鐘呂水利樞紐復合土工膜防滲面板堆石壩設計說明書（新）

摘 要本次設計主要是為了開發(fā)利用B江流域的水利資源，建設一個以發(fā)電為主，同時兼顧灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利水電樞紐工程。在明確了建設目的并具有了建設依據(jù)和條件后設計的樞紐概況如下：B江水利樞紐為復合土工膜防滲堆石壩。最大壩高53.2m，裝機6400kW，電站設計水頭174m，保證出力1461kW，裝有兩臺3200kW機組，正常蓄水位276.5m，主壩長190m左右，上游邊坡1：1.5，下游251高程馬道上部邊坡1：1.52，馬道下部邊坡1：1.54。本次設計主要內(nèi)容為：經(jīng)洪水調(diào)節(jié)確定壩頂高程；壩型的比選；第一主要建筑物的設計；施工組織設計。并進行了主體工程投標文件技術標的編寫，其中重點對本次設計專題-技術標的施工組織設計進行了設計及編寫。復合土工膜防滲堆石壩是一種新的壩型，其防滲材料-復合土工膜的設計、施工、質(zhì)量控制是該類壩型的技術關鍵，在本設計說明書第六章第三節(jié)有詳細說明。本次設計以一般混凝土面板堆石壩和一些已建復合土工膜堆石壩為參考，在注重各細部獨立分項設計的同時，綜合考慮了整體工程的統(tǒng)一性。在專題的編寫中參考已建工程，對鐘呂水庫主體工程的施工組織進行了設計，確保按期完成本標段工程。在設計過程中既充分運用了所學知識，廣泛參考了堆石壩設計、施工技術等相關書籍，并在規(guī)范規(guī)定內(nèi)設計，體現(xiàn)了本設計的科學性、規(guī)范性。關鍵詞：復合土工膜、堆石壩、防滲、邊坡穩(wěn)定、投標文件技術標、主壩、副壩、施工組織設計、堆石填筑技術AbstractThis design is mainly to develop uses the B river basin the water resources, constructs one to generate electricity primarily,simultaneously gives dual attention to the irrigation, the water supply, the flood prevention and the cultivation and so on comprehensive utilization benefit cross basin development water conservation water and electricity key project.The key position survey which after having been clear about the construction goal and had construction basis and condition designs to be as follows: The B river hydro-junction is the compound earthwork membrane anti-seepage rock-fill dam. Most dam high 53.2m, installs equipment 6400kW, power plant design head 174m, guarantees strives 1461kW, is loaded with two 3200kW units, normal store water level 276.5m, about main dam long 190m, upstream side slope 1:1.5, on downstream 251 elevation training grounds side slope 1:1.52, lower part training ground side slope 1:1.54.The this design primary coverage is: After flood control definite crest elevation; The dam ratio elects; First main buildings design; Construction organization plan. And has carried on the principal part tender documents technology sign compilation, key to this design topic-The technical signs construction organization plan has carried on the design and the compilation. The compound earthwork membrane anti-seepage rock-fill dam is one kind of new dam, its impervious material-The compound earthwork membranes