水利水电工程南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计

毕业设计（论文）说明书题目南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计专业水利水电工程2015年南沟门常态混凝土重力坝及溢流坝段设计摘要南沟门水利枢纽工程位于陕西省延安市黄陵县境内，坝址位于葫芦河河口上游3公里处的南沟门附近，距黄陵县城约25公里，距洛川县城约17公里，距延安市约120公里，距西安市约180公里。该水利枢纽工程主要任务是向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善当地灌溉条件，并利用供水进行发电。本设计主要包括以下几个方面的内容首先根据给定的地质及水文气象等资料，分析选定坝址确定坝轴线，然后结合坝址地形，进行了枢纽布置，再用单辅助线半图解法进行调洪演算，进而确定各特征水位与泄水建筑物的布置与尺寸。其次进行大坝建筑物的设计，分别设计了非溢流坝段，溢流坝段以及底孔坝段等。非溢流坝段的设计，主要内容有大坝基本断面的确定、坝顶高程的确定、坝顶宽度的确定；溢流坝段的设计，主要有堰顶高程的确定、溢流面线形的确定、消能防冲计算；底孔的设计，主要有进口高程的确定和底孔形式的选择以及进口曲线的确定，在此过程中还进行了溢流坝水面线等水力计算。在设计完建筑物之后，分别按水利行业规范和电力行业规范用材料力学法进行了坝基面和810米高程坝体水平面在正常蓄水位以及地震情况下的稳定分析和应力计算。之后进行了坝顶、廊道系统、排水系统等构造设计以及地基处理方面的设计。具体设计详见设计说明书，以及反映本次设计成果的五张CAD设计图纸。关键词常态混凝土重力坝；非溢流坝；溢流坝；底孔；稳定及应力分析THEDESIGNOFNANGOUMENNORMALCONCRETEGRAVITYDAMANDOVERFLOWSECTIONABSTRACTTHENANGOUMENWATERCONTROLPROJECTISLOCATEDINHUANGLINGCOUNTY,YANANCITY,SHAANXIPROVINCETERRITORY,NANGOUMENDAMLOCATEDTHREEKILOMETERSUPSTREAMOFHULURIVERESTUARY,ABOUT25KILOMETERSFROMTHECITYHUANGLINGCOUNTY,ABOUT17KILOMETERSFROMTHECOUNTYLUOCHUANFROMYANANCITY,ABOUT120KILOMETERS,ABOUT180KILOMETERSAWAYFROMXIANTHEHYDROPROJECTMAINTASKISTOYANANPETROCHEMICALINDUSTRIALBASEANDLOCALURBANANDRURALDOMESTICWATERSUPPLY,IMPROVELOCALIRRIGATIONANDUSEOFWATERFORPOWERGENERATIONTHEDESIGNINCLUDESTHEFOLLOWINGASPECTSFIRST,AGIVENGEOLOGICALANDHYDROLOGICALANDMETEOROLOGICALDATA,ANALYZESELECTEDDAMDAMAXISISDETERMINEDANDTHENCOMBINEDDAMTERRAIN,WERETHEHUBARRANGEMENT,THENASINGLEAUXILIARYLINESEMIGRAPHICALFLOODROUTINGMETHOD,ANDTODETERMINETHELAYOUTANDDIMENSIONSOFTHEWATERLEVELANDDISCHARGECHARACTERISTICSOFTHEBUILDINGSECONDLY,THEDESIGNOFDAMBUILDING,WEREDESIGNEDNONOVERFLOWSECTION,ANDBOTTOMOUTLETDAMOVERFLOWSECTIONANDSOONDESIGNOFNONOVERFLOWSECTION,THEMAINCONTENTISDETERMINEDCRESTELEVATIONDETERMINATION,DETERMINETHEWIDTHOFTHEDAMCRESTPRIMARYSECTIONDESIGNOVERFLOWSECTIONOFTHEMAINCRESTELEVATIONDETERMINATION,LINEAROVERFLOWSURFACEOK,ENERGYDISSIPATIONCALCULATIONBOTTOMOUTLETDESIGNEDMAINLYIMPORTEDELEVATIONDETERMINETHECHOICEOFFORMANDBOTTOMHOLEANDIMPORTCURVES,INTHEPROCESSALSOHADHYDRAULICCALCULATIONOVERFLOWDAMWATERLINESAFTERCOMPLETINGTHEDESIGNOFBUILDINGS,RESPECTIVELY,ACCORDINGTOTHEWATERINDUSTRYANDPOWERINDUSTRYNORMSREGULATETHEMATERIALMECHANICSMETHODOFTHEDAMFOUNDATIONANDDAM810METERSELEVATIONLEVELINTHECASEOFTHENORMALWATERLEVELANDSEISMICSTABILITYANALYSISANDSTRESSCALCULATIONAFTERTHEDESIGNWASCONSTRUCTEDCRESTCORRIDORSYSTEMS,DRAINAGESYSTEMSASWELLASGROUNDHANDLINGASPECTSOFTHEDESIGNDETAILEDDESIGNSPECIFICATIONSDETAILEDDESIGN,ANDDESIGNRESULTSREFLECTTHEVIEWSOFFIVECADDESIGNDRAWINGSKEYWORDSNORMALCONCRETEGRAVITYDAMDAM；NONOVERFLOWDAM；OVERFLOWDAM；BOTTOMDAM；STRESSANALYSISANDSTABILITYCALCULATION第1章工程概述111工程概况112工程规模113工程特性表2第2章基本资料321水文气象3211流域概况3212水文资料3213泥沙7214气象822工程地质9221区域地质概况9222水库区工程地质条件9223坝址工程地质条件1123天然建筑材料14第3章正常蓄水位确定及调洪计算1631初拟死水位1632正常蓄水位确定1633调洪计算18331调洪计算的目的18332调洪计算的原理19343调洪计算过程20第4章枢纽布置2841坝址选择2842坝型选择2843枢纽布置29第5章建筑物设计3151非溢流坝段设计31511坝体剖面设计3152溢流坝段设计34521溢流坝面体型设计35522闸门与边墩39523消能防冲计算39524溢流坝面水面线计算4053泄洪排沙底孔设计4654工业取水管设计49第6章非溢流坝段抗滑稳定及应力计算5061坝基面上的计算50611荷载计算50612荷载组合55613坝基面稳定及应力计算5662高程为810M处截面上的计算67621荷载计算68622荷载组合71623810高程面稳定及应力计算71第7章构造设计8471坝顶构造8472廊道系统85721坝基灌浆廊道85722检查和坝体排水廊道8573防渗与排水系统8574坝体分缝及止水8675坝体材料分区87第8章地基处理8881坝基开挖及处理8882帷幕灌浆与固结灌浆89821基岩固结灌浆89822坝基的帷幕灌浆8983坝基排水9084断层、软基夹层处理90第9章安全监测设计9091渗流观测90911扬压力观测90912渗水量观测91913绕坝渗流观测9192外部变形观测91921水平位移观测91922坝体绕度观测91923基础变形观测9193大坝内部观测91第10章设计成果总结92101毕业设计成果总结92102存在的主要问题93致谢95参考文献96第1章工程概述11工程概况南沟门水库工程位于陕西省延安市黄陵县境内，由葫芦河南沟门水库、洛河引洛入葫马家河引水枢纽和输水隧洞三部分组成。南沟门水库位于洛河支流葫芦河下游，距黄陵县城约20公里。水库坝址距河口3KM，控制流域面积5443KM2，占全流域面积的999。工程由拦河坝、溢流坝、泄洪排沙底孔、发电引水洞等组成。马家河引水枢纽位于洛河中游洛川县西北约12KM的马家河村，距下游交口河水文站约38KM，坝址以上流域面积11548KM2，占洛河流域总面积的429。引洛入葫输水隧洞洞长6115KM。南沟门水库工程主要任务为向延安石油化学工业基地及当地城乡生活供水，改善灌溉条件，并利用供水进行发电。12工程规模根据防洪标准（GB5020194）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000）的规定，南沟门水利枢纽工程为等大（2）型工程。设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为5000年一遇。不同洪水标准见表11。表11南沟门水库永久泄水建筑物洪水标准及量值表运用状况洪水重现期（年）洪峰流量（M3/S）正常运用（设计）1001130非常运用（校核）5000291013工程特性表表12南沟门混凝土重力坝工程特性表工程名称南沟门水利枢纽工程建设地点陕西省延安市黄陵县所在河流葫芦河水文特征坝顶轴线全长514流域面积5449KM2地震烈度6度设计洪峰流量P11130M3/S二泄洪建筑物校核洪峰流量P0022910M3/S1溢流坝水库特征堰顶高程848M正常蓄水位848M每孔净宽9M设计洪水位P18495M孔数1个校核洪水位P018519M最大泄量设计15037M3/S死水位827M消能方式挑流消能最大库容8519M以下14273万M32底孔死库容827M以下1988万M3孔口尺寸35M3M主要建筑物进口中心线高程803M一大坝孔数1个坝型常态混凝土重力坝最大泄量设计29256M3/S坝顶高程8523M最大坝高723M坝基面高程7800M第2章基本资料21水文气象211流域概况洛河是渭河的一级支流，发源于陕北定边县白云山南麓，自西北东南流经陕、甘两省18个县市，干流经我省的吴旗、志丹、甘泉、富县、白水，于大荔县东南注入渭河。流域面积26905KM2，流域平均宽度396KM，干流全长6803KM，河道平均比降153。洛河两岸支流众多，水系呈羽状分布。