水電站取水樞紐設(shè)計(jì).doc

目 錄摘要3關(guān)鍵詞3Abstract .4Keywords.41 概述52 基本設(shè)計(jì)資料62.1流域概況62.2水文氣象62.2.1降水72.2.2徑流72.2.3暴雨92.2.4洪水102.2.5泥沙112.3壩址處地質(zhì)條件122.3.1地貌條件及第四紀(jì)地質(zhì)122.3.2壩址處地址構(gòu)造132.4天然建筑材料133 樞紐布置133.1工程總體布置133.2取水樞紐建筑物布置143.2.1壩址、壩線選擇143.2.2主要建筑物布置154 建筑物的水力計(jì)算164.1壩長(zhǎng)、沖沙閘及進(jìn)水閘孔口尺寸的確定164.1.1初步擬定壩長(zhǎng)，并計(jì)算壩體過流能力164.1.2沖沙閘孔口尺寸的確定164.1.3進(jìn)水閘孔口尺寸的確定184.2水位流量關(guān)系曲線的繪制184.2.1作上游水位流量關(guān)系曲線184.2.2作壩下游50m處的水位流量關(guān)系曲線205 工程設(shè)計(jì).225.1大壩設(shè)計(jì)235.1.1溢流壩的斷面尺寸的確定245.1.2溢流壩滲流計(jì)算255.1.3溢流壩的抗滑穩(wěn)定與地基穩(wěn)定計(jì)算325.1.4大壩消能防沖設(shè)計(jì)395.2沖沙閘設(shè)計(jì)435.2.1沖沙閘水力計(jì)算435.2.2沖沙閘閘室段穩(wěn)定分析445.3進(jìn)水閘設(shè)計(jì)455.3.1進(jìn)水閘的水力計(jì)算455.3.2進(jìn)水閘閘室段穩(wěn)定分析46附圖：47參考文獻(xiàn)48寶雞雞冠巖水電站取水樞紐設(shè)計(jì)1 概述雞冠巖水電站工程位于渭河干流寶雞縣境內(nèi)河段的顏家河鄉(xiāng)北星村,電站下游距坪頭鎮(zhèn)約5km，距寶雞市約45km，距下游渭河林家村水位站39km.工程線路及建筑物均布置在渭河左岸。310國(guó)道公路位于右岸沿河道走線,交通方便,公路與電站工程布置互不交錯(cuò).該工程為低壩引水式水電站,是渭河梯級(jí)水電站工程中最具有開發(fā)價(jià)值的首選項(xiàng)目.工程包括:壩高15m,壩長(zhǎng)150m，壩型為漿砌石溢流重力壩引水渠首。引水隧洞和水電站,由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，時(shí)間短，經(jīng)驗(yàn)不夠,所以只做了取水樞紐工程(大壩、進(jìn)水閘、沖沙閘)。根據(jù)國(guó)家新的防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB50201-94)及本工程實(shí)際情況，確定本工程為五等工程。主要建筑物為5級(jí)。建筑物按10年一遇洪水（3130m3/s）設(shè)計(jì)，50年一遇洪水（5380m3/s）校核工程主要技術(shù)特征參數(shù)表如下序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)量1工程等級(jí)5建筑物52流域面積Km229411多年平均徑流量m3/s73.6年輸砂量104t164003設(shè)計(jì)洪水流量m3/s3130（p=10%）設(shè)計(jì)洪水位m743.737校核洪水流量m3/s5380（p=2%）校核洪水位m745.5244壩型漿砌石重力式溢流壩壩高m15壩頂高程m740壩長(zhǎng)m1505進(jìn)水閘孔數(shù)、型式二孔潛孔平面鋼閘門引水高程m740底板高程m735.5孔口尺寸m22.54.5引水量m3/s506沖沙閘孔數(shù)、型式三孔潛孔平面鋼閘門底板高程m732孔口尺寸m245敞泄流量m3/s368.332 基本設(shè)計(jì)資料2.1 流域概況 雞冠巖水電站位于寶雞縣顏家河鄉(xiāng)北星村，東距坪頭鎮(zhèn)5公里，東距寶雞市25公里，是渭河干流資源開發(fā)工程，壩址控制流域面積29411平方公里。渭河發(fā)源于甘肅省渭源縣烏鼠山，源地海拔高程 3230米，干流平均縱比降42.1，其南北兩岸自然條件差異較大，北岸黃土覆蓋層厚，植被較差，氣候干燥，洪水暴漲暴落，徑流年際年內(nèi)變化較大;南岸有森林和草地分布，植被良好，氣候濕潤(rùn)，洪水平穩(wěn)，徑流年際年內(nèi)變化較小。渭河流域內(nèi)河網(wǎng)發(fā)育，但兩岸支流發(fā)育不對(duì)稱，南岸河流源于秦嶺北麓，大體為清水河流,支流多,比降大，短小流急，滾石量大，推移質(zhì)嚴(yán)重，近正交注入渭河，主要有漳河、榜泌河、惜河等 ；北岸支流源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，多為泥沙性河流，主要支流有通關(guān)河、秦祁河、咸河、葫蘆河、小水河等。據(jù)寶雞縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃資料，雞冠巖水電站壩址以上渭河流域內(nèi)寶雞段為西部深山林牧寒溫半濕潤(rùn)區(qū)，其降水受大氣環(huán)流、緯度和地形的影響較大，夏季主要受西伸的太平洋帶高壓及青藏大陸負(fù)高的影響，往往造成大面積的降雨，該地年平均氣溫6.0-10.5，年日照時(shí)數(shù)1700-1900小時(shí)，地面坡度大，山多地少，宜以林業(yè)為主，適合發(fā)展牧業(yè)。