杨家湾水利枢纽初步设计

1、西昌学院毕业设计 杨家湾水利枢纽初步设计目 录摘要1关键词1Abstract.1Key Words 21 概述31.1 工程地理位置31.2 工程任务和兴建缘由32 水文42.1 流域概况42.2 水文基本资料62.2.1 石笋水文站62.2.2 二郎坝水文站72.3 径流82.4 洪水92.5 泥沙103 工程地质103.1 地形地貌103.2 坝址工程地质113.3 引水建筑物区工程地质114 工程规模124.1 装机规模124.2 正常蓄水位144.3 死水位145 坝址和坝型的选择145.1 坝轴线的选择145.2 坝型的初步选择155.3 坝型的确定166 泄水建筑物的选择

2、167 枢纽布置177.1 枢纽布置的基本原则178 挡水建筑物的设计188.1 挡水建筑物的确定188.2 剖面尺寸设计188.2.1 剖面形状的拟定188.2.2 坝体尺寸确定188.3 稳定与应力分析218.3.1 基本资料218.3.2 坝体受力分析及计算228.3.3.1 稳定分析的基本原理和计算方法228.3.3.2 计算工况228.3.3.3 稳定分析计算228.3.4 应力分析238.3.4.1 应力分析的基本原理和方法238.3.4.2 应力分析的计算238.3.4.3 成果分析269 泄水建筑物的设计279.1 泄水建筑物形式的选择279.2 溢流坝剖面设计279.2.1

3、顶部溢流段（ac段）279.2.2 中部直线段（cd段）289.2.3 下游消能设计（de段）289.3 冲沙闸设计计算2910 引水主要建筑物3010.1 进水口3010.2 沉沙池3110.2.1 沉沙池主要尺寸的拟定3110.2.2 沉沙池冲沙孔设计3310.2.3 沉沙池纵向底坡的计算3410.3 引水隧洞3410.3.1 隧洞的优点3410.3.2 隧洞尺寸设计计算3410.3.3 隧洞荷载计算与隧洞围岩稳定分析3510.3.4 隧洞衬砌设计3510.4 压力前池3610.4.1 压力前池3610.4.2 压力前池沿隧洞轴线方向布置3610.5 压力管道的设计3610.5.1 地形地

4、质条件及线路的确定3610.5.2 压力管道的布置3710.5.3 管直径的拟定3710.5.4 管厚度的拟定3810.5.5 压力管道的水力计算3810.5.6 镇墩4010.5.6.1 镇墩和支墩设计4010.5.6.2 镇墩的计算40参考文献45致谢46独撰声明47杨家湾水利枢纽初步设计作者：卢清琴 吴智建 唐晓光 何磊 指导老师：袁前胜（2016届水利水电工程专业）摘 要：杨家湾水电站位于贵州省赤水市，根据该工程所在流域的水文气象和地质资料，设计了一套合理的枢纽布置方案。本工程为五等小（二）型工程，主要建筑物包括：混凝土重力坝、泄洪建筑物、冲沙底孔、进水口、沉沙池、无压隧洞、压力前池、

5、压力钢管等。本电站为无调节径流式水电站，坝址位于官渡镇上游12km的习水河上，设计水头43.2m，发电用水流量为25.1 m3/s，装机容量为9000kw，保证出力1758kw，多年平均发电量3850万kw·h。随着贵州省电力需求的高速增长，杨家湾水电站的建设对该地区的经济可持续发展有着重要的意义。 关键词：水利枢纽 初步设计 枢纽布置 Preliminary Design for yangjiawan Water Conservancy HubAuthor: LU Qing-qin WU Zhi-jian TANG Xiao-guang HE LeiTutor: YUAN Qian

6、-sheng(major in hydraulic and hydro-power engineering, grade in 2016)Abstract: The Yangjiawan hydropower station is located in the Guizhou Chishui city. we completed a reasonable junction layout scheme, which was in accordance with hydro-meteorologica data and engineering geologic data of

7、the river basin of the project. This project is a five small type ,and the main buildings include: concrete gravity dam, overflow structure, flushing bottom hole, water inlet, sand basin, non-pressure tunnel, pressure forebay, penstock, etc. This project is a no regulating run-off river plant, and t

8、he dam is located in the Xishui river upstream of 12km of the Guandu town. The design head is 43.2m , the power flow is 25.1 m3/s, the installed capacity is 9000kw, the firm power is 1758 kw, and the annual power generation is 3850 kw·h. With the rapid growth in electricity deman

9、d in Guizhou province, the construction of Yangjiawan hydropower station has an important significance for sustainable economic development in the region. Key Words: Water conservancy hub Preliminary design General layout 11 概述1.1 工程地理位置杨家湾水电站位于贵州省的赤水市石堡乡境内，总装机容量为9000kw，为无调节径流式水电站，厂房内水轮机安装

