水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩坡穩(wěn)定分析畢業(yè)設(shè)計(jì)

水庫樞紐設(shè)計(jì)及壩坡穩(wěn)定分析專業(yè)：學(xué)生：指導(dǎo)老師：摘要：水庫是向家壩灌區(qū)規(guī)劃的南總干渠新建囤蓄水庫，位于長江右岸一級支流長寧河左岸碧玉溪下游，四川省宜賓市長寧縣長寧鎮(zhèn)境內(nèi)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1確定工程等別及建筑物級別；2擋水建筑物：選擇比較上中下游壩址、布置擋水建筑物、設(shè)計(jì)大壩剖面尺寸、設(shè)計(jì)擋水建筑物細(xì)部構(gòu)造；3滲流分析：選定典型剖面、計(jì)算正常運(yùn)行情況的滲流情況，校核工況下的滲流分析；4穩(wěn)定計(jì)算：選定穩(wěn)定計(jì)算的計(jì)算方法、選定計(jì)算典型剖面、計(jì)算正常運(yùn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)、分析擬定壩坡的合理性；5泄水建筑物設(shè)計(jì)；6放空排沙洞設(shè)計(jì)；7引水建筑物設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：壩體設(shè)計(jì)滲流穩(wěn)定reservoirshubdesignandslopestabilityforanalysisMajor:HydraulicandhydroelectricengineeringStudent:Instructor:Abstract：reservoirsisthemaincanalNewSouthhoardwaterreservoirsoftheXiangjiabareservoirirrigationarea,islocatedintheYangtzeriverrightbanktheChangningriverof1tributaryontheleftbankwaterofyuxidownstream,inthetownofChangning,Changningcounty,yibincity,Sichuanprovince.Thisdesignincluds：1Thedeterminationofthegenderoftheengineeringandbuildinglevel.2Thedesigningofwaterretainingstructures:thechoosingandcomparingofthedamonhigher,middleandlowerreaches,thedecoratingofthewaterretainingstructures,thedesigningofthesizeofthesectioninthedamandthedesigningofthedetailstructuresinthewaterretainingstructure.3Dam’sfoundationtreatments:choosinghowtotreatthedamfoundationandthebultments’excavating.4Seepageanalysis:choosingtypicalsection,seepageanalysisatnormaloperationandseepageanalysisatcheckingcondition.5Thedesigningoftheoutletstructure.6Thedesigningoftheevactionanddesiltinghole.7Thedesigningofthewaterdiversionstructure.Keywords:Damdesign;Seepage;Stability;Settlement目錄TOC\o"1-3"\h\u60181基本資料 467311.1地理位置 5179581.2水庫基本參數(shù) 5282561.3水文、氣象、泥沙資料 522788氣象 531504徑流 62866洪水 8254541.3.4泥沙情況 9160001.4工程地質(zhì) 10186681.4.1區(qū)域地質(zhì) 10168831.4.2水庫區(qū)主要工程地質(zhì)問題 1131751.4.3壩址比較及推薦意見 11207671.4.4渠道主要工程地質(zhì)問題及評價(jià) 1222211.4.5本工程區(qū)巖、土體物理力學(xué)參數(shù)建議值 12151231.4.6天然建筑材料 1266842.防洪調(diào)度 13220162.1基本資料 1392892.2防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定 15196492.3洪水調(diào)度方式 1635372.4調(diào)洪基本原理 17322322.5.1水庫水量平衡方程 17112022.5.2水庫蓄泄方程或水庫蓄瀉曲線 1781962.5洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果 1785123壩址、壩型的選擇 19156693.1主壩壩址選擇 197500壩址方案擬定 19267033.1.2上、下壩址樞紐布置比較 21286403.1.3壩址選定 21245964工程等級及建筑物級別 21308985主體壩型設(shè)計(jì) 22146775.1壩頂高程 22177665.2壩體斷面設(shè)計(jì) 2412020泥巖心墻石渣壩 248694溢洪道 2428446放空洞 2513708取水隧洞 25141395.3基礎(chǔ)處理及防滲設(shè)計(jì) 26223286大壩計(jì)算與分析 26236436.1滲流計(jì)算 26248506.1.1計(jì)算斷面 2631276.1.2計(jì)算參數(shù) 