design, the construction, the quality control are this kind of dam technical keys, has the detailed explanation in this design instruction booklet sixth chapter of third. This design and some have constructed the compound earthwork membrane rock-fill dam take the common concretes kneading board rock-fill dam as the reference, while pays great attention various details independent sub-item design, overall evaluation overall project unity. Refers in the special compilation has constructed the project, has carried on the design to Zhong the Lu reservoir principal parts construction organization, guarantees on time the cost sign section project. Already fully utilized in the design process has studied the knowledge, widely has referred to the rock-fill dam design, the construction technique and so on related books, and in the standard stipulated designs, has manifested this design scientific nature, the standards.key word: The compound earthwork membrane, the rock-fill dam, the anti-seepage, the stability of slope, the tender documents technology sign, the host dam, the vice-dam, the construction organization plan, piles up stones reclamation technology目 錄目 錄1摘 要1Abstract2第一章 綜合說明11.1 工程特性表11.2 建設目的和依據(jù)31.3 建設的條件31.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益31.4.1 建設規(guī)模31.4.2 綜合利用效益4第二章 自然地理條件52.1 地形條件52.2 水文特性52.3 工程地質(zhì)條件62.3.1庫區(qū)工程地質(zhì)62.3.2壩址工程地質(zhì)62.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件92.4 氣象、地震及其他102.4.1 氣象、地震102.4.2 天然建筑材料10第三章 設計條件和設計依據(jù)113.1 設計任務113.2 設計依據(jù)11第四章 洪水調(diào)節(jié)計算124.1 洪水調(diào)洪演算124.1.1 洪水調(diào)洪演算原理124.1.2洪水調(diào)洪演算方法144.2 洪水標準分析144.3 洪水建筑物的型式選擇144.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定164.4.1 調(diào)洪演算過程164.4.2 洪水過程線的模擬164.4.3 計算公式164.4.4 計算結果174.4.5 方案選擇174.4.6 壩頂高程的確定18第五章 主要建筑物型式選擇及樞紐布置215.1 樞紐等別及組成建筑物級別215.2 壩型選擇215.2.1 定性分析215.2.2 定量分析265.3 泄水建筑物型式選擇275.4 樞紐方案的綜合比較275.4.1 擋水建筑物復合土工膜防滲堆石壩275.4.2 泄水建筑物正槽溢洪道275.4.3 水電站建筑物27第六章 第一主要建筑物設計286.1 大壩輪廓尺寸及防浪墻設計286.1.1 L型擋墻頂高程及壩頂高程、寬度286.1.2 壩體分區(qū)286.1.3 L型擋墻設計296.1.4 壩坡與馬道356.2 堆石料設計366.2.1堆石料基本特性參數(shù)366.2.2主、次堆石料設計366.2.3墊層、過渡層設計366.2.4堆石體設計技術參數(shù)表376.2.5堆石體填筑技術參數(shù)表376.3 復合土工膜設計376.3.1復合土工膜的選型和分區(qū)376.3.2土工膜強度校核396.4 