10、高程为328.79m。电站拦河坝的坝址位于官渡镇上游12km的习水河上，拦河大坝的高为14.61m，采用混凝土重力坝。引水发电的建筑物采用隧洞，为无压引水隧洞，总长约1200m。1.2 工程任务和兴建缘由杨家湾水电站是习水河流域梯级近期开发的几个水电站之一，其主要任务是发电。电站装机容量为9000kw，保证出力为1758kw，多年平均年发电量为3850万kw·h，装机利用小时数达到4280h。贵州电网复核飞速增长，发电装机容量得不到满足，电力供需矛盾尖锐，造成全网火、电利用小时数偏高，全省错峰限电幅度较大。长久以来，由于贵州电网发电装机容量不能满足复核增长的需要，同时外送电力较多，发

11、电设备的平均利用小时数也过高，2003年统调机组全年平均利用小时数为6422小时，其中火电利用小时数为7653小时，水电利用小时数为2676小时，系统备用容量不足，严重影响到电网的可靠运行。2003年全年贵州省电网几乎都处于计划用电、拉闸限电的状态。贵州煤炭资源集中地在西部和北部地区，新建的电厂也位于西部、北部地区。复核中心在贵阳地区，西部和北部均要向中部送电，东部地区的复核发展较快，另外还要外送电力，而贵州500kV的电网依然处于逐步完善的过渡期，网架结构还不够牢固，影响着主网和地区电网的安全运行。局部电网的稳定问题依然有待解决。北部电网近年来的负荷增长较快，运行方式的变化也较大，暴露出许多

12、安全稳定问题。东部电网由于结构的薄弱，运行方式的特殊，突出了安全稳定方面的问题。向边远地区送电的110kV供电线路较长，缺乏电源支撑，随着负荷的增长，无功补偿缺额加大，电压低的问题也较突出。习水河的水能理论蕴藏量（未含界河）达到10.85万kW，至今已开发利用的为1310kW，占可开发量的1.2%。目前已建成的电站均为径流式，无调节能力，极大的制约了当地的经济发展。2001年底全县负荷达到15429kW，年用电量为13828万kW·h，需要从电网购电8048万kW·h。根据贵州省赤水市水电农村电气化规划报告，预计到2015年，全县电网综合最大负荷将达到68610kW，年需发

13、电量为31106万kW·h，目前现有的县城装机供电的能力，与总耗电量的差值为25326万kW·h，仍需从电网购电，在整个省电网电力不足的情况下，全县所需的电力得不到有效的保证。在国家大力实施西部开发战略和启动“西电东送”工程的历史背景下，由于省电网出现缺乏电源的状况，加快当地电源的建设有着迫切的现实需要。启动杨家湾水电站的建设，可以在很大程度上弥补当地电量短缺的问题，补充电力负荷的需求，对地方经济发展有着一定的积极作用。而且，工程建设项目自身还可以拉动本地的经济发展，改善贫困地区的经济结构和促进国民经济的发展。因此，应充分利用当前的大好形势和国家对西部的开发政策，加快杨家湾

14、水电站的建设，这对充分开发利用习水河的水力资源，促进地方社会经济的可持续发展有着重要的意义，同时也是将该省建设成电力工业基地的支持。2 水文2.1 流域概况习水河属于长江流域赤水河右岸的一级支流，发源于习水县城东北面寨坝镇的炭场坡。河流自东北向西南，分别流经寨坝镇、大坡、龙灯、典礼、顺江、程寨等地，在程寨处转为由东南至西北，又流经红旗、大白塘，在半坡处出县进入赤水市，然后继续向西北流，于赤水市的白米坝流进重庆市的合江县，最后汇入赤水河。习水河流域的集水面积在赤水市进口约872km2，出口流域集水面积约为1538km2，干流主河道总长为205km。杨家湾水电站位于习水河干流赤水市境内，上坝址地理

15、位置为东经106°1138，北纬28°2956，行政区划为我省赤水市石堡乡。经以1/5万地形图以及1/20万水文地质图量算，结合现场地质勘察工作，上坝址以上集水面积为857km2，主河道河长为75.5km，加权平均比降为10.82，流域水系呈羽毛状，形状系数为0.15，流域平均高程约700m。因上、下坝址区间无支流加入，流域集水面积仅相差0.15km2，约0.18左右，上、下坝址流域集水面积统一采用857km2。厂房距大坝约3.0km，区间流域集水面积约37.5km2，厂房集水面积计为895km2。在地形地貌上，本流域处于由贵州高原向四川盆地过渡的斜坡面上，地表切割较深，起