26158326.1.3水位組合情況及計(jì)算工況 27130476.1.4計(jì)算方法及程序 2730756.1.5滲流計(jì)算模型及邊界條件 2852076.1.6滲流軟件分析圖 29191676.2穩(wěn)定計(jì)算 36232786.2.1計(jì)算參數(shù) 36269386.2.2軟件分析結(jié)果 37139796.2.3穩(wěn)定結(jié)果總結(jié) 4227157泄洪和取水建筑物設(shè)計(jì) 43111067.1溢洪道布置 43161647.2底流消能段水力計(jì)算 45318177.3取水洞布置 4629547.4取水洞水力設(shè)計(jì) 46148287.5取水洞建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47188888施工組織設(shè)計(jì) 47314588.1 47287948.2 48133608.3 4832260參考文獻(xiàn) 496740致謝 501基本資料水庫工程的任務(wù)是灌溉及城鄉(xiāng)生活供水，結(jié)合防洪。左干渠渠首設(shè)計(jì)引用流量為1.5m3/s，分有馬鞍斗渠、謝家斗渠和開佛斗渠，控灌面積為3.96萬畝。右干渠渠首設(shè)計(jì)引用流量0.1m3/s，控灌面積0.24萬畝。庫區(qū)控灌面積1.45萬畝，需設(shè)置抽水泵站提水灌溉。庫區(qū)左岸提灌站布置在大壩上游1.66km處的魚塘灣（稱魚塘灣提灌站），控灌面積0.75萬畝，泵站設(shè)計(jì)引用流量為0.30m3/s；庫區(qū)右岸提灌站布置在大壩上游1.8km處的陶家灣（稱陶家灣提灌站），控灌面積0.70萬畝，泵站設(shè)計(jì)引用流量為0.25m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定，本工程水庫樞紐為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型，主要建筑物的級別為3級，包括風(fēng)化泥巖心墻壩（主壩）、M10漿砌條石重力壩（副壩）、開敞式溢洪道、取水洞、放空洞等，次要建筑物為4級。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）的相關(guān)規(guī)定，渠系工程主要建筑物應(yīng)為5級；次要建筑物和臨時(shí)性建筑物為5級。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50265-97）的規(guī)定，水庫左、右岸提灌站等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為?。?）型、建筑物級別為4級。工程區(qū)內(nèi)50年超越概率10%地震動(dòng)峰值加速度為65cm/sec2，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計(jì)烈度為Ⅵ度，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。1.1地理位置長寧河為長江一級支流，發(fā)源于興文縣毓秀苗族鄉(xiāng)，經(jīng)珙縣、至硐底折向東，入長寧，向北流至江安縣匯入長江。全流域控制集雨面積2060km2，河道全長123km，河道平均比降9.5‰。碧玉溪河為長寧河左岸一級支流，發(fā)源于井江坳海拔高程約520m的龍洞碥，于長寧縣城匯入長寧河。河道全長18.8km，河道平均比降7.24‰。流域控制集雨面積40.1km2。流域地勢西高東低，海拔高程260～330m，屬深丘過渡至淺丘地帶，形狀多系低矮孤丘。擬建水庫壩址位于碧玉溪河上之長寧縣長寧鎮(zhèn)白合村三社，距長寧縣城約1.5km，上壩址位于白鶴沱河段，河長13.9km，河道平均比降7.50‰，控制集水面積32.3km2。下壩址（推薦壩址）位于老鷹巖河段（即新橋下游約200m處），下壩址以上河長14.8km，河道平均比降7.47‰，控制集水面積34.4km2。占碧玉溪河全流域控制集雨面積的85.8%。壩址地理坐標(biāo)：東經(jīng)104°53′54″，北緯28°35′38″。碧玉溪河流域內(nèi)上游支流龍洞碥河上已建有土地坡水庫，其控制集雨面積3.50km2，總庫容104萬m3，有效庫容55.3萬m3。李端河已建有龍門橋水庫，其集雨面積為5.38km2，總庫容為121萬m3，有效庫容51.0萬m3。1.2水庫基本參數(shù)水庫位于磁灶鎮(zhèn)村。攔截九十九溪干流下灶溪支流上的福埔山麓的官前溪。1958年12月動(dòng)工興建，翌年3月竣工。集雨面積9.48平方公里，總庫容468萬立方米，其中興利庫容269.7萬立方米。壩頂高程33.5米，壩高13米，壩頂長度207米，壩頂寬5.5米。副壩壩高8.5米，壩頂長1.83米，壩頂寬6.0米。1979年10月～1981年6月進(jìn)行保壩，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，24小時(shí)雨量315毫米，洪水總量271萬立方米，洪峰流量137秒立方米，校核標(biāo)準(zhǔn)500年一遇，24小時(shí)雨量450毫米，洪水總量400萬立方米，洪峰流量312秒立方米，防洪庫容166.8萬立方米，死庫容31.5萬立方米。1.3水文、氣象、泥沙資料氣象水庫地處長寧河流域，該流域?qū)倥璧貋啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，具有冬暖夏熱，夏無酷暑，氣候終年溫暖，雨量充沛，蒸發(fā)量大，無霜期長，四季分明，雨熱同季的特點(diǎn)。流域內(nèi)常出現(xiàn)，冬干春旱、夏旱和伏旱、洪澇等自然災(zāi)害。長寧河流域內(nèi)降雨量豐沛，年降雨量973～1757mm，自上游至下游呈遞減趨勢。