本科毕业论文-某水电站首部枢纽可行性设计(终稿)

目录1概述111基本情况112工程任务和建设必要性12水文321水文322水位流量关系93工程地质1131区域地质概况1132水库区工程地质条件1133枢纽区工程地质条件1234首部枢纽区工程地质条件1235天然建筑材料134工程规模1641水利动能计算1642洪水调节及防洪特征水位1843正常蓄水位拟定1844死水位拟定195工程布置及建筑物2051设计依据2052枢纽布置2353挡水建筑物2554泄洪建筑物406结语50参考文献51致谢词52独撰声明53某水电站首部枢纽可行性设计摘要该设计是盘河口水电站的首部枢纽可行性设计。我们根据水文、泥沙资料确定了该水电站的防洪特征水位，拟定了正常蓄水位、死水位。根据指导老师提供的地质、地形资料确定了该水电站的工程级别，并选择了混凝土闸坝；坝型尺寸的确定、进水闸、冲沙闸、取水口的设计都严格按照水工设计规范手册的相关规定；大坝的地基处理按照水工地基处理相关方法进行；大坝的稳定分析、渗透计算都按照水工建筑物中的经验公式进行。关键词首部枢纽闸坝设计地基处理稳定分析THEFEASIBILITYDESIGNOFFIRSTHUBFORAHYDROPOWERSTATIONMINGYUANTANGYONGYANGYUQINZHOUABSTRACTTHEFEASIBILITYDESIGNOFFIRSTHUBFORPANHEKOUHYDROPOWERSTATIONWASCOMPLETEDACCORDINGTOTHEHYDROLOGICALDATAANDSEDIMENTCONDITIONS,THERESTRICTEDSTAGEFORFLOODPREVENTIONOFTHISHYDROPOWERSTATION,THENORMALHIGHWATERLEVELANDDEADWATERLEVELWEREDETERMINEDTHISHYDROPOWERSTATIONSGRADEOFPROJECTANDTHECONCRETESITESDAMWERESELECTEDACCORDINGTOTHEGUIDANCEOFGEOLOGICALANDTOPOGRAPHYINFORMATIONTHATPROVIDEDBYTHETEACHERTHEDAMTYPESIZE,INLETSLUICE,FLUSHSLUICEANDTHEINTAKESWEREDESIGNEDINSTRICTACCORDANCEWITHTHERELEVANTPROVISIONSOFTHEHYDRAULICDESIGNSPECIFICATIONMANUALTHETREATMENTOFDAMFOUNDATIONWASACHIEVEDINACCORDANCEWITHTHERELEVANTHYDRAULICFOUNDATIONTREATMENTMETHODSTHEDAMSSTABILITYANALYSISANDTHESEEPAGECALCULATIONWERECALCULATEDINACCORDANCEWITHTHEEXPERIENCEOFTHEFORMULAOF“HYDRAULICSTRUCTURES“KEYWORDSHEADHINGEGATEDAMSDESIGNFOUNDATIONSTREATMENTSTABILITYANALYSIS1概述11基本情况南汀河是怒江左岸的一级支流，发源于临沧博尚水库西侧凉山。临沧市位于云南省西南部，东经984010034，北纬23052502之间，全市国土面积24469KM2。临沧市东部、东南部与思茅市相邻，东北部与大理市相连，西北部紧靠保山市，西部和西南部与缅甸接壤。全市南北最大长度约2004KM，东西最大宽度约1764KM，全境98为山区，坝区仅占2。市政府设在临翔区，距云南省会昆明市公路距离573KM。盘河口水电站位于幸福坝子马鹿田坝下游盘龙河口河段，本河段水电站开发受幸福坝子淹没控制，水电站水库正常蓄水位以不影响幸福坝子为上限。该河段长1354KM，集中落差102M，平均比降约为753，河段比降较为均匀，并有耿清公路从右岸通过，宜采用混合式开发。具有日调节性能，该电站设计水头845M，装机容量32MW，多年平均发电量14706亿KWH，保证出力03012万KW，多年平均年利用小时数4595H。幸福坝子马鹿田坝高程在910000M930000M，最低建筑物高程在950000M以上。因此，电站正常蓄水位以不淹没幸福坝子马鹿田坝为前提确定为902000M，正常蓄水位902000M以下库容10158万M，调节库容4413万M，库容系数004，电站具有日调节性能，为南汀河梯级规划的龙头水库马鹿田水库。盘河口水电站对外交通目前有二级公路，根据现场及现有公路状况，电站对外交通路线昆明楚雄祥云云县羊头岩幸福盘河口水电站，公路总里程约568KM。从昆明祥云为高等级公路；祥云云县羊头岩幸福盘河口水电站为二级公路。12工程任务和建设必要性121开发任务盘河口电站规划河段内无重大的村庄、工农业设施，无防洪要求；支流发育，无大面积坝子，沿江农田的灌溉取水可以从支流取水，无灌溉要求。因此，盘河口电站无航运、过木等要求；电站为河道引水径流式开发，无承担下游防洪、灌溉、供水等综合利用的能力；开发的任务单一，河段的开发任务是以水力发电为主要任务，同时在开发建设过程中兼顾一定的生态用水。