2.2 水文氣象雞冠巖水電站壩址處無實(shí)測(cè)水文資料，但其下游渭河干流上有林家村水文站，區(qū)間面積為1250平方公里（林家村集水面積為30661平方公里），占林家村站控制面積的4.07%。兩地控制流域內(nèi)水文氣象條件和下墊面因素都比較一致，因此可用水文比擬法，以林家村水文站實(shí)測(cè)資料作為雞冠巖水電站設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。林家村水文站建于1934年，觀測(cè)項(xiàng)目齊全（有降水、徑流、蒸發(fā)、泥沙、水質(zhì)等 ），現(xiàn)有1944-1993年共50年的連續(xù)觀測(cè)資料,系列長(zhǎng)、精度高，具有典型性和代表性，可以滿足設(shè)計(jì)對(duì)資料的要求。2.2.1 降水渭河水系的降水主要受大氣環(huán)流、緯度和地形的影響，年內(nèi)分配極不均勻，降水集中于六、七、八、九四個(gè)月，其降水量占年總量的60%以上，而枯季十一月至次年二月僅占7%左右。六月至八月降水多以暴雨形式出現(xiàn)，形成洪水，以致造成洪澇災(zāi)害和嚴(yán)重的水土流失。九月降水最為集中，約達(dá)年總量的19%。年降水的變差系數(shù)在0.25-0.3之間,最大年降水變率為1.28-1.58,最小年降水變率為0.52-0.74。據(jù)林家村水文站資料，多年平均降水量708.2mm，最大年降水量1170.9mm（1940年），最小437.5mm（1977年）。多年平均降水日數(shù)34.6天(5mm)。多年平均蒸發(fā)量917.2mm,4-8月蒸發(fā)量占全年的64.9%。2.2.2 徑流渭河水系的徑流受降水的影響嚴(yán)重，其年際內(nèi)變化與降水呈同步性。由前所述，雞冠巖水電站設(shè)計(jì)以林家村水文站實(shí)測(cè)資料為依據(jù)。1徑流資料一致性分析 渭河林家村以上流域，水資源開發(fā)利用主要是農(nóng)業(yè)灌溉，且限于支流，迄今，干流尚未修建 一座水電站。為使設(shè)計(jì)成果具有一定的可靠性，采用單累積曲線對(duì)林家村的徑流資料分析（圖2-1），發(fā)現(xiàn)一致性在所用資料段內(nèi)未受破壞。2林家村水文站年徑流分析計(jì)算對(duì)林家村水文站1944年1993年共50年的年徑流資料采用矩法初估其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，得該站多年平均流量Q=76.7m3/s、變差系數(shù)Cv=0.35,經(jīng)適線(圖2-2)得Q=76.7m3/s、Cv=0.38、Cs=2.5Cv=0.95,不同頻率的年徑流值如表2-1表2-1林家村水文站年徑流量分析成果表多年平均流量（m3/S）CvCs/Cv不同頻率的年均流量（m3/S）計(jì)算采用10%25%50%75%90%95%76.70.350.382.5115.893.172.156.043.737.6圖2-1 林家村水文站年徑流量累計(jì)曲線3 雞冠巖水電站年徑流分析以林家村水文站為參證站,采用面積比擬法推求雞冠巖水電站壩址處的年徑流,即分析計(jì)算成果見表2-2表2-2雞冠巖水電站年徑流分析成果表項(xiàng)目多年平均徑流量不同頻率的年徑流量10%25%50%75%90%95%Q(m3/s)73.6111.189.369.153.741.936.1W(億m3)23.235.028.221.816.913.211.44雞冠巖水電站日平均流量分析 參證站(林家村水文站)共有50年實(shí)測(cè)徑流資料,因此日平均流量分析采用長(zhǎng)系列法。將林家村實(shí)測(cè)日平均流量按面積比擬法折算到雞冠巖水電站壩址處,由不等距分組逐年統(tǒng)計(jì)求出多年平均組內(nèi)出現(xiàn)天數(shù),計(jì)算相應(yīng)頻率,用組內(nèi)平均流量與頻率點(diǎn)繪出日平均流量頻率曲線（見圖2-3）。從該曲線上查得雞冠巖水電站壩址處不同保證率的日平均流量如表2-3.表2-3雞冠巖水電站不同保證率的日平均流量表頻率P(%)253050707580859095Q(m3/s)90.075.046.031.527.525.022.519.516.5W(億m3)28.423.714.59.98.77.97.16.15.2圖2-2 林家村水文站平均流量頻率曲線圖2-3 雞冠巖水電站壩址日平均流量頻率曲線2.2.3 暴雨渭河雞冠巖水電站壩址控制流域內(nèi)的暴雨主要受西伸太平洋副熱帶高壓影響。以孟加拉灣水汽入流為主,在副熱帶峰區(qū)往往形成較大范圍的暴雨;此外,受來自青藏高原東麓的西北低渦流和西南低渦流的襲擊、中低層中小系的幅合，形成對(duì)氣流的抬升，也是該區(qū)形成局部暴雨的主要因素。由于該區(qū)范圍大，區(qū)內(nèi)各處下墊面因素有一定的差異,且雨量站點(diǎn)分布較多，因此只就寶雞區(qū)內(nèi)暴雨加以概述。