水利枢纽毕业设计任务书.docx
《水利枢纽毕业设计任务书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利枢纽毕业设计任务书.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水利枢纽毕业设计任务书
水利枢纽毕业设计任务书
一、枢纽概况及工程目的
某水库工程是河北省和水利部“八·五”重点工程建设项目之一。
该工程是以供水、灌溉、发电、养殖等综合利用为主的大型控制枢纽工程。
青龙河流域水量充沛，控制流域面积6340km2，，多年平均径流量9.6亿m3，是滦河流域较大的一条支流。
但由于降雨、径流的年际年内分配极不均匀，必须修建大型控制工程调节水量，丰富的水资源才能得以充分开发利用。
水库按满足秦皇岛市生活、工业用水和滦河中下游农业用水的需要设计，工程规模是：
正常蓄水位141m，调节库容7.09亿m3，水库库容系数0.77，水量利用系数为70%。
坝后式电站装机容量20Mw。
根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SDJ12-78的规定，一期工程为二等工程，大坝为2级建筑物，正常应用洪水为100年一遇，非常运用洪水为1000年一遇。
辅助建筑物按Ⅲ级设计，临时建筑物按Ⅳ级设计。
枢纽建筑物包括电站坝段、底孔坝段，溢流坝段、两岸非溢流坝段及发电厂等部分。
坝型为碾压混凝土坝。
底孔坝块两个，孔口进口后接,深式压力管道，进口底高程90.0m,最大单孔泄流量900m3/s。
溢流坝共x孔，孔宽xm，装设8x8m弧形钢闸门。
溢流面采用WES曲线，堰顶高程？
？
m，最大泄量3200m3/s，下游防洪允许单宽流量160m3/s，泄水建筑物按100年一遇洪水设计，采用宽尾墩与消力池联合消能方式，枢纽工程总泄量5000m3/s。
水电站为3级建筑物，正常运用洪水为30年一遇，非常运用洪水为200年一遇，电站装机容量20MW，多年平均发电量为6275x104kwh.。
二、设计基本资料（参见附录一）
三、设计任务及基本要求
（一）设计任务
本设计是根据实际工程资料进行模拟设计，仿照原设计或采用新的方案进行设计。
设计任务如下：
1、根据地形、地质、筑坝材料、水文气象、施工条件和枢纽建筑物的组成等因素进行坝轴线选择。
2、根据已知基本资料选择坝型。
3、根据枢纽建筑物的组成，进行枢纽布置方案的比较，确定枢纽布置方案。
绘制枢纽平面布置图及上、下游立视图。
4、坝工设计，包括：
断面设计、渗透计算、稳定计算、沉陷量计算、裂缝校核、细部构造设计、基础处理、坝与两岸的连接。
5、泄水建筑物设计：
包括溢流坝（土石坝为河岸式溢洪道）、坝身泄水孔（中孔、底孔）。
6、取水建筑物设计：
输水隧洞、闸首建筑物设计。
7、工程概算。
（二）设计要求
1、一人一题，独立思考，按设计计划进程进行设计。
2、参照水利工程初步设计编制规程的要求和内容编写设计报告。
3、设计计算、绘图要按照现行规范规程进行，计算原理和公式正确，计算过程完整，结论合理，绘图规范。
4、报告编写有层次，对所述问题要理论联系实际，有一般原则的说明，有分析、论证、比较，有结论。
5、设计成果：
设计计算说明书一份；设计图4—5张。
四、时间安排
2010.3.10——2008.5.25。
5.28上交全部设计资料，
附录一水库枢纽设计基础资料
（一）地形、地质：
（1）地形：
见1:
2000坝址地形图。
（2）库区工程地质条件。
水库位于高山区，构造剥蚀地形。
青龙河侵蚀能力较强，沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，形成岸边阶地、陡岸。
流域内地形北高南低，平均高程与500m，最高峰海拔1680m。
河道蜿蜒曲折，河谷宽度400~100m不等，河道比降1/400~1/600。
库区两岸基岩出露高程大部分在200米左右，库区左岸非可溶性岩层分布广泛，其中主要由绢云母、千枚岩、石英、砂质页岩组成。
透水性较小，也没有发现沟通库内外的大断层。
库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层分布、熔岩发育情况分析，水库蓄水后向邻近河流渗透的可能性很小。
经过对库区断层的分析，水库向外流域及下游渗漏的可能性很小。
库区外岩层抗风化作用较强，库岸基本上是稳定的。