112建设的必要性为了满足临沧市20102015年用电负荷的需求，本次开发将闲置的水能资源得到充分利用。并且盘河口水电站的建设符合云南省关于加快建设一批中小水电站的战略决策，同时也符合临沧市的能源建设思路。确保电力建设的持续发展，使临沧市的水能资源优势转化为经济效益，并拉动社会经济发展。盘河口水电站将成为临沧市电网的骨干电站，将提供优质、稳定的电能，促进地方经济发展。因此，建设盘河口水电站是十分必要的。2水文21水文211流域概况南汀河是怒江左岸的一级支流，发源于临沧博尚水库西侧凉山，河源高程2320M。南汀河流域面积8097KM2，多年平均流量为201M3/S。河道长约273M，天然落差1860M，平均比降68，水力资源理论蕴藏量平均功率为4623MW，年电量为405亿KWH。南汀河干流沿途流经临翔区、云县、永德县、镇康县、耿马县及沧源县。上游由众溪流汇合而成，过博尚水库后由南向北流入临翔区境内，经云县，转向西南流，出云县后为永德县与耿马县的界河，后为镇康县与耿马县界河，在耿马县孟定农场东北进入耿马境内，过孟定坝在耿马县清水河农场以南出境，出境处高程约460M，入缅甸后汇入萨尔温江。南汀河自源头至羊头岩为上游段，从羊头岩至河底岗河与干流汇口为中游段，河底岗河汇口至南汀河出口为下游段。从地震动峰值加速度区划及外围地震震中分布图中可以看出，本规划河段处于耿马一澜沧强震带内，其外围被保山一龙陵强震带、中甸一大理强震带及思茅一普洱强震带所包围。根据国家质量技术监督局发布的14000000中国地震动参数区划图GB183062001确定工程区地震动峰值加速度为02G，对应的地震基本烈度为度。本电站开发河段位于南汀河中游，云县镇，拟定的盘河口水电站坝址集水面积为1505KM。厂址以上集水面积为262KM。南汀河流域水见图21。212气象概况南汀河流域气候类型主体属南亚热带湿润季风气候，气候温和，降雨丰沛，干湿季节分明，多年平均气温1722，降水量年内分配不均匀。流域水汽主要来源于西部印度洋的孟加拉湾，其次为南海的北部湾，多年平均降雨量为1502MM，降雨分布由西南向东北递减，其变化范围一般为1200MM2000MM。降水量由上游往下游逐渐增大，大文站多年平均降水量为1191MM，姑老河站多年平均降水量为1894MM。多年平均气温从上游往下游逐渐升高，如上游的临沧气象站多年平均气温为175。一级坝址图例分水岭河流电站坝址电站厂房图21南汀河流域水系图下游的耿马气象站多年平均气温为19，汇口附近的孟定气象站多年平均气温达217；极端最高气温以下游的孟定气象站最高，为412。南汀河及邻近流域气象站气象特征值统计成果见表21。表21南汀河及邻近流域气象站气象特征值统计成果表测站地理位置降水量MM温度相对湿度蒸发量MM日照时数H风速M/S站名经度纬度高程M多年平均6月10月占一日最大年平均极端最高极端最低多年平均最小多年平均最大97434113临沧10005235315024116378519748277519796119741272617734210531119193170永德991424021606212705725198063075197952319863369418105224612116118836632耿马992423331104413382753198261391979531197412788164732207809147孟定99052334511415304801149174122280916263214050725213径流南汀河径流补给来源主要是降水。径流的年内分配与降水量的年内分配基本一致，如姑老河站6月10月径流量占全年径流量的696，以临沧气象站为代表，其同期降水量占全年降水量的753。径流年内分配不均匀，汛期比例大，枯期比例小，以大文水文站为例，6月10月径流量占全年径流量的678。径流的年际变化比较稳定，大文站实测年平均流量最大值与最小值之比为34。随着流域面积的增加，径流的年际变化亦越趋稳定，姑老河站实测最大年平均流量与最小值之比为26。大文站与姑老河站年径流频率计算参数值亦反映了此变化规律。降水量从上游往下游逐渐增大，流域的单位面积产水模数随流域面积的增加而增大，例如大文站单位面积产水量为672万M/KM，姑老河站单位面积产水模数为693万M/KM。本阶段推算电站坝址径流，主要依靠大文水文站及姑老河水文站的流量资料并参照相似工程的设计成果和地区综合分析成果来进行验证。大文水文站及姑老河水文站皆位于南汀河流域内，资料条件较好、系列长，具有较好的代表性，故此次设计采用大文水文站及姑老河水文站为参证站。盘河口水电站设计年径流量通过水文比拟法与等值线法两种方法计算。并对成果进行合理性分析，选择最优方法，即水文比拟法进行计算。坝址径流计算1图表查算法坝址径流计算通过查云南省水利厅2007年6月出版的云南省水资源综合规划水资源调查评价专题报告水资源四级区及配套降水、径流深等值线图，查得盘河口水电站坝址以上多年平均年径流深为6136MM，折算为多年平均流量293M3/S。2水文比拟法坝址径流计算盘河口电站坝址位于大文站与姑老河站之间，其坝址径流系列的推求采用大文站与姑老河站径流系列根据面积内插推求得到，其计算公式为Q坝Q姑Q姑Q大/F姑F大F姑F坝21将下列各参数代入公式21，即可计算出盘河口水电站坝址多年平均流量327M/S。