水利水电工程专业本科生产实习报告.docx

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水利水电工程专业本科生产实习报告

10春水利（本科）水工建筑物课程设计

桂竹水库枢纽

工

程

设

计

第一章基本情况

生产实习是我们专业的重要一环，对我以后的水利水电工程工作是有很大帮助的。

作为水利水电工程本科的学生,学校安排在2011年5月到翁源县桂竹水库进行本次生产实习，要求学生对水工建筑物有基本认识，通过实习让我们对水工建筑物的规模,同时对水库的运行模式、作用及特点有了很大的了解。

我们在那里主要的工作是看图（工程布置总平面图，基础平面图，立面图附后）、识图和现场参观挡水和排水建筑物及其附属设施，学习了解水库的调度运行。

一、2011年5月9、10号集中全班同学在电大本部教室听报告，由韶关市水利局建设与管理科专业人员介绍国家在水利水电方面的方针政策，技术发展规律现状，以及要现场参观水库的基本情况。

♦1基本情况

1.1桂竹水库简介

桂竹水库位于北江一级支流翁江上游太平支流桂竹水，地处翁源县龙仙镇东北部的桂竹管理区，距翁源县城13km。

水库枢纽由大坝、溢洪道、输水涵洞及坝后电站组成。

是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。

枢纽位置详见翁源县桂竹水库位置示意图。

水库控制集雨面积26km2，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，工程按50年一遇洪水标准设计，1000年一遇洪水标准校核。

大坝设计为均质土坝，设计坝顶高程213.5m，最大坝高36m，坝顶长150m，坝顶宽6m，坝顶设有防浪墙高1m。

设计正常蓄水位210m，相应库容为864万m3。

设计洪水位211.87米，校核洪水位212.53米。

设计灌溉面积1.5万亩。

坝后电站装机容量2×125=250kW，利用水库灌溉放水发电。

桂竹水库的建成运行，对翁源县经济发展和人民生活水平的提高发挥了极其重要的作用。

从而获得灌溉、防洪、发电、养殖及环境美化等综合效益。

1.2基本资料

1.2.1水文

1、流域概况

桂竹水库枢纽工程位于北江一级支流翁江上游太平水支流桂竹水，地处翁源县龙仙镇的东北部，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库工程。

水库坝址以上集雨面积26km2，库区位于中低山区，水库地形起伏较大，属于山区地貌，地势较陡，大部分地区属高丘陵，地势总体上北高南低，海拔280~500m，北部最高峰马尾岭海拔947m，植被发育良好，植被覆盖度较高。

2、气象

水库属亚热带季风气候区，是中亚热带与南亚热带过度性气候，同时受到海洋季风、台风和西伯利亚冷空气影响，降雨量分布呈“双峰型”，主峰为5、6月份的“龙舟水”，次峰为8月份的“白露水”；年平均降雨量1750mm，变差系数Cv=0.25。

雨季主要集中在4-9月份，占全年降雨量的73.5%，10-3月份降雨量少，仅占全年降雨量的26.5%，容易造成夏涝春旱。

水库气候温和，日照时间长，无霜期长。

汛期在4-9月，其中大暴雨主要在端午节前后，枯水期在10月到次年3月，水库平均气温在19~20℃之间，极端最高气温39.2℃，最低气温-5.1℃；年平均日照时数2000h；霜冻期较短，一般为30~50天，初霜期出现在12月，终霜期出现在2月；年均无霜期301天。

多年平均蒸发量为1270.6mm，一般夏秋高温季节蒸发量大，冬春蒸发量小；主风向为东南风，平均风速为1.1m/s。

3、水文基本资料

库区附近设有雨量站点两座，桂竹水库站和陂头站，由于桂竹水库站测量时间较短且精度不高，而陂头站有1961年～2005年共44年的降雨资料，资料系列较长，可靠性较高。

陂头站日历年多年平均降雨量为1675.4mm，与图集中查取的雨量值1750mm也较为接近，所以此次桂竹水库降雨分析拟采用陂头雨量站进行分析，陂头站历年雨量资料见表2.3-1，陂头雨量站1961年～2005年雨量频率计算（水文年）见图1.2-1。