根據(jù)流域內(nèi)龍頭水位站、興文縣氣象站、長寧縣氣象站及江安縣氣象站四站至2010年的降雨量資料統(tǒng)計(jì)分析，多年平均降雨量：龍頭站1221.2mm、興文站1142.3mm、長寧站1066.2mm、江安站1096.7mm。其中5～9月為雨季，降雨量約點(diǎn)全年雨量的80%左右，大暴雨多發(fā)生在7、8兩月。根據(jù)流域內(nèi)各氣象站資料統(tǒng)計(jì)：興文縣最大一日降雨量為172.1mm（1979年8月3日），龍頭站最大一日降雨量為160.1mm（1979年8月2日），長寧站最大一日降雨量為229.4mm（1980年7月30日），龍頭水位站多年平均最大24小時(shí)暴雨值為115.8mm。根據(jù)工程區(qū)附近代表氣象特性的長寧縣氣象站（1970～2010年）資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫18.3℃，極端最高氣溫41.3℃（2006年8月12日），極端最低氣溫-2.0℃（1991年12月28日），多年平均降雨量1053.7mm，最大年降雨量1519.7mm（1979年），最小年降雨量為787.7mm（1972年）。多年平均蒸發(fā)量1111.7mm，多年平均無霜期363天，年平均日照1042.6h，多年平均相對濕度83%。最大風(fēng)速17.0m/s（1971年5月2日），相應(yīng)風(fēng)向NNE。多年平均風(fēng)速0.7m/s，相應(yīng)風(fēng)向NW。多年平均最大風(fēng)速7.3m/s。降雨在年內(nèi)分配很不均勻，雨量集中于汛期，5～9月降雨量占年雨量的72.7%，而6～8月三個(gè)月降雨量占年雨量的50.9%，春灌期的3～5月份占20.2%，而12～2月枯水期僅占6.93%。干旱類別多且發(fā)生頻繁。長寧縣是一個(gè)干旱頻繁的多發(fā)區(qū)，冬干春旱、夏旱和伏旱是水庫灌區(qū)常遇到的干旱類型，春旱頻率在55%、伏旱出現(xiàn)頻率在50%，長寧縣降雨無論是年際、年內(nèi)、時(shí)間、空間的分配都表現(xiàn)出不均勻性的特征，因此造成長寧縣干旱類別多，且發(fā)生頻繁，各類干旱在年際間均有不同程度的發(fā)生，并有連續(xù)出現(xiàn)初夏旱或夏伏旱等持續(xù)時(shí)間長的連旱特點(diǎn)。如1952年、1959年、1972年、1994年、2006年遭春旱并繼以夏旱和伏旱。特別是1994年遭特大干旱，夏伏旱持續(xù)長達(dá)145天；2006年從3月～9月上旬，遭遇持續(xù)的春旱和夏旱連伏旱，旱旱相連，干旱的另一特點(diǎn)連年發(fā)生，如1958～1960年連續(xù)3年、1971～1972年連續(xù)2年、1977～1978年連續(xù)2年、1993～1994年連續(xù)2年、2009～2010年連續(xù)2年。徑流區(qū)內(nèi)徑流為降水補(bǔ)給型，年內(nèi)徑流時(shí)空分布與降水情勢基本一致。徑流年際變化大，同時(shí)受降水因素影響，徑流年內(nèi)分布不均，以汛期徑流為主，枯期徑流僅占年均徑流總量的20%以下。受降水、蒸發(fā)等氣候因素影響，水庫壩址多年平均流量為0.776m3/s，年徑流總量2446.1萬m3。由于水庫位于長寧河一級支流碧玉溪河下游，流域無實(shí)測徑流資料，本次徑流計(jì)算只能間接推求。結(jié)合水庫所在位置和水文氣象特性分析，水庫集雨面積與各參證站有一定差異，其降水也具有差異，因此以插補(bǔ)延長后的敘永站和龍頭站為依據(jù)站，采用面積比加降雨量修正的方法，移用兩參證站的年徑流計(jì)算成果。并進(jìn)行比較分析后，推薦采用以系列長，精度較高的敘永站為依據(jù)站的年徑流成果。敘永站歷年各時(shí)段設(shè)計(jì)徑流成果表見表1-2-1。敘永站設(shè)計(jì)徑流成果表表1-2-1時(shí)段均值Q（m3/s）徑流深H（mm）CvCs/Cv各頻率設(shè)計(jì)值Qp（m3/s）p=5%p=25%p=50%p=75%p=95%年(5~4月)25.2838.300.26236.929.324.620.515.5枯期(12~3月)15.3168.730.38225.918.714.611.17.15水庫本階段擬定了兩個(gè)壩址，上、下壩址控制集雨面積分別為：32.3km2、34.4km2，水庫壩址以上面雨量為1006mm；而永寧河敘永站以上流域多年平均年降雨量，為1186mm；經(jīng)面積比加降雨量修正，得到水庫設(shè)計(jì)年徑流成果見表1-2-2。水庫各壩址設(shè)計(jì)徑流計(jì)算成果表表1-2-2設(shè)計(jì)斷面時(shí)段均值Q(m3/s)徑流量W(萬m3)徑流深H(mm)各頻率設(shè)計(jì)值Qp（m3/s）p=5%p=25%p=50%p=75%p=95%上壩址年(5~4月)0.7282295.8711.071.070.8470.7110.5920.448枯期(12~3月)0.442462.1143.120.7490.5400.4220.3210.207下壩址(推薦壩址)年(5~4月)0.7762446.1711.071.140.9020.7570.6310.477枯期(12~3月)0.471492.4143.120.7970.5760.4490.3420.220根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃及水利計(jì)算要求，進(jìn)行系列年旬操作。水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配成果見表1-2-3。