集水面积大于1000KM2的支流有周河、葫芦河、沮河三条，该河上游为黄土丘陵沟壑区，中游两侧分水岭为子午岭林区和黄龙山林区，中部为黄土塬区，下游进入关中地区，为黄土阶地与冲积平原区。葫芦河系洛河最大的一条支流，发源于甘肃省华池县的老爷岭，自西北流向东南，流经甘肃省华池县和陕西省富县、黄陵县，于洛川县交口河镇汇入洛河。葫芦河流域面积5449KM2，流域平均宽度232KM，干流总长2353KM，河道平均比降237。流域地形西北高、东南低，上游地区地形破碎，梁峁密布，沟壑纵横，河谷深切，基岩出露，为黄土丘陵沟壑区，植被较好；中游主要为黄土林区；下游为黄土塬区，植被较差。212水文资料洛河流域水文观测历史较长，已基本形成了全流域的水文站网。干流自上而下设有吴旗（金佛坪）、刘家河、交口河、状头4个水文站，支流葫芦河设有张村驿水文站。测站布设合理，基本能控制干支流的水文情势。本工程水文分析计算主要涉及葫芦河张村驿水文站及洛河干流刘家河、交口河及状头水文站。这些站均有40年以上的水文观测资料，本次对各站的资料在以往工作的基础上再次进行了分析检查，其成果可满足设计需要。2121径流葫芦河和洛河的径流主要由降水形成，水情随降水的变化而变化。河流的水量，汛期主要由降水补给，枯水季节主要依靠稳定的地下水补给，径流年际变化大，年内分配不均。据葫芦河张村驿水文站19582005年资料统计，多年平均径流量114亿M3，最大年径流量313亿M3（1964年），最小年径流量060亿M3（1960年），最大值和最小值分别为平均值的275倍和053倍；汛期79月径流量占全年径流量的396，枯水季节122月径流量仅占全年径流量的140。南沟门水库坝址径流计算，选择张村驿水文站作为参证站；据葫芦河张村驿站、洛河交口河站葫芦河张村驿站、状头站19582005年天然年径流系列分别进行频率计算，按矩法初步估算统计参数，然后采用P型曲线适线确定统计参数。南沟门水库坝址位于张村驿站以下69KM处，坝址以上流域面积为5443KM2，张村驿水文站南沟门水库坝址区间流域面积728KM2，占南沟门坝址流域面积的134，坝址年径流按张村驿站的年径流按面积比并考虑降水修正计算，成果见表21。表21南沟门水库坝址年径流计算成果表（单位亿M3）统计参数P（）站名均值CVCS/CV525507595南沟门坝址13104030233159122092906612122洪水（1）暴雨洪水特性葫芦河和洛河的洪水主要由暴雨形成。暴雨特性和流域下垫面决定了河流的洪水特性。暴雨最早发生在4月，最迟出现在10月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在78月。葫芦河的洪水具有峰不高，量较大的特点。洛河洪水常携带大量泥沙，洪水具有来势迅猛、历时短、暴涨暴落，峰高量小，峰型尖瘦的特点。（2）历史洪水及重现期1957年黄委设计院曾对葫芦河的洪水进行过调查，198284年陕西省水电厅在进行陕西省洪水调查汇编中，对调查成果进行了复核，认为黄委设计院调查到的1933年洪水的洪峰流量503M3/S基本可靠。1996年葫芦河发生大洪水后，陕西省水利设计院对该河的洪水进行了调查，认为1996年洪水大于1933年洪水，张村驿站洪峰流量1210M3/S可靠，并将1996年洪水的重现期定为100年。（3）设计洪水南沟门水库坝址设计洪水计算应包括洪峰流量、时段洪量及洪水过程线。和年径流计算相同，南沟门水库坝址设计洪水计算的参证站仍选择张村驿水文站。洪水资料的选样采用独立选取年最大值的方法。洪峰流量每年选取一个最大的瞬时值；洪量按固定时段独立选取年最大值法。根据葫芦河的洪水特性和水库的调洪能力、调洪方式等因素，洪量的计算时段确定为24小时和72小时。南沟门坝址设计洪水计算A张村驿站洪峰、洪量计算用张村驿站19572005年48年洪水系列进行频率计算，加入1933年调查洪水，按不连序系列进行频率计算，洪峰流量计算时，将1996年洪水作为特大值处理，其重现期为100年，由于1933年洪水量级不大，视为常规洪水加入计算；时段洪量计算时，由于1996年、2003年洪水量级相当，1996年24小时洪量、2003年72小时洪量为1933年以来最大洪水，其重现期确定为73年。峰、量统计参数的初值用矩法估算，按P型曲线适线，计算得到张村驿站洪峰流量，24小时、72小时洪量的统计参数和不同频率的洪峰流量、时段洪量见表22。表22张村驿站设计洪水计算成果表统计参数P特征值均值CVCS/CV001002005010203312510QMM3/S120166302950264022501950167014601030780480280W24万M341010530500045603990356031402830218017801270908W72万M373008306030557049504480402036802950250019001470B南沟门水库坝址洪峰、洪量计算南沟门水库坝址的设计洪水采用张村驿站的洪水计算成果按面积比拟法计算。计算时，洪峰流量的面积比指数取067，洪量的面积比指数取1，计算成果见表23。