表1.2-1陂头站历年降雨量统计表

年份

年雨量

年份

年雨量

年份

年雨量

（mm）

（mm）

（mm）

1967

1703

1974

1559.3

1981

1920.7

1968

2075.5

1975

2349.8

1982

-

1969

1515.4

1976

1910

1983

2311.9

1970

1755.1

1977

1322

1984

1724.7

1971

1648

1978

2026.7

1985

1567.2

1972

1587

1979

1608

1986

1231.3

1973

2245.6

1980

2079.5

4、径流

由《广东省水文图集》可查得，水库多年平均降雨量为1750mm，多年平均径流深950mm，经计算可得水库多年平均径流量为2470万m3。

由于库区没有年径流观测资料，故设计年径流年内分配由降雨资料推求。

以陂头站为参考站，统计得1961~2005年历年降雨量，根据历年年降雨量频率计算结果（见图1.3-1，水文年），选取接近P=90%年雨量1279.0mm的典型年内分配。

选取1963.4~1964.3、1986.4~1987.3、1998.4~1999.3三个水文年进行分析比较，其中以1998.4~1999.3水文年年内分配枯水期长、枯季流量小，计算的兴利库容最大，故选其为典型分配，年降雨量1331.7mm。

径流总量由地下径流量和地面径流量组成，地下径流量按径流总量的10%计（参考1999年3月《广东省江河流域综合规划》），并按月平均；地面径流量按典型年降雨分配。

图1.3-1桂竹水库年降雨量频率图

1.2.2设计洪水

1、设计洪水标准

依据《防洪标准GB50201-94》和《水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000》的有关规定，桂竹水库属Ⅲ等中型水利枢纽工程，主要建筑物级别3级，次要建筑物4级，临时性建筑物5级。

水库设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准1000年一遇，消能防冲设计洪水标准30年一遇。

2、洪水特性

桂竹水库洪水主要由暴雨形成，每年汛期（4～9月）雨量占全年80%以上，尤以5～6月居多。

1.2.3施工洪水

1、施工洪水标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，桂竹水库主要建筑物属3级，次要建筑物属4级，临时性水工建筑物属5级，施工洪水标准取为5年一遇。

2、、施工洪水

由于库区洪水资料缺乏，采用分期雨量推求施工洪水的方法。

从桂竹水库历年雨量统计资料来看，10月和3月发生较大降雨可能性仍较大，而11月～次年2月基本无较大降雨，发生较大洪水可能性较小，选为本工程施工时段。

统计陂头站（1967~1986年）11月~次年2月的最大1日、连续3天最大降雨量值，有20年资料基本能满足水文统计要求，经频率计算可得最大1天和3天雨量均值，其余1小时、6小时采用由暴雨力Sp推求的方法。

求得P=20%时，H3天=77.365mm，H1天=51.308mm，H6小时=29.466mm，H1小时=14.39mm。

采用小汇水面积法（推理公式TL-1A）推求相应的设计施工洪水，得5年一遇洪水总量71.0万m3。

施工导流是由水库原放水涵管导流，输水涵底高程185.1m，涵管的泄流曲线和调洪结果见表1.5-4、1.5-5。

调洪演算后水位为189.49m，施工围堰据此水位设计，并预留一定安全超高。

表1.5-4涵管水位～泄流量关系曲线

水位（m）

185.1

185.3

185.5

185.7

185.9

186.1

186.3

186.5

186.7

186.9

187.1

187.3

泄量（m3/s）

1.10

1.14

1.19

1.24

1.28

1.32

1.36

1.40

1.44

1.48

1.51

1.55

水位（m）

187.5

188

188.5

189

189.5

190

190.5

191

191.5

192

192.5

泄量（m3/s）

1.58

1.67

1.75

1.82

1.90

1.97

2.04

2.10

2.17

2.23

2.29

表1.5-5施工洪水计算成果表

最高库水位（m）

189.49

相应库容（万m3）

59

最大泄流量（m3/s）

1.9

1.2.4水面蒸发

库区现在无蒸发观测资料，由《广东省水文图集》查得库区多年平均水面蒸发深度1200mm（E601型），水面蒸发折算系数取0.91。

1.3工程地质

1.3.1区域地质概况

1、地形地貌

库区位于中低山区，地势总体上北高南低，海拔280~500m，北部最高峰马岭山海拔947m。

2、地层岩性

库区出露的地层为泥盆系中、下统砂岩，按新老顺序为泥盆系上统冒子峰组砂岩（D3m）、泥盆系中统老虎坳组泥质岩夹砂砾岩（D3l）和泥盆系中下统桂头群上亚群组砂岩（D1-2gtb）。