Q坝盘河口电站坝址多年平均流量；Q姑姑老河水文站多年平均流量，920M/S；Q大大文水文站多年平均流量，140M/S；F姑姑老河水文站集水面积，4185KM；F大大文水文站集水面积，657KM；F坝盘河口水电站坝址以上集水面积，1505KM；其多年平均月径流成果见表22。分析计算结果见表23。表22盘河口水电站坝址多年平均流量成果表单位M3/S月678910111212345年均流量259569726618524379234177143106811123276601448184815721335965595450365271206286100表23盘河口水电站坝址设计径流成果表统计参数设计年径流M/S位置流域面积KMQ均值M/SCVCS/CV105090平均大文657140024201841379891050姑老河4185920022201199056729223盘河口150532702220422322239327设计年径流年内分配采用典型年同倍比放大法分配到日。典型年选取实测径流资料完整、径流年内分配符合本地区的径流特性、对电站未来运行较为不利的年份。经分析比较，在姑老河水文站实测径流系列中选取1999年6月2000年5月作为丰水代表年P10，1996年6月1997年5月作为平水代表年P50，1988年6月1989年5月作为枯水代表年P90。将3个典型年的日平均流量缩放后得到本电站坝址的设计年径流日分配过程盘河口水电站坝址设计平水年逐月平均流量计算结果见表24。214洪水根据水利水电工程设计洪水计算规范SL442006中的要求，坝址及其上、下游地点具有30年以上实测资料和插补延长洪水资料，并有调查历史洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。表24盘河口水电站坝址设计平水年逐月平均流量表单位M/S保证率6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月年10149515909966497755361246194138104230422501865048806075114112111551431199245632290115361565503416274196143108746538583239我们采用姑老河水文站1980年2010年31年的洪水资料进行频率分析计算，推算出姑老河水文站频率洪水计算成果。盘河口水电站坝设计洪水成果的推求以姑老河水文站频率洪水计算成果为基础，按照面积比的05次方搬到坝址。通过计算得出坝址设计洪水成果，见表25。表25盘河口水电站坝洪水成果表单位M/S频率P断面005010205123351020坝址16151485135611841053923826749617484为满足盘河口水电站大坝施工要求，施工洪水计算分期时段为12月1日翌年4月30日。通过分析计算得盘河口水电站坝址施工设计洪水成果，见表26。表26盘河口水电站坝址施工洪水成果表单位M/S频率P坝址51020333姑老河站181156128107盘河口水电站915789647541215泥沙南汀河干流大文、姑老河站均有泥沙观测资料。根据两站实测输沙率系列进行统计分析，南汀河流域泥沙空间分布不均匀，总的趋势是上游小下游大，大文站含沙量为148KG/M，姑老河站为324KG/M。泥沙年内变化较大，主要集中在汛期，据大文站多年资料系列统计表明，汛期6月10月沙量占全年沙量的854，4月份最小，仅占L；而姑老河站汛期6月10月沙量占全年沙量的901，最小月4月仅占0275。泥沙年际变化大，大文站实测最大年沙量为1198万T1966年，实测最小年沙量为1035万T2003年，两者之比为116；姑老河站实测最大年沙量为2450万T2000年，实测最小年沙量仅为256万T1967年，两者之比为957。经计算，大文站实测悬移质多年平均输沙量为68万T，多年平均输沙模数为1035T/KM；姑老河站实测悬移质多年平均输沙量为1068万T，多年平均输沙模数为2551T/KM。盘河口水电站坝址处的悬移质多年平均来沙量，以姑老河站和大文站的分析成果为依据，用面积内插法推求，考虑到南汀河流域内蚂蚁堆附近支流头道水河等属泥石流高发区，则推移质按悬移质的20计算，盘河口水电站坝址年输沙量成果见表27。坝址以上流域侵蚀模数为2267T/KMA。表27盘河口水电站坝址年输沙量成果表项目悬移质万T推移质万T总输沙量万T盘河口水电站2843256863411922水位流量关系盘河口水电站坝址所在位置无实测水位、流量资料。坝址水位流量关系曲线，是根据河道纵剖面、横剖面资料，采用水力学公式计算，公式如下QN1R2/3J1/2A22式中Q洪峰流量，M3/S；A有效过水断面面积，M2；N河床糙率；R水力半径，M；J水面比降。根据河道形状、河床组成、水流情况、边壁条件，坝址河段选定糙率为004。经计算，坝址水位流量关系曲线见表28及图22。