水电站初步设计报告.docx

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水电站初步设计报告

5工程布置及建筑物

5.1设计依据

5.1.1工程等别和洪水标准

牛头水电站总装机容量2×5000+2500=12500kW，引水坝为浆砌石重力坝，最大坝高为4.8m，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定，电站工程规模属小

（1）型，工程等别为Ⅳ等，主、次要建筑物分别按4级和5级设计。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定并结合本工程的具体情况，引水坝设计洪水标准为10年一遇洪水，校核洪水标准为20年一遇洪水；电站发电厂房为非挡水式地面厂房，发电厂房的设计洪水标准为30年一遇洪水，校核洪水标准为100年一遇洪水。

5.1.2基本设计资料

5.1.2.1水位流量资料

a）引水坝

正常引水水位419.50m；设计洪水位（P=10%）=423.56m，相应洪峰流量497m3/s，相应下游洪水位423.45m；校核洪水位（P=5%）=423.98m，相应洪峰流量587m3/s，相应下游洪水位423.89m。

b）发电厂房

正常发电尾水位为238.00m，发电最低尾水位为237.10m，下游设计洪水位（P=3.33%）242.63m，校核洪水位（P=1%）243.50m。

5.1.2.2地质资料

a）地震基本烈度

根据国家质量技术监督局2001年2月发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），本工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应地震基本烈度值Ⅵ度。

b）基岩物理力学参数

1）坝址：

卵石层fak=250kpa，

=0.45；

2）厂址：

坡积层fak=170kpa，

=0.35；强风化岩石fak=500kpa，f=0.55。

5.1.2.3抗滑稳定及地基应力控制标准

a）引水坝稳定安全控制标准

引水坝沿建基面按抗剪强度和抗剪断强度方法计算抗滑稳定，稳定安全度控制标准见下表5.1-1。

表5.1-1稳定安全度控制标准表

荷载组合

安全系数

备注

抗剪

Kc

抗剪断

K′c

基本

1.05

3.0

特殊

1.0

2.5

b）地基应力控制标准：

最大正应力σmax<250；

最小正应力σmin>0。

5.2工程选址

5.2.1坝址选择

牛头电站属引水式水电站，工程在三湖河仰屯自然村附近的三湖河修建引水坝，通过引水隧洞引水至牛头镇下游3km牛头河左岸发电。

工程主要建筑物有：

引水坝、引水隧洞（明渠）、前池、压力钢管、发电厂房及升压站等。

三湖河流域周边分水岭均属砂岩地形，中间区域属喀斯特地形，溶洞发育，支流多为暗河，三湖河主流明暗交替，根据牛头电站的前期规划成果以及三湖河流域的地形、地质条件，主干流的隐现情况，牛头电站的引水坝选在仰屯自然村附近，即三湖河流入溶洞前460m处，坝址上游有常年冒水的荡屯岩洞、农干洞、古榜洞和陇眉洞。

5.2.2厂址选择

根据引水工程沿途地形、地质条件和下游哥盖梯级电站的正常回水位及前期踏勘成果，牛头电站的发电厂房位置初拟两个布置方案，方案（Ⅰ）发电厂房布置在牛头镇上游约1.2km处牛头河的左岸阶地上，方案（Ⅱ）发电厂房布置在牛头镇下游3km处牛头河的左岸山脚上。

两方案的平面布置详见“牛头初-总图-01”。

a）方案（Ⅰ）

该方案引水线路自引水坝进水口引水至A点进入隧洞至E点延伸到I点，然后左拐至J点出口，隧洞出口与前池相接，通过发电隧洞、压力钢管引水至厂房发电，引水线路总长8825.5m，其中无压隧洞7633m，引水涵洞292.5m，发电隧洞550m，压力钢管350m，另外尾水渠长790m。

电站装机2×5000+2500=12500kW。

b）方案（Ⅱ）

该方案引水线路在E点前与方案（Ⅰ）相同，通过E点后经F点在G右拐，在H点出口，隧洞出口与前池相接，通过压力钢管引水至厂房发电，引水线路总长9620m，其中无压隧洞8689.5m，引水涵洞292.5m，压力钢管638m。

