隧洞进出口40m及节理裂隙密集带为Ⅲ类围岩，全断面C20钢筋砼衬砌，衬砌厚度底板20cm，边墙及顶拱25cm，单层配筋，衬砌段开挖过程中对洞顶局部不稳定岩块采用悬吊式砂浆锚杆加固，钢筋砼衬砌段顶部回填灌浆，灌浆压力0.4MPa。
1.5.3.5压力管道
压力管道选用钢管，采用一管三机布置方案，支管在平面上呈梳齿形。
钢管总长98.1m，其中总管一根长43.2m，直管三根总长54.9m，总管管径3.2m，支管管径1.8m，钢管壁厚12mm，每2m设加劲环一道。
压力钢管采用明管暗敷式，除支管镇墩外，总管外包40cm砼。
1.5.3.6发电厂房
主厂房面对永皇公路布置，由主机室和安装间两部分组成，主机室长28.47m，宽11.1m，安装水轮发电机组三套，水轮机安装高程2473.5m，发电机层底板高程2478.9m。
安装间布置在主机室左侧，底板高程同发电机层底板高程，长9.37m，宽度同主机室。
副厂房布置在主机室上游，长28.47m，宽7.8m，分上下两层布置，上层底板同发电机层底板相平。
主厂房底板及以下结构采用现浇钢筋砼结构，屋面大梁采用预制薄腹大梁，屋面板采用预制槽形屋面板，吊车梁排架柱及上下圈梁均采用现浇钢筋砼结构。
副厂房上层为砖混结构，下层为现浇钢筋砼结构。
厂房基础地层岩性为厚层坡积块碎石土，极不均匀，基础下垫2m厚砂砾石垫层。
1.6水机、金结、采暖通风及消防
1.6.1水力机械
月牙崖水电站设计引水流量18.3m3/s，额定水头23.15m，装机容量3600kw，参照国内水轮机系列样本，经方案比较选用三台HLA551－LJ－104型水轮机，配套SF1200－16/2150型发电机及YWT－1000型微机调速器各一台。
厂内选用16t电动双梁慢速桥式起重机一台。
为方便检修和作为调速系统的后备保护，设水轮机进水阀。
进水阀选用1600D941X－6蝶阀公称直径1.6米，额定压力0.6Mpa。
1.6.2金属结构
本电站在引水枢纽及前池上共设置闸门7扇、拦污栅2扇，配置启闭设施7台，铺设压力钢管总管1根，支管3根。
金属结构特性见表1-7。
1.6.3采暖、通风及消防
本电站地处暖温带湿润气候区，主厂房不设置全面的采暖系统，尽量利用发电机的热风，并在局部设置采暖装置如电热器等采暖，以保证工作地点设备的温度要求。
主厂房、副厂房和安装间均采用自然通风方式为主，但中控室、计算机室等副厂房可采用小型柜式空调机，以达到温湿度要求。
主厂房发电机消防主要采用水消防方式，在发电机和安装间共设置二套消火栓箱，保证两条充实水柱同时到达厂内任一火警部位，并配置移动式灭火器。
其余部位配置一定数量的化学灭火器。
金属结构特性表
表1-7
型式
数量（孔）
孔口尺寸（m）
设计水头（m）
重量（t）
启闭机
闸门
预埋件
引水枢纽引水闸
潜孔式平板钢闸门
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