從寶雞市實(shí)用水文手冊(cè)（1990年版，以下簡(jiǎn)稱手冊(cè)）提供的各歷時(shí)最大點(diǎn)雨量等值線圖可以看出，各種歷時(shí)的最大點(diǎn)雨量有愈向上游愈小的趨勢(shì)，但該電站與林家村屬同一雨型區(qū)且相距較近，為安全電站處安全可直接移用林家村站的暴雨成果。林家村水文站不同歷時(shí)年最大暴雨頻率計(jì)算成果見表2-4表2-4林家村站暴雨計(jì)算成果表暴雨歷時(shí)（h）1/61/3126降雨量(mm)10.414.820.037.641.0變差系數(shù)（Cv）0.600.500.450.520.522.2.4 洪水1 設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)洪水依據(jù)水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范（SL44-93）推求。由于該水電站是低壩引水型式，故設(shè)計(jì)洪水只推求設(shè)計(jì)洪峰流量，而不推求洪水過程。該水電站處無實(shí)測(cè)洪水資料，但下游林家村水文站有50年的實(shí)測(cè)洪水記錄，兩地區(qū)間面積相差僅4.07%,根據(jù)水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范（SL44-93）和手冊(cè)，可使林家村資料作為計(jì)算雞冠巖水電站設(shè)計(jì)洪水的依據(jù)，成果直接利用。林家村水文站有1944-1993年的實(shí)測(cè)流量資料系數(shù)列（實(shí)測(cè)最大洪峰流量1954年5830m3/s，最小洪峰流量1982年271m3/s），手冊(cè)所載河段調(diào)查洪水一次，6990m3/s（1933年），經(jīng)分析，確定其重現(xiàn)期定為100年。采用不連續(xù)序列頻率分析法計(jì)算洪水頻率，用矩法初估參數(shù)得Qm=1629.7m3/s,Cv=0.75。經(jīng)適線（見圖2-4），得到該水電站設(shè)計(jì)洪水成果如表2-5。表2-5雞冠巖水電站工程設(shè)計(jì)洪水成果表多年平均洪峰流量Qm(m3/s)CvCs/Cv不同頻率下的洪峰流量(m3/s)計(jì)算采用0.5%1.0%2.0%3.3%5.0%10%1629.716300.753.5741763905380462040913130圖2-3 雞冠巖工程洪峰流量頻率曲線2施工洪水根據(jù)徑流成因及年內(nèi)徑流變化規(guī)律，采用施工洪水分期見表2-6。表2-6雞冠巖水電站工程施工洪水分期施工洪水分期起止日期名稱代號(hào)枯水期A12月1日2月26日汛前過渡期B3月1日4月20日副汛期C4月21日6月20日主汛期D6月21日9月30日汛后過渡期E10月1日11月30日主汛期設(shè)計(jì)洪水仍采用表2-5成果；其余各期的設(shè)計(jì)洪水根據(jù)林家村水文站相應(yīng)分的流量資料系列，用頻率分析計(jì)算。計(jì)算成果表2-7。表2-7雞冠巖水電站工程分期洪水洪水分期A(12.1-2.28)B(3.1-4.20)C(4.21-6.20)E（10.1-11.30)(m3/S)計(jì)算采用53.654.0169.3175.0416.2430.0252.1260.0Cv計(jì)算采用0.450.500.890.900.730.850.740.80Cs/Cv2.53.03.53.0不同頻率下的洪峰流量Qp(m3/S)1%140795190410535%106492116167910%9036886052320%7325058537225%491172881872.2.5 泥沙由于壩址處無實(shí)測(cè)資料，直接移用林家村水文站實(shí)測(cè)泥沙資料和寶雞市水文實(shí)用手冊(cè)（1990年版）的計(jì)算成果如表2-8、表2-9和表2-10。表2-8林家村站懸移質(zhì)特征值平均含沙量(kg/m3)平均輸沙率(kg/s)年平均輸沙量(104T)侵蝕模數(shù)(T/km2)實(shí)測(cè)最大侵蝕(T/km3)64.3520016400535013000(1973年)表2-9林家村站多年平均沙量及年內(nèi)分配項(xiàng)目年輸沙量各 月 分 配1234567891011127-9數(shù)量(104T)164003.811.6121423839162055305580175045851.012.612860百分比(%)10000.10.72.65.19.933.734.010.72.80.30.178.4表2-10林家村站多年平均泥沙顆粒級(jí)配粒徑(mm)0.010.0250.050.10.250.51中數(shù)粒徑平均粒徑小于相應(yīng)粒徑百分?jǐn)?shù)(%)29.354.584.596.398.299.41000.0220.0362.3 壩址處地質(zhì)條件2.3.1地貌條件及第四紀(jì)地質(zhì)工程布置區(qū)位于秦嶺中低山區(qū)的渭河峽谷之中，渭河總體自西向東流向略偏北，兩岸高山陡峻、多呈陡峭山坡，雞冠巖處，河谷狹窄，挾持于石門及雞冠巖之間，長(zhǎng)度在2.0km之間的河谷則開口較寬,是渭河的河灣地段,發(fā)育有不對(duì)稱分布的一級(jí)階地和河漫灘，區(qū)內(nèi)第四系地層以沖洪積相和坡積物為主，主要情況于下：耕植土層： 主要發(fā)育在石門以上和石門至雞冠巖之間的河流階地表層，其中在魏家村一帶（右岸）及站址區(qū)（左岸）分布較廣泛，以砂壤土為主，零星見有坡積的塊石及沖洪積的礫卵石等，厚度變化較大，如隧洞出口處下側(cè)可達(dá)5-8m，其它地區(qū)大多在2-3m之間 。 