水利樞紐工程布置的原則和方案選定,水利工程論文

水利樞紐工程布置的原則和方案選定,水利工程論文1)為使工程能發(fā)揮最大的經濟效益，樞紐布置應綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運、漁業(yè)、林業(yè)、交通、生態(tài)及環(huán)境等各方面的要求。應確保樞紐中各主要建筑物，在任何工作條件下都能協調地、無干擾地進行正常工作。2)為方便施工、縮短工期和能使工程提早發(fā)揮效益，樞紐布置應同時對工程施工的導流方式、導流標準和導流程序、主要建筑物的施工方式方法及施工進度計劃等進行綜合分析研究。工程實踐證明，統(tǒng)籌得當不僅能方便施工，還能使部分建筑物提早發(fā)揮效益。樞紐布置應做到在知足安全和運用管理要求的前提下，盡量降低樞紐總造價和年運行費用;如有可能，應考慮使一個建筑物能發(fā)揮多種作用。例如，使一條隧洞做到灌溉和發(fā)電相結合;施工導流與泄洪、排沙、放空水庫相結合等。3)在不太多增加工程投資的前提下，樞紐布置應與周圍自然環(huán)境相協調，應注意建筑藝術、力求造型美觀，加強綠化環(huán)保，因地制宜地將人工環(huán)境和自然環(huán)境有機地結合起來，創(chuàng)造出一個完美的、多功能的宜人環(huán)境。2、水利樞紐布置方案的選定水利樞紐設計需通過論證比擬，從多項樞紐布置方案中選出一項最優(yōu)方案。最優(yōu)方案應該是技術上先進、經濟上合理、施工期短、運行可靠以及管理維修方便的方案。需論證比擬的內容有下面6個方面:2.1主要工程量如土石方、混凝土和鋼筋混凝土、砌石、金屬構造、機電安裝、帷幕和固結灌漿等工程量。2.2主要建筑材料數量如木材、水泥、鋼筋、鋼材、砂石和炸藥等用量。2.3施工條件如施工工期、發(fā)電日期、施工難易程度、所需勞動力和施工機械化水平等。2.4運行管理條件如泄洪、發(fā)電、通航能否互相干擾、建筑物及設備的運用操作和檢修能否方便，對外交通能否便利等。2.5經濟指標指總投資、總造價、年運行費用、電站單位千瓦投資、發(fā)電成本、單位灌溉面積投資、通航能力、防洪以及供水等綜合利用效益等。2.6根據樞紐詳細情況，需專門進行比擬的項目如在多泥沙河流上興建水利樞紐時，應注重泄水和取水建筑物的布置對水庫淤積、水電站引水防沙和對不游河床沖刷的影響等。上述項目有些可定量計算，有些則難以定量計算，這就給樞紐布置方案的選定增加了復雜性，因此，必須以國家研究制定的技術政策為指導，在充分把握基本資料的基礎上，以科學的態(tài)度，實事求是地全面論證，通過綜合分析和技術經濟比擬選出最優(yōu)方案。3、案例分析案例分析主要包括下面2個方面:3.1工程大概情況某水利工程樞紐是為解決工程來水與用水在時間和水量分配上存在的矛盾，而修建的以擋水建筑物為主體的建筑物綜合運用體，工程樞紐由擋水、泄水、放水及某些專門性建筑物組成。在進行樞紐布置時，主要是研究和確定樞紐中各個水工建筑物的互相位置。該項工作牽涉泄洪、發(fā)電、通航、導流等各項任務，并與壩址、壩型密切相關，需統(tǒng)籌兼顧，全面布置，認真分析，全面論證，最后通過綜合比擬，從多個比擬方案中選出最優(yōu)的樞紐布置方案。3.2樞紐建筑物的布置樞紐建筑物的布置主要包括:擋水建筑物土石壩、泄水建筑物泄洪隧洞和水電站建筑物。3.2.1擋水建筑物土石壩經過比擬選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩條較有利的壩軸線作為備用壩址的兩個方案通過下面幾個方面定性地加以比擬，最終確定壩軸線位置。3.2.1.1地質條件Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案均處在以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過的地層中，地質條件較為類似，但Ⅰ－Ⅰ剖面，河床覆蓋層厚平均20m，河床中部最大34m，壩肩除了10m左右范圍的風化巖外，其余為堅硬玄武巖，地質構造總體良好。Ⅱ－Ⅱ剖面出與Ⅰ－Ⅰ剖面具有大致一樣厚度的覆蓋層及風化巖外，然而底部玄武破碎帶縱橫交織，滲流比擬嚴重，需要進行的地基處理工程量大，進而增加了總體工期和造價。因而從地質條件來比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。3.2.1.2地形條件Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案都位于該江中游地段的峽谷地帶，河床平緩，坡降不大是其主要地形條件。但此樞紐具有過木要求，所以必須在樞紐布置中考慮到能否對過木有利。Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案水流較為平順，壩趾附近無較明顯河道彎曲出現;而Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案壩趾下面不遠處緊接河道拐彎處，水流不利于過木。所以，從地形條件來比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。建筑材料:由于Ⅰ－Ⅰ壩軸線和Ⅱ－Ⅱ壩軸線附近建筑材料都比擬豐富，覆蓋層淺，開采條件較好，而且河谷地地形平坦，采運都比擬方便，所以，在建筑材料方面不能區(qū)分出兩種方案的優(yōu)劣。3.2.1.3施工條件及工程量從地形圖上能夠看出:Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案在布置施工場地、內外交通運輸和進行施工導流等方面沒有明顯的區(qū)別，兩種方案都是比擬便于施工的。通過比擬兩軸線河寬，發(fā)現Ⅰ－Ⅰ壩軸線的河寬比Ⅱ－Ⅱ壩軸線河寬窄，這樣能夠減小工程量，降低工程造價。