表23南沟门水库坝址设计洪水计算成果表P洪水特征量001002005010203312510QMM3/S3250291024802150184016101130860520310W24万M35770526046104110363032702520206014701050W72万M36960643057105170464042503410289021901700南沟门水库坝址设计洪水成果的合理性分析A洪峰流量和不同时段洪量频率分析成果比较比较张村驿站洪峰流量、年最大24小时洪量、72小时洪量的平均流量可以看出洪峰流量（120M3/S大于24小时洪量的平均流量（475M3/S），24小时洪量的平均流量大于72小时洪量的平均流量（282M3/S），72小时洪量的平均流量大于多年平均流量（368M3/S），说明洪水特征量的均值是合理的。变差系数CV随着历时的增加而减小，即洪峰流量的CV（166）大于24小时洪量的CV（105），24小时洪量的CV大于72小时洪量的CV（08），72小时洪量的CV大于年径流的CV（040），可见CV符合葫芦河流域水文变化规律。CS/CV为30，符合该地区规律。B用峰、量关系合轴相关图检查把张村驿站同次洪水的洪峰流量、24小时洪量、72小时洪量点绘在合轴相关图上，其关系较好，且时段越近，关系越密切。通过点群中心分别在第1象限、第4象限、第3象限定出QM72、2472、QM24关系线，把洪峰流量及洪水总量的设计值点绘在相关图上，与实测点据尚能协调。以上分析说明，张村驿站的设计洪水计算成果是合理的。张村驿站流域面积占南沟门坝址867，采用面积比拟法计算的南沟门坝址洪水较合理。213泥沙根据张村驿站19582005年悬移质实测资料统计，该站多年平均输沙量105万T，多年平均含沙量922KG/M3，汛期平均含沙量197KG/M3，实测最大含沙量为537KG/M3。最大年输沙量643万T，最小年输沙量仅有15万T，最大年输沙量为最小年输沙量的429倍，而最大年径流量仅为最小年径流量的522倍。沙量主要集中于汛期，79月输沙量占年输沙量的805。张村驿站南沟门坝址区间为黄土塬区，该区间无泥沙实测资料，悬移质输沙模数采用张村驿以上流域和（交口河刘家河张村驿）区间输沙模数的平均值808/KM2计算，计算结果为588万T。南沟门水库坝址悬移质输沙量为张村驿站和张村驿站南沟门坝址区间输沙量之和，其值为164万T，若悬移质的容重按13T/M3估算，合126万M3。葫芦河及邻近相似流域无推移质观测资料，计算采用推悬比法，推悬比根据一般情况下丘陵区河流推悬比为005015，结合该河流具体情况，取007，计算得到南沟门水库坝址多年平均推移质输沙量115万T。若推移质的容重按17T/M3估算，合676万M3。南沟门水库坝址的天然输沙量为悬移质输沙量和推移质输沙量之和，其值为176万T，合133万M3。根据张村驿站19582005年悬移质实测资料统计，该站多年平均输沙量105万T，多年平均含沙量922KG/M3，汛期平均含沙量197KG/M3，实测最大含沙量为537KG/M3。最大年输沙量643万T，最小年输沙量仅有15万T，最大年输沙量为最小年输沙量的429倍，而最大年径流量仅为最小年径流量的522倍。沙量主要集中于汛期，79月输沙量占年输沙量的805。张村驿站南沟门坝址区间为黄土塬区，该区间无泥沙实测资料，悬移质输沙模数采用张村驿以上流域和（交口河刘家河张村驿）区间输沙模数的平均值808/KM2计算，计算结果为588万T。南沟门水库坝址悬移质输沙量为张村驿站和张村驿站南沟门坝址区间输沙量之和，其值为164万T，若悬移质的容重按13T/M3估算，合126万M3。葫芦河及邻近相似流域无推移质观测资料，计算采用推悬比法，推悬比根据一般情况下丘陵区河流推悬比为005015，结合该河流具体情况，取007，计算得到南沟门水库坝址多年平均推移质输沙量115万T。若推移质的容重按17T/M3估算，合676万M3。南沟门水库坝址的天然输沙量为悬移质输沙量和推移质输沙量之和，其值为176万T，合133万M3。根据引洛入葫南沟门水库工程淤积形态分析计算结果，水库库区的淤积形态为典型的三角洲淤积形态。水库运用60年后，干流淤积三角洲尚未推进至坝前，坝前淤积滩面高程为81484M。泥沙浮容重按80KG/M3计算，内摩擦角取为28。214气象洛河流域属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，春季干旱多风，夏季气候温热，秋季凉爽多雨。气候在地区分布上差异较大，流域内年降水量由东南至西北递减。黄陵县和洛川县气象站的实测资料基本能反映工程所在地的气象特征。据黄陵县气象站19701987年（1988年改为辅助站）实测资料统计，多年平均气温93，极端最低气温214（1975年12月12日），最高气温365（1973年8月3日），多年平均降水量631MM，多年平均风速31M/S，重现期50年最大风速220M/S（1987年5月16日），风向NNW，多年平均最大风速161M/S。正常蓄水位和设计洪水位是风作用于水域的长度为30KM，校核洪水位时风作用于水域的长度为32KM。多年平均日照时数2416H，多年平均相对湿度64，最大冻土深度69CM。22工程地质221区域地质概况工程区位于陕北黄土高塬南部的黄土梁峁区，河谷内最低高程600M，两岸黄土塬面高程9001100M，沟谷发育，地形破碎。区内广布新生界及中生界地层，自东南而西北中生界地层由老而新依次有三迭系、侏罗系、白垩系陆相碎屑岩、新生界上第三系碎屑岩及第四系黄土等松散堆积。工程区构造单元属于鄂尔多斯台坳南部，位于子午岭次级向斜以东，区内地质构造简单，岩层产状平缓，构造作用微弱，区域稳定性好，对水工建筑物抗震有利。