青龙河为山区性河流，两岸居民及耕地分散，除库水位以下有一定淹没外，浸没问题不大，库区亦未发现重要矿产。
（3）坝址区工程地质条件
本区地震基本裂度为六度，建筑物按七度设防。
（Ⅰ）坝址
位于坝区中部背斜的西北，岩层倾向青龙河上游，两岸山体较厚。
河床宽约300米，河床地面高程85m，河床砂卵石覆盖层平均厚度5—7米，渗透系数K=1×10-2厘米/秒。
水库坝址选在青龙河下游的山谷河段上，共选出2条坝线，经过比较，确定第一坝线，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性小。
坝址区为剥蚀——中低山地形，河流经坝址处急转弯向北流向下游，由于受乔麦岭背斜控制，岩层倾向上游，呈单斜构造状。
坝线区河谷呈不对称“U”字形，较开阔。
右岸下游形成半岛状，因河流侧向侵蚀，使右岸形成陡壁，近于直立，已查明的小段层有6-7条，软弱夹层有13条；左岸山坡平缓，覆盖着31m厚的山麓堆积物，有断层一条。
河床坝基岩石构造较为发育，开挖揭露出断层40余条，其中相对较大的有10多条。
（4）坝址区其他建筑物包括导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。
（Ⅰ）导流泄洪洞
沿洞线周围岩石厚度大于三倍开挖洞径出口段已避开塌滑体的东边界，沿线岩层、岩性主要为粉砂岩、细砂岩及砾岩，岩石较为坚硬。
坚固系数FK=4,单位弹性抗力系数K=200kg/cm3，弹模E=0.4×105kg/cm2。
透水性较大。
岩层倾向下游出口段节理发育，应采取有效措施予以处理，为进一步保证出口段岩体稳定，免除由内水压力引起的后果，建议该段修建无压洞。
（Ⅱ）溢洪道
上坝线溢洪道位置岩性主要为坚硬的细砂岩，其中软弱层多为透镜体，溢洪道各部分的抗滑稳定条件是好的，下坝线溢洪道堰顶高程750米，基础以下10米左右为砂质页岩及夹泥层，且单薄分水岭岩层风化严重，透水性大，对建筑物安全不利。
（Ⅲ）灌溉发电洞及枢纽电站
灌溉发电洞及枢纽电站布置在右岸。
上坝线方案：
沿线基岩以厚层粉砂岩为主，岩石完整，透水性小，洞顶以上岩层厚度较小。
本建筑物位于南坪沟——东凹沟古河道内岩面上有0—5米厚的底砾岩及厚度不等的亚粘土层，电站厂房处岩石风化层厚度约5—6米。
对其产生的渗漏及土体坍塌应采取必要的工程措施。
下坝线方案：
沿线全为基岩，工程比较简易可靠。
灌溉引水洞出口高程110m，闸首枢纽由一干、二干进水建筑物组成。
（二）水文与水利规划
（1）气象
根据资料统计，青龙河流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。
多年平均气温约10℃，年绝对最低气温为-29.2℃，最高气温为38.7℃，月平均温度变化较大，离坝址较远的迁安站实测最高气温39℃。
多年平均降雨量为700mm，且多集中在夏季七、八月份。
全年无霜期约180天，结冰期约120天，河道一般在12月封冻，次年三月上旬解冻，冻层厚0.4—0.6m，岸边可达1.0m。
多年平均最大风速23.7m/s，水库吹程为3km。
（2）水文分析
（Ⅰ）洪水
青龙河洪水由暴雨形成，据统计七～八月发生最大洪峰流量的机会占88%，而且年际变化很大，实测最大洪峰流量为2200秒立米（1962年），最小洪峰流量184秒立米（1965年），相差12倍，流域洪水峰高、历时短，陡涨陡落。
一次洪水持续时间一般3—5天。
（Ⅱ）年来水量
青龙河流域年径流由年降雨产生，年径流在地区与时间上分布与年降雨量基本一致，但年际间变化悬殊，实测径流资料1929—1983年共35年资料中丰水年1961年达21.34×104m3，枯水年1965年仅16.77×104m3，相似枯水年连续发生，多年平均径流量9.6×108m3。
实测径流资料如表1所示。
考虑到流域内人类活动对产流的影响，分别对未来规划年2000年和2020年流域内耗水量进行了预测，得到个规划年的径流系列，如表1所示。
根据径流年内和年际变化特征，分别选择1986年，2000年和2020年为设计水平年，
（Ⅲ）年输沙量
青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区分布和洪水分布上一致。
主要是土门子与某之间，其间来沙量约占某以上总输沙量的95%以上，而汛期输沙量又集中在几次特大洪水上。
年际间泥沙量的变化悬殊。
由统计分析得知，某站多年平均淤沙量为389t,多年平均含沙量为4.0kg/m3，多年平均侵蚀模数为762.8t/km2。