砂層： 分布于河谷較寬闊的拐彎處，呈零星分布而不連續(xù)，為中粗粒結(jié)構(gòu)，偶夾砂卵石和塊、漂石。層位厚度變化大，成分以長(zhǎng)石、石英和云母為主，粘粒含量低。砂卵石層： 是渭河河谷主要堆積物，相變大，多以透鏡體形式出現(xiàn)，粒徑以5-7cm者居多，磨圓度、分選性和級(jí)配均較差，一般結(jié)構(gòu)疏松，無膠結(jié)，砂、泥質(zhì)充填，局部見有漂礫石，成分為花崗巖和變質(zhì)巖及片巖，據(jù)物探及鉆探資料，工程布置區(qū)渭河河床砂卵石厚度不超過20m。坡積物： 主要見于兩岸山體坡腳及較緩谷坡之上，主要為山體的風(fēng)化碎屑產(chǎn)物。 2.3.2 壩址處地址構(gòu)造壩基之下松散的砂礫石層主要為沖積相，其中靠近底部有一層為湖相，而湖相在河床中多不穩(wěn)定，靠近河谷中部則尖滅，鉆探揭示地層剖面如下：最上部為厚度在1.0m內(nèi)的填土。埋深1.04.3m為砂礫層，礫石直徑多在2.0一3.0cm,個(gè)別見有較大直徑者，呈松散狀，級(jí)配不良，承裁力為140kpa(即14噸m2);埋深4. 35.4m。間為含泥質(zhì)砂礫，礫徑無多大變化，透水性稍差，承載力為140 kpa(14噸m2);埋深5.4一8.8m段為結(jié)構(gòu)較為致密的圓礫和礫卵石,礫卵石厚度較其上部的礫徑稍大，直徑多在3.5cm之間，透水性好，承載力較其上部砂礫層增至280kpa(28噸m2)；而在深度8.8一15.0m段，巖性以砂礫一中細(xì)砂互層為主，礫徑多在2.03cm之間，承載力為160 kpa(16噸m2)，15.0一16.9m段為卵石層，中密狀結(jié)構(gòu)，承載力為300 kpa(30噸m2)；16.9m以下為花崗巖，巖體完整而堅(jiān)硬，承載力在3000kpa左右(300噸m2)2.4 天然建筑材料工程布置區(qū)天然建筑材料分布廣泛，中、細(xì)砂等可沿河谷的高漫灘取用，濕凝土骨料及礫卵石沿河床兩側(cè)廣泛分布，巖性開采條件方便，可就近利用，具有優(yōu)質(zhì)、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。3 樞紐布置3.1工程總體布置根據(jù)水文、地質(zhì)條件綜合分析，多次試算，最終確定將壩址定在牛里圈附近，并且右岸及河床段布置溢流壩段落，左岸沿岸坡劈坡布置沖沙閘及進(jìn)水閘，壩型為漿砌石溢流重力壩，壩頂高程740.00m，壩長(zhǎng)150m,右壩肩布置護(hù)岸導(dǎo)墻與右岸相接,墻頂高程744.00m，靠溢流壩左肩布置三孔4.05.0m2沖沙閘,庫底板高程732.00m，高出枯水河床1m,啟閑機(jī)頂高程745.50 m。沖刷閘左側(cè)靠邊左岸布置兩孔2.54.5m2,進(jìn)水閘,閘底板高程735.5m，啟閉機(jī)頂高程745.50m。引水樞紐中,壩軸線基本與河道主流線垂直,沖沙閘軸線為水平方向,與壩軸線成600夾角,進(jìn)水閘軸線與沖沙閘軸線夾角450。進(jìn)水閘后接輸水隧洞,沖沙閘接下游河床。具體布置圖如附圖。工程布置的軸線坐標(biāo)、樁號(hào)如表31表31建筑物軸線參數(shù)特性軸線名稱軸線點(diǎn)位置坐標(biāo)X Y長(zhǎng)度 方位角壩軸線A1A27415.25 73527542.46 7431.49150 58沖刷閘C1 C27578.34 7478.677590.70 7472.114.00 152 進(jìn)水閘J1J27582.19 7499.927591.75 7502.8410.0 733.2 取水樞紐建筑物布置取水樞紐采用有壩引水方式，由攔河壩、沖沙閘及進(jìn)水閘組成。3.2.1 壩址、壩軸線選擇壩址的選擇主要考慮到水文、地質(zhì)條件以及淹沒條件，使不僅可以正常遠(yuǎn)行，又不給附近村莊帶來危害，經(jīng)過對(duì)地形圖的審視，我最終確定了兩個(gè)壩址方案：上游壩址在河谷最窄處A1（7420.00 ，74000.00）A2(7542.46 ，7431.49),方位角為40此處壩軸線最短,工程量小,可以節(jié)省投資,左岸利用天然彎道取水，有利于建筑物的布置,但上游淹沒比較嚴(yán)重,會(huì)倒置公路、鐵路改線，部分移民搬遷。下游壩址位于牛里圈附近，壩軸線A1（7415.25，7352.00）, A2（7542.46，7431.49）方位角A1A2為58，此處壩軸線較長(zhǎng)，經(jīng)過分析比較，兩壩址有以下共同優(yōu)點(diǎn)：壩基地質(zhì)條件無較大差異，河床覆蓋物以沖積物為主，多為中、粗砂及砂礫等，距下伏基巖20多米左右。、此處修壩兩岸地勢(shì)較陡，在左岸有一凸出的山體，右岸巖體陡立；、使河道在該處依原河勢(shì)形成一個(gè)完整的彎道，正好使進(jìn)水閘進(jìn)水口位于該彎道凹岸的下游側(cè)，更便于彎道環(huán)流和進(jìn)水口環(huán)流的充分發(fā)揮，大大改善了進(jìn)水口的引水條件，提高了引水防砂的效果；、有利于沖沙閘和進(jìn)水閘的布置，并且使沖刷閘和進(jìn)水閘布置在新鮮的花崗巖巖基之上。