水庫水庫設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配表表1-2-3時(shí)段五月六月七月八月九月十月十一月十二月一月二月三月四月年12-3月平均流量（m3/s）0.9851.2591.3241.0000.8060.7760.6060.4740.4490.4800.4800.6310.7760.471徑流量（萬m3）263.8326.3354.5267.9209.0207.7157.2127.0120.4116.2128.6163.62446.1492.3占全年水量（%）10.813.314.511.05.36.7100.020.1由于水庫流域內(nèi)，上游有兩個(gè)小型水庫，流域面積共8.88km2，因此，水庫壩址處的實(shí)際來水為兩個(gè)小型水庫下泄水量加上兩小庫至水庫壩址區(qū)間的來水以及灌溉回歸水。水庫壩址處實(shí)際徑流量組成及月內(nèi)分配詳見表1-2-4。水庫壩址處實(shí)際徑流量組成及年內(nèi)逐月分配表表1-2-4單位：萬m3項(xiàng)目五月六月七月八月九月十月十一月十二月一月二月三月四月年12-3月上游水庫下泄水量4.929.430.722.920.617.319.813.212.316.811.723.1222.753.7區(qū)間來水量195.9242.9263.3198.9155.4154.8117.194.289.286.195.4121.51814.7365.2上游水庫灌溉回歸水量18.68.5水庫壩址實(shí)際來水量(萬m3)219.3282.6298.0225.7182.3174.0138.3107.6102.1107.3110.3145.72093.3427.4流量(m3/s)0.8191.0901.1130.8430.7030.6500.5340.4020.3810.4440.4120.5620.6640.409根據(jù)灌區(qū)的自然地理概況及水文氣象特點(diǎn)，灌區(qū)徑流以水庫的徑流深成果計(jì)算。水庫灌區(qū)幅員面積77.3km2，徑流深711.07mm，年徑流量5496.6萬m3。洪水1暴雨洪水特性設(shè)計(jì)流域地處亞熱帶濕潤性氣候區(qū)，夏季受來自太平洋的暖氣攜帶大量的水汽影響，常有大雨或暴雨發(fā)生，因此流域洪水主要由暴雨形成，雨洪關(guān)系密切。水庫控制流域面積較小，一般暴雨都能籠罩整個(gè)控制流域。大洪水多發(fā)生在6～9月，多為單峰洪水，由于流域面積小，河道流程短，坡降較大，具有明顯的陡漲陡落、峰型尖瘦、歷時(shí)較短的特點(diǎn)。年最大洪水過程一般持續(xù)0.5～1.0天，洪水的大小及過程與暴雨的大小及過程密切相關(guān)。2設(shè)計(jì)洪水計(jì)算水庫流域內(nèi)無實(shí)測水文資料，對壩址上下游河段進(jìn)行了洪水調(diào)查工作。由于壩址上、下游河道居民分布分散且住于山坡上，訪問到的當(dāng)?shù)鼐用窬窃谳^高處或洪水后看到河里漲水了，對洪水位置及發(fā)生年份均印象不深刻，洪痕點(diǎn)較少，精度較差，未進(jìn)行推流和重現(xiàn)期的論證。其設(shè)計(jì)洪水根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨資料推算。水庫擬定了兩個(gè)壩址，其中，下壩址控制流域面積34.4km2，上壩址控制流域面積32.3km2，因此，本次需計(jì)算下壩址和上壩址的設(shè)計(jì)洪水。水庫具有防洪任務(wù)，防洪對象為長寧縣縣城，需對長寧縣縣城斷面的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算。碧玉溪河長寧縣縣城斷面現(xiàn)狀行洪能力10年一遇，長寧縣城城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。為計(jì)算水庫防洪調(diào)度能力，提高縣城防洪能力，亦計(jì)算長寧縣城城區(qū)30年一遇洪水。由于水庫庫區(qū)回水將回到上游兩支溝內(nèi)，因此對上游兩支溝均進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。水庫總庫容1134萬m3，推薦壩型為泥巖心墻石渣壩，工程屬Ⅲ等中型工程，據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，水庫設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50年一遇，校核洪水重現(xiàn)期1000年一遇。設(shè)計(jì)流域地處亞熱帶濕潤性氣候區(qū)，夏季受來自太平洋的暖氣攜帶大量的水汽影響，常有大雨或暴雨發(fā)生，因此流域洪水主要由暴雨形成，雨洪關(guān)系密切。水庫控制流域面積較小，一般暴雨都能籠罩整個(gè)控制流域。大洪水多發(fā)生在6～9月，多為單峰洪水，由于流域面積小，河道流程短，坡降較大，具有明顯的陡漲陡落、峰型尖瘦、歷時(shí)較短的特點(diǎn)。年最大洪水過程一般持續(xù)0.5～1.0天，洪水的大小及過程與暴雨的大小及過程密切相關(guān)。水庫流域內(nèi)無實(shí)測水文資料，對壩址上下游河段進(jìn)行了洪水調(diào)查工作。由于壩址上、下游河道居民分布分散且住于山坡上，訪問到的當(dāng)?shù)鼐用窬窃谳^高處或洪水后看到河里漲水了，對洪水位置及發(fā)生年份均印象不深刻，洪痕點(diǎn)較少，精度較差，未進(jìn)行推流和重現(xiàn)期的論證。其設(shè)計(jì)洪水根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨資料推算。水庫擬定了兩個(gè)壩址，其中，下壩址控制流域面積34.4km2，上壩址控制流域面積32.3km2，因此，本次需計(jì)算下壩址和上壩址的設(shè)計(jì)洪水。水庫具有防洪任務(wù)，防洪對象為長寧縣縣城，需對長寧縣縣城斷面的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算。碧玉溪河長寧縣縣城斷面現(xiàn)狀行洪能力10年一遇，長寧縣城城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。