16、伏剧烈。北部为深切割中山峡谷地貌，以平顶山或单面山为主，侵蚀作用非常强烈，河流落差大，水流湍急。中部以溶蚀峰丛洼地的岩溶地貌为主，溶洞、溶斗、竖井、石沟、石芽较为发育。东部为岩溶中山峡谷侵蚀地貌，谷底狭窄，山坡较陡。西部及南部为赤水河谷浅切割低中山、低山地貌，河谷开阔，坡度不大，分布着低中山、低山、丘陵、盆地和台地。流域内土壤以黄壤、紫色土、石灰土等为主，黄棕壤有少量分布。市西北部以紫色土为主，中部及东南部石灰土、黄壤较多。在垂直分布线上，黄壤一般分布于海拔8001400m的低中山、低山坡地，黄棕壤仅存在于1450m以上的低中山山地。流域内的植被属中亚热带常绿阔叶林，以壳斗科常绿成分及樟科种类

17、所占比重较大，构成常绿樟栎林，目前仅在北部山区保存较好。流域内森林覆盖率为16.7%，加上灌木林地，覆盖率则为30.3%。近年来人类活动的影响加剧，水土保持措施力度不强，汛期河流的泥沙含量较大，即使一般降水量，水流也很浑浊，河湾处泥沙淤积严重。设计流域多处在习水县境内，坝址的位置距习水气象站也较近，因此，以习水气象站的数据说明设计流域的气象特征。习水县处于北亚热带，气候属亚热带湿润季风气候区。主要的气候特点是四季分明，冬冷夏凉，多阴雨天气，日照较短，气温偏低。由于地势的起伏较大，地貌类型多样化，区域气候差异十分明显。习水县的中部山区雨量较多，年降水量一般大于1150mm，西部、南部河谷地带雨量

18、较少，一般不足1000mm，土城站降水量最少，仅776.7mm；热量较高，气温近似于赤水。主要的灾害性天气有干旱、冰雹、秋季低温细雨、倒春寒、暴雨、大风、凝冻等。习水县气象站位于习水县东皇乡，建于1940年，是国家基本气象站。根据习水气象站观测，贵州省气候资料中心整编并刊布的统计资料，习水县多年平均气温13，最冷月一月平均气温2.6，最热月七月平均气温22.9，极端最低气温-8.6（1982年12月26日），极端最高气温34.4（1972年月27日）。年平均日照时数1124.3h，日照百分率25%，以夏季为最多，冬季为少。年平均相对湿度85%，年平均雾日数25.7天，大风日数0.7天，冰雹日数

19、0.7天，雷暴日数46.3天，降雪日数22.4天。年平均风速1.5m/s，最大风速13.0 m/s，全年主导风向为W风，夏季盛行SE风，冬季盛行W风。据习水气象站观测资料分析，多年平均降水量为1101.1mm（其中58月占58.1%，49月占76.8%），日降水量P0.1mm降水日数211.7天，P25.0mm降水日数9.7天，P50.0mmm降水日数2.1天，年最大一日降水量发生在1968年5月22日，日降水量达178.8mm。另据习水气象站、寨坝和官渡雨量站资料分析，杨家湾电站坝址以上流域多年平均面降水量为1100mm。习水河流域各站年降水量频率分析成果见表1。表1 各站年降水量频率分析成

20、果表河流名称站 名资料系列系列年限P（mm）CvCs/Cv备 注习水河官渡19562001461071.80.152.0寨坝1956199641974.60.152.0习水19512001511101.10.152.02.2 水文基本资料2.2.1 石笋水文站习水河干流上原设有石笋水文站，该站于1959年1月开始观测，观测项目有水位和流量，1962年因故撤销，仅具有1959年1961年共三年水文观测资料。从习水气象站历年降水过程和邻近地区水文站历年流量过程分析，这段时间正处于降水径流的枯水期，代表性差，加之资料系列短，不能满足工程设计对资料的精度要求。2.2.2 二郎坝水文站邻近的桐梓河流域设

21、有二郎坝水文站，与习水河共同属于赤水河流域，流域集水面积为3149km2，是距习水河流域最近的水文站。该水文站建于1963年，属国家基本水文站测站，具有建站以来近40年水位、流量、泥沙观测资料，资料系列长，精度较高，所测资料均经技术主管部门贵州省水文水资源局整编刊印，资料三性较好，因此选择二郎坝水文站作为本次设计的水文参证站。二郎坝水文站位于贵州省习水县的二郎坝乡巴滩村，测验河段位于上、下游弯道间，顺直长度为150米，两岸由岩石、壤土组成，岸上种有农作物，左岸浮标断面处有崩塌现象。河床左岸为岩石，右岸由卵石组成。水面宽在50米以上，高水时有局部回流现象。基本断面位于大桥下游30米处，断面上游6