从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为0.075mm，淤沙浮容重0.9t/m3，内摩擦角为12度。
（Ⅳ）水文分析成果表
序号
姓名
单位
数量
备注
1
利用水文系列年限
35
2
代表性流量
多年平均流量
立米/秒
30.5
调查历史最大流量
立米/秒
3400
设计洪水洪峰流量（P=1%）
立米/秒
3600
校核洪水洪峰流量（P=0.1%）
立米/秒
5200
保坝洪水洪峰流量（P=0.01%）
立米/秒
7600
3
洪量
设计洪水洪量（P=1%）
亿立米
6.5
五天
校核洪水洪量（P=0.1%）
亿立米
8.2
五天
4
多年平均年径流量
亿立米
9.6
5
多年平均输沙量
吨
431
（3）水利计算
水文水利规划成果如下：
（Ⅰ）死水位选择
为尽可能增加自流灌溉面积，并使电站水头适当加高，力求达到电源自给以及为今后水库淤积留有余地。
按二十年淤积高程，选定死水位104m。
（Ⅱ）调节性能的选定
灌溉保证率选取P=75%，水库上游来水，首先满足灌区工农业用水，电站则利用余水发电，从年调节和多年调节两方案的水电量利用系数和坝高都相差不大，但是多年调节性能的水库能提供的电量和装机利用小时都较年调节性能水库提高20%。
故确定该水库为多年调节性能水库。
（Ⅲ）兴利水位的确定原则和指标
根据青龙河洪水特性，汛期限制水位在七、八月定为140.5米。
七、八月以后可重复利用一部分防洪库容蓄水兴利以不降工程防洪标准，以防洪兴利兼顾为原则，确定九、十月限制水位，提高为136.2米汛末可以多蓄水。
但蓄水位按不超超过百年设计洪水位考虑，确定汛末兴利水位为141米。
电站的主要任务是满足本灌区提灌用电的要求，因此在保证灌区工农业用水的基础上，确定电站的运用原则是灌溉季节多引水发电，非灌溉季节少引水发电，遇丰水年则充分利用弃水多发电，提高年水量的利用系数。
（Ⅳ）防洪运用原则及设计洪水的确定
某水库属一级工程。
水库大坝建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核。
由于采用的洪水计算数值中未考虑历史特大洪水的影响，故用万年一遇洪水作非常保坝标准对水工建筑物进行复核。
调洪运用原则：
入库洪水为百年一遇时，为提高下游河道的电站、桥梁等建筑物的防洪标准，水库控制下流量为2000秒立米。
当入库洪水为千年一遇时，溢洪道单宽流量以70每秒立米控制泄流。
当入库洪水为万年一遇时，按上述原则操作，即库水位接近校核水位时，水库水位仍继续上涨，为确保大坝安全，溢洪道敞开洪，允许溢洪道局部破坏。
（Ⅴ）水库排沙和淤沙计算
某水库回水长25公里，河道弯曲，河床比降为2.2%，河床宽300米左右，是个典型的河道型水库。
水库利用异重流排沙。
在蓄水过程中，只能用灌溉、发电有盈余水进行排沙，经计算，多年平均排沙量只占5.2%，94.8%的泥沙都要淤积在库区内侵占兴利库容。
淤沙高程为97.6m，堆沙库容为1.66×108m3。
（Ⅵ）水库工程特征值
A.枢纽下泄流量及相应下游水位
水库上游设计洪水位为142.0m，相应下游水位为92.0m，库容为8.32×108m3，溢流坝相应的泄量为15243m3/s；上游校核洪水位为143.3m，相应下游水位为92.4m，库容为8.70×108m3，溢流坝相应的泄量为19857m3/s；上游正常蓄水位为141m（与汛限水位同高），相应下游水位为86.1m；死水位为90.0m，相应的库容为0.78×108m3；
水库技术经济指标表
序号
名称
单位
数量
备注
1
水库水位
校核洪水位（P=0.01%）
米
考虑淤积20年
设计洪水位（P=1%）
米
考虑淤积20年
兴利水位
米
考虑淤积20年
汛限水位
米
考虑淤积20年
死水位
米
考虑淤积20年
2
水库容积
总库容
亿立米
5.05
校核洪水位
设计洪水位库容
亿立米
4.63
序号
名称
单位
数量
备注
防洪库容
亿立米
14.93
兴利库容
亿立米
其中共用库容
亿立米
死库容
亿立米
3
库容系数
%
4
调节特性
多年
主要建筑物尺寸
序号
名称
单位
数量
备注
2
导流泄洪洞
型式
明流隧洞
工作闸前
为压力隧洞
隧洞内径
米
8×8
城门洞型
压力隧洞8米
消能方式
挑流
最大泄量（P=0.01%）
立米/秒
22000
最大流速
米/秒
闸门型式
?