為計(jì)算水庫防洪調(diào)度能力，提高縣城防洪能力，亦計(jì)算長寧縣城城區(qū)30年一遇洪水。由于水庫庫區(qū)回水將回到上游兩支溝內(nèi)，因此對上游兩支溝均進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。水庫總庫容1134萬m3，推薦壩型為泥巖心墻石渣壩，工程屬Ⅲ等中型工程，據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，水庫設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50年一遇，校核洪水重現(xiàn)期1000年一遇。1.3.4泥沙情況長寧河流域沒有開展泥沙測驗(yàn)工作，臨近流域有實(shí)測長系列泥沙資料的水文站為永寧河的敘永水文站，經(jīng)分析研究，確定以永寧河敘永水文站作為水庫泥沙分析計(jì)算的依據(jù)站。永寧河歇灘子水文站為敘永水文站的前身，歇灘子水文站建于1956年12月，控制集雨面積1132km2，從1963年開始進(jìn)行泥沙觀測，于1974年1月上遷10km，更名為敘永水文站。從1974年觀測泥沙至今，該站控制集雨面積為948km2。泥沙計(jì)算時(shí)，采用了1963年至2010年共48年的實(shí)測資料。其中，1963年至1973年為歇灘子水文站的實(shí)測資料，使用時(shí)，用面積比（K=F敘/F歇=0.837）進(jìn)行了修正。根據(jù)敘永水文站48年的泥沙資料得出，計(jì)算得敘永水文站多年平均懸移質(zhì)沙量為56.72萬t，敘永站水沙特征值表見表。敘永水文站水沙特征值表表1-3-1項(xiàng)目數(shù)量單位備注多年平均流量25.1m3/s多年平均懸沙輸沙量56.72萬t多年平均懸沙輸沙率17.98kg/s多年平均含沙量0.72kg/m3多年平均汛期流量33.3m3/s5-10月多年平均汛期輸沙量52.68萬t5-10月多年平均汛期輸沙率33.14kg/s5-10月多年平均汛期含沙量1.0kg/m35-10月水庫壩址處集雨面積34.4km2，按面積比將敘永站的懸移質(zhì)沙量移用到本水庫，計(jì)算得出水庫壩址處多年平均入庫懸沙量為2.06萬t。另根據(jù)《四川省水文手冊》上的多年平均懸移質(zhì)輸沙模數(shù)等值線圖查得，水庫所在位置的宜賓長寧縣的輸沙模數(shù)為600噸/km2年。水庫壩址處集雨面積34.4km2，計(jì)算得水庫的入庫懸沙量為2.06萬t，與上述采用敘永站資料計(jì)算的成果一致。因此，采用敘永站實(shí)測泥沙資料計(jì)算的成果是合理的。壩址處多年平均各月輸沙量及含沙量見表。水庫多年平均各月輸沙量及含沙量表表1-3-2項(xiàng)目123456789101112年流量（kg/m3）0.4540.4830.4890.6270.9841.261.310.9880.7960.7720.5990.4720.77輸沙量（萬t）0.010.010.060.870.450.080.020.030.012.06含沙量（kg/m3）0.040.050.020.590.461.122.481.710.410.090.200.060.85沙量占的比重(%)0.480.480.484.855.3317.542.221.843.880.971.450.48100由上表可以看出，泥沙主要集中在汛期6-8月，其輸沙量為1.68萬t，占全年沙量的81.6%。7月沙量最大，為0.87萬t，占全年沙量的42.2%，7月份平均含沙量最大，為2.48kg/m3，8月份次之，為1.71kg/m3。水庫水沙特征值表表1-3-3項(xiàng)目數(shù)量單位備注多年平均流量0.776m3/s多年平均懸沙輸沙量2.06萬t多年平均懸沙輸沙率0.65kg/s多年平均含沙量0.85kg/m3多年平均汛期流量1.08m3/s5-10月多年平均汛期輸沙量1.89萬t5-10月多年平均汛期輸沙率1.19kg/s5-10月多年平均汛期含沙量1.10kg/m35-10月1.4工程地質(zhì)1.4.1區(qū)域地質(zhì)工程場地在大地構(gòu)造上位于龍門山——大巴山前陸逆沖楔內(nèi)。綜合研究結(jié)果表明，區(qū)域范圍內(nèi)的迭部——舟曲斷裂、哈南——稻畦子——毛坡里斷裂帶和塔藏?cái)嗔训染憩F(xiàn)為左旋剪切運(yùn)動(dòng)為主；岷江斷裂、虎牙斷裂和龍門山構(gòu)造帶主要表現(xiàn)為走滑——擠壓沖斷性質(zhì)，這些斷裂均具有比較明顯的晚更新世——全新世活動(dòng)性，存在晚第四紀(jì)以來活動(dòng)的地質(zhì)地貌及地震活動(dòng)證據(jù)，具有發(fā)生7級左右地震的潛在地震能力，將不同程度地對本工程場地的地震安全性產(chǎn)生影響。區(qū)內(nèi)其余斷裂規(guī)模較小或活動(dòng)性較弱，對工程場地的影響較小。據(jù)《廣元市朝天區(qū)雙峽湖水庫工程場地地震安全性評價(jià)報(bào)告》，工程場地50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為116cm/s2，對應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。1.4.2水庫區(qū)主要工程地質(zhì)問題（1）水庫區(qū)由小峽、大峽和罐罐窯溝三條支溝組成。庫盆巖體為志留系中統(tǒng)羅惹坪群砂質(zhì)頁巖和頁巖，局部夾砂巖和灰?guī)r薄層，巖層走向與庫岸斜交或直交，地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為小褶皺。（2）上壩址庫盆封閉條件較好，不存在滲漏問題；下壩址雖在庫首左、右?guī)彀毒袉伪》炙畮X分布，但通過分析，水庫蓄水后沿單薄分水嶺向鄰谷產(chǎn)生滲漏的可能性不大。