22、00米处有河流汇入，下游约250米有巴滩沟汇入，河心有一个浅滩，下游600米处左岸有青菜沟汇入。该站基本水尺位于二郎大桥下游约30米处，为直立式木桩水尺，采用假定高程系统，高程换算关系为：黄海高程=假定高程+388.830m。习水河流域从上游至下游分布有寨坝、官渡雨量站和习水县气象站，寨坝雨量站位于习水县的寨坝镇，官渡雨量站位于赤水市官渡镇，均建于1964年，为水文局委托雨量站。习水气象站位于习水县东皇乡，建于1940年，是国家基本气象站，观测年限长，精度高，所测资料经贵州省气象局整编刊印，可供使用。流域各水文站、气象站、雨量站基本情况见表2。表2 测站基本情况站 名观测项目资料系列二郎坝水文

23、站水位、流量、泥沙等1963今习水气象站降水、气温、风等1951今寨坝雨量站降水19561996官渡雨量站降水1956今习水河干流原设有石笋水文站，该站于1959年1月开始观测，观测项目有水位和流量，1962年因故撤消，仅具有1959年1961年共三年水文观测资料。从习水气象站历年降水过程和邻近地区水文站历年流量过程分析，这段时间正处于降水径流的枯水期，代表性差，加之资料系列短，不能满足工程设计对资料的精度要求。2.3 径流本流域属典型的山区雨源型河流，径流均由降水补给。根据贵州省水文水资源局成果分析，本流域多年平均径流深为600mm700mm，且从上游向下游递增，与降水分布规律一致。本区径流

24、洪枯差异较大，年内分配不均，年径流变差系数从上游向下游为0.280.25，年径流系数为0.600.65。根据设计流域代表站习水气象站、寨坝雨量站、官渡雨量站降水综合分析确定的流域平均降水量为控制，以习水气象站历年逐月降水过程为径流的分配过程，用降水径流同频率相应的地区综合法计算，依据贵州省地表水资源附图成果，确定设计流域多年平均径流深为660mm，径流变差系数Cv根据贵州省地表水资源中的公式及“年径流变差系数等值线图”，可得设计流域年径流变差系数CV为0.26，取偏差系数CS为2Cv；计算中依据贵州省水文水资源局贵州省河流枯水调查与统计分析成果，本流域P=50%日平均枯水模数为2.4L/s&#

25、183;km2，以此进行控制，计算成果表明设计流域最枯月流量模数为3.71L/s·km2。设计坝址长系列径流计算成果见表3。表3 杨家湾电站坝址长系列径流成果统计表项目资料系列资料年限统计参数设计频率流量(m3/s)流量(m3/s)CvCs/CvP=10%P=50%P=90%年值196120014017.90.26224.117.512.3510月196120014026.40.31237.325.616.6114月19612001409.400.22212.19.256.87最小月19612001405.360.2427.065.263.79计算成果表明，杨家湾电站坝址处多年平均流

26、量为17.9m3/s，年径流深为660mm，年径流变差系数为0.26，年径流系数为0.60。2.4 洪水习水河属山区雨源型河流，洪水主要由流域内暴雨产生。洪水特性与暴雨特性基本一致，并受下垫面条件影响。涨洪历时一般为57h，一次洪水总历时约23天，洪水过程多为单峰型。洪水季节在每年的68月，并以7月份发生洪水的机率为最大。据贵州省洪水调查资料记录，贵州省遵义地区水文队于1980年2月，对桐梓河流域二郎坝河段进行了洪水调查，调查了洪痕点共8处，其中1972年三处，1921年三处，1920年一处，1935年一处，洪痕清晰可见。从调查至今，以1972年洪水最大，该场洪水经二郎坝水文站实测洪峰流量为4

27、380m3/s。据被调查人83岁（调查时间为1980年）的易清和老人介绍，1921年洪水时，他亲眼看见涨大水，记得那年已二十多岁了。若考证期从1897年（老人出生年）开始，1972年洪水为至今最大，该洪水重现期相当于100年左右。根据二郎坝水文站19632001年实测洪水资料，加入1920、1921、1935年三年历史洪水，1972年等年份洪水提取作特大值处理，采用P型理论曲线进行适线，成果见表5。表4 二郎坝水文站洪峰、洪量统计成果表项 目统计参数不同频率设计值均值cCvCs/CvP=0.5%P=1%P=2%最大洪峰流量（m3/s）13800.584.0501043903780一日洪量（亿m

28、3）0.7120.543.52.332.081.82三日洪量（亿m3）1.350.433.53.623.282.94对流域内习水气象站19582001年、寨坝雨量站19641996年、官渡雨量站19642001年实测最大一日降水量进行频率分析，最大一日降水量均值最大为习水气象站的85mm，Cv=0.50，最小为寨坝雨量站的61.7mm，Cv=0.50，官渡雨量站为82.3mm，Cv=0.48。其中寨坝雨量站资料系列最短，且中间缺测年份较多，资料一致性和成果可靠性稍差。经比较分析，习水气象站和官渡雨量站的暴雨资料系列长，两站成果较为接近，从安全角度考虑，采用设计暴雨成果为1日=85mm（24=9