表28盘河口水电站坝址、厂址水位流量关系表坝址厂址断面汇口以下较窄断面水位M流量M/S水位M流量M/S水位M流量M/S88730008065500080227000888267807527803404889198808440804477890513809112805210891923810252806481892142081145080783589319918127568081265894263181311298091767895333481415688102337896409581520098112974897490981626138123676898576981732848134443图22盘河口水电站坝址水位流量关系曲线本次水位流量关系受资料条件限制，精度不高，建议在坝址河段进行临时性的、不同水位级的水位、流量观测，积累一定资料后，下阶段在实测大比例纵、横断面资料的基础上对水位流量关系进行复核。3工程地质31区域地质概况南汀河流域处于滇西纵谷山区之临沧中山盆地亚区与保山岩溶中山盆地亚区地貌单元的交接地带。工程区位于南汀河中段，地貌形态为侵蚀、溶蚀中高山深切峡谷及构造断陷盆地地貌。区内物理地质现象发育，主要表现为河流深切、岩体风化、中小型滑坡、崩塌、泥石流等。其中以中上游段两岸及冲沟两侧浅表滑坡、崩塌、泥石流较为发育。幸福镇两岸支流及冲沟泥石流较为严重，电站工程区范围内仅引水系统地表浅部见小型崩塌和滑坡，规模不大，其余地段物理地质现象总体较发育。本区地层出露较全，沉积岩除白垩系外其余各时代地层均有出露；侵入岩、喷出岩及变质岩在区内也广泛分布。工程区及周围地层以下古生界澜沧群绢云片岩、二云石英片岩、微晶片岩夹变质砂岩、变粒岩及第四系冲积、冲洪积、坡积、残坡积、崩积、泥石流堆积沉积的砂、卵、砾石岩层为主。工程区大地构造单元主要隶属于昌宁孟连褶皱带。区内地质构造以北东向的断裂为主体，其次为北西向的断裂，以及近南北向断裂构造。受区域地质构造影响，工程区地壳运动剧烈，地震地质环境十分复杂。根据国家技术监督局发布的中国地震动参数区划图GB183062001，盘河口水电站工程区的地震动峰值加速度为02G，地震动反应谱特征周期为045S，相对应的地震基本烈度为度，区域稳定性较差。32水库区工程地质条件拟建电站拦河坝最大坝高约210M，规划电站无蓄水调节库容，坝前回水长度约2084KM。回水范围内两岸山体稳定，坡度较缓，不良地质现象不发育，右岸振清公路边坡存在弃、挂渣，水库蓄水后可能发生塌滑，对公路可能有一定影响。建议对近坝区水库右岸公路外边坡进行适当范围的挡墙处理，保证公路运行安全；拟建水库区存在一定的淤积，以上游库区段淤积量大，近坝区较小，对水库的正常运行有一定影响；库区未分布有文物古迹、旅游风景区、具开采价值的矿产，无耕地、民居点，故无淹、浸没问题及压覆矿产、移民搬迁问题，不具有诱发地震条件。库区总体工程地质条件好。33枢纽区工程地质条件工程区位于南汀河中游，引水系统及厂房布置于河流右岸。南汀河属当地最低侵蚀基准面，河谷深切，呈“V”字型，两岸山体坡陡山高，地势南北两侧高中间低，大势呈东高西低之特征。枢纽区以构造侵蚀中山地貌为主，河谷中为河流侵蚀堆积地貌。岩性仅分布有下古生界澜沧群PZLLN变质岩地层；河床及阶地分布冲洪积层；山坡浅表局部分布坡积、坡崩积层。工程区地处南汀河断裂构造带内，位于东、西支主干断裂的夹持地带，距离西支较近，约8KM；东侧边缘有属南汀河断裂的次级组成断裂总河口断裂通过；引水隧洞后段有南汀河断裂西支主干断裂的次级组成断裂F12通过，地质构造十分复杂，根据地面泉水调查和工程区勘探资料，两岸地下水均高于河水，地下水补给河水，层间地下水的水力联系差，岩层富水性弱中等。工程枢纽及库区物理地质现象主要表现为岩体风化、小型滑坡、泥石流等。区内主要不良物理地质现象的分布，多集中于引水隧洞区间的公路沿线人工边坡、山沟上部山坡及库区上游区外围，对工程建设影响较小。34首部枢纽区工程地质条件坝区近河床两岸高度20M以下段强、弱风化基岩出露，两坝肩处分布第四系坡积含碎石粉质粘土薄层，厚度约12M；河床中分布冲积漂卵砾砂层，厚度15M175M。坝区基岩为下古生界澜沧群上段PZ1LNC变质岩，岩性为砂质板岩、二云母石英片岩，分布于全坝区，以F101断层为界，河床及左岸分布片岩、右岸分布板岩。坝区共分布有3条断层，其中F101宽度约2M，自坝区上游的右岸山坡处延伸进河，在坝址处沿河床分布，于坝下游侧过河，延伸至左岸山坡，属级结构面，对坝址工程影响较大的断层；F102、F103宽度均小于03M，主要见于右岸边，与F101断层相交，均属级结构面，对坝址工程影响较小。坝区除上述3条断层外，无其它较大地质构造，以分布级以下小断层、挤压带及节理裂隙为主，节理裂隙发育，岩石破碎。左岸坝址上游出露基岩分布一小褶皱，岩层揉皱较明显，倾角变缓，倒转倾向下游侧，对坝基稳定不利。右岸据公路开挖揭露也分布一小型褶皱，褶皱附近岩体破碎，级结构面的小断层发育。坝区存在坝基及绕坝渗漏，坝基岩体完整性较差、岩土体强度偏低、存在渗透稳定及抗滑稳定问题，建议进行防渗处理及坝基固结灌浆处理。防渗形式可采用帷幕灌浆及上游铺盖防渗，灌浆深度须深入弱透水层顶板2M3M以下，长度应向两侧山体延长20M25M。本工程两岸坝肩均不存在大面积开挖边坡情况。两岸强、弱风化基岩出露，岩层倾向有利于边坡稳定，天然稳定性较好，故无两岸坝肩边坡稳定问题。右岸振清二级国防公路通过，为保证公路安全运行，开挖边坡应及时进行支护。