根据中国地震动参数区划图GB183062001的划分，本区地震动峰值加速度为005G，相应的地震基本烈度为度。222水库区工程地质条件2221基本地质条件水库区地处黄土高原强烈侵蚀区，河流切割基岩深达50余米，河谷两岸沟谷纵横，相对高差200300M。库区广泛分布第四系风、冲积松散堆积物，仅在河谷及大的冲沟内有三迭系河湖相砂泥（页）岩出露。库区位于宽缓的单斜构造区，岩层向西北缓倾，倾角25。地质测绘发现有小断层9条。常见节理为两组高倾角剪切节理，走向NNW和NEE，互为正交，呈棋盘格式，裂隙一般呈闭合状展布。工程区42KM2内发育规模大小不等的滑坡76个（其中坝址区20个）。多为土质滑坡，滑动面位于土石接触带附近。大的滑坡长度200500M，宽度200300M。库区地下水可分为潜水和基岩承压水两类。孔隙潜水含水层主要为漫滩至二级阶地的砾石层，补给来源以大气降水和基岩裂隙水为主。裂隙潜水含水层为砂岩，多以下降泉形式排泄于河床，出露高程在840890M，受黄土塬区地下迳流补给，单泉流量00101L/S。承压水分布于河床下部基岩中，含水层一般为砂岩，隔水层为泥（页）岩，由于砂泥（页）岩层位不稳定，承压水具多层性和不连续性。潜水水化学类型为HCO3KNACA或MG型水。2222主要工程地质问题（1）水库渗漏。库区两岸塬面较宽，无低邻谷分布，库盆周边岩体完整，无大的构造断裂，库岸基岩顶板及地下水位高于水库设计正常蓄水位高程8480M，不存在永久性渗漏问题。（2）水库岸坡稳定问题南沟门水库正常蓄水位高程8480M，水库回水周边长530KM，库岸边坡按结构和岩性分为岩质边坡、黄土边坡、滑坡三种类型。岩质边坡占库岸边坡长度的75，岩面高于水库正常蓄水位27M。岩体较完整，自然边坡4060，基本稳定，水库蓄水后，局部存在小型的崩塌掉块，但其规模不大于1000M3。黄土边坡主要分布于河流凸岸处，占库岸总长度的94，自然边坡5055。蓄水后在梁家河、河地、荆滩、下汪村、史家河北梁、寨头河等6处可能发生塌岸，塌岸宽度一般20M左右，方量一般313万M3，最大55万M3，共计方量1084万M3。水库蓄水位高程8480M时，对坝址至下汪村地段8KM范围的8个滑坡体稳定影响明显，初步分析滑坡体入库量约为315万M3。对水库枢纽工程影响较小。（3）淹没及浸没库区所属峡谷地形，河道狭窄，岸坡陡峻，正常蓄水位以上无平缓的耕地及村民点发布，基本不存在浸没问题。（4）水库诱发地震分析工程区无较大规模的断裂分布，区内地质构造简单，构造活动作用微弱，无可溶岩分布。综合分析认为水库工程不具备产生水库诱发地震的基本条件。区多为基岩，植被覆盖率高，固体径流物质贫乏，淤积物质来源主要库岸坍塌堆积，对水库正常运行影响轻微。1223坝址工程地质条件南沟门水库枢纽在规划阶段共选择了上、下两个坝址，上坝址位于南沟沟口上游，下坝址位于南沟沟口下游，两坝址坝轴线相距700M左右。经过比较最终设计采用上坝址。上坝址拦河坝工程地质概况坝基坝基由河床、漫滩、一级阶地、二级阶地四部分构成，长281M。上部为黄土、壤土、砂砾石等松散岩层，厚度602266M，下部为由T3H砂岩、泥（页）岩互层构成的河谷基底。一级阶地堆积的黄土状壤土层厚7090M，二级阶地黄土、古土壤、壤土厚1924M，均属自重湿陷性土层，不能作为天然坝基，必须进行工程处理。河床、漫滩、一级阶地、二级阶地下部堆积的砂砾石层厚50100M，渗透系数K1640M/D，强透水。坝基岩体上部强风化带垂直厚度1020M，强弱风化岩体透水率Q1035LU的中等透水层厚约100M，下部岩体透水率Q3LU，可视为相对隔水层。初步估算坝基渗漏量为5975M3/D，占径流量（367M3/S）的188。砂砾石层颗粒级配不均匀，允许水力坡降I010012，渗透破坏型式以管涌为主，对砂砾石层必须进行截渗处理。建议坝基岩体防渗帷幕深度应大于200M。坝肩左坝肩坡面高程84800M以上为黄土斜坡，坡角1520，以下为砂泥（页）岩互层边坡，坡角3035，岩面高程与设计库水位高程基本持平，边坡稳定。边坡表面强风化带垂直厚度60100M，水平宽度3050M。右坝肩为黄土山梁，由三、四级阶地堆积的黄土、黄土状壤土夹古土壤组成，堆积层厚4070M。由于南沟的切割，山梁比较单薄。四级阶地在坝肩上游高程840860M发育有H5、H6号滑坡，自然状态下滑坡整体基本稳定，水库蓄水后可能失稳。坝肩、层土层具湿陷性，均需进行工程处理。三级阶地底部砾石层厚度0520M，分布高程805807M，坝肩上下游连通，最窄处宽度仅220M左右，存在绕坝渗漏问题。初步估算绕坝渗漏量为282M3D，应进行工程处理。四级阶地基座的岩面高程84868490M，高于水库设计正常蓄水位高程8480M。