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1、鲁河镇水电站规划设计,1、设计任务及主要成果,1.1 设计任务求水电站保证出力和保证电能，水库防洪设计，推求设计洪水位、校核洪水位；确定工程等级；由设计洪水位、校核洪水位拟定挡水、泄水建筑物形式和尺寸；进行枢纽布置，绘制挡水、泄水建筑物典型剖面图,1.2 设计主要成果本设计主要包括以下四个部分：运用绷线法进行水库供蓄期划分并求得各时段调节流量，以此为基础求得保证出力6.62万KW、保证电能40449.02万KWh；运用试算法进行水库调洪演算，列表求得水库防洪高水位230.76m、设计洪水位231.37m及校核洪水位233.36m；由水库库容水位曲线及水位资料确定工程等级为大（2）型，永久性水工
2、建筑物中的主要建筑物为2级，次要建筑物3级和临时建筑物为4级。由设计洪水位、校核洪水位拟定挡水、泄水建筑物形式和尺寸；由前述设计数据进行枢纽布置，绘制挡水、泄水建筑物典型剖面图。,2、规划设计部分,2.1 保证出力和保证电能计算2.1.1 判定水库调节性能由Z死=190m，Z正=230m，则查水库库容曲线得出：V兴=V正-V死=(1584.24454.62)106=1129.62106m3；由坝址处流量资料计算的多年平均径流量为：W平均=2590.27106m3由水库库容系数：则初步分析为多年调节水库；,2.1.2 绷线法计算坝址处最枯枯水年组2.1.2.1 水量差积曲线、满库线及流量比尺（1
3、）绘制水量差积曲线的具体计算可按表21及其续表进行，其中要注意的是在计算过程中要将第栏中的流量单位转化为水量单位填入第栏，第栏中数值为第中的依次叠加。在此水平轴方向表示的流量Q定=80m3/s按计，根据该表可直接在直坐标网上点绘出水量差积曲线。,（2）满库线在水量差积曲线下方绘制与之平行的满库线，两者之间的纵距等于已知的兴利库容。（3）流量比尺水量差积曲线流量比尺的具体做法是：先画一水平线1，使线段1按时间比尺表示某一定时段t（本设计选取=30个月）。然后由其末端垂直向下作线段2，使线段2按水量比尺等于t Q定。这时水平线的方向代表Q定，而线段1的起点和线段2的终点连线指向即是流量等于零的方向
4、。将线段1和线段2末端连线及其延长线等分，即可绘制出水量差积曲线的流量比尺。,2.1.2.2 利用图解法确定水库供蓄期及各时段调节流量确定水库供蓄期及各时段调节流量的具体步骤为：（1）绘制水量差积曲线和满库线的公切线；（2）根据公切线的方向，在流量比尺上定出相应的流量值，它就是已知兴利库容能获得的符合设计保证率要求的调节流量，公切线的起讫点分别为等流量调节时水库供蓄期的起讫日期。利用绷线法划分水库供蓄期及各时段调节流量具体见下表。,2.1.3 保证出力及保证电能计算,2.2 水库防洪设计(推求设计洪水位、校核洪水位计算)2.2.1 洪水标准鲁河镇坝址断面处多年平均流量为83.0立米/秒。实测最
5、大洪峰流量为5440立米/秒，千年一遇洪水总量为11.0亿立方米，洪峰流量为11300立米/秒，万年一遇洪水总量为16.2亿立方米，洪峰流量为16600立米/秒，保坝洪水总量17.2亿立方米，洪峰流量为22000立米/秒。因此本次采用的设计洪水标准为：百年一遇设计（P=1）、万年一遇校核（P=0.01）。,2.2.2 洪水期水库调节方式 因水库下游有防洪要求，故最大下泄流量不能超过下游允许安全泄量Q安=4800m3/s，在来水流量小于Q安时，使用闸门使控制下泄流量等于来水流量，保证库水位控制在正常蓄水位；当来水流量大于安全泄量时，使用闸门控制使下泄流量等于安全泄量Q安，随着来水流量继续加大，水