35天然建筑材料引水隧洞开挖出的微风化至新鲜基岩通过机械加工后可以作为混凝土的粗骨料。基岩主要为薄至中层状石英片岩，夹变质砂岩、板岩等，强度可以满足要求。可用的洞渣料占35开挖料约13万M。经地质调查，坝、厂区南汀河及盘河中天然砂砾料非常丰富，储量巨大，通过对现场的实地调查共查明2个砂砾石料场，一个位于首部枢纽附近，另一个位于厂区附近。1号天然砂砾料场位于首部枢纽区的上游，现在为两个不连续的河漫滩沿河分布。河漫滩高程为890000M。砂砾料母岩为板岩、片岩及千枚岩，卵砾石含量占55左右，较坚硬的卵砾石以次圆状扁平状为主，软弱的卵砾石以不规则片状扁平状为主。由于受上游冲沟的影响，砂中泥含量高。砂砾料层厚3M4M。砂砾料的平均含砂率为285，砂的细度模数FM为260，平均粒径为0371MM，属中砂，颗粒级配见表31和图31。试验成果表明砂砾料的含泥量超标73，需进行适当的加工处理。其它主要质量指标符合作混凝土细骨料的基本要求。该料场加工过程中需筛选不稳定的、岩性较软的砾石料，同时对砂料进行清洗处理。卵砾石可以用来加工粗骨料，干净的河床砂及细砾可以作为细骨料。2号天然砂砾料场位于4号支洞下游900M，距厂房13KM的南汀河右岸。砂砾料场分布高程810000M820000M。砂砾料母岩为片岩、变质砂岩，卵砾石含量约占50，卵砾石以次圆状为主。砂砾料的平均含砂率为299，砂的细度模数FM为263，平均粒径为0390MM，属中砂，颗粒级配见表31和图31。试验成果表明砂砾料的含泥量超标77，需进行适当的加工处理。其它主要质量指标符合作混凝土细骨料的基本要求。该料场的加工可以向厂区及隧洞工程提供粗细骨料。图31天然砂砾料颗分曲线图南汀河中游流域两岸下游岩耿三级站附近分布良好的建筑石料场田房石料场及光木林石料场。田房石料场，为修建振清公路废弃石料场，现剩余储量520万M,岩性为凝灰质灰岩，中至厚层状，距盘河口水电站厂房约25KM左右，交通便利。在开采时，由于料场位于临近公路的高处，开挖时尽可能选择靠近山内一侧，防止滚石等因素影响公路运行。坝址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112强风化岩体边坡1075111弱风化岩体边坡103105表31天然砂砾料试验成果汇总表颗粒级配粒径MM50252512512506306303150315016KC1054930556032108521计算各荷载对形心点O的力矩MOW977040KNMMO水P1L11031276782580700KNMMOSPSL沙517539347725748KNMMO扬U扬L扬164124362559495KNM所有荷载对O点的合力矩M84797上游坝踵处应力Y上518WB6WB228962KN/M4930556186847971818下游坝趾处应力Y下519WB6WB225822KN/M4930556186847971818图53溢流坝段荷载计算图校核洪水位工况P022坝体的自重WW自W交49159317875509468KN下游水重W水1000211981206991KN上游静水压力P1WHH2WHH120598116121271425KN下游静水压力P2H212059815372214155KN淤沙压力PSTAN24512SBH2S2058852TAN23555175KN扬压力U扬106445KN铅直方向合力WU5094682069911064454237221KN水平方向合力P12714255517514155118505KN抗滑安全系数KCWUPNJJEJIIHHG14/411141004237221032118505计算各荷载对形心点O的力矩MOW977040KNMMO1P水L水12714258371064204KNMMO21415537953647KNMMOSPSL沙539347725748KNMMO扬U扬L扬106445163173839KNM所有荷载对O点的合力矩M233104KNM上游坝踵处应力Y上WB6WB219223KN/M4237221186（233104）1818下游坝趾处应力Y下6227857KN/M4237221186（233104）1818正常蓄水位地震荷载工况3地震荷载查自水工建筑物抗震设计规范SL20397水平向地震惯性力计算公式FIHGEII/G520式中作用在质点I的水平向地震惯性力代表值I质点I的动态分布系数，按下式计算20065HAFWH521计算N取为3，I堰顶高时取HI161M，GE491593KN；G1281375KNH17M；G212680KNH212M；G383418KNH3161MI经计算得I15查水工建筑物抗震设计规范SL20397获得参数的取值为地震作用的效应折减系数取025；H为水平向设计地震加速度代表值，设计烈度时8度时取02G；GEI集中在质点I的重力作用标准值，由计算得到GEI491593KN。