29、5mm），Cv=0.5，Cs/Cv=3.5。查最新的贵州省“年最大24h点雨量均值等值线图”和最大24h点雨量Cv等值线图，本设计流域中心最大24h点雨量均值为90mm左右，Cv为0.5左右，与本次计算采用参数相近，说明采用成果合理。根据水库洪水调节计算，20年一遇的洪水最高下游水位为390.76m，10年一遇的洪水最高下游水位为389.75m。2.5 泥沙习水河流域内无泥沙实测资料，参证站二郎坝水文站具有1975年2001年（缺1983年、1988年）共25年的泥沙观测资料。据二郎坝水文站25年实测资料统计，该站多年平均悬移质输沙模数为284t/km2；对照“贵州省多年平均悬移质输沙模数分区

30、图”，习水河流域的年悬移质输沙模数G=200t/km2500t/km2，二郎坝水文站泥沙分析成果符合地区分布规律。根据现场查勘，结合地区变化规律，设计流域多年平均悬移质输沙模数采用300t/km2，推移质按悬移质的20%计。经计算杨家湾电站多年平均年输沙量30.9万t，其中悬移质年输沙量25.7万t，推移质年输沙量5.2万t。泥沙推移质粒径平均约0.045m，以多年平均排沙比法计算淤沙量，以经验面积减少法计算坝前淤沙高程。经计算，年淤积量为1.2万m3，正常蓄水位以下库容（4.82万m3）不到4年时间就能达到冲淤平衡。3 工程地质3.1 地形地貌习水河干流在赤水市境内河段，地处贵州高原黔北山地

31、向四川盆地过渡地带其地貌类型受地层岩性及构造控制，主要为侵蚀性深切中山峡谷、低山谷地地貌，以尖顶山或单面山为主。库区地形呈“U”型，较狭窄，斜向谷，左岸坡度2755º；右岸坡度2360º。河宽30m，正常蓄水位处谷宽73m。河床覆盖层为砂、卵、砾石、块石层，厚度一般5.07.0m，两岸岸坡为崩塌堆积块石，残坡积粘土，粉质粘土，厚08m。3.2 坝址工程地质 坝基岩体上部为J3p2-5为浅灰、灰绿色角砾砂岩，下部为J3p2-4紫红色、灰绿色钙质、粉砂质泥岩，岩体软硬相间分布。主要结构面为岩层，岩体为砂岩、砂质泥岩、泥岩互层，岩体软硬相间分布，主要结构面为岩层层面和陡倾的节理裂

32、隙面，虽然岩层倾向上游山体，但是岩层倾角较小（611º），加之建坝后，水头抬高，泄水造成坝后冲刷，坝后一旦形成临空面后，坝基在有可能沿岩层面作浅层滑动，这是坝基稳定性破坏的主要方式，建议坝基嵌入中风化基岩并进行固结灌浆处理，防止下游冲刷破坏。坝肩岩体主要J3p2-6紫红色、灰绿色钙质、粉砂质泥岩和J3p2-7浅灰、灰绿、灰紫色厚层块状细粒长石砂岩夹1m厚砂页岩。虽有裂隙，但不甚发育，且水库抬高水头不大，水压力较小，山体较大，分析认为坝肩是稳定的。库区河底高程为382.50m，库区河谷为峡谷地形，山体厚度较大，地形完好，封闭条件好，坝基岩体透水性小，两岸地下水位高于河水位，不会产生渗漏

33、现象。但是，坝基肩浅部强风化带裂隙发育，库水有可能沿上述地带渗漏，但经过固结灌浆处理后，防渗能达到要求。3.3 引水建筑物区工程地质隧洞穿过区段第四系有崩塌堆积块石、残坡积粘土，砂质粘土，厚1015m，位于隧洞上部，对隧洞无影响；隧洞穿过的岩层主要为J3p2紫红色砂质泥岩，泥岩，灰色、浅灰色块状长石砂岩，产状110235º610º，缓倾上游，单斜构造，岩层倾向与隧洞走向以较小的交角（515º）斜交，岩性软硬相向。由于岩层产状平缓，受构造运动影响较小，构造应力为0，故隧洞原始地应力就为自重压力。根据区域调查和钻探资料，该套岩层为隔水层，地下水位均较低，预测隧洞开挖后