坝址基岩为冒子峰组砂岩（D3m）。

中厚层状，表层风化裂隙发育。

岩层顺河走向，产状为NE70°~80°/SE60°~80°，左岸上游岩层产状为NE10°~20°/SW30°~60，下游为NE50°~80°/SE60°~80，右岸岩层面顺河走向，产状为NE70°~75°/SE62°~74。

岩层产状极易引起坝基顺河向的层面渗漏，库区未发现大的地质构造存在。

3、地震及其稳定性评价

工程区所在区域地震活动频率小，强度较低，区内未见大的、工程区域性的构造存在，区内未发现晚更新以来的断层、或晚更新世以来的阶地、夷平面发生错位的不良地质现象，可认为本工程区的区域构造稳定性是好的，适宜建造建（构）筑物。

据《中国地震动参数区划图》（GB1830-2001），本场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。

1.3.2大坝工程地质条件

1、大坝填土

本次工程地质勘察，通过钻孔对坝身填土取样做室内试验分析，对坝身进行了野外标准贯入试验及注水试验，根据地质调查及钻探，大坝填土为黄褐色间深灰色、灰黑色含砂低液限粘土，间含粘土质砂，含少量砾石，局部含强风化岩块，填土较密实，局部较松散，粘性一般或较强。

坝身填土层钻孔注水试验57段，推求的渗透系数K值为2.14×10-3~8.51×10-4cm/s，平均为6.82×10-4cm/s，大值平均值为1.23×10-3cm/s；大于1×10-3cm/s的试验有13段，占23.2％，大部分集中在右坝段，因此总体上看坝体填土防渗性一般，右坝段局部防渗性能较差。

坝体填土取原状土样58组，主要物理力学性质指标平均值为塑限WP为20.7％，天然含水量W为22％，天然含水量大于塑限，土体大部分呈可塑状。

塑性指数IP为15.8，天然密度ρ为1.96g/cm3，干密度ρd为1.61g/cm3，天然孔隙比e为0.706，迎水坡饱和快剪强度参数小值平均值粘聚力c为15.4kpa，内摩擦角φ为22.4°,背水坡慢剪强度参数小值平均粘聚力c为14.9kpa，内摩擦角φ为27.4°。

2、坝基

坝基分布第四系冲积土、第四系残积土及基岩冒子峰组砂岩（D3m）。

坝基地层岩性自上而下分述如下：

（1）第四系冲积土层（Qal）

主要为灰黑色粘土质砂夹灰黄色粗砂，含有1~5cm的卵砾石，可塑状，粘性一般或较强，局部较松散，层厚为2.5~7.0m。

现场注水3段，渗透系数K值为9.98×10-4~2.68×10-4cm/s，平均为6.77×10-4cm/s。

（2）第四系残积土（Qel）

多为黄褐色粘土，含强风化岩块，粘性较强，层底高程175.5~180.5m，层厚为3.0~9.0m。

取原状土样1组，主要物理力学性质指标塑限WP为18.2％，天然含水量W为24.4％，天然含水量大于塑限，土体大部分呈可塑状。

塑性指数IP为11.8，天然密度ρ为2.03g/cm3，干密度ρd为1.63g/cm3，天然孔隙比e为0.656。

现场注水4段，渗透系数K值为8.21×10-3~8.28×10-4cm/s，平均为2.48×10-3cm/s。

（3）基岩

①强风化砂岩（D3m）：

灰色、灰黄色等色，节理裂隙发育，节理面呈黄褐、灰黑色，岩性较坚硬，层底高程170.6~188.0m，层厚为4.0~7.0m。

坝体各孔进行了压水试验，透水率q为21.3~87.3Lu，总体上坝基强风化层透水性强。

②弱风化砂岩（D3m）：

坝基强风化层以下为弱风化砂岩，钻孔钻入弱风化砂岩深度为1.2~4.0m，该层呈紫灰色，节理较少，岩芯较完整，多呈长柱状，岩性坚硬，压水试验透水率q为5.94~9.70Lu。