FI0298102549159319/9813687KNMI3687176648912KNM竖直向地震惯性力，由规范查得V2/3H同时计入水平和竖向地震惯性力时，竖向惯性力应乘以偶合系数0512；FIVGEII/G522经计算得出FI052/302G02549159319/G15567KN地震动水压力单位宽度坝面的总地震动水压力作用点在水面以下054H0处，其代表值F0按下式计算523式中水体质量密度标准值，981KN/M3HO坝前水深，取为145M地震作用的效应折减系数，取025；H水平向设计地震加速度代表值，取02G；FO0650202598114526703KN由于在正常蓄水位时下游水位为0，所以地震动水压力为FO；总地震动水压力作用点在水面以下054H0处,所以力臂为1083M。地震动水压力对形心O的力矩M6703108372593KNM所有荷载对O点的合力矩M636708KNM铅直方向合力WUFI509468164124155674774886KN；水平方向合力PFIFO152113KN；KC抗滑安全系数WUFIPFIFO10310094774886032152113上游坝踵处应力Y上WB6WB2147364774886186（8479772593648912）1818KN/M下游坝趾处应力Y下WB6WB24774886186（8479772593648912）181838318KN/M500KP5经计算可得，抗滑稳定满足设计要求，坝踵应力分析未出现拉应力，坝址压应力未超过地基承载力；说明该坝段的剖面设计合理。2其余坝段的抗滑稳定计算及应力分析见计算成果表表56表58。表56泄洪闸坝段计算成果表荷载组合计算工况规范规定稳定安全系数K上游坝踵应力Y上MPA下游坝趾应力Y下MPA基本组合正常蓄水位挡水10515800670038特殊组合校核洪水位1029701050067特殊组合正常蓄水位挡水地震1016100640056注基础为冲积层，F取032表57冲沙闸坝段计算成果表荷载组合计算工况规范规定稳定安全系数K上游坝踵应力Y上MPA下游坝趾应力Y下MPA基本组合正常蓄水位挡水10515600850034特殊组合校核洪水位1012400530051特殊组合正常蓄水位挡水地震1011700540049注基础为冲积层，F取032表58非溢流坝段计算成果表荷载组合计算工况规范规定稳定安全系数K上游坝踵应力Y上MPA下游坝趾应力Y下MPA基本组合正常蓄水位挡水10516500320026特殊组合校核洪水位1011800340021特殊组合正常蓄水位挡水地震1012400270031注基础为弱风化基岩，F取0454抗滑稳定及应力分析结果由于最大坝高仅210M，坝体应力比较低；计算表明，各坝段坝基承载力足以满足要求；各坝段坝体的抗滑稳定满足要求；坝踵均未出现拉应力，坝趾压应力未超过地基承载力冲积层地基承载力为500KPA5，综上所述，说明所有坝段剖面设计合理。54泄洪建筑物541泄洪建筑物布置及洪水位本工程大坝和泄洪建筑物的设计洪水标准为50年一遇洪水，相应的洪峰流量为923M/S；校核洪水标准为500年一遇洪水，相应的洪峰流量为1356M/S。根据枢纽布置，泄洪建筑物全部布置于河床中央，由长55M的溢流坝、310M的3孔泄洪闸坝70M95M和1孔冲沙闸坝50M50M组成。冲沙闸主要功能为冲沙保库，同时参与泄洪。由于洪水流量大，且水库库容很小，几乎没有削峰能力，因此泄洪建筑物尺寸和洪水位由洪峰流量确定。泄洪采用综合溢流坝、冲沙闸及泄洪闸联合泄洪方式进行。在进行下泄流量计算的过程中，经过迭代计算，可忽略行近流速水头的影响。已知设计洪水位为902600M，相应下泄流量为9230M/S，相应下游水位为891001M；校核洪水位为903600M，相应下泄流量为13560M/S，相应下游水位为891872M。542溢流坝溢流坝用于宣泄小洪水兼作漂物道用。溢流坝坝段长55M，堰顶高程为902100M，开敞式设计，采用实用堰。设计洪水位时堰上水头05M，上游水位为902600M，由于是开敞式设计，无侧收缩，且相应下游水位为891001M，低于堰顶高程，故判定为堰流自由出流。泄流能力计算QMB5242GH32式中Q下泄流量；M流量系数，M查水力计算手册第二版取05021；B溢流净宽；H不计行近流速水头的闸前水头；故，设计洪水位时，Q050255053/243M3/S2981校核洪水位时堰上水深15M，上游水位为903600M，相应下游水位为891872M，低于堰顶高程,判定为堰流自由出流。同理可得下泄流量Q050255153/2225M3/S2981543冲沙闸冲沙闸共布置1孔，初拟孔口尺寸为50M50M宽高，设一扇50M50M宽高的平板工作闸门和一扇50M50M宽高的平板检修闸门。闸顶高程与坝顶高程相同，为904500M。冲沙闸底板高程依据河床高程而定，以保证能够充分冲走淤沙。初定冲砂闸进口底板高程为886500M。由于在平底上布置有闸门，则需要通过相对开度E/H的值来判断水流流态是堰流还是孔流。判断的界限2为宽顶堰E/H065为堰流；E/H065为孔流。实用堰E/H075为堰流；E/H075为孔流。其中，E为闸门开度，H为上游水位到坎顶的铅直距离。设计洪水位时闸门全开，E/H5902688650311065，且下游水深HT8910018865004501M。初步判定为闸孔自由出流，再已计算出的流量复核跃后水深与下游水深的大小。从而确定假设是否正确。