不同點(diǎn)：上游壩址較短，雖然壩軸線較短，減小了工程量，但上游淹沒比較嚴(yán)重，公路、鐵路改線，會(huì)增加工程造價(jià)。下游壩址壩軸線較長(zhǎng)，從上游壩軸線120米增加到150米，大大降低了上游淹沒度。綜上所述：選定下游壩址作為壩軸線，軸線參數(shù)如下：壩軸線坐標(biāo)：A1（7415.25，7352.00）, A2（7542.46，7431.49） 方位角A1A2為583.2.2 主要建筑物布置(1)溢流壩段 攔河壩主體為150m長(zhǎng)的溢流壩段，由右岸護(hù)岸導(dǎo)墻、右岸銜接壩段及壩后消力池組成，共分10個(gè)壩段，每段長(zhǎng)15m，最大壩高15 m，底寬22m，壩軸線與洪水河道主流線基本正交。(2).沖沙閘 沖沙閘布置在溢流壩段左端，劈左岸突出山體形成平順彎道主槽，用以泄洪拉沙，保證河道主槽的穩(wěn)定，在進(jìn)水閘運(yùn)行期間關(guān)閉用來擋水，使閘前保持較大水深形成沉砂槽，用以使大量推移質(zhì)及較粗之懸移質(zhì)泥砂落淤。沖沙閘設(shè)計(jì)為三孔，孔口尺寸4.05.0m2，其軸線與壩軸線呈60夾角，方位角為152。(3).進(jìn)水閘 進(jìn)水閘布置在沖沙閘左側(cè)與河道左岸岸坡之間，其軸線與沖沙閘軸線成 45的引水角，其方位角為73，形成正向引水，側(cè)向排砂的布置形式，為增加引水防砂的可靠性，加大了進(jìn)口寬度以抬高閘底高程在沖沙閘前形成較深沉沙槽，設(shè)計(jì)為兩孔，孔口尺寸2.54.5m2。4 建筑物的水力計(jì)算4.1 壩長(zhǎng)、沖沙閘及進(jìn)水閘孔口尺寸的確定4.1.1 初步擬定壩長(zhǎng)，并計(jì)算壩體過流能力根據(jù)水文、地質(zhì)條件，多次選取壩定壩址并計(jì)算過流能力確定壩長(zhǎng)150m，當(dāng)水位達(dá)到允許淹沒高程745.00m時(shí),壩體過流量由堰流計(jì)算公式得大于設(shè)計(jì)洪峰流量3130m3/s,所以確定壩長(zhǎng)為150m4.1.2 沖沙閘孔口尺寸的確定擬定孔口尺寸壩址處河床為天然彎道河床，左岸沖刷，右岸游積，水流集中于左岸 ，因此形成不均勻河床，由于要在該段河床布置建筑物，河床右岸進(jìn)行開挖，左岸進(jìn)行填筑以便壩后消力池、海漫的布置。該處設(shè)計(jì)確定溢流壩出流未端高程為731.00m,即使下游河床平均高程為731.00m;另外,渭河為多泥沙河道,本身易于淤積,取閘底板高程為732.00m,高于河床平均高程731.00m約1.0m。由基本資料可知河床床砂中數(shù)d50=8.7mm。河道多年平均流量73.6m3/s,由西北水利科學(xué)研究所劉旭東公式計(jì)算。根據(jù)上式計(jì)算h太小，不經(jīng)濟(jì)且影響過流能力，因此，選3孔45m.2。沖沙閘的水力驗(yàn)算對(duì)擬定的沖沙閘進(jìn)行計(jì)算確定沖沙最小流量及上游水位通過造床流量Qp=50%時(shí)的穩(wěn)定河床寬B及相應(yīng)造床流量時(shí)平均水深H可用阿爾圖寧公式計(jì)算：相應(yīng)河道均勻流水深可用均勻流公式計(jì)算結(jié)果為1.542m.則沖沙所需的沖沙流量當(dāng)進(jìn)水閘關(guān)閉沖沙閘通過流量時(shí),門前水深實(shí)際閘下流速為同樣水深下,中數(shù)粒徑床砂的啟動(dòng)流速可按沙莫夫公式計(jì)算即當(dāng)進(jìn)水閘關(guān)閉,上游水位只需達(dá)到737.6m時(shí),閘下水流即可形成沖沙拉槽能力。4.1.3 進(jìn)水閘孔口尺寸的確定引水流量50m3/s，初步擬定2孔2.54.5m2進(jìn)行過流能力計(jì)算,由于水流在閘門進(jìn)出口處有水頭損失，取堰上全水頭為4.0m，在正常擋水位740.00m時(shí)流量Q為：滿足取水要求,因此進(jìn)水閘孔口尺寸定為2孔2.54.5m24.2 水位流量關(guān)系曲線的繪制4.2.1作上游水位流量關(guān)系曲線分別計(jì)算沖沙閘，壩體在不同洪水位下的泄流情況，求出不同洪水位閘壩聯(lián)合泄流量，作出水位流量關(guān)系曲線。(1）、沖沙閘泄流當(dāng)時(shí)(即上游水位738.70m)沖沙閘內(nèi)水流為堰流由于此時(shí)水的流量較小，可假設(shè)為自由出流，m取0.385,S取1.0，取H0=H,由公式計(jì)算，沖沙閘泄流如表41表41沖沙閘為堰流時(shí)泄流量計(jì)算表水位z（m）732734736738738.7流量Q（m3/s）05496280.62330.95、當(dāng) 時(shí)為孔口出流，假定全為自由出流，計(jì)算結(jié)果如表42表4-2沖沙閘為孔口出流時(shí)泄流量計(jì)算表水位z（m）740741742743744745746747748流量系數(shù)=0.60-0.1760.490.5020.5120.520.5270.5320.5370.5410.545368.33400.422430.299458.872484.872510.076533.867557.2579.3722.