6、库水位随之上升，当库水位大于防洪高水位时，为保证水库大坝安全，闸门全开，使来水按照水库下泄能力下泄。本次设计取防洪限制水位等于正常蓄水位，取安全泄量Q安=4800m3/s。,2.2.3 水库下泄能力计算水库泄流通道有以下四种：冲沙孔（设1孔）、泄洪孔（设4孔）、溢流坝泄洪（溢流前缘宽度60m）、水轮机发电过流。故总泄流量Q泄等于以上四种泄水建筑物泄流量总和，经试算可得水库水位泄量关系曲线。,2.2.4 防洪高水位计算当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位成为防洪高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。在本设计中，取下游防护对象的
7、设计洪水为4800，由百年一遇典型洪水经调洪演算求得相应Z防=230.76m。相应来水泄水过程线见下图。,2.2.5 设计洪水位计算水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位成为设计洪水位。本设计具体调节过程为：当来水流量大于下游安全泄量，采用闸门控制，使下泄流量等于Q安，此时，随着来水流量继续增大，水库水位持续上升，当库水位大于防洪高水位时，闸门全开，使来水按照大坝泄流能力下泄。在本设计中，取防洪高水位Z防=230.76m，由千年一遇典型洪水经调洪演算求得相应Z设计=231.37m。相应来水泄水过程线见下图。,2.2.7 校核洪水位计算水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位成为校核洪水位
8、。本设计具体调节过程为：当来水流量大于下游安全泄量，采用闸门控制，使下泄流量等于Q安，此时，随着来水流量继续增大，水库水位持续上升，当库水位大于防洪高水位时，闸门全开，使来水按照大坝泄流能力下泄。在本设计中，取防洪高水位Z防=230.76m，由千年一遇典型洪水经调洪演算求得相应Z校核=233.36m。相应来水泄水过程线见下图。,2.3 小结2.3.1 主要成果规划设计主要成果见下表。,2.3.2 本部分设计存在的不足在该部分的设计过程中主要存在如下不足：(1)在使用绷线法划分水库供蓄期及各时期调节流量求取过程中，由于绷线法主观因素较强，不可避免地对供蓄期时长及时段调节流量产生影响；（2）水库防
9、洪设计过程中，特别是特征水位求取过程中使用到试算法，计算量大且较多使用近似值。,3 水工建筑物设计部分,3.1 确定工程等级及坝型3.1.1 确定工程等级由校核洪水位233.36m查水库水位容积曲线读出库容为1.73亿，属于大（2）型，永久性水工建筑物中的主要建筑物为2级，次要建筑物3级和临时建筑物为4级。,3.1.2 确定坝型3.1.2.1 常用坝型及其适用条件 重力坝重力坝是最早出现的利用结构自重来维持稳定的坝型，常用混凝土或浆砌石的大体积挡水建筑物，一般做成上游面近似于铅直三角形断面。在上游水压力的作用下，主要依靠坝体自身重力产生的抗滑力来维持坝身的稳定。对地质地形的要求主要有以下几点：
10、坝基有足够强度，受力后有较小变形；有较小的透水性和较强的抗侵蚀性；基岩完整，没有难处理的断层、破碎带。拱坝拱坝是坝体向上游凸出，平面上呈拱形，拱端支承于两岸山体上的混凝土或浆砌石的整体结构。其要求坝址河谷相对宽度较窄，两岸基岩面大致对称，岸坡平顺无突变，且坝两端有足够大的岩体支承。土石坝土石坝是利用当地土、石材料建造的一种坝型，其能适应地基地形变化，对地形、地质条件要求较低。,3.1.2.2 坝型确定根据已有的地质地形条件及相关因素考虑，初步拟定本设计使用混凝土重力坝。3.2 确定非溢流坝段坝顶高程3.2.1 超高值h 的计算：h=h1%+hz+hc其中：h防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高