34、无较大的涌水现象。隧洞洞身地层岩性软硬相间，岩体完整性好，在地下水作用下，局部岩体容易软化，加之岩层产状平缓，洞顶容易产生剥落和掉块现象，软质岩地段容易产生变形现象，导致洞身稳定性差，故洞身岩体划为类围岩和类围岩。隧洞进口，为逆向坡，地形较陡，自然坡度2860°，边坡稳定，覆盖层为崩塌块石及残坡积粘土夹碎石覆盖层较厚（58m）。穿过地层为地层为侏罗系上统蓬莱组第二段（J3P2-6）紫红色、灰绿色钙质、粉砂质泥岩，强风化带较厚（810m），开挖后，边坡自稳能力差，故划为V类围岩。隧洞出口为逆向坡，地形较缓，自然坡度1035°，边坡稳定，覆盖层为崩塌块石及残坡积粘土夹碎石，厚2

35、25m。下伏地层为地层为侏罗系上统蓬莱组第二段（J3P2-3 ）浅灰灰绿色厚层及块状长石砂岩，中部夹一层厚紫红色泥岩。边坡自稳能力差，故划为V类围岩。4 工程规模4.1 装机规模本工程为五等小（二）型工程，主要建筑物有挡水大坝、泄洪建筑物、冲沙闸、发电引水系统建筑物（进水口、隧洞、压力前池、压力钢管）等按5级建筑物设计；相应的永久性次要建筑物如上坝公路、辅助及生产生活用房等均按5级建筑物设计；临时性水工建筑物如施工围堰、施工道路、临时房屋等均按5级建筑物设计。根据水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL 51802003）6.0.2条规定，由于大坝低于15m，且上、下游最大水头差小于10m，其

36、洪水标准按平原、滨海区标准确定，故上坝线设计洪水重现期10年（P=10%），校核洪水重现期20年（P=5%）。电站装机容量的选择主要考虑水库的调节性能、机组机型、装机容量与保证出力的倍比系数、装机年利用小时数以及电站在系统中的位置等因素综合确定，电站单独、联合运行水能指标成果见表5。表5 电站单独、联合运行水能指标成果表项 目单 位单独运行联合运行正常蓄水位m390.6390.6集水面积km2857857多年平均流量m3/s17.917.9多年平均径流量亿m35.645.64正常蓄水位以下库容万m3死水位m389.6389.6死库容万m3正常尾水位m341.7341.7有效库容万m3库容系数%

37、调节性能无调节无调节最大净水头m43.444.1最小净水头m43.442.1加权平均净水头m43.443.2设计净水头m43.443.2保证出力(P=90%)MW1.3951.499装机容量MW8.59.09.58.59.09.5多年平均发电量万kW·h371038003880373038203900装机利用小时数h436042204080439042404110装机引用流量m3/s23.625.026.423.725.126.5水量利用系数%65.767.368.766.367.969.4出力系数8.38.38.38.38.38.3水头损失m5.55.55.55.55.55.5备注

38、：推荐坝址正常蓄水位390.6m的装机容量为9.0MW。从联合运行水能指标上看，电站装机容量为9.0MW时，比单独运行增加年发电量为20万kWh，年利用小时数增加20小时。4.2 正常蓄水位根据习水河流域规划方案，杨家湾水电站上衔规划桥沟梯级，杨家湾水电站正常蓄水位可与桥沟水电站尾水衔接。根据遵义水利水电勘测设计研究院规划报告成果，桥沟水电站尾水位为390.6m。本次我院对水位高程进行了复核，从梯级水位衔接角度来分析，本阶段，杨家湾水电站正常蓄水位选择为390.6m。同时地形、地质方面也无不利因素影响，杨家湾电站正常蓄水位选择为390.6m。4.3 死水位以多年平均排沙比法计算淤沙量，以经验面

39、积减少法计算坝前淤沙高程。经计算，年淤积量为1.2万m3，正常蓄水位以下库容（4.82万m3）不到4年时间就能达到冲淤平衡，为了确保电站能够取水，同时延长水库使用寿命，水工必须考虑良好的冲沙设施，保证取水口前不受淤积。同时，考虑死水位应该满足发电取水要求，死水位确定为389.6m。5 坝址和坝型的选择5.1 坝轴线的选择坝轴线的选择应考虑地质条件、地形条件、建筑材料、施工条件、经济效益等因素。拟杨家湾水电站位于习水河干流赤水市境内，上坝址地理位置为东经106°1138，北纬28°2956，行政区划为我省赤水市石堡乡。经以1/5万地形图以及1/20万水文地质图量算，结合现场地

40、质工作，上坝址以上集水面积为857km2，主河道河长75.5km，加权平均比降10.82，流域水系呈羽毛状，形状系数0.15，流域平均高程约700m。因上、下坝址区间无支流加入，流域集水面积仅相差0.15km2，约0.18左右。采用上坝线，坝基岩体上部为J3p2-6紫红色、灰绿色钙质、粉砂质泥岩；下部为J3p2-5浅灰、灰绿色角砾砂岩，岩体软硬相间分布，主要结构面为岩层层面和陡倾的节理裂隙面，虽然岩层倾向上游，但是岩层倾角较小，加之建坝后，水头抬高，泄水造成坝后冲刷，坝后一旦形成临空面后，坝基在有可能沿岩层面作浅层滑动，建议坝基作相应嵌深并进行固结灌浆及防止坝下冲刷。坝肩岩体主要为J3p2-7