电站装机2×5000+2500=12500kW。

c）方案比较

1）引水工程

两方案的枢纽布置基本相同，都为引水式水电站，方案（Ⅰ）的引水线路总长度为8825.5km，方案（Ⅱ）的引水线路长度为9620km，两方案相比，方案（Ⅱ）比方案（Ⅰ）长794.5km，其中无压隧洞长1056.5m，压力管长288m，但方案（Ⅰ）有550m长的发电隧洞及需增加790m长的尾水渠。

另外，方案（Ⅰ）的前池位于高山山顶上，交通不方便，运行管理因难，并在压力隧洞段需设90m深的井竖。

2）厂区布置

方案（Ⅰ）厂址距离牛头河较远，机组安装高程较高，厂房周围地形开阔，不需要考虑厂房防洪问题，管理和生活等附属建筑物可就近布置。

方案（Ⅱ）厂址处地形较窄，靠近牛头河布置，管理和生活等附属建筑物距离厂房较远，管理运行不方便。

3）工程占地

方案（Ⅰ）厂址周围以水田为主，并且需修建790m长的尾水渠，占用水田20亩，旱地3亩，林地5亩，所占用土地以耕地为主，占地补偿投资共计125万元，征地补偿工作较困难；方案（Ⅱ）厂址布置在山脚，前池与压力管沿着山坡布置，占用旱地5.04亩，林地29.22亩，所占用土地以林地为主，占地补偿投资共计60万元，较方案（Ⅰ）少65万元，征地补偿工作相对较容易。

4）工程效益

方案（Ⅰ）的设计尾水位为245m，比牛头河正常水位高7m左右，不能充分利用水资源，年均发电量4337kW.h；方案（Ⅱ）的设计尾水位为238m，能与牛头河水位衔接，可充分利用水资源，年均发电量4434kW.h，比方案多97万kW.h。

5）工程施工

两方案的施工均以无压引水隧洞为主，控制工期均为引水隧洞，方案（Ⅱ）的引水隧洞较长，但最大单向进深与方案（Ⅰ）基本相同，施工工期相差不大；方案（Ⅰ）的发电隧洞中间有竖井，隧洞后接压力钢管，施工工序较多，竖井施工难度也较大。

在工程施工难易程度上方案（Ⅱ）略优于方案（Ⅰ）。

6）工程投资

方案（Ⅰ）的工程占地投资125万元，引水工程投资2423万元，发电工程投资1460万元，投资合计4008万元，方案（Ⅱ）的工程占地投资60万元，引水工程投资2653万元，发电工程投资1125万元，投资合计3838万元，比方案（Ⅰ）多170万元。

两方案的主要工程特性表见下表5.2-1。

表5.2-1厂址方案比较工程特性表

序号

项目名称

单位

数量

备注

方案（Ⅰ）

方案（Ⅱ）（推荐方案）

（Ⅰ）-（Ⅱ）

1

引水线长度

km

8825.5

9620

-794.5

2

前池正常水位

m

411.2

410.2

1.0

3

设计尾水位

m

245.0

238.0

7

4

设计毛水头

m

166.2

172.2

-6.0

5

装机容量

kW

12500

12500

0

6

年均发电量

kW.h

4337

4434

-97

7

投资合计

万元

4008

3838

170

其中：

1）

引水工程（前池之前）

万元

2423

2653

-230.

2）

发电工程

万元

1460

1125

335

前池

万元

150

100

发电隧洞

万元

340

压力钢管土建部分

万元

130

194

电站工程

万元

370

323

尾水渠

万元

160

金结

万元

310

508

3）

工程占地补偿投资

万元

125

60

65

注：

1、上述工程投资不包括引水坝部分投资；

2、土建部分投资仅为直接费。

d）厂址选择

从上述分析可看出，方案（Ⅱ）的引水线路比方案（Ⅰ）长794.5km，但设计毛水头比方案（Ⅰ）多6m，年均发电量多97万kW.h，工程投资少170万元，经济效益较好。