壩體泄流由地形圖知,在高程740748m之間,由堰流公式 ，計(jì)算結(jié)果如表43表43壩體泄流計(jì)算表水位z（m）74074174274374474574674774800.1820.3640.5450.7270.9091.0911.271.455 m0.4360.4360.4360.4440.4790.4950.5070.5120.513流量Q（m3/s）0289.686819.3551532.8712546.0463677.0624950.9026300.257712.463（3）壩一閘聯(lián)合泄流計(jì)算如表44表44壩一閘聯(lián)合泄流計(jì)算表水位z（m）740741742743744745流量Q（m3/s）368.33690.1081249.6541991.7433030.9184187.138水位z（m）746747748流量Q（m3/s）5484.7696857.458291.835圖4-1 閘壩聯(lián)合泄流時(shí)樞紐上游水位流量關(guān)系曲線4.2.2 作壩下游50m處的水位流量關(guān)系曲線先根據(jù)地形圖作出河道斷面圖，然后由求出不同水位下流量，作出水位流量關(guān)系曲線。1、做河道斷面圖根據(jù)地形圖，測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)如表4-5X-605090101113.5122.5128.5139188199Y740730730.129730.666731.573733.420733.830735.341737.354737.145740.壩址處的河道斷面圖如圖4-2圖4-2 壩下游河道斷面圖2、水位流量關(guān)系曲線壩址處的水位流量關(guān)系曲線均采用均勻流計(jì)算公式：式中W斷面面積 R水力半徑 C謝才系數(shù) 用C=R1/6計(jì)算。其中n為糙率，取n=0.035。 i河道比降，取i=4計(jì)算結(jié)果如表2-12水位Z（m）730.666731.573733.42733.83735.341735.614737.145面積W（m2）47.1135.67349.8403.75588.82628.6898.39濕周X（m）91.3103.39116.1064124.4132.113140.895195.2322水力半徑R（m）0.5161.3123.0133.2464.454.45864.60165謝才系數(shù)C(m1/2/s)25.5929.9034.3434.7736.64436.65536.848流量Q（m3/s）54.75293.871318.711599.642878.723074.1184491.27水位Z（m）737.5738738.5739739.5740面積W（m2）970.741073.751178.051283.651390.551498.73濕周X（m）197.2125200202.79205.58208.37211.16水力半徑R（m）4.92235.368755.8096.2446.67357.1謝才系數(shù)C（m1/2/s）37.26437.8138.307638.7739.239.61流量Q（m3/s）5075.865949.0456879.0647865.3438906.7110003.8圖4-3 壩下游水位流量關(guān)系曲線5 工程設(shè)計(jì)根據(jù)國(guó)家新的防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB50201-94)及本工程的實(shí)際情況,確定本工程為五等小(2)型工程,主要建筑物為5級(jí),引水樞紐按10年一遇洪水設(shè)計(jì),50年一遇洪水校核。引水樞紐溢流壩和沖沙閘聯(lián)合下泄50年一遇洪水5380m3/s流量時(shí),壩上游水位745.524m,壩下游水位737.689m，下泄10年一遇洪水3130m3/s流量時(shí)，壩上游水位743.737m，壩下游水位735.676m,均滿足洪水淹沒高程的限制。樞紐主要建筑物特征水位和流量詳見表51表51主要建筑物設(shè)計(jì)的特征水位及流量特征洪水洪峰流量溢流壩沖沙閘設(shè)計(jì)洪水流量(m3/s)3130(P=10%)2650480 上游設(shè)計(jì)洪水位(m) 下游743.737743.737735.676730.676校核洪水流量(m3/s)5380（P=2%）4858522上游校核洪水位(m)下游745.524745.524735.689732.689表52設(shè)計(jì)中采用的主要地基參數(shù)地基類別干容量d(m3/s)滲透系數(shù)KCm/s彈性模量EKg/cm2內(nèi)摩擦角強(qiáng)度指標(biāo)基底摩擦系數(shù)f堅(jiān)固系數(shù)f彈性抗力系數(shù)kg/cm2容許承載力t/m2RuRlRr砼漿砌面新鮮微風(fēng)化花崗巖地基2.51000251400.650.60400中粗砂地基200.450.422805.1 大壩設(shè)計(jì)由于該工程位于寶雞縣渭河上，是一個(gè)山區(qū)河道，天然材料豐富，因而采用漿砌石溢流重力壩。5.1.1 溢流壩的斷面尺寸的確定溢流壩壩面曲線采用WES曲線，由頂部曲線段，下游面中間直線段和下部反弧段組成。