1泄流能力计算闸孔自由出流流量计算公式QENB52502GH式中Q下泄流量，M3/S；闸孔自由出流的流量系数；0E闸孔开度，M；N闸孔数目；H不计行近流速水头的闸前水头，M；060018应用范围0106515260EHEH则060018054405161故，Q05445152417M3/S29811612复核跃后水深根据水力计算手册第二版，平底闸孔出流情况时收缩断面水深HC0E527式中侧收缩系数；E闸门开度，M；侧收缩系数的取值与闸门相对开度E/H有关，查水力计算手册第二版取06261。带入数据得HC006265313M由共轭水深关系HC02528HCO218Q2GH3C01式中HC02收缩断面水深的共轭水深，M；HC0收缩断面水深，M；Q单宽流量，M3/S；带入数据得HC0210871M3132184834298131331计算得出跃后水深HC02HT，符合前面的假设。因此判定为闸孔自由出流。校核洪水位时闸门全开，E/H59036008865000292065，下游水深HT8918728865005372M。同理初步判定为闸孔自由出流。同理可得060018054705171Q05475152505M3/S2981171复核跃后水深HC006245312MHC0211341M312218501298131231计算得出跃后水深HC02HT，符合前面的假设。因此判定为闸孔自由出流。544泄洪闸坝根据泄洪需要，泄洪闸坝段长为310M，总高210M，顺水流方向长270M，采用奇数个对称布置有利于泄洪，初步拟定布置三孔70M95M的开敞式泄洪闸，闸室内布置三扇弧形工作闸，设三扇检修闸门，中墩厚25M，边墩25M，堰型采用实用堰，前沿为圆弧曲线，闸门段为平底板，闸底高程为893000M，闸后为115的斜坡段，宽顶堰表层用C35抗冲磨混凝土厚05M，下层为C20混凝土。消能方式为底流消能，消力池长350M，宽310M，起点高程886500M。消力池为钢筋混凝土结构，底板厚度15M，其中底板上层05M为C35抗冲磨混凝土，下层为C25混凝土，下部设排水孔，减小扬压力。由于在实用堰上设有弧形闸门，则需要通过相对开度E/H的值来判断水流流态是堰流还是孔流。设计洪水位时闸门全开，E/H9902600893000094075，且下游水位891001M小于堰顶高程893000M，判定为堰流自由出流。泄流能力计算QMB5292GH32式中Q下泄流量，M；侧收缩系数，M；M流量系数，查水力计算手册第二版取04801；B溢流净宽，M；H不计行近流速水头的闸前水头，M；侧收缩系数102N15300HNB式中N孔数；闸墩系数，查水力学取0452；0边墩系数，查水力学取072；H不计行近流速水头的堰前水头，M；B每孔净宽，M；经计算得102310450708549637则Q0854048021963/211342M3/S2981校核洪水位时闸门全开，E/H9903600893000085075，且下游水位891872M小于堰顶高程893000M，判定为堰流自由出流。同理，M取047711023104507083810637则Q08380477211063/212832M3/S2981545泄洪建筑物泄洪量及运行要求1本工程采用联合泄洪，泄流量能力见表59表59联合泄洪泄流量表单位M/S工况溢流坝冲沙闸泄洪闸泄洪能力合计洪峰流量设计洪水4324171134213802923校核洪水225250812832155651356闸门全部开启时，泄洪建筑物泄洪能力满足泄流要求。故确定拟定的闸门尺寸为合理尺寸。2运行要求为冲沙保库，要求每年汛期经常开启冲沙闸，以尽可能多地排走泥沙，减轻水库的淤积，同时保证引水道进口门前清。泄洪闸运行时要对称开启。位于河床中央的泄洪闸可以中孔单开、两个边孔双开或者先双开边孔再接着开启中孔，也可全部开启，可下泄随时到来的洪水。开启闸门泄洪时需保证坝前水位不低于正常蓄水位。546消能计算本工程为底流消能，根据水电枢纽工程等别划分及设计安全标准DL51802003，消能防冲建筑物按照20年P5一遇设计。本工程泄洪特点是采用综合溢流坝、冲沙闸及泄洪闸联合泄洪方式进行。通过泄洪流量计算得知，泄洪闸坝段泄流量最大，因此对泄洪闸坝段进行消能计算。泄洪闸坝段，堰顶高程为893000M，河床高程为886500M，上游水位为902150M，下游水位为890576M。当P5时，洪峰流量为749M3/S，通过计算得到相应工况时，冲沙闸坝段下泄流量为238M3/S。泄洪闸下泄流量QMB2GH32侧收缩系数102N110220450708610HNB91521Q08610502219153/2111277M3/S2981因为此工程是由泄洪闸承担主要的泄洪任务，当需要宣泄洪水时，首先开启的是泄洪闸。当泄洪闸全开时，当泄洪闸全开时，泄流量仍然小于洪峰流量时，才考虑冲沙闸及溢流坝的泄洪。现在经计算，当闸门全开时，足以下泄20年一遇的洪峰流量。故，无需考虑冲沙闸以及溢流坝段的消能。冲沙闸的主要任务是冲沙保库。1判别闸坝段下游是否做消能工单宽流量Q531QB带入数值，单宽流量Q7492384421222M3/S流速V0532QT带入数值，流速V0222902150886500142M/S上游总水头T0T533V202G带入数值，上游总水头T0902150886500142229811575M临界水深HC5343Q2G带入数值，临界水深HC369M3Q2G32222981查水力计算手册第二版流速系数0951。