1.3.3大坝水文地质条件简述

在本次钻探所控制的深度范围内，地下水类型主要表现为潜水及上层滞水型，直接受库水位及季节性降雨的影响。

本次勘察期间测得水位高程约197~205m左右，并取一组水样作水质分析，试验成果详见附表的水质分析报告。

地下水的腐蚀性分析试验成果见表1.3-1。

表1.3-1主坝水腐蚀性分析试验成果表

水样

编号

测定项目

测定结果

腐蚀类型

判定结果

数值

单位

黄沙

水库

（S593）

HCO-3

1.428

mmol/L

分解类

溶出型

无腐蚀性

pH

7.77

一般酸性型

无腐蚀性

侵蚀性CO2

6.73

mg/L

碳酸型

无腐蚀性

Mg+

0.96

mg/L

分解结晶复合类

硫酸镁型

无腐蚀性

SO2-4

0.00

mg/L

结晶类

硫酸盐型

普通水泥

无腐蚀性

抗硫酸盐水泥

无腐蚀性

1.3.4涵管进水口附近工程地质条件

在库水位为204.0m时，在迎水坡左侧输水涵管口附近布置了1个地质钻孔，该孔钻入强风化砂岩5.0m，孔深23.0m，基中填土厚15.0m，残积土层厚3.0m，填土层标准贯入试验击数为8~24.3击，残积土层的标准贯入试验击数为35~36.3击。

1.3.5溢洪道工程地质条件

（1）堰体浆砌石

钻孔揭露的浆砌石厚7.0~13.7m，层底高程为199.0~202.0m，其中0.3~1.0m为混凝土，灰色、灰黄色，骨料为灰色、灰黑色石英砂岩，直径2~5cm，局部有蜂窝存在，其下的浆砌石块为强风化、弱风化石英砂岩，砂浆含量较少，结构较松散，浆砌石缝不满浆，钻进时石块松动，钻进困难，注水吸水量大，水从堰体下游面流出，孔内水位低。

（2）堰体迎水面人工回填粘土

堰体迎水面采用1:

1.5的坡度回填粘土及覆盖土工膜防渗，根据钻孔揭露的地质情况：

表层粘土呈黄色，夹含少量细砾，稍密，可塑，该层在8.5~8.7m处取了原状样1组，主要物理力学性质指标塑限WP为21％，天然含水量W为27.3％，天然含水量大于塑限，土体大部分呈可塑状。

塑性指数IP为20，天然密度ρ为1.96g/cm3，干密度ρd为1.54g/cm3，天然孔隙比e为0.766，饱和快剪强度参数粘聚力c为19kPa，内摩擦角φ为8.3°。

现场注水渗透系数K值为1.43×10-3~5.27×10-4cm/s，与坝基接触层渗透性较上层大。

（3）基岩

堰体下为强风化砂岩，呈黄褐、灰色，节理裂隙发育，节理面黄褐色，岩芯呈块状，少量短柱状，层厚3.0~7.0m，压水试验透水率q为211~435Lu，渗透性强。

取岩样3组，饱和单轴抗压强度为21.8~69.2MPa，平均为47.9MPa，该岩层较破碎，应取较低的折减系数。

弱风化砂岩呈青灰色，节理不发育，岩芯较完整，长柱状，钻进困难，钻孔钻入弱风化层深5.0~7.0m，压水试验透水率q为13.5~27.4。

1.3.6输水隧洞工程地质条件

输水隧洞布置于大坝左坝头的小山包处，左岸小山包出露冒子峰组砂岩（D3m），表层局部夹泥质岩，岩层总体上为向斜的翼部，顺河走向，倾向下游，倾角为45°~60°，表层风化严重，风化裂隙非常发育，部分为全风化土，全风化层、强风化层总厚度为15.0~20.0m。