41、浅灰、灰绿、灰紫色厚层块状细粒长石砂岩夹1m厚砂页岩和J3p2-8灰紫、紫红灰绿色泥岩，虽然存在裂隙，但发育不良，且水库抬高水头不大，水压力较小，山体较大，综合分析认为坝肩是稳定的。5.2 坝型的初步选择坝址处的地形为斜向河谷：上坝址河床狭窄，左右岸的岸坡较陡；下坝址河床稍宽，左岸岸坡较陡。初选时排除拱坝。参加比选的坝型有混凝土重力坝、土石坝、面板堆石坝。（1）混凝土重力坝优点：安全可靠，设计及施工简单，对地形和地质条件的适应性较好，对地基要求不太高，适于各种气候条件下的修建，受冻害影响较小，实际工程中采用较多，维护修理费用低；施工导流和永久性泄洪问题容易解决。缺点：体积大，消耗水泥、石料较多

42、；材料强度不能充分发挥；坝底扬压力较大；混凝土水化热较大，温控措施较高。（2）土石坝优点：就地取材，节约材料；能很好的适应较差的地质条件，抗震性较好，结构简单，工作可靠，使用寿命长。缺点：坝坡较小，工程量较大；坝顶不能过水，需要另加泄水建筑物；施工导流不方便；对坝的防渗要求较高；存在沉降问题。（3）面板堆石坝 优点：对自然条件有广泛的适应性，对地基要求比混凝土坝低，可适应不均匀沉降，抗震性能好，施工不受气候限制；就地取材，可节约水泥、木材和钢材等重要建筑材料；机械化施工，可加速建坝，减小投资；可策划能够手承受水头不太大的坝顶溢流；结构简单。 缺点：堆石坝属于散粒坝体，需修建溢洪道或隧洞进行泄洪

43、，而这些泄洪设施会加大枢纽的投资和工程量；施工中的导流问题难以解决。由于坝址为斜向河谷，上下坝址出露J3p2砂岩、砂质泥岩、泥岩地层；河谷较狭窄，河两岸地形较对称；岩石软硬相间，岩层缓倾向上游，倾角69º；岩体风化不严重，强风化带不厚,综合工程地质条件，建议采用重力坝。5.3 坝型的确定 混凝土重力坝共有四种坝型可以进行选择，分别为：实体重力坝、空腹重力坝、预应力重力坝和宽缝重力坝。 通过对这几种坝型的比较分析，可看出实体重力坝结构作用明确，设计方法简单，施工难度较小，对地形和地质的适应性强，且有大量的工程实例参考。而其他的几种坝型都有对地形地质要求严，设计难度大，施工难度大等缺点。

44、因此本工程优先考虑使用实体重力坝。综上所述，最后确定坝型为实体重力坝。6 泄水建筑物的选择通常泄水方案有溢流坝、泄洪隧洞和河岸溢洪道。通过对这几种方案的特点和适用条件的比较，结合本工程的实际情况进行选择。 由于本枢纽使用的是重力坝，从经济和施工方面考虑，溢流坝结构简单，检修方便，泄流能力较大，超泄流潜力大；便于排除漂浮物，不易堵塞，施工简单方便。因此采用溢流重力坝来宣泄洪水。 7 枢纽布置7.1 枢纽布置的基本原则（1） 坝址、坝及其他主要建筑物的型式选择和枢纽布置要做到：施工方便，工期短，造价低。 （2） 应满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下都能正常工作，要避免枢纽中各个建

45、筑物在运行期间互相干扰。 （3） 在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽布置总造价和年运行费用。 （4） 枢纽中各建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少连接建筑，且便于管理。 （5） 尽量是一个建筑物发挥多种用途或临时建筑物和永久建筑物相结合，充分发挥综合效益。 （6） 尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。 （7） 枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。488 挡水建筑物的设计8.1 挡水建筑物的确定在第5.3节经过四种坝型的比较，已经确定该枢纽采用实体重力坝，上游面铅直，泄水方式在第6节确定采用坝顶溢流。基础资料已确定大坝的总长为60m，大坝上