因而，在在施工條件及工程量方面，Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。3.2.1.4綜合效應對于不同壩址與相應的壩址選擇，不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運等部門的經濟效益，還要考慮庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。對于Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案，通太多方面比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。所以，綜合考慮以上因素，壩軸線選在1－1剖面處。而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價。3.2.2泄水建筑物泄洪隧洞經以上分析可知，本工程選用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞道路的選定是設計中非常重要的一環(huán)，關系到隧洞的造價和運用可靠性。應在地質勘探基礎上，擬定不同方案進行技術經濟比擬優(yōu)選，爭獲得到地質條件良好、道路短、水流順暢以及對水利樞紐其他建筑物無互相影響的洞線方案。此處從下面3方面定性地比擬隧洞布置在左岸和右岸兩種方案:3.2.2.1地質條件左岸的主要巖石構成主要包括:大量的凝灰?guī)r，大量的半風化玄武巖和少量的堅硬玄武巖。右岸主要巖石構成主要包括:大量的堅硬玄武巖和半風化玄武巖。凝灰?guī)r成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與風化后成為碎屑的混合物近似，遇水崩解，浸透性很小;半風化玄武巖建議采用的抗壓強度為50MPa，強度不高，力學性質不佳。堅硬玄武巖一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構造，并間或有方解石脈，石英脈等貫穿華而不實，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進來的。堅硬玄武巖強度高，力學性質出眾，建議采用抗壓強度100－160MPa。壩址附近無大的斷層，但左右岸露出的巖石，節(jié)理十分發(fā)育，所以左右岸都常見巖塊崩落的現象。因而，就地質條件來比擬右岸優(yōu)于左岸。3.2.2.2水文地質條件本地區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強烈透水層，故地下水不是很豐富，對工程比擬有利。但左岸多為凝灰?guī)r和半風化玄武巖，而右岸多為堅硬玄武巖和半風化玄武巖，根據壓水試驗資料，凝灰?guī)r和堅硬玄武巖都是不透水性良好的巖層，而半風化玄武巖則為透水性良好的巖層。所以就水文地質條件不能充分判定左岸方案和右岸方案的優(yōu)缺點。3.2.2.3道路相關指標從已給出的地形圖能夠看出，若在左岸布置泄洪隧洞則需要相當長的道路，而且中間必然會出現彎段，然而盡量避免出現彎段是水工隧洞布置的1個基本原則。若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞能夠直接和主河道相連，不出現較大角度的彎段，進而減少了出現水力不利條件的幾率，進而減少了襯砌等部位的造價，而且隧洞道路長度大大減小，減少了大量的開挖量，所以無論對于施工量和工程造價來講，右岸方案都優(yōu)于左岸。因而，為增加隧洞穩(wěn)定、縮短隧洞長度、減小開挖工程量和降低隧洞的工程造價，泄洪隧洞布置在右岸，這樣水流經隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利?？紤]到電站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以遠離壩腳和廠房為好。為減小泄洪時引起的電站尾水波動，以及防止沖刷壩腳，兩者進出口相距80～100m以上。3.2.3水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在右岸，在泄洪隧洞與大壩之間;由于風化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅硬玄武巖上，開關站布置在廠房附近。4、結語通過上述分析，可知水利樞紐的布置方案的選擇是一項非常復雜的工作，應該根據各個方面的因素，選擇合理、經濟的布置方案。以下為參考文獻:［1］陳建林，江權，周輝．錦屏二級水電站尾部廠樞紐布置方案研究［J］．巖土力學，2008(11):31－36．［2］李捷，大型水電樞紐工程施工中砂石骨料及混凝土系統(tǒng)布置方案優(yōu)選研究［D］．烏魯木齊:新疆農業(yè)大學，2006．［3］鄭守仁．三峽工程在我們國家水電可持續(xù)發(fā)展中的地位及作用［J］．人民長江，2020，43(10):1－6．［4］陸宗磬．萬家寨水利樞紐布置及設計特點［J］．中國水利，1998(11):25－27．［5］陳志強，侍克斌．水利樞紐工程壩型選擇影響因素的分析［J］．中國農村水利水電，2007(08):62－66．［6］陳敏，黃維華．小浪底水利樞紐工程的全經過投資控制［J］．河南科技大學學報:自然科學版，2006，27(02):63－67．［7］白建宏．磨盤山水利樞紐工程水土保持監(jiān)測通報［J］．水土保持應用技術，2006(03):46－47．［8］楊白軍．水利樞紐工程大壩施工填料分區(qū)利用研究［J］．企業(yè)技術開發(fā)，2018，30(15):48－49．［9］陳建，詹曉群．淺析水利樞紐工程水土保持方案設計［J］．江西水利科技，2003，29(03):162－165．［10］常志平，李亞萍，鄭世茂．某水利樞紐工程主要施工設備方案研究［J］