（1）曲線段在校核洪水時(shí)洪水位為745.524m，而溢流壩的壩頂高程740m，此種狀態(tài)下堰上水頭Hmax=5.524m,取定型水頭Hd=Hmax=5.5m。由于,因而按高堰設(shè)計(jì)。WES堰頂部下游段曲線,采用壩體上游面為鉛直型,曲線方程為:圖5-1 WES堰頂曲線尺寸圖（2）.直線段直線段的斜率由壩體穩(wěn)定要求決定,一般為1：0.71：0.85,此處取0.85.（3）.反弧段由于該溢流壩地上部分較少,并且座落在砂礫石層上,穩(wěn)定難于滿足,基本按梯形剖面設(shè)計(jì),反弧段半徑R取8.0m具體尺寸如圖5-2圖5-2大壩剖面尺寸5.1.2 溢流壩滲流計(jì)算溢流壩基礎(chǔ)采用大開挖方式，壩體及護(hù)坦均置于含礫中、粗砂基河床之上（5.48.8m）層上，壩下采用中、粗砂基上的灌漿帷幕或砼防滲墻防滲，防滲墻伸入相對(duì)不透水層中細(xì)砂基中深約3.2m。因此防滲墻高度為6m,底高程719m1防滲長(zhǎng)度的初步擬定值按下列公式計(jì)算L=CH 式中L為擬定防滲長(zhǎng)度H為上下游水位差C為滲透系數(shù)在中粗砂基中，C取47，此處取5，H=8m，則L= C H=58=40m2防滲長(zhǎng)度如下圖圖5-3防滲長(zhǎng)度計(jì)算圖假設(shè)：L0為上圖在水平上的投影，S0為壩基和防滲體在垂直方向的投影之和，即： 有效計(jì)算深度 大于相對(duì)透水層深度，因而取防滲長(zhǎng)度L為圖中各點(diǎn)順次連接起來的總長(zhǎng)度所以防滲長(zhǎng)度滿足要求3滲透水頭的計(jì)算1用改進(jìn)阻力系數(shù)法求滲透水頭，其計(jì)算公式如下 式中hi為各段水頭損失，H為各段水頭損失的總和是各段阻力系數(shù)是總阻力系數(shù)n是滲透段的段數(shù)圖5-4滲流區(qū)域圖20各段阻力系數(shù)計(jì)算進(jìn)口段 中間水平段內(nèi)部垂直段內(nèi)部垂直段中間水平段出口段總的阻力系數(shù)即位各段阻力系數(shù)之和： 在正常擋水情況下，上、下游水頭差在設(shè)計(jì)洪水情況下,上、下游水頭差在校核洪水情況下,上、下游水頭差由此可以知道在設(shè)計(jì)洪水和校核洪水情況下各段水頭損失如表5-1。表5-1不同擋水情況下各段水頭損失分段編號(hào)0.75830.31190.63550.63551.70640.7583正常擋水情況下水頭損失1.26230.51921.05791.05792.84051.2623設(shè)計(jì)情況下水頭損失1.27190.52321.06591.06592.86221.2719校核情況下水頭損失1.23620.50851.03601.03602.78191.236230對(duì)進(jìn)、出口段及水平段水頭損失進(jìn)行修正。 修正后進(jìn)、出口段，水頭損失減小。即進(jìn)、出口段水頭損失不變，因而進(jìn)、出口段及水平段水頭損失不必進(jìn)行修。各角隅點(diǎn)滲透水頭如下圖所示。40滲透壓力及對(duì)壩基的力矩計(jì)算。滲透壓力及滲透壓力對(duì)壩基的力矩計(jì)算主要考慮正常擋水，設(shè)計(jì)洪水和校核洪水，三種情況。a、正常擋水情況下圖5-5 正常擋水情況下各隅點(diǎn)滲透水頭損失b設(shè)計(jì)洪水情況下圖5-6設(shè)計(jì)洪水情況下各隅點(diǎn)滲透水頭損失C在校核情況下：圖5-7校核洪水情況下各隅點(diǎn)滲透水頭損失50出口段滲流坡降J出口段滲流坡降正常擋水情況下：所以按以上設(shè)計(jì)，壩體滲流穩(wěn)定滿足要求。5.1.3 溢流壩的抗滑穩(wěn)定與地基穩(wěn)定計(jì)算重力壩穩(wěn)定可能有三種情況：由于上游水推力作力而發(fā)生滑動(dòng)；在下平衡力矩的作用下傾覆；揚(yáng)壓力作用下而上浮，由于是漿砌石的容重大于水的容重，一般情況下會(huì)出現(xiàn)上浮情況。抗滑穩(wěn)定按純摩公式計(jì)算式中 K安全系數(shù) 應(yīng)力計(jì)算僅進(jìn)行上、下游邊緣正應(yīng)力計(jì)算，按公式。式中， 泥砂壓力式中壩體主要到自重、壩體上水重、淤砂重、以及上游水壓力、下游水壓力、淤砂壓力的作用，此處淤砂容重取10KN/m3，淤砂內(nèi)摩擦角，壩體容重23KN/m3，分別計(jì)算正常擋水期，設(shè)計(jì)水期和校核洪水期，壩體受力穩(wěn)定情況。1樞紐在正常擋水期，上游水位與溢流壩齊平，水位為740.00m,上游淤積高程為738.00m,下游水位731m;壩體自重分為I 、II、III 、IV塊，分別計(jì)算其重量并對(duì)底部中心取矩，壩體自重分塊如圖5-8圖5-8 壩體自重分塊所以自重 正常擋水情況下壩體受力圖如5-9圖5-9 正常擋水情況下壩體受力圖 .2. 樞紐宣泄設(shè)計(jì)洪水期,上、下游設(shè)計(jì)洪水位分別為743.737m和735.676m,上游泥沙淤積高程為736m。設(shè)計(jì)洪水期壩體上水重計(jì)算簡(jiǎn)化如圖5-10，其中，743.737，735.67，732.3111，分別為該工況下的上游水位，下游水位，下游收縮斷面水深，此處假設(shè)收縮斷面在反弧段未端。