表24坝址区滑坡统计表规模滑坡编号滑坡类型分布位置分布高程M长M宽M厚度M方量万M3特征描述与正常库水位关系H2上坝址右岸700M处845875140401056滑坡壁呈围椅型,滑坡体表面向河床倾斜,滑坡堆积物以黄土夹古土壤为主结构疏松,落水洞发育库水位以上H3南沟内距沟口7501100M85091040016050320滑坡壁呈围椅型,表面地形复杂,落水洞发育堆积物以黄土状壤为主结构破碎,属坡体型滑坡库水位以上H4第南沟内距沟口450750M827869270803554滑坡壁呈围椅型,滑坡体表面地形复杂,冲沟发育滑坡堆积物以黄土状壤为主结构疏松、破碎,前缘有滑坡现象2/3位于坡体被库水位以下H5四上坝址右岸距坝轴线100200M81285117044538滑坡壁呈围椅型,表面地形破碎、比较复杂,滑坡堆积物以黄土状壤土夹古土壤为主全部处于库水位以下H6系上坝址右岸距坝轴线200350M841870130501065滑坡壁呈围椅型,表面地形破碎比较复杂,滑坡堆积物以黄土状壤土夹古土壤为主1/4位于坡体被库水位以下H7滑南沟内距沟口200600M810870380104301186滑坡壁呈围椅型,滑坡体表面地形复杂,冲沟发育滑坡堆积物以黄土状壤土为主结构疏松、破碎,前缘有滑动现象3/5处于库水位以下H11坡下坝址左坝肩835860220851018滑坡壁呈围椅型,表面冲沟发育,破碎堆积物以黄土为主,属坡体型滑坡坡体1/3处于库水位以下H14右坝肩放水洞出口80093036015060324滑坡壁呈围椅型,滑坡体表面冲沟发育,地形复杂,向河床倾斜,倾角1015堆积物以黄土状壤土夹古土壤为主属坡体型黄土滑坡H20上坝址下游左岸8559203403003253315滑坡壁呈围椅型,滑坡体表面冲沟发育,地形破碎、复杂,滑坡堆积物以黄土状壤夹古土壤为主属坡体型黄土滑坡滑坡体前沿坡脚高于设计库水位高程合计1182表25岩石的物理力学指标统计成果表抗压强度比重密度吸水率干湿软化系数岩体纵波速度岩体完整系数动弹模量静弹模量WBRDRCKDVPMKVED103E103岩性风化程度G/CM3MPAMPAM/SMPAMPA弱风化889644563200348006507419525250砂岩微风化263252241292746059198弱风化567092135190020000190235258泥岩微风化26826221112522011注微风化泥岩湿抗压强度借用泾河东庄水库试验资料。表26岩体物理力学指标参数建议值岩体抗剪断强度工程地质单元编号地层时代岩土定名岩体基本质量级别密度（G/CM3）（）C，（MPA）变形模量E（GPA）泊松比1砂岩2504006800282T3H泥页岩23026500506036注岩体的风化程度为弱风化。23天然建筑材料在南沟门水库坝区附近共选择了5个土料场，2个石料场。土料场均选在坝区附近高程805M以上的三级阶地及黄土塬边斜坡地带，选用土层以Q3黄土、Q2黄土状壤土为主，位于地下水位以上，便于机械化施工。土料场的总储量为28755万M3。通过标准击实试验，最大干密度值平均DMAX174G/CM3，最优含水量平均值OP168，土料平均含水量116，土料除含水量低于最优含水量外，其它各项技术指标符合水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL2512000）对均质土坝上坝土料质量的技术要求。2个石料场，岩性为砂岩，通过试验砂岩干密度D245G/CM3，饱和抗压强度RB314652MPA，符合水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL2512000）对砌石质量的技术要求，但软化系数小，质量较差。南沟门水库附近砂砾料不能满足水工建筑要求，地质建议砼细骨料选用关中地区渭河砂，砼粗骨料选用泾河砾料或铜川市灰岩的人工骨了。初选的两个石料场，均分布于洛河左岸。号石料场位于下坝址上游10001200M，号石料场位于下坝址下游8001000M，岩性为砂岩，单层厚度810M，中粒结构。两料场剥离层黄土层厚度1020M，开采层20M左右，泥（页）岩夹层厚度4050M，有用层与无用层比例为4151，有用层储量约169万M3。第3章正常蓄水位确定及调洪计算31初拟死水位根据南沟门水库坝址泥沙淤积量的计算，结合供水建筑物的布置对死水位的要求，综合考虑本阶段死水位选定为8270M。32正常蓄水位确定根据南沟门水库的地形、地质条件，在8480M高程以下岩体比较完整，产状水平，无大的断裂构造；在8480M高程以上岩体较破碎。考虑水库所承担的供水任务，且南沟门水库是洛河流域合理置配水资源的不可替代的控制性调蓄工程，为了合理利用洛河水资源，在不影响下游河道生态用水前提下，本阶段以8480M作为南沟门水库正常蓄水位的控制水位。按照南沟门水库的运行方式和调节原则，在初选死水位为8270M时，初选847M、848M、849M三个正常蓄水位，农灌限制水位841M方案进行比较，其调节结果见下表31。表31引马家河水量的南沟门水库不同正常蓄水位方案调节结果表方案项目单位初拟正常蓄水位M847084808490坝址多年平均可用径流万M3120388312038831203883农灌限制水位M841084108410死水位M827082708270调节库容万M3833490209489南沟门水库工程调节库容增量万M3687469引水流量M3/S141414引洛入葫工程年平均实际引用水量（南沟门断面）万M3458877464603471711河道生态万M3946494649464交口河断面综合用水要求洛惠渠补水万M3140976140976140976受水对象工业及城镇生活万M3120401204012040需水量隆太塬灌区万M3106644106644106644河道生态万M3946494649464交口河断面综合用水要求洛惠渠补水万M3140976