大壩穩(wěn)定分析416.4.1 計算原理及方法416.4.2 壩坡穩(wěn)定分析426.4.3 壩坡面復合土工膜的穩(wěn)定分析436.5 副壩設計456.5.1 副壩及主壩的連接及副壩型式選擇456.5.2 副壩的壩體地基處理防滲設計486.6 細部構造設計及地基處理496.6.1 壩頂構造496.6.2 護坡設計496.6.3 分縫及止水496.6.4 壩基處理506.7 趾板設計536.7.1 趾板的作用536.7.2 壩軸線選取556.7.3 趾板最大剖面設計556.7.4 趾板各剖面設計566.7.5趾板分塊576.7.6 趾板配筋586.8 壩體沉降估算586.9 工程量計算596.9.1 工程量計算的依據(jù)及項目劃分596.9.2主壩工程量計算596.9.3副壩工程量計算606.9.4工程量清單61第七章 泄水建筑物設計627.1 泄水建筑物型式選擇627.2 溢洪道的組成部分和總體布置627.2.1 溢洪道總體布置627.2.2 引水渠設計637.2.3 控制堰設計647.2.4 泄槽設計677.2.4 出口消能設計71第八章 施工組織設計748.1 基本資料分析748.1.1工程概況748.1.2 施工條件748.1.3 有效工日分析758.2 施工導流768.2.1 導流標準768.2.2 施工導流方案及大壩施工分期778.2.3 導流建筑物規(guī)劃布置778.3 主體工程施工808.3.1堆石體施工808.3.2 堆石體施工858.3.3 導流隧洞施工878.4 施工交通運輸?shù)缆凡贾?08.5 施工總進度91參考文獻92- 5 -第一章 綜合說明1.1 工程特性表表1-1 工程特性表序號及名稱單 位數(shù) 量備 注一、水庫流域面積km233正常高水位m276.5死水位m248.5汛前限制水位m275.0設計洪水位m276.8校核洪水位m278.2設計泄洪流量m3/s214.0校核泄洪流量m3/s348.0總庫容萬m32154.8死庫容萬m3200.0興利庫容萬m31743.4有效庫容萬m31954.8二、大壩壩型復合土工膜防滲堆石壩壩頂高程m278.2防浪墻頂高程m279.4壩頂寬度m6.0最大壩高m53.2上游壩坡11.5下游壩坡11.52（馬道上部）下游壩坡11.52（馬道下部）馬道高程m251.0主壩壩軸線長m189.5副壩型式重力式擋墻副壩壩軸線長m108.62導流洞型式圓形導流洞進口底高程m227.5導流洞出口底高程m226.5導流洞半徑Rm2.4導流洞長度m200三、溢洪道溢流前緣凈寬m10堰頂高程m272設計流量m3/s214.0校核流量m3/s348.0閘門型式平板閘門尺寸（寬高）m2106四、廠房系統(tǒng)1動能指標最大凈水頭m174.0額定水頭m174.0最小水頭m143.0引用流量m3/s5.0額定出力kW6400保證出力kW14612廠房廠房型式地面式廠房面積m231.515.7主廠房寬度m10.8機組臺數(shù)2機組安裝高程m103.0水輪機型號HL110-WJ-76發(fā)電機型號SFW-J3000-6/1480開關站面積m211.527.25五、引水系統(tǒng)進水口型式塔式進水口高程m244.7壓力鋼管直徑m1.2管壁厚度mm10有壓隧洞洞徑m1.8襯砌厚度cm50鋼襯厚度mm4調(diào)壓井最高涌浪水位m280.0調(diào)壓井最低涌浪水位m226.32六、工程量1主壩基礎開挖量m343992.56堆石料填筑量m3447421.8混凝土方量(L型擋墻)m3804.525混凝土方量（趾板）m3710.4682混凝土方量（現(xiàn)澆混凝土保護層）m31125.0712副壩基礎開挖量m31168.221混凝土方量m34706.2513溢洪道溢洪道開挖量m316979.53混凝土襯砌方量m32883.251.2 建設目的和依據(jù)B江水利樞紐工程是以發(fā)電為主，同時兼顧了灌溉、供水、防洪及養(yǎng)殖等綜合利用效益的跨流域開發(fā)的水利樞紐工程。1.3 建設的條件建設資金基本到位，施工準備工作已經(jīng)就緒。1.4 建設的規(guī)模及綜合利用效益1.4.1 建設規(guī)模本電站裝機6400 kW，保證出力1461kW。廠房總面積為31.515.7。開關站尺寸為11.527.25。水庫總庫容（校核洪水位以下的全部庫容）為2154.8萬m3。1.4.2 綜合利用效益1.4.2.1 發(fā)電裝機6400kW，電站設計水頭為174m，多年平均發(fā)電量為1700104kWh，保證出力為1461kW。本電站裝2臺3200kW機組，正常蓄水位為276.5m，引水式發(fā)電，引水隧洞布置在右岸山體中，最大引用流量為5m3/s。廠房位于段莘水江灣湖山村左岸下游340m處，地面式，總面積為31.515.7，其中主廠房寬10.8m，主廠房內(nèi)安裝二臺HL110-WJ-76，配SFW-J3000-6/1480的水輪發(fā)電機組，機組安裝高程為103m，開關站位于廠房的左上側，尺寸為11.527.25。1.4.2.2 灌溉下游利用發(fā)電尾水灌溉，上游增加灌溉面積1.0萬畝。1.4.2.3 供水供鐘呂村及其下游村民生活用水。