（3）庫岸邊坡主要為巖質(zhì)邊坡，屬層狀橫向或斜向結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性較好；小峽庫尾左岸分布的月田壩滑坡，天然和Ⅶ度地震條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，正常蓄水和驟降條件下不穩(wěn)定，其失穩(wěn)方式將以緩慢、漸變式的坍滑為主，對大壩安全不會(huì)產(chǎn)生大的危害，滑坡附近無民房建筑物分布。（4）庫區(qū)推移質(zhì)較少，除庫尾月田壩滑坡外，無其它固體逕流物質(zhì)來源。而月田壩滑坡體積較小，即使全部淤積在庫內(nèi)，也僅占于死庫容的4.2%。（5）水庫不存在浸沒問題。產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的可能性很小。1.4.3壩址比較及推薦意見（1）壩址區(qū)位于小峽與大峽匯口下游長約1.5km河段，上壩址為峽谷河段，下壩址為寬谷河段。河床及Ⅰ級階地覆蓋層為Q4al+pl，由粘土和卵礫石土組成，厚度2～11m；基巖主要為S2lr①層砂質(zhì)頁巖和S2lr②層頁巖，風(fēng)化巖體以中等透水性為主，新鮮巖體透水性微弱。構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為一系列呈NEE向排列的褶皺，巖層走向與河流近于直交。（2）本階段設(shè)計(jì)擬定的上、下兩比較壩址相距約400m。兩壩址均具修建當(dāng)?shù)夭牧蠅危ㄐ膲Χ咽瘔危┑牡刭|(zhì)條件，不存在建壩成庫的地質(zhì)制約因素。相對而言，上壩址在地形、壩基覆蓋層分布及厚度、壩基巖體及強(qiáng)風(fēng)化帶厚度、地質(zhì)構(gòu)造和壩基透水巖體分布等方面，要優(yōu)于下壩址。因此，地質(zhì)上建議本階段以上壩址作為推薦壩址。（3）推薦的上壩址建議選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅螢橐?。壩肩邊坡總體穩(wěn)定性較好，壩肩開挖臨空后可能會(huì)影響到上部巖體的穩(wěn)定性，建議對開挖臨空面采取必要的支護(hù)處理措施。心墻建議以弱風(fēng)化巖體作為建基面，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理；壩殼可以強(qiáng)風(fēng)化下部巖體作為建基面。壩基不存在深層抗滑穩(wěn)定問題。壩基、壩肩均存在滲漏問題，建議進(jìn)行帷幕防滲處理，防滲深度應(yīng)深入相對隔水巖體中不小于5m。（4）溢洪道控制段建基面為弱風(fēng)化巖體，完整性差，建議固結(jié)灌漿處理；溢洪道開挖邊坡應(yīng)結(jié)合大壩左壩肩開挖邊坡進(jìn)行護(hù)坡處理，并分級設(shè)置馬道；消能段建基面為強(qiáng)～弱風(fēng)化頁巖，抗沖刷能力差，應(yīng)采取防沖襯砌處理措施。（5）放空洞進(jìn)出口洞臉邊坡應(yīng)采取支護(hù)處理措施。洞身段Ⅲ類圍巖以新鮮砂質(zhì)頁巖為主，埋深較大，成洞條件相對較好，不存在大的坍塌，建議全斷面襯砌處理；Ⅳ類圍巖以埋深較大的新鮮頁巖為主，Ⅴ類圍巖為埋深淺的風(fēng)化巖體，成洞條件相對較差，建議加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，并及時(shí)襯砌成洞。（6）取水口地基為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁巖，較破碎，屬CV類，如作為地基持力層，建議進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，提高其完整性和承載能力。1.4.4渠道主要工程地質(zhì)問題及評價(jià)（1）從干渠通過區(qū)地質(zhì)條件來看，渠線選擇在潛溪河左岸還是右岸，地質(zhì)上無明顯制約因素，設(shè)計(jì)通過綜合比較后選擇干渠從潛溪河右岸通過。并在潛溪河右岸擬定了引Ⅰ和引Ⅱ兩條干渠渠線進(jìn)行比較，兩渠線相距較近，地質(zhì)條件相當(dāng)，主要差別在渠系建筑物的布置上，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后，選擇引Ⅰ線作為本階段推薦渠線，在地質(zhì)上是可行的。（2）選定的干渠引Ⅰ線總長18.49km。其中隧洞（包括大墳埡取水隧洞）18座，累計(jì)長度15.98km，占渠線總長的86.4%；倒虹管共4座，累計(jì)長度0.82km，占渠線總長的4.4%；明渠累計(jì)長度1.69km，占渠線總長的9.1%。隧洞以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生坍塌、脫層等現(xiàn)象，施工中應(yīng)及時(shí)支護(hù)處理并襯砌成洞。吳家隧洞山體高大寬厚，并發(fā)育F1～F4斷層，地下水活動(dòng)較強(qiáng)烈，頁巖擠壓錯(cuò)動(dòng)變形嚴(yán)重，開挖后可能存在較大范圍坍塌和涌水等現(xiàn)象，施工中應(yīng)預(yù)以注意，并采取相應(yīng)的工程處理措施。各倒虹管跨潛溪河左岸沖溝，溝底及岸邊臺(tái)地覆蓋薄層坡洪積塊碎石土，巖層走向與管線直交或斜交，兩岸邊坡總體穩(wěn)定性較好。各管墩基礎(chǔ)建議以強(qiáng)風(fēng)化巖體作為持力層，進(jìn)、出口墩基適當(dāng)深埋。明渠類型以填方或半挖半填為主，建議全斷面襯砌處理?？鐪咸罘角螒?yīng)設(shè)山溪涵洞疏排汛期洪水。（3）各供水管道引用流量和直徑均較小，可以覆蓋層或強(qiáng)風(fēng)化巖體作為管墩地基。1.4.5本工程區(qū)巖、土體物理力學(xué)參數(shù)建議值本工程壩址區(qū)巖、土體物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1-4-1、引水線路地下洞室圍巖分類建議數(shù)據(jù)見表1-4-2。