试算收缩断面水深HC0，公式如下T0HC0535Q22G2H2C0试算过程见表510。表510收缩断面水深HC0试算表HC0MQM3/ST0M15022209513870145222095146881352220951662213922209515796139113922222220950951577615756经试算得收缩断面水深HC01392M。利用共轭水深关系求HC02536HCO218Q2GH3C01带入得，HC027828M。13922182222981139231下游水深HT8905768865004076M因为HC02HT，故坝下游发生远离水跃，需要做消能工。2用试算法计算消力池池深已知量AHT537Q22G1HT2带入得，A40765751M2222298109540762试算过程先假设HC0，利用共轭水深关系HC02求得HC02。HCO218Q2GH3C01将假设的HC0带入式子T01HC0538Q22G2H2C0求得T01。再根据T01T0D539算得池深D。再将算得的池深D带入FDHC02D540Q22GHC022算得FD是否等于A。试算过程见表511。表511消力池池深D试算表HC0MHC02MDMFDAM15082400551776857511408599264459765751138867531215564575113898641290357515751故，消力池深D2903M，取D29M。3计算消力池池长池长LL00708LJ541对于曲线型实用堰L00，LJ69HC02HC0542带入得，LJ69864113895004M，L0750043503M。所以池长L取35M。4计算消力池底板厚度消力池的底板厚度可根据抗冲以及抗浮要求确定。抗冲要求1由公式TK1543QH式中T消力池底板厚度，M；K1消力池底板计算系数，取0173；Q单宽流量，M3/S；H闸孔泄水时的上、下游水位差，M；带入数据得T0171477M，取底板厚度为15M。22211574抗浮要求2由公式TKF544UWPMA式中T消力池底板厚度，M；KF消力池底板抗浮抗浮安全系数，取123；U作用在消力池底板底面的扬压力，KN；W作用在消力池底板顶面的水重，KN；PM作用在消力池底板上的脉动压力，KN；C消力池混凝土底板的容重，KN/M3；A消力池底板面积，M2；由公式PMMW545V22G式中M脉动压力系数，取019V计算断面处的平均流速，M/S；W水的重度，KN/M3；带入数据得PM019811272KN159522981故，T12002M9814076981407612722535底板厚度取较大值，底板厚度取15M。对于冲沙闸坝段下游护坦长度，由于无需做消能工。根据混凝土重力坝设计规范SL3192005。护坦长度L6H2H1546式中H1跃前共轭水深，M；H2跃后共轭水深，M；冲沙闸坝段为平板闸孔出流，H1E547式中侧收缩系数，查水力计算手册第二版取06261；E闸门开度，M；带入数据得H106265313M利用共轭水深关系求H2H1218Q2GH311带入数据得H210684M。313218476298131331故，护坦长度L6106843134532M。L取46M。547取水口设计坝体在拦河坝右侧布置取水口取水，孔口中心线与坝轴线成30，进口底板高程为890500M。取水口采用有压取水。与冲沙闸相邻，闸体坝段长131M，宽88M，高172M，顶高程904500M，上部设有启闭机室。闸前设拦污栅孔口尺寸55M140M宽高，直立分段，采用清污机清污形式。1闸门尺寸拟定引水隧洞断面为圆形，内径为54M，引水流量为44M3/S，故可以得到流速VQ/A442721921M/S可初步得出取水口断面面积为441921229M2，故，初步拟定进水闸尺寸为5M5M宽高2进水口淹没深度计算进水口最小淹没深度应按水电站进水口设计规范DL/T53982007公式计算SCVD1/2548式中C系数，对称水流取055；V进口断面平均流速；D闸孔高度；经计算得，S055192151/2236M。经以上计算，最小淹没深度S为236M，取S25M。经计算得取水口前最低水位即坝前死水位为8905525898000M。6结语首部枢纽是一个水电站的龙头，对整个水电站的安全意义重大。而对于水电站首部枢纽的设计思路，会随着水文、地质等条件的不同而发生变化，这也是我们这次设计的特点之一。本毕业设计引用了南汀河流域水文、地址等资料，对南汀河一级盘河口水电站首部枢纽进行了可行性设计。设计该电站为径流引水式电站，具有日调节性能，额定水头845M，设计引用流量440M/S，装机2160MW，保证出力3012KW，多年平均发电量14706KWH，年利用小时达4595H，其资源条件十分优越。该水电站工程等别为等，工程规模为小1型，采用径流引水式开发。在设计中，内容主要包括了以下几个方面工程级别的确定，坝址坝型的选择；首部枢纽的总布置、坝体剖面设计和细部构造设计；坝基的防渗排水设计；大坝地基承载力计算和处理设计；坝体沿建基面的抗滑稳定及应力分析；泄洪建筑物溢流坝、冲沙闸和泄洪闸坝的布置、洪水位的确定及泄洪计算；消能计算；