另外，方案（Ⅱ）在工程占地征用和工程施工及运行环境方面均优于方案（Ⅰ），只是在厂区布置上略差于方案（Ⅰ）。

在综合考虑上述因素后，本阶段推荐方案（Ⅱ）的厂址，即电站的发电厂房布置在牛头镇下游3km处牛头河的左岸阶地上。

5.3坝线、坝型选择

根据三湖河仰屯自然村附近的地形地质条件，本段阶初步拟定上、下两条坝线进行比较，上坝线即为现状水轮泵引水坝，下坝线距上坝线340m。

5.3.1上坝线

上坝线为原引水坝，引水坝运行多年，施工质量差，有漏水的现象，下游两岸冲刷严重。

本设计拟对该引水坝进行改建加固，改建方法是拆除原引水坝的上部浆砌石，保留下部浆砌石基础。

在原浆砌石基础上砌筑浆砌石和浇筑砼，上游设砼铺盖，下游设消力池。

坝前正常水位419.5m，设计洪水位423.56m，校核洪水位423.98m，坝顶高程为421m，最大坝高为4.8m，坝顶宽度2m，无交通要求。

坝顶总长为118m，浆砌石重力坝分非溢流坝段和溢流坝段；溢流坝采用折线型堰，坝体采用M7.5水泥砂浆砌毛石，外包C20砼防渗、防冲，上游设C20砼铺盖厚400mm，长5m。

堰顶高程419.5m（取同现状引水坝堰顶高程），溢流段长84m，消能方式采用底流消能，底板高程为417.3m，消力池宽14.5m，长84m，池深0.5m，底板厚0.5m，消力池出口后接护坦，护坦长4m，浆砌石厚0.3m；左岸非溢流浆砌石坝段总长25m，右岸非溢流浆砌石坝段长9m。

浆砌石坝段上游面为垂直，下游面坡比为1:

0.65，坝体为M7.5水泥砂浆砌毛石，上游面设砼防渗。

在距左坝端9.4m设置引水涵洞进水口，进水口前设有拦污栅，孔口尺寸为4m×4m（宽×高），进口涵洞底高程为417.1m。

在距左坝端23.9m设置冲砂闸，冲砂闸孔口尺寸为1m×1m（宽×高），采用平面铸铁闸门，进口底高程为417.8m，闸门启闭机平台高程421m，采用1台3t手动螺杆式启闭机启闭。

5.3.2下坝线

下坝线引水坝坝前正常水位419.5m，设计洪水位423.3m，校核洪水位423.63m，坝顶高程为421m，最大坝高为6.8m，坝顶宽度2m，无交通要求。

坝顶总长为32m，浆砌石重力坝分非溢流坝段和溢流坝段；溢流坝采用折线型堰，坝体采用M7.5水泥砂浆砌毛石，外包C20砼防渗、防冲，上游设C20砼铺盖厚400mm，长5m。

堰顶高程419.5m，溢流段长20m，消能方式采用底流消能，底板高程为414.8m，消力池长20m，宽21.6m，池深0.5m，底板厚0.5m，护坦长3.5m，底板厚0.3m；左岸非溢流浆砌石坝段总长6.8m，右岸非溢流浆砌石坝段长5.2m。

浆砌石坝段上游面为垂直，下游面坡比为1:

0.65，坝体为M7.5水泥砂浆砌毛石，上游面设砼防渗。

在距左坝端5.7m设置冲砂闸，冲砂闸孔口尺寸为1m×1m（宽×高），采用平面铸铁闸门，进口底高程为415.8m，闸门启闭机平台高程421m，采用1台3t手动螺杆式启闭机启闭。

5.3.3坝线选择

a）上、下坝线各种坝型主要工程量及投资估算见下表5.3-1。

表5.3-1上、下坝线各种坝型主要工程量及估算投资表

序号

项目名称

单位

上坝线

下坝线

一

建筑项目

㈠

枢纽工程

万元

86.32

37.21

1

土方开挖

m3

4404

2316

2

填土方

m3

1143

278

3

砼

m3

1017

396

4

浆砌石

m3

1934

926

5

拆除浆砌石

m3

307

6

钢筋

t

17.1

7.00

㈡

引水建筑物投资

万元

67.50

46.61

㈢

占地及淹没处理补偿费

万元

21.94

74.97

二

工程总投资

万元

175.76

158.79

备注

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