表1-4-1。Q4dl+pl塊碎石土密度1.8g/cm3，φ=25°～28°，C=0，變形模量Eo=20MPa，允許承載能力R=0.3～0.4MPa，開挖坡比1:1.25；Q4al砂卵礫石密度2.1g/cm3，φ=32°～35°，C=0，變形模量Eo=40MPa，允許承載能力R=0.4～0.5MPa，開挖坡比1:1.25。明渠位于強(qiáng)風(fēng)化頁巖中，穩(wěn)定渠坡比建議值為1:1.25。1.4.6天然建筑材料（1）廟坪土料場儲(chǔ)量9.22×104m3。如作圍堰防滲土料使用，主要試驗(yàn)指標(biāo)中除天然含水量和塑性指數(shù)略偏高外，其余指標(biāo)基本符合質(zhì)量技術(shù)要求。采運(yùn)條件較好，但占用耕地。（2）本階段在潛溪河、嘉陵江及安樂河上調(diào)查的九個(gè)天然砂礫石料場，粗細(xì)骨料質(zhì)量都比較差。楊家灣人工骨料場儲(chǔ)量100.09×104m3，巖性為二迭系下統(tǒng)（P1）厚層狀灰黑色灰?guī)r，質(zhì)地堅(jiān)硬。該料場可作為人工骨料料源。鑒于本工程樞紐區(qū)及引水線路區(qū)所需骨料用量都不大，設(shè)計(jì)通過比較后擬采用外購骨料，外購地點(diǎn)位于嘉陵江左岸朝天區(qū)上游約2km處（安樂河口對面）的采砂篩分場，至大壩運(yùn)距30km。（3）大園包石碴料場儲(chǔ)量426.66×104m3，運(yùn)距較近，開采方便，建議作為筑壩石碴料的首選料場。大峽石碴料場儲(chǔ)量124.66×104m3，建議作為筑壩石碴料備用料場。2.防洪調(diào)度2.1基本資料水庫水能特征值見表水能特征值表表2-1項(xiàng)目單位數(shù)量備注校核洪水位m325.97校核洪水入庫洪峰流量m3/s493P=0.1%校核洪水最大下泄流量m3/s338總庫容萬m31134設(shè)計(jì)洪水位m324.95設(shè)計(jì)洪水入庫洪峰流量m3/s275P=2%設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量m3/s275正常蓄水位m325.00正常蓄水位庫容萬m31025死水位m305.00死庫容萬m3133興利庫容萬m3892左干渠渠首設(shè)計(jì)流量m3/s1.50灌溉面積萬畝3.96水庫水位庫容曲線圖見下。圖2-1水庫水位、庫容曲線采用《手冊》中推薦的概化模型計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線。根據(jù)設(shè)計(jì)流域所在地區(qū)及暴雨洪水特性，分析選定采用的概化過程線模型，水庫推薦壩址設(shè)計(jì)及校核洪水過程成果見表2-5-5。水庫設(shè)計(jì)洪水過程線成果表表2-2序號p=0.1%p=2%p=3.3%時(shí)程流量時(shí)程流量時(shí)程流量（h）（m3/s）（h）（m3/s）（h）（m3/s）100000020.87124.60.96113.70.9871231.13349.31.24927.51.28323.941.56998.51.729551.77747.852.0041972.211102.2795.762.442962.691652.76414472.8763943.172203.25819183.1374683.4592613.55422793.4864933.8432753.949239104.274684.7082614.837227115.2283945.7642205.923191126.7972967.4941657.7144139.32419710.2811010.56295.71415.68598.517.2935517.76947.81522.65749.324.97927.525.66623.91627.88524.630.74313.731.589121733.985037.468038.4990洪量(萬m3)1559.5959.4857.9水庫上游碧玉溪河流域內(nèi)上游支流龍洞碥河上已建有土地坡水庫，其控制集雨面積3.50km2，總庫容104萬m3，有效庫容55.3萬m3。李端河已建有龍門橋水庫，其集雨面積為5.38km2，總庫容為121萬m3，有效庫容51.0萬m3。對水庫的洪水具有一定的削峰作用，但由于兩個(gè)水庫的設(shè)計(jì)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，低于水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，因而不考慮上游兩?。ㄒ唬┬退畮鞂λ畮靿沃返脑O(shè)計(jì)、校核洪水影響。2.2防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定根據(jù)工程各類建筑物級別，按《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-1994）、《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）。主要建筑物級別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表5-1-8。主要建筑物級別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表2-3建筑物溢洪道當(dāng)?shù)夭牧蠅瓮林亓稳∷?