11、差，m；h1%累计频率为1%时的波浪高度，m；hc 安全加高，按下表采用；hz 波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差；,超高值h 的计算的基本数据,a.设计洪水位时h 计算：,b.校核洪水位时h 计算：,3.2.2坝顶高程确定a.设计洪水位的坝顶高程：,b.校核洪水位的坝顶高程：,为了保证大坝的安全，选取较大值，所以初步选取坝顶高程为236m。,3.3 非溢流坝实用剖面的设计和静力校核3.3.1 非溢流坝实用剖面的拟定拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，本次设计采用上游坝面铅直，下下游面倾斜的形式，坡度为1：0.75。坝址处河底高程11
12、0m，河中基岩深度68m，取河中开挖至新鲜基岩面8m深度，故有坝底高程：,a.坝高取：236-102=134mb.坝顶宽度：坝顶宽度取坝高的10%即为13.4m，取14m。c.坝底宽度：,取B=99m,d.基础灌浆廊道尺寸拟定：基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为2.53m，高为34m，为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面3.03.5m，形状采用城门洞型。e.廊道的位置：廊道的上游避距离上游面10.5m廊道底部距离坝底面6m，初步拟定坝体形状剖面如图。,3.3.2 确定设计水位和校核水位下的荷载组合及荷载计算,荷载计算成果表,3.3.3 对两
13、种工况进行非溢流坝的抗滑稳定计算，校核其安全性重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法进行计算和验算，设计洪水位情况和校核洪水位情况按承载能力极限状态验算。基本公式：,1、设计洪水位时：,满足要求,2、校核洪水位时：,满足要求,3.3.4 非溢流坝坝底边缘应力校核,3.4 溢流坝剖面的拟定和消能设计3.4.1 溢流坝剖面拟定本设计采用的溢流坝的基本剖面为三角形。其上游面铅直，溢流面由顶部的曲线、中间的直线、底部的反弧三部分组成。（1）坝顶曲线段溢流坝顶部采用曲线形式，该设计上游段曲线采用椭圆型曲线，下游段选用WES 曲线。,（2）中间直线段中间直线段与坝顶部下游曲线和下部反弧段相切，坡度和挡水坝一
14、致，取1：0.75。（3）反弧段a.溢流堰下游反弧段半径，应结合下游消能设施来确定。本次设计选用挑流消能。对于挑流消能，可按下式求得反弧段半径：R=(410)h,E0上游最高水位与反弧段最低点的距离。,取,b.挑角挑角越大，射程越大，但挑角增大，入水角也增大，水下射程减小。同时入水角增大后，冲刷坑深度增加。一般在200300之间，在此取300。c.挑坎高度：挑坎应高出下游水位，一般以12m 为宜。计算时按设计洪水位情况考虑。取挑坎最低高程等于下游水位，挑坎最高点与最低点间距离为R(1-cos)。故挑坎高度：,3.4.2 消能防冲设计 1.选择孔口尺寸：本次设计选用平板闸门，闸门厚度最小为1.52.0m，取d=2m。因为本次设计属于大中型坝，故初拟取孔口宽度取为b=12m，孔口宽高比 1.02.0本次取1.5，所以孔高8m。本次设计闸墩选用上游段为圆弧形，下游段为方形的半圆形。2.确定消能方式考虑到本次设计的重力坝属于高坝，下游地质条件比较好的情况，决定选用挑流消能。挑流鼻坎设计a.挑流鼻坎有连续式和差动式，该设计选用连续式鼻坎；b.鼻坎高程：,c.反弧半径：R=12m；d.根据实际工程情况，该设计挑射角取=30；水舌挑距L 的估算 根据规范，水舌挑距L可按下式计算：,堰面流速系数，,最大冲坑水垫厚度的计算 根据规范，最大冲坑水垫厚度可按下式计算：,冲刷系数，本设计取0.8。,