1、工程地质条件

根据本次钻探揭露结果，钻孔揭露基岩的全风化带、强风化带、弱风化带及微风化带，其地层岩性自上而下分述如下：

（1）全风化砂岩（D3m）

分布于隧洞中部的左坝头岸坡上，层底高程为206m，层厚为8m，呈黄褐色，绝大部分为全风化土，密实，坚硬，标准贯入试验击数接近50击，承载力标准值可取450kPa，现场注水渗透系数K值为1.14×10-4cm/s，属中等透水层。

（2）强风化砂岩（D3m）

强风化砂岩：

紫红色、黄褐色，大部分已全风化成土，夹有未完全风化碎块，组织结构已基本破坏，岩芯破碎，呈破块状，层底高程为186.5~192.7m，层厚为5.0~10.8m，标准贯入试验击数大于50击，承载力标准值可取700kPa，现场注水4段，渗透系数K值为3.68×10-5~6.64×10-5cm/s，平均为5.43×10-5cm/s，属弱透水层。

（3）弱风化砂岩（D3m）

弱风化砂岩：

层底高程为176.9~184.0m，层厚为11.0~17.0m，进口段和中间段较厚，黄褐色间灰紫色，节理裂隙发育，节理面黄褐色、黑色，岩芯以碎块状、短柱状为主，少量呈长柱状，取芯率大部分孔段为50~70%，部分孔段为70~80%，进出口和中间段的强风化层底以下孔深13~19m（高程201~195m）的弱风化层节理面充填风化岩屑，压水试验透水率q为12.6~7.3Lu，5段平均为9.72Lu，渗透性分级属弱透水。

但在中间段的孔深19~30m（高程195~184m）节理无充填物，特别在孔深13~20.5m处，节理非常发育，含3组节理，开度0.5~2.5mm，岩芯呈碎块状，压水试验透水率q达381~409Lu，渗透性分级属极强透水。

（4）微风化砂岩（D3m）

微风化砂岩：

灰紫色，节理少，节理闭合，节理面灰黑色，中厚层状，岩芯呈长柱状，取芯率为92~99%，岩质坚硬，压水试验透水率q为8.21~3.24Lu，6段平均为4.72Lu，渗透性分级属弱透水。

1.3.7工程地质评述

规划隧洞洞身除中间小部分在微风化砂岩内，大部分洞身位于弱风化岩内，节理较发育，节理面一般由岩屑充填，透水性弱，岩石较破碎，中间段的弱风化砂岩节理裂隙发育，无充填物充填，透水性极强，根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）的附录A围岩工程地质分类标准，规划隧洞围岩类别为Ⅳ类，围岩不稳定，围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生，建议采用喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌。

二、2011年5月11、12、13、14、15号组织本组同学到翁源县桂竹水库现场参观听取桂竹水库管理所技术人员介绍讲解有关情况和现场查阅有关资料。

通过查阅讲解，我们对水利工程有了更加深入的了解。

第二章枢纽布置

2.1设计依据

2.1.1工程等级和洪水标准

桂竹水库总库容1070万m3，可行性研究设计时根据《防洪标准》（GB50201-94），核定本水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。