140976140976受水对象工业及城镇生活万M3116260311675741171078隆太塬灌区万M3661617073974829受水对象工业、城镇、灌溉供水合计万M3122876412383131245907多年平均供水量受水对象工业、城镇、灌溉供水增量万M39549759495（时段）保证率工业及城镇生活供水量万M3114387711468361148385能源化工基地及城镇生活（时段）948953954供水保证率隆太塬灌区438542604多年平均水库弃水量万M3140791136611133559多年平均蒸发量万M3179961888819868多年平均渗漏量万M3458074867551857水库蓄满率5115115111根据上表可以得出（1）从满足工程开发任务来看，南沟门水库正常蓄水位847M、848M、849M水库调节性能均为多年调节，均能满足交口河断面综合用水要求；正常蓄水位847M受水对象工业及城镇生活供水保证率为948，给隆太塬灌区供水的保证率为438，不满足工程任务的要求，水库规模偏小；正常蓄水位848M、849M均能满足受水对象工业及城镇生活供水保证率与给隆太塬灌区供水保证率的要求，而蓄水位849M，虽然满足工程任务的要求，但南沟门水库规模稍显偏大；相对而言，蓄水位848M方案规模适中。（2）从水库供水量来看，随着蓄水位的增加，水库对受水对象工业及城镇生活供水以及给隆太塬灌区供水随着增加，以正常蓄水位848M的供水量增加梯度较大。综上分析，在满足交口河断面综合用水、受水对象工业及城镇生活用水、隆太塬灌区的供水情况下，从满足工程多目标开发任务、水库供水量来看，以正常蓄水位848M较优。33调洪计算331调洪计算的目的无论在水库的规划阶段还是在已建水库的管理运用阶段,水库的调洪计算总是必须的。不过,由于不同阶或同一阶段所遇到的具体情况不同,其计算目的是不同的水库在规划阶段,往往是根据水库的设计洪水,拟定若干个泄洪措施方案,通过调洪计算,分别求出下泄洪水过程、防洪特征库容、特征水位、坝顶高程以及投资、效益等,然后在通过综合比较,选择技术上可行且经济合理的水库、泄洪建筑物及下游防洪工程的规模和有关参数；而在水库的运用管理阶段,库容和泄洪建筑物的尺寸是定值,这时的调洪计算是根据某种频率的入库洪水或预报的入库洪水,在不同防洪限制水位时,求出水库的洪水位与最大下泄流量QMAX,为编制防洪调度规程、制订防洪措施提供科学依据,既要尽可能满足下游防洪要求,又要保证水工建筑物的安全。9332调洪计算的原理水库调洪是在水量平衡和动力平衡（即水力学所说的连续方程和运动方程）的原理下进行的。水量平衡可以表示为水库水量平衡方程，动力平衡可由水库蓄泄方程（或蓄泄曲线）来反映。从起调水位开始，逐时段连续求解这两个方程即可由入库流量过程QT，求得出库流量过程QT,这就是水库调洪计算所遵循的基本原理。在某T时段内，入库水量减去出库流量，应等于时段内增减或减少的蓄水量，对此可写出如下的水量平衡方程（31）式。根据水库的水量平衡原理和水库的蓄泄关系（32）式组成方程组（31）TVQQ12121（32）FZ用已知（设计或校核）的入库洪水过程线QT,由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程QT,这就是调洪演算的基本原理。9这里采用单辅助曲线半图解法，将（31）式其改写成（33）2Q2Q1112TTVQV将（32）式其改写成（34）2QTF式中V/T、Q/2和（V/TQ/2）均可与库水位Z建立函数关系。因此，可以选定的计算时段T值、已知的水库水位容积曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线，绘制辅助曲线（V/TQ/2）Q，则由V2/TQ2/2既可查的时段末Q2的值。对于下一时段，上一时段末的Q2，V2，Q2即为本时段初的Q1，V1，Q1，于是重复同样步骤，又可求得下一时段的V2，Q2。如此逐时段连续计算，便可求得水库的泄流过程QT。343调洪计算过程初定大坝采用底孔和溢流坝联合泄流，溢流坝不设闸门，堰顶高程为848M,溢流坝段总净宽为9M，为单孔。底孔设1个,底孔中心线高程803M,孔口尺寸为335M。大坝的库水位库容ZV关系曲线以及水位面积ZF关系曲线如图31，大坝下游河道水位流量ZQ关系曲线如图32。图31南沟门水库水位库容、水位面积关系曲线图32南沟门坝址下游水位流量关系曲线首先计算在个各水位条件下溢流堰流量、底孔泄流量以及V/TQ/2（M3/S）等参数。取T05H即T1800S。（A）溢流堰泄洪表孔泄流能力计算溢流堰泄洪表孔下泄流量按混凝土重力坝设计规范（SL3192005）计算Q（35）2/3WSHGBCM式中Q流量，M3/S；B溢流孔净宽M；HZ溢流堰顶作用水头M；C上游面坡度影响修正系数，当上游面为铅直面时，C取10；侧收缩系数，根据墩厚度及墩头形状而定，取095；M淹没系数，M1；MZ流量系数，取MZ051；（B）底孔泄流能力计算底孔泄水能力按混凝土重力坝设计规范（SL3192005计算（36）WKGHAQ2式中Q下泄流量，M3/S；AK出口处的面积，M2；HW自由泄流时为孔口中心线处的作用水头，淹没泄洪时为上、下游水位差，M；孔口或管道的流量系数，根据水工设计手册第六册知由以下公式取得,/12ICAMJ计算得取090；G重力加速度，G981M/S2。