1.4.2.4 防洪可減輕洪水對鐘呂村及下游江灣鎮(zhèn)的威脅，要求設計洪水最大下泄量限制為255m3/s。1.4.2.5 漁業(yè)水庫蓄水后，正常蓄水位時水庫面積1.09km2，為發(fā)展養(yǎng)魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了有利條件。第二章 自然地理條件2.1 地形條件鐘呂水庫位于江西婺源縣樂安河一級支流曉港水的鐘呂村上游約160m處，壩址以上控制流域面積33km。曉港水在鐘呂村上游約300m處，由兩支水系匯合而成，其中東支發(fā)源于石耳山，南支發(fā)源于清灣頭尖，河流在曉港村匯入樂安河，本流域上游為中低山區(qū)，山勢陡峭，中下游為低山丘陵區(qū)，山體凌亂，沖溝發(fā)育。2.2 水文特性據(jù)水文資料推算，壩址處多年平均流量1.28m/s，多年平均總徑流量4040萬m，p=0.1%的洪峰流量為551.5m/s,三日洪量為1569萬m，p=2%的洪峰流量為364.5m/sec,三日洪量為965萬m。流域多年平均降雨值2047.7mm。正常蓄水位276.5m，對應庫容V正=1950.0萬m。死水位248.5m，對應V死=185.0萬m。流域河段多年平均輸砂量為0.29萬噸，泥沙容重估算為1.3t/m。估計水庫淤積年限與高程關系（見表2-1）：表2-1 淤積年限與高程關系表淤積年限（年）泥沙淤積量（萬m）淤積高程（m）5011.05236.0810022.1237.78水庫水位庫容關系曲線（見表2-2）：表2-2 水庫水位庫容關系曲線表水位（m）227.5236.08237.78248276278.11庫容（104m）011.0522.1172.01910.02145.2壩址水位-流量關系曲線（見表2-3）：表2-3壩址水位-流量關系曲線表水位(m)227.5228.0228.5229.0229.5230.0230.5流量(m/s)06.028.966.77121.97196.05281.782.3 工程地質(zhì)條件2.3.1庫區(qū)工程地質(zhì)庫區(qū)屬構造剝蝕低山地貌，山勢陡峭，分水嶺雄厚，地形封閉，植被良好， 未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。組成庫岸及庫盆的地層巖性主要為前震旦系板溪群的千枚狀綠泥絹云母板巖，千枚巖和變質(zhì)砂巖。庫區(qū)巖石受多次構造運動的影響，斷層和裂隙發(fā)育，巖石的褶皺和撓曲也很常見，構造行跡以北東向壓扭性為主，常見有北西向張扭性斷裂和近東西向平推斷層，未見有較大的導水斷裂連通庫外。庫區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水，受大氣降水補給，排泄于河谷與河床，庫岸山體地下水位較高，一般在300m高程以上，組成庫岸及庫盆的巖石表部透水性強，但深部巖石透水性微弱，屬相對不透水層。庫區(qū)工程地質(zhì)良好，水庫蓄水后，不存在永久滲漏、岸邊再造、浸沒及水庫誘發(fā)地震等問題。2.3.2壩址工程地質(zhì)2.3.2.1 地貌 壩址區(qū)屬構造剝蝕低山地貌，山頂高程為280450m，壩區(qū)河床較寬，約2050m，為一“U”型河谷，兩岸山坡不對稱，左岸山體雄厚，山坡角3040度，右岸山體較為單薄，山坡角2030度，且在右岸有一低矮埡口，頂高程約276m，壩址區(qū)沖溝發(fā)育，且切割較深，未見滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定。2.3.2.2 地質(zhì)巖性壩址區(qū)出露的地層巖性為前震旦系板溪群第四段綠泥絹云母千枚巖夾變質(zhì)砂巖，第四系松散堆積物及變質(zhì)輝常巖，其巖性特征為：1、泥絹云母千枚巖：灰綠色，主要礦物成分為絹云母、石英、長石、綠泥石等，千枚狀構造，其余碎屑顯微鱗片狀構造，巖石撓曲和褶皺常見，片理極發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N4060E，NW3860。2、質(zhì)砂巖：青灰色，主要礦物成分未石英、長石及巖屑等，中細砂粒結構，層狀構造，有輕微的變質(zhì)，巖石結構致密，巖性堅硬。3、第四系松散堆積物主要為沖擊砂卵石，漂石，厚11.5m，分布于河床部位，殘坡積壤土、碎塊石土，厚16m，分布于兩岸山坡及沖溝部位。4、質(zhì)輝長巖：暗綠、深綠色，主要礦物成分為綠泥石、綠簾石、纖閃石及少量石英，輝長結構，塊狀構造，微具定向構造，巖石質(zhì)地堅硬，在壩址區(qū)呈巖株或巖脈產(chǎn)出。2.3.2.3 地質(zhì)構造壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構造復合部位，出露的地層古老，經(jīng)歷了多次構造運動，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。在初步設計階段共發(fā)現(xiàn)斷層20條。壩基開挖后，在壩基部位新發(fā)現(xiàn)小斷層14條及兩條風化夾層，但密度均較小。