圖5-10 設(shè)計(jì)情況下壩體上水重計(jì)算圖所以水重 經(jīng)過上述計(jì)算設(shè)計(jì)洪水情況下壩體受力如圖5-11圖5-11 設(shè)計(jì)洪水情況下壩體受力圖3樞紐宣泄校核洪水期，上、下游校核洪水位分別為745.524m和737.689m，上游泥沙淤積到734m。校核洪水期壩體上水重簡(jiǎn)化為圖5-12其中745.524、737.689、733.3261分別為相應(yīng)工況下，上游水位、下游水位、下游收縮斷面水深，此處假設(shè)收縮斷面在反弧段未端。圖5-12校核情況下壩體水重計(jì)算圖經(jīng)過上述計(jì)算，校核洪水情況下壩體受力圖如圖5-13圖5-13 校核洪水情況下壩體受力圖將正常擋水情況下壩體穩(wěn)定情況、設(shè)計(jì)洪水情況下壩體穩(wěn)定情況，以及校核洪水情況下壩體穩(wěn)定情況計(jì)算成果列于表5-2。表5-2壩體在不同情況下壩體穩(wěn)定計(jì)算成果表項(xiàng)目正常擋水期設(shè)計(jì)洪水期校核洪水期水平力豎直力KN力矩KN.m水平力豎直力KN力矩KN.m水平力豎直力KN力矩KN. m自重W自4806.057-3223.4494806.057-3223.4494806.057-3223.449水重W水309.015-2957.715938.39-4192.9851285.352-4343.683淤砂重W砂255-2445195-1875120-1160揚(yáng)壓力U-2000.5931986.082-3027.50422168.5911-3429.5151944.6348上游水壓力P上1103.6255518.1251653.5259641.7041916.48211613.881上游淤砂壓力P砂183.739796.202131.553482.36188.064264.192下游水壓力P下-176.58-352.16-559.057-1987.498-789.758-3340.413合計(jì)1110.7843369.479-677.9151226.0212911.9431013.7241214.7882781.8941755.163抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K基底壓力KN/m2 表中結(jié)果顯示,正常、設(shè)計(jì)、校核三種工況下,壩基的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.365、1.069、1.031均高于規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)系數(shù)1.05,校核系數(shù)1.00；而壩體最大(最小)基底壓力分別為161.562KN/m2(144.754 KN/m2)、144.928 KN/m2(119.794 KN/m2),148.208KN/m2(104.692 KN/m2)，均低于地基承載力280KN/m2；基底不均勻系數(shù)分別為1.116、1.21、1.416均小于中等堅(jiān)硬緊密地基土質(zhì)設(shè)計(jì)2.0,校核情況下2.5的規(guī)定。5.1.4 大壩消能防沖設(shè)計(jì)大壩消能防沖措施主要在壩后修建消力池，設(shè)計(jì)主要確定消力池池深d，池長(zhǎng)LB，護(hù)坦厚高，海漫長(zhǎng)度LP。1消力池池深d的確定。先假定消力池池底高程731.00m確定E0,由計(jì)算出hc,并由求出,繪制曲線,在同一張圖紙上,從圖上找出為最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的池深設(shè)計(jì)流量。（此處=0.90）不同流量下確定ht，q ，E0如表5-3所示表5-3不同流量下確定ht，q ，E0流量Q(m3/s)293.871318.711599.642878.723074.118下游水深ht(m)0.5732.422.8304.3414.614單寬流量q(m3/sm)1.9598.79110.66419.19220.494上游水位與731之差E0(m)7.18210.89211.21012.55812.7314流量Q(m3/s)4491.275075.865949.0456879.0647865.343下游水深ht(m)6.1456.57.07.58.0單寬流量q(m3/sm)29.94233.83939.6645.8652.436上游水位與731之差E0(m)13.8814.3114.9115.50916.103由公式求躍前,躍后水深。其中計(jì)計(jì)算結(jié)果如表5-4表5-4不同單寬流量下求出的q(m3/s)1.9598.79110.66419.19220.49429.94239.6645.8652.436E0(m)7.18210.89211.21012.55812.731413.8814.9115.50916.103hc(m)0.1860.690.831.4441.53652.22.8673.2913.7411.964.4464.8866.5256.7368.0819.2399.88710.513根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪圖如圖5-