×?
弧形门
11扇
启闭机型式
300吨油
压启闭机
检修门
15×15.5斜拉门
进口底部高程
米
90.0
灌溉发电洞
型式
压力钢管
隧洞
内径
米
6
灌溉支洞内径
米
3
最大流量
立米/秒
45
进口底部高程
131.6
4
枢纽电站
序号
名称
单位
数量
备注
型式
引水式
厂房面积
平方米
39×16.2
装机容量
MW
3×10
每台机组过水能力
立米/秒
12.0
（三）建筑材料及筑坝材料技术指示的选定
当地天然建筑材料分布在坝址地区上、下游河滩及两岸阶地。
其中，土料主要分布在庄窝、土谷子等七处，沙砾卵石料主要有南杖子、某等八处，各料厂的材料物理性质基本满足要求，可做大坝混凝土骨料及拱围堰。
（1）土料
坝址上、下游均有土料场，储量丰富，平均运距小于1.5公里，根据155组试验成果统计，土料平均粘粒含量为26.4%，粉粒55.9%，砂粉17.6%，其中25%属粉质粘土，60.7%属重粉质壤土，14.3%属中粉质壤土，平均塑性指数11.1，比重2.75。
最大干容重1.67吨/立米，最优含水量20.5%，渗透系数0.44×10-6厘米/秒。
具有中等压缩性，强度指标见下页表。
（2）砂砾料
主要分布在河滩上，储量为205万立米，扣除漂石及围堰淹没部分，可利用的约100—151万立米，其颗粒级配不连续，缺少蹭粒径，根据野外29组自然坡度角试验，34组室内试验分析，统计成果如下：
自然么重1.87吨/立米，软弱颗料含量2.64%。
不均匀系数561颗，颗组成见下表：
颗料组成（毫米）%
<200
<80
<40
<20
<5
<2
<1
<0.5
<0.25
<0.5
83.7
74.2
57.7
46.2
38.6
34.6
32.8
29.7
24.7
4.9
砂的储量很少，且石英颗料少，细度模数很低，不宜作混凝土骨料，砂（D<2毫米）的相对紧密度为0.895。
（3）石料
坝址区石料较多，储量可满足需要，溢洪道、导流洞出碴也可利用。
沙石料厂设在水库下游13km的鹿尾山，大杨庄、薛庄，总储量1176万m3.
（4）筑坝材料技术指标的选定
本工程经过试验，并参考有关文献资料及其他的工程的经验，最后选定其筑坝材料的各项技术指标。
强度指标见下表（砂砾料）:
试验方法
统计方法
剪力
（度）
C（公斤/公分2）
饱合固结快剪
（25组）
饱合固结快剪
（82组）
算术平均
23.27
0.280
算术小值平均
20.96
0.193
算术平均
21.54
0.293
快剪
（18组）
算术小值平均
21.3
0.293
值平均
1.3
0.293
值小值平均
21.0
0.194
算术平均
22.68
0.583
算术小值平均
20.03
0.356
值平均
22.5
0.583
值小值平均
23.8
0.356
快剪
（8组）
算术平均
28.8
0.451
算术小值平均
25.75
0.293
值平均
29.0
0.451
值小值平均
28.7
0.293
三轴不排水剪（10组）三轴不排水剪（6组）
总应力小值平均
20
0.288
有效应力小值平均
25°20ˊ
0.13
总应力小值平均
13°30ˊ
0.28
有效应力小值平均
25°20ˊ
0.08
三轴饱合固结不排水剪（6组）
总应力小值平均
18°20ˊ
0.42
有效应力小值平均
22°30ˊ
0.35
试验方法
统计方法
剪力
（°）
C（公斤/厘米2）
野外自然坡度角（29组）
算术平均
35°7ˊ
算术小值平均
31°2ˊ
室内
剪力试验
算术平均
31.1°
算术小值平均
29.1°
算术平均
31°
算术小值平均
29°
筑坝土料统计国外9座粘料含量20—30%的高坝
=21°，C=0.4公斤/厘米2左右，国内建国初期建成的坝选用指标一般较低，但近期建成的坝一般在25℃左右初始孔隙水压力系数一般在0.3—0.4。
我国岳城水库施工期采用0.21。
据此采用的技术指标见下表。
砂砾料的强度指标
，试验结果与实际出入较大，统计国内12座水库资料，平均值在32°以上，特别是最近建成的横山
=38°—39°；毛家村
=37°，美国“土与土石坝”一书推荐，当相对紧密度D>0.7时，
=34°—35°，鉴于本地砂砾料级配不好，故选用
=310.