1、主要斷層：F5壓扭性斷層：產(chǎn)狀N35，NW80，寬0.10.15m，主要由片狀巖、碎性巖組成，構造巖強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽228m高程附近。F12壓扭性斷層：產(chǎn)狀N40E，NW66，寬0.20.4m，主要由片狀巖組成，構造巖呈強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽236m高程附近。F22層間擠壓破碎帶：產(chǎn)狀N55E，NW55，寬0.10.25m，主要由片狀巖、石英脈組成，構造巖強風化，性狀較差，出露于左岸趾板齒槽260m高程附近。F29壓扭性斷層：產(chǎn)狀N25E，NW70，寬0.080.1m，主要由碎裂巖組成，見0.51.5cm厚的斷層泥繼續(xù)分布，斷層間較平，構造巖呈強風化，性狀差，出露于河床趾板齒槽部位。2、裂隙：壩址區(qū)巖石裂隙發(fā)育，巖石破碎，壩基開挖后，對壩基巖石裂隙作了統(tǒng)計，主要有兩組發(fā)育方向：一是NE向?qū)用妫严懂a(chǎn)狀N4060E，NW3860，裂面稍扭，普遍見Fe、Mn質(zhì)浸染，表面張開或微張，局部見次生泥充填，延伸長，極發(fā)育；二是NW3050W，SW或NE4080，裂面光滑平整，見Fe、Mn質(zhì)浸染，間距一般20cm，延伸較短，發(fā)育。3、風化夾層：壩基開挖后，在河床右側趾板齒槽部位發(fā)現(xiàn)了兩條風化夾層WJ1，WJ2，產(chǎn)狀N42E，NW0.7；弱風化巖石0.55；飽和抗壓強度：微新巖石40MPa；弱風化巖石25MPa；表2-4 堆石試驗參數(shù)表組別試驗干密度（g/cm）C(KPa)KnRfGFDA2.104738.58800.350.820.460.201.5B2.056037.72600.320.810.430.181.8（2）復合土工膜試驗參數(shù)（見表2-5）表2-5 復合土工膜試驗參數(shù)表項 目單 位量 值備 注單位面積質(zhì)量g/m211001300350/0.4/350350/0.6/350膜 厚250m高程以上mm0.4250m高程以下mm0.6周邊縫等處mm0.8周邊縫、水平縫、分縫處寬條縱向拉伸強度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸長率%50窄條縱向拉伸強度kN/m1518350/0.4/350350/0.6/350伸長率%50摩 擦 系 數(shù)與水泥砂漿0.577與現(xiàn)澆砼0.6粘 結 力kg/cm20.1滲 透 系 數(shù)cm/s110-112.3.3 引水發(fā)電隧洞工程地質(zhì)條件引水發(fā)電隧洞通過地段屬低山地貌區(qū)，山頂高程300400m相對高程100200m，隧洞區(qū)沖溝發(fā)育，山體切割較深且較零亂，地表植被發(fā)育，未見有不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。隧洞圍巖由絹云母千枚巖、變質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖與粉砂質(zhì)板巖層。絹云母千枚巖偶夾粉砂質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等組成。巖石層面裂隙極發(fā)育、褶皺、撓曲嚴重，斷層發(fā)育切規(guī)模大，性狀差，其中絹云母千枚巖、凝灰質(zhì)千枚巖水理性質(zhì)較差，且遇水易軟化，軟化系數(shù)低，凝灰質(zhì)千枚巖成分復雜，還易于風化。絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖在洞線出露的長度占洞線總長的19%，說明洞線圍巖大部分由絹云母千枚巖與凝灰質(zhì)千枚巖構成。根據(jù)工程類比可知：千枚巖的單軸飽和抗壓強度為1640Mpa，軟化系數(shù)0.630.93，屬半堅硬較軟化，抗水性較差的片狀（薄層狀）巖體。2.4 氣象、地震及其他2.4.1 氣象、地震流域內(nèi)氣候：流域內(nèi)多年平均氣溫16.7，以一月份平均氣溫4.6為最低，七月份平均氣溫28為最高，歷年極端最高氣溫41，極端最低氣溫-11。風速及吹程：多年平均最大風速12.6m/s，吹程1.6km。地震烈度：壩址及庫區(qū)地震烈度屬度以下，設計時可不考慮地震荷載。降 雨 量：流域多年平均降雨均值2047.7mm。2.4.2 天然建筑材料2.4.2.1 砂礫石料壩址流域砂礫石料貧乏，但在江灣水和段莘水流域有梨苗場和古玩料場，距大壩約1015km,有公路相通，運輸方便。梨苗場 、古玩料場均為砂卵（礫）石混合料，砂卵（礫）石儲量豐富，質(zhì)量良好，滿足工程要求。2.4.2.2 堆石料壩址附近廣泛分布綠泥絹云母千枚巖，弱至微風化巖石，巖性較堅硬，力學強度較高，質(zhì)量較好，儲量豐富，可作為大壩堆石料。