广东省水利厅文件（粤水规[2005]113号）文和广东省发展和改革委员会文件（粤发改[2006]248号）文批复，同意该工程等别及建筑物级别。

本阶段依此进行设计计算。

按照《防洪标准》GB50201-94，核定桂竹水库为中型水库，水库枢纽永久性主要水工建筑物大坝、溢洪道、输水隧洞等采用洪水标准为：

按50年一遇洪水设计，其相应水位为211.87m，按1000年一遇洪水校核，其相应水位为212.53m。

水库正常蓄水位为210.0m。

溢洪道下游消能防冲标准为30年一遇。

施工围堰及导流建筑物按导流时段（11月～次年2月）的5年一遇洪水设计。

根据《中国地震烈度区划图》（1992年）本工程所在区域基本地震烈度为Ⅵ度，可不进行抗震计算。

2.1.2设计基本资料及技术规范

本工程依据国家颁布的现行有关规范、规程和标准，参考相关资料进行。

其主要资料如下：

（1）《桂竹水库安全加固工程可行性研究报告》2005年5月

（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000

（3）《防洪标准》GB50201-94

（4）《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021-93

（5）《水工隧洞设计规范》SL279-2002

（6）《水力发电厂机电设计技术规范》SD173-85

（7）《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001

（8）《溢洪道设计规范》SL253-2000

（9）《水利水电进水口设计规范》SL285-2003

（10）《桂竹水库工程地质勘察报告》2003年、2005年、2006年

（11）《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88

2.2枢纽工程总布置

2.2.1枢纽布置原则

为了搞好桂竹水库的设计，确保水库安全后，既能充分发挥水库综合设计效益，又能方便运行管理。

水库枢纽布置须遵循以下原则：

（1）在各种工况下，满足水库安全运用要求。

（2）在修建期间，便于工程施工。

（3）在运用期间，方便工程管理及维护。

（4）在投资增加不大的情况下，应将环境美化纳入总体布置之中。

（5）尽量节省工程投资。

2.2.2枢纽布置选定

由于水库的大坝、溢洪道为原址，输水隧洞、管养房及坝后电站为主修项目。

因此，枢纽总体布置的关键是大坝、溢洪道位置的布置等。

依据省水利厅的批复精神，结合工程现状，提出两个以上枢纽布置方案，并对方案进行比较，以期进一步的优化方案。

现将管养房、隧洞和电站的总体布置方案从地形、地质、施工和经济方面进行全面比较。

2.2.3管养房选定

将管养区放在左坝端原启闭机房处，离左坝端约10m，离溢洪道约400m，管养区占地2400m2（根据场地布置，2000m2满足要求），办公用房为400m2，生活用房为400m2（按管理人员20人考虑），管养区绿化面积为800m2，办公用房按别墅式兴建。

管养区建篮球场、羽毛球场各一个，种植风景树木200株，并种植小乔木和花草绿化。

为管理人员创造优美、舒适的办公环境。

把桂竹水库管养区建成一个健康、环保、休闲的管理区。

2.2.4隧洞轴线选定

隧洞的轴线选择是隧洞设计的关键问题，它关系到工程造价、施工难易、工程进度和运行可靠性。

影响隧洞线路选择的因素很多，如地质、地形、施工条件等。

因此隧洞路线选择应在满足隧洞过水要求的条件下进行多方案比较。

综合考虑，将隧洞轴线布置成直线，隧洞总长201.0m，该方案是将洞轴线拉直面成。

2.3环境保护

2.3.1环境状况

桂竹水库位于合并以后的龙仙镇，原属南浦镇，距县城13km，拦截太坪水支流桂竹水，集雨面积26km2。

水库库尾乡村距大坝较远，人烟亦较少，工业不发达，基本以农业生产为主，其社会生产活动对水库水质、环境影响较轻，水库水质优良。

水库属中亚热带与南亚热带过渡性气候区，雨量充沛、气候温和、空气湿润，多年平均气温在19～20℃之间。

水库为丘陵区，地势上北高南低，海拔在280～500m之间，北部最高峰马尾岭海拔947m，库区植被发育良好，植被覆盖率较高。

库区出露地层为泥盆系上、中、下统砂岩，表层风化裂隙发育。

库区未发现大的地质构造。

库区四周山岭除局部砂岩裸露外，地表土壤多为冲积层和残积层，土层厚度一般3～5m，土层结构较松散，抗侵蚀力较差。

目前水库区域水土流失主要是人为因素和自然因素影响，据现场调查，水土流失侵蚀强度指标小于700～500t/km2·a，属微度。

2.3.2工程建设对环境的影响

桂竹水库枢纽工程对环境的影响可分为有利影响和不利影响两方面，其中有利影响均发生在工程实施后，影响较深远；而不利影响大部分发生在工程实施过程中，影响相对较轻。

主要有利影响表现为：

（1）工