堆石指标一般
值在39°—45°之间，统计国外9座砂岩地区筑坝石料
平均值为39.1°，我国狮子滩堆石坝试验为36°—45°，取用39°50ˊ，故本工程取用
值40°。
左岩黄土台地（Q2）压缩系数SS=0.025，起始孔隙比e0=0.725，平均料径D50=0.1mm。
（四）工程效益
某水库建成后能收到灌溉、发电、防洪、解决工业用水和人蓄吃水等多方面效益，是一座综合利用的水库。
一期建成，可谓秦皇岛是提供工农业、城市用水1.82亿m3,可使滦河中下游地区120万亩农田灌溉用水得到不同程度的改善和补充。
二期建成，可调节水量5.67亿m3,年均发电量9330亿kwh，可全面解决冀东钢铁基地建设用水。
（五）施工条件
（1）施工地区地形地质条件
（2）施工地区气象与水文条件
某水库没有建立水文气象站，根据气象站1958年至1963年、1970年至1972年共9年资料，分析最高气温29.1℃（6月），最低气温-14.3℃（1月），多年平均日气温4—24℃，历年各月气温特征值如下表：
筑坝材
料名称
比
重
容重（kg/cm）
孔
隙
率
N
内摩擦角
内凝力C
（kg/cm3）
渗透系数
K（cm/S）
初始孔
隙水压
力系数
B
r温
r饱
r干
施工期
稳定
渗流期
水位
降落
总
应力
有效
应力
有效
应力
有效
应力
坝体土料
2.75
1.65
1.98
2.04
10
22
23
23
0.2
1×10-6
0.3
坝体砂砾料
1.80
2.10
31
1×10-2
坝体堆石
2.7
1.80
2.05
0.33
40
坝基砂砾料
1.80
31
1×10-2
黄土地基
1.60
1.91
2.02
20
1×10-5
坝体土料的压缩曲线（r=2.65kg/cm2）,平均料径d50=0.1mm。
P（kg/cm2）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.665
0.645
0.632
0.612
0.593
0.575
0.528
0.520
0.503
0.500
0.489
0.480
0.472
项目
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
多年平均日气温
4.5
1.1
4.6
11.3
18.1
21.7
23.6
21.7
16.4
10.3
18.9
2.1
多年最高日气温
4.6
7.2
17.0
22.2
25.0
29.1
23.0
26.5
30.1
22.4
18.9
38.1
多年最低日气温
14.3
0.0
5.8
1.0
3.1
10.5
18.9
14.4
1.9
1.9
0.7
10.0
（3）当地建筑材料:
土料
根据当地建筑材料调查报告，土料场有五个。
根据试井及土钻孔情况，从1:
2000地形图，初步计算四个土场的蕴藏量2248.6万立米，为设计总量的4倍多。
（4）施工地区对外交通、供电、通讯及房屋：
水库距卢龙县35Km,新建公路至工地，交通方便。
施工用电青龙山双山子变电所架设110kv输电线路供电，电力保障可靠。
（5）工作日分析
根据沁水县1958年—1963年和1970年—1972年九年降雨气温资料，参考其它土坝水库气温，降雨停工标准，土料、砂砾料、石方、混凝土工程施工工作日确定如下：
类别
土料
砂砾
隧洞石方
混凝土
一般石方
工作日
（天/年）
253
307
302
250
292
水利枢纽毕业设计指导书
根据任务书指出的设计内容，对本次毕业设计的要求、方法和步骤以及时间安排等具体指示如下：
一、了解规划任务、分析原始资料
由于时间关系，本次毕业设计对水文分析和水能规划方面的内容就不作了，这部分的结果，由基本资料和建筑物特性指标给出，我们首先要求同学了解工程规划的概况、意图，规划特点和主要数据，以及设计任务和要求熟悉并分析枢纽地区地形、地质、水文、气象建筑材料等一般情况。
通过对工程概况的了解，以及基本资料的分析，使同学们掌握主要工程的要点，自然条件特征，联系对工程设计和施工的关系与影响，为以后各阶段设计工作打下基础。
二、坝线、坝型选择和枢纽布置方案比较
（一）坝轴线的选择：
根据坝址的地质、地形条件，通过定
升级会员 