壩址附近粘土很少，壩址上下游有一定的粘土分布，均為當?shù)剞r(nóng)民耕地。第三章 設計條件和設計依據(jù)3.1 設計任務在對原始材料進行綜合分析的基礎上，并結合本次設計的專題研究，要求：（1）根據(jù)防洪要求，對水庫進行洪水調(diào)節(jié)計算，確定壩高程及岸坡溢洪道尺寸；（2）通過分析，對可能的方案進行比較，確定樞紐組成建筑物型式，輪廓尺寸及水利樞紐布置方案；（3）詳細做出大壩設計，通過比較，確定壩的基本剖面與輪廓尺寸，擬定地基處理方案和壩身結構，進行水力、靜力計算；（4）進行專題的設計：技術標的施工組織設計；對總進度計劃編制進行深入研究。3.2 設計依據(jù)包括相關參考文獻、主要設計規(guī)范以及上級機關批文。1、中華人民共和國水利部.混凝土面板堆石壩設計規(guī)范.北京:中國水利水電出版社，19982、中華人民共和國水利部.水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范（SL/T225-98）.北京：中國水利水電出版社，19983、中華人民共和國水利部.水工建筑物荷載設計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，19984、中華人民共和國水利部.水利水電工程等級劃分.北京：中國水利水電出版社，20005、中華人民共和國水利部.水工擋土墻設計規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，2007第四章 洪水調(diào)節(jié)計算4.1 洪水調(diào)洪演算4.1.1 洪水調(diào)洪演算原理洪水在水庫中運行時，水庫沿程的水位、流量、過水斷面、流速等均隨時間而變化，其流態(tài)屬于明渠非恒定流。根據(jù)水力學，明渠非恒定流的基本方程，即圣維南方程組為：連續(xù)性方程： （4-1）運動方程： （4-2）式中： 過水斷面面積(m2)； 時間（s）； 流量（m3/s）； 沿水流方向距離（m）； 水位（m）； 重力加速度(m/s2)； 斷面平均流速(m/s)； 流量系數(shù)(m3/s)。一般采用簡化的近似解法，長期以來，普遍采用瞬時法，即用有限差值來代替微分值，并加以簡化，以近似地求解一系列瞬時流態(tài)。瞬時流態(tài)法將式(41)進行簡化而得出基本公式，再結合水庫的特有條件對基本公式進行簡化，得出用于水庫調(diào)洪計算的實用公式： （4-3）式中：， 分別為計算時段初、末的入庫流量(m3/s)； 計算時段中的平均入庫流量(m3/s) ，=(+)/2；， 分別為計算時段初、末的下泄流量(m3/s)； 計算時段中的平均下泄流量(m3/s)，；， 分別為計算時段初、末水庫的蓄水量(m3)； 與之差； 計算時段。公式(4-3)表示為一個水量平衡方程式，表明：在一個計算時段內(nèi)，水庫水量與下泄水量之差即為該時段中水庫蓄水量的變化。顯然，公式中并未計入洪水入庫處至泄洪建筑物間的行進時間，也未計入沿程流速變化和動庫容等影響，這些因素均是其近似性的一個方面。當已知水庫入庫洪水過程線時，、均為已知，、，則是計算時段開始時的初始條件。于是，式(4-3)中的未知數(shù)僅剩下、，當前一時段的、求出后，其值即成為后一時段的、值，使計算能逐步地連續(xù)進行下去。僅一個方程來求解、是不可能的，必須再有一個方程式，與式(4-3)聯(lián)立，才能同時解出、的確定值，假定暫不計及自水庫取水的興利部門瀉向下游的流量，則下瀉量是泄水建筑物瀉流水頭的函數(shù)，而當泄洪建筑物的型式、尺寸等已確定時 (4-4)式中： 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開度及淹沒系數(shù)有關； 指數(shù)，對于堰流B一般等于3/2，對于閘孔出流一般B=1/2。根據(jù)水力學公式，與的關系曲線可求。若是堰流即為庫水位Z與堰頂高程之差；若是閘孔出流即為庫水位Z與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù)與的關系曲線求出Z與的關系曲線，并且由庫水位Z，又可借助于水庫容積特性曲線，求出相應的水庫蓄水容積，則式(4-4)可用下泄流量與庫容的關系曲線代替，即，與式(4-3)聯(lián)立方程組，求解、。當水庫承擔下游防洪任務時，要求保持不大于下游允許的最大下泄流量時，就要利用閘門控制流量，但計算的基本公式和方法與上述一致。本設計泄水建筑物是正槽溢洪道。采用閘門全開式泄洪，故下泄流量是，即為庫水位Z與堰頂高程之差，由于資料有限僅有0.1%和2%的流量及其對應的三日洪峰流量，無法描繪出洪水過程線，故采用三角形法擬畫出洪水過程線（具體做法見本章4.4節(jié)）。本設計中進行調(diào)洪演算是為了定出設計、校核水位及相應的下泄流量，已知下泄量與水頭的關系曲線（即式4-4），通過假定下泄流量，可利用洪水過程線計算出水庫蓄水量，通過可查出對應的水位，得到曲線，通過兩條q-Z曲線即得到設計、校核水位及相應流量。4.1.2洪水調(diào)洪演算方法進行洪水調(diào)節(jié)計算的方法很多，目前常用的是：列表試算法，半圖解法。