46、游面的防渗层采用M10的水泥砂浆勾缝处理，坝基开挖到强风化线的上部，基岩处开挖的边坡坡度取1：0.5，覆盖层的开挖边坡坡度取1：1。坝基作固结灌浆处理，根据工程经验，灌浆孔的距离为4.0m，孔深为5.0m。由于本工程的大坝规模小，坝基的岩层为砂岩、泥岩、砂质泥岩交错分布，隔水效果良好，根据基础资料，其压水实验的结果显示Lu<5，故不需要做帷幕灌浆处理。8.2 剖面尺寸设计8.2.1 剖面形状的拟定根据大坝强度和稳定的要求，基岩上的重力坝在基本荷载的共同作用下，理论剖面是一个以上游水位为顶点的三角形。但在工程实际中，为了预防水流漫过大坝坝顶，常需要设置一定的坝顶超高；为了满足交通的要求，也

47、需要选取合理的坝顶宽度；同时为了坝体更具稳定性和应力条件，应根据相关规范及工程经验修正。根据水文资料，库区正常蓄水位为390.6m，根据相关规范和工程经验，溢流坝高度确定为9m。8.2.2 坝体尺寸确定（1）坝高的计算 坝顶高出静水面 + （1） 由于本电站发电量小，水位浅，可以不考虑波浪动压力和波浪高度(h1=0, h0=0)。安全超高，根据坝的等级为五等小（二）型知：设计情况下取=0.5m，校核情况下=0.4m。由此可得坝顶超高为： 校核时=0.4 m 设计时 =0.5 m 洪水位高程计算： 设计时 设计洪水重现期10年（P=10%）校核时 校核洪水重现期20年（P=5%）杨家湾水电站坝址

48、以上集水面积为857km2，坝址以上主河道河长75.5km，平均比降为10.82，按贵州省暴雨洪水计算使用手册（修订本）之规定，使用“雨洪法”计算公式为：当300kmF1000km时： （2）式中各参数代表的意义为：Qp设计频率为P时的洪峰流量（m3/s）；r汇流系数，取0.064；f流域形状系数，f=F/L2；J主河道坡降（m/m）；F流域集水面积（km2）；C洪峰径流系数(0.7920.605)；Kp设计频率为P的曲线模比系数；设计情况下=1.38，校核情况下=1.67；年最大24h暴雨均值（mm）。 由雨洪法算得校核洪水最大下泄流量为1609 m3/s，设计洪水最大下泄流量为1273 m

49、3/s。 由该溢流坝采用坝顶泄水，根据实用堰自由出流公式： (3)m流量系数，取0.502；b泄流宽度，m；H堰上水头，m；侧收缩系数；无侧收缩时取1；淹没系数；自由出流时取1； 由校核洪水最大下泄流量为1609 m3/s，此时算得堰上水头为5.21m，因此校核洪水位H=382+9+5.21=396.21m；设计洪水最大下泄流量为1273 m3/s，此时算得堰上水头为4.47m,因此设计洪水位为H=382+9+4.47=395.47m。（2）确定坝顶高程校核时=396.61 m (4)设计时=395.97 m (5)取其中大者即396.61 m作为坝顶高程（3）坝基面高程和坝高的确定 由资料可

50、知河底高程为坝底高程为382.50 m，建议开挖0.5m，即坝基面高程382.00m，为加强坝体稳定，在坝踵、坝趾处均设置齿墙。 坝高：=396.61-382.00=14.61m (6)（4）坝顶宽度的确定在没有特别要求的情况下，坝顶的宽度约为坝高的8%10%，通常不小于2 m，在有交通要求的情况下，根据相关规定应不小于3m。该工程的坝高H=14.61 m，坝顶宽度取坝高的10%，即14.61×0.1=1.461 m。考虑可能有通车的要求，坝顶宽度b=3 m。（5）上游坝面铅直，即无坡度。（6）下游坝面的坡度 根据相似工程经验，下游边坡的坡度m，其取值范围在0.50.7之间。在满足应

51、力条件和稳定要求的情况下，所取的最小m值应使整个坝的工程量最小。结合本工程的实际情况，初步选择m=0.7最后需要经过坝体的经济剖面计算后才能确定坡度。（7）下游的折坡点 根据8.2.1节坝体剖面的初步拟定分析折坡点距建基面高度为14.613/0.7=9.92m由此确定下游折坡点高程为382+9.92=391.92m坝底宽度9.92×0.7+3=9.9m，取B=10m8.3 稳定与应力分析8.3.1 基本资料坝基面的高程：=382.00 m坝顶的高程：=396.61 m坝顶的宽度：B=3 m下游的折坡点：=391.92 m坡度：m=0.7淤沙高程：384.50 m水的容重：=10KN/m3混凝土容重：=24 KN/m3泥沙浮容重：=9 KN/m3排水管距上游坝面距离：=1m渗透折减系数：=0.3设计时，上游水位：=395.47 m 下游水位：=389.75 m校核时，上游水位：=396.21 m 下游水位=390.76 m抗剪断摩擦系数：=0.6坝基长度：=60m 8.3.2 坝体受力分析及计算坝体所受的基本