各水位下下泄ZQ以及水库ZV/TQ/2（M3/S）辅助曲线计算表如表32。表32辅助曲线计算表库水位与总泄量计算表库水位Z（M）堰顶水头H（M）排沙洞水头H（M）库容V（万M3）堰顶以上库容V（万M3）V/T（M3/S溢流坝泄流Q1（M3/S）排沙底孔泄流Q2（M3/S）总泄流Q（M3/S）Q/2（M3/S）V/TQ/2（M3/S）84804511000000280650681528065068151403253407140325340784850545511400400222222222269027418472822055448289108286614455414332366776366849146117617614227777778195239022728375188813032757904151637895243794156738495154651210011006111111111358676987728528985321157548716057877446271689885850247125391539855055221934772868195652342041517102075872102075850525475130002000111111111177175288341165136551616511827580826112938691985134813300230012777777781014491721289854777439130394951956519748129734297585153548513600260014444444441278405682913605267419201094720960054741465404499852449140003000166666666715619121822928585341449049752322452487611689119154852545495144503450191666666718637402992943489184807229478240361473919407028148535501500040002222222222218283863429583179345141156568257057828422479280058535555051550045002500025183185229730727295491391249274569562425274569568546511600050002777777778286941590229877546595857170562928585282807063631由铺助曲线计算表得如下图33图33调洪计算单辅助线法根据以上曲线（水位Z和泄量Q关系曲线以及泄量Q与V/TQ/2关系曲线）可分别用设计洪水过程线以及校核洪水过程线结合上述辅助曲线，可用半图解法求得水库泄流过程QT。（从起调水位开始，每一个水位，对应一个Q1、V1、Q1,如此逐时段连续计算，便可求得水库泄流过程QT。）绘制出水库泄流过程QT曲线后，在相应洪水过程中存在一个最大的下泄流量Q，此时对应的水位即为所求的相应设计及校核水位。3431设计洪水位计算根据洪水资料将典型洪水线同比例放大法可得如下设计洪水和校核洪水过程线如下图34所示（设计洪水P1、校核洪水P002）图34南沟门坝址设计、校核洪水过程线设计洪水位计算过程见表33。表33设计洪水计算过程表时间入库流量（M3/S）平均入库流量（M3/S）V/TQ/2M3/S下泄流量（M3/S）153501403252806502065050035967528125112088596367528230113011251806675287351120112526446752924011201120347267529745105010854260675300509309904950675306556007655409675312604105055602675315653803955682675317703203505715675319752903055701675318802502705653675316由上表可绘制设计情况下QT和QT曲线见图35。图35设计情况QT和QT曲线从图中可以得出，设计洪水位时的最大泄量QM321M3/S,由水位Z变化曲线查得，设计洪水位Z设计8495M。3432校核洪水位计算校核洪水过程线如图36所示（P002）图36南沟门坝址校核（P002）洪水过程线校核洪水位计算过程见表34。表34校核洪水计算过程表时间入库流量（M3/S）平均入库流量（M3/S）V/TQ/2M3/S下泄流量（M3/S）15700140325280651201400105090967528225290021502777675293302910290553896753303529002905796467533840252027101033667535845225023851236367538050193020901407367541055112015251518867542560800960157236754386572076016045675439706206701627667544075550585164216754428048051516494,675442854304551650767544490420425