由于本工程是以發(fā)電為主要任務的樞紐工程，故本設計中以引水發(fā)電流量作為起調(diào)流量（5m3/s）。但是因其較小，故而在實際操作中會出現(xiàn)先放水再攔洪的情況。鑒于本工程等別較低且沒有足夠的水文資料，所以采用近似的方法簡化三角形法，即高切林法。4.2 洪水標準分析由給定的資料情況，采用以下洪水標準：設計情況，采用50年一遇的洪水標準P=2%的洪峰流量為364.5 m3/s,三日洪量為965萬m3。校核情況，采用千年一遇的洪水標準p=0.1%的洪峰流量為551.5 m3/s,三日洪量為1569萬m3。4.3 洪水建筑物的型式選擇水利樞紐中的泄水建筑物一般包括設于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。本設計采用壩型為復合土工膜防滲堆石壩（具體見5.2節(jié)），因此泄水建筑物一般不布置在河床。下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，對正槽溢洪道、側槽溢洪道及泄水隧洞這三種泄水建筑物進行比較選擇。泄水隧洞布置得一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他建筑無相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構造簡單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅硬，上覆巖體厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時防止洞身離地表太淺。本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構造復合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見。壩址區(qū)巖石的透水性及相對不透水層經(jīng)先導孔壓水試驗，左岸相對不透水層埋深1024米，上部透水層q值為6.7196.7Lu，大者達到341.7Lu，屬中等-嚴重透水層。本工程最大壩高53.0米，正常蓄水位276.3米，因此要避開透水層而布置泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。河岸溢洪道是布置在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫庫岸的泄洪通道，上游水庫多余的來洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。包括兩種型式：正槽溢洪道過堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致和側槽溢洪道水流過堰后急轉(zhuǎn)近90，再經(jīng)泄槽下泄。從地質(zhì)條件上來說，溢洪道應力爭位于較堅硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，要注意襯砌和防沖的設計。同時對于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開挖量，也可以減少壩體的填筑量。因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。正槽溢洪道在水力學上的特點是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭決定，過堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達到同一值，故水流平順穩(wěn)定，運用安全可靠，另外，結構簡單、施工方便。側槽溢洪道在當水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布置正槽溢洪道將導致巨大的開挖量時，可能成為比較經(jīng)濟的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開挖量增加較少，從而可以以較長的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位，或換取較高的堰頂高程。本工程的溢洪道布置在左岸（說明見5.5節(jié)），岸坡較陡優(yōu)選側槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需要注意和解決的問題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條件下，高速水流引起的一系列水力學和結構問題，而側槽溢洪道的水流現(xiàn)象復雜，進槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近90，再順槽軸線下泄，對每一個不同的側槽斷面，其所通過的流量是不相同的，然而，側槽內(nèi)的水流現(xiàn)象的復雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流量的沿程的變化上，水流自堰跌入側槽后，在慣性的作用下，沖向側槽對岸壁，并向上翻騰，然后再重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個橫軸螺旋流?？紤]到側槽溢洪道水流現(xiàn)象的復雜，而且本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構造復合部位，出露的地層古老，經(jīng)歷了多次構造運動，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層褶皺和撓曲常見。若采用側槽溢洪道，考慮側槽內(nèi)流態(tài)復雜，則側槽及泄水段的襯砌工程含量很大；同時考慮到堆石壩溢洪道可緊靠壩體布置這一優(yōu)點，同時由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開挖量不會增加很大。綜上所述，結合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布置于左岸與壩體相接。4.4 調(diào)洪演算及泄水建筑物尺寸（孔口尺寸/堰頂高程）的確定4.4.1 調(diào)洪演算過程通過洪水資料，由三角形法作出設計情況和校核情況下的洪水過程線；假定堰高、堰寬，確定各情況下的起調(diào)流量；假定不同的下泄流量q，由洪水過程線求出庫容，由庫容，查水位庫容曲線，找出相應的水位，從而對于每一組情況下可作出一條QH曲線；根據(jù)公式,又可作出一條QH曲線；對應于每一種情況，可從QH圖中確定相應交點的Q和H值。4.4.2 洪水過程線的模擬由于本設計中資料有限，僅有p=2%、p=0.1%的流量及相應的三日洪水總量，無法準確畫出洪水過程線。按照規(guī)范，洪水過程線應用P型曲線擬合，但實際操作過程中較難，故本設計中采用三角形法模擬洪水過程線，并在曲線形狀上盡量擬合為P型。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個三角形（如圖中虛線），根據(jù)水量相等原則，對三角形進行修正，得到一條模擬的洪水過程線（如圖中的實線）。圖4-3 調(diào)洪演算圖4-1 三角形法圖4-2 洪水過程線 4.4.3 計算公式計算采用公式： （4-5）式中：側收縮系數(shù)，=0.9；m流量系數(shù)，m=0.502； B溢流孔口凈寬； H堰上水頭。注：1、由于在初步設計是不考慮淹沒出流的情況，故淹沒系數(shù)直接取為1。2、由水力學書可知。單孔閘門，則，圓弧邊墩，則，由上可得上述公式簡化為：。4.4.4 計算結果計算結果見表4-1： 表4-1 調(diào)洪方案匯總表堰頂高程（m）堰頂寬度B（m）方案設計下泄流量(m3/s)設計洪水位(m)校核下泄流量 (m3/s)校核洪水位(m)設計超高Z（m）校核超高Z（m）27181202276.3315278.402.192215276343.6277.9-0.31.6103225.05275.9355.8277.6-0.41.327284193277.2320279.10.92.895204277332278.70.72.4106214276.8348278.20.51.927387190277.8296280.21.53.998196277.6317279.71.33.4109204277.5328279.41.23.1注：超高Z =所得洪水位-正常蓄水位。4.4.5 方案選擇以上9個方案上游水位設計超高Z均不超過2m，校核超高Z均不超過4m，且均滿足允許下泄流量，方案2、3的設計洪水位小于本設計的正常蓄水位，故舍棄。方案4、7、8的設計下泄流量均小于200 m3/s，太小，故不采用。因此在剩余的1、5、6、9三方案中需通過經(jīng)濟技術比較：本設計對此只做定性分析，同時也考慮與導流洞結合的問題。一般情況下壩高是由校核情況控制的，超高越大壩就越高，大壩工程量加大；B大則增加隧洞的開挖及其它工程量，而Q/B即單寬流量越大消能越困難，襯砌要求也高。方案1的Q/B偏大；方案9的Q/B雖然最小但是泄流量偏?。环桨?與方案6相比不僅Q/B大且超高Z大，增加主體工程量，并且方案6比方案5的下泄量更接近允許設計洪水最大下泄量，所以經(jīng)過綜合比較最后采用6方案：即堰頂高程272m，溢流孔口凈寬10m；該方案設計洪水位276.8m，設計下泄流量214m3/s，校核洪水位278.2m，校核泄洪量348m3/s。4.4.6 壩頂高程的確定4.4.6.1 工程等別及建筑物級別和洪水標準的確定由校核洪水位278.2m查得相應水庫的總庫容為0.21548108 m3，水電站裝機容量為6400kW, ,根據(jù)我國水利部頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000），本工程，即鐘呂水利樞紐工程：工程等別為三等，控制屬于中型工程，主要建筑物級別為3級、次要建筑物級別為4級、臨時建筑物級別為5級。水工建筑物為3級的洪水標