、放空洞庫區(qū)泵站建筑物級別33334正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期（年）5050505020非常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期（年）10001000500100050消能防沖洪水重現(xiàn)期（年）30安全超高正常運(yùn)用（m）泄洪時(shí)擋水時(shí)非常運(yùn)用（m）泄洪時(shí)擋水時(shí)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(壩體或壩坡)基本組合1.08（巖基）/3.01.31.05/3.01.05/3.0特殊組合Ⅰ1.03（巖基）//2.51.00/2.5特殊組合Ⅱ1.0（巖基）//2.31.00/2.3抗震設(shè)防烈度62.3洪水調(diào)度方式水庫的主要任務(wù)之一是防洪，水庫防洪目標(biāo)是將壩址處30年一遇洪峰流量削減為10年一遇，以提高下游長寧縣城碧玉溪河段的防洪能力。水庫壩址以下到長寧縣城區(qū)間集水面積5.7km2，僅占長寧縣城碧玉溪匯口集水面積的14%，壩址集水面積占長寧縣城碧玉溪匯口集水面積的絕大部分，為86%。因此，要使長寧縣城防洪能力提高到30年一遇洪水，主要考慮水庫發(fā)生同頻率（30年一遇）洪水（洪峰流量239m3/s），區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水（洪峰流量19m3/s），長寧縣城過流能力174m3/s，水庫安全下泄流量為155m3/s。綜上，水庫防洪調(diào)度運(yùn)用方式擬定為固定泄量方式。以長寧縣城斷面10年一遇洪峰流量174m3/s控制，扣除區(qū)間相應(yīng)洪水（P=3.33%）得出允許水庫安全下泄流量為155m3/s，進(jìn)行水庫調(diào)洪，計(jì)算發(fā)生30年一遇洪水要求水庫的防洪庫容為78萬m3。水庫汛期限制水位324m，相應(yīng)水庫庫容941萬m3，防洪庫容78萬m3，防洪高水位下庫容1018萬m3，防洪高水位為324.91m。防洪高水位接近正常蓄水位325m。水庫屬Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型。樞紐設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量為275m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，洪峰流量為493m3/s。經(jīng)調(diào)洪計(jì)算水庫設(shè)計(jì)洪水位為324.95m，最大泄量275m3/s；水庫校核洪水位為325.97m，最大泄量338m3/s。2.4調(diào)洪基本原理水庫調(diào)洪是在水量平衡方程和動(dòng)力平衡方程(即圣維南方程組的連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程)的支配下進(jìn)行的。水量平衡用水庫水量平衡方程表示，動(dòng)力平衡可用水庫蓄瀉方程(或蓄瀉曲線)來表示。調(diào)洪計(jì)算就是從起調(diào)開始，逐段連續(xù)的求解這兩個(gè)方程。2.5.1水庫水量平衡方程在某一時(shí)段t內(nèi)，入庫水量減去出庫水量，應(yīng)等于該時(shí)段內(nèi)水庫增加或減少的蓄水量。水庫平衡方程為(2-1)式中：Q1、Q2--時(shí)段t始、末的入庫流量，m3/s；q1、q2--時(shí)段t始、末的出庫流量，m3/s；V1、V2--時(shí)段t始、末的水庫蓄水量，m3；t--計(jì)算時(shí)段，s，其長短的選擇，應(yīng)以能較準(zhǔn)備地反映洪水過程線的形狀為原則。陡漲陡落的，t取短些；反之，取長些。2.5.2水庫蓄泄方程或水庫蓄瀉曲線水庫通過溢洪道泄洪，其泄流量大小，在溢洪道型式、尺寸一定的情況下，取決于堰頂水頭H，即。對于無閘獲閘門全開的表面式溢洪道，下泄流量可按堰流公式計(jì)算；深水式泄洪孔的下泄流量可按有壓管流公式計(jì)算。當(dāng)水庫內(nèi)水面坡降較小，可視為靜水面時(shí)，其泄流水頭H只是庫中蓄水量V的函數(shù)，即，故下泄成為蓄水量q的函數(shù)，即(2-2)或(2-3)式(2-3)是假設(shè)庫水面為水平時(shí)的水庫泄流方程。該曲線由靜庫容曲線和泄流計(jì)算公式綜合而成。對于狹長的河川使水庫，在通過洪水流量時(shí)，由于回水的影響，水面常呈現(xiàn)明顯的坡降。在這種情況下，按靜庫容曲線進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算常帶來較大的誤差，因此為了滿足成果精度要求，必須采用動(dòng)庫容進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。2.5洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果根據(jù)上述調(diào)洪原則，對壩址設(shè)計(jì)洪水和校核標(biāo)準(zhǔn)洪水分別進(jìn)行了洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，本次調(diào)洪計(jì)算采用軟件計(jì)算，該軟件計(jì)算的主要原理是半圖解法。圖2-2設(shè)計(jì)洪水位調(diào)洪過程圖2-3校核洪水位調(diào)洪過程3壩址、壩型的選擇3.1主壩壩址選擇壩址方案擬定根據(jù)水庫所在的碧玉溪河下游的地形條件，結(jié)合現(xiàn)場踏勘情況和《項(xiàng)建》階段推薦的下壩址。在芭蕉灣及以上河段，“V”型河谷狹窄，庫盆小，選擇壩址建庫不能滿足水庫工程功能要求；在老鷹巖以下河段，河谷狹窄，兩岸高程底，為淺丘平原開闊地帶，兩岸高程在300m～320m“饅頭山”地形，無建壩成庫條件。因此擬在碧玉溪河芭蕉灣以下至老鷹巖河段作為水庫壩址規(guī)劃河段。該河段長約1.5km，地面高程為290～350m，相對高差30～60m，屬丘陵區(qū)，該河段河流總體流向NEE向，河道蜿蜒曲折，呈“S”形，河谷較狹窄，枯水期河水面一般寬2～7m，谷底寬10～60m。為了滿足水庫功能要求，本階段在規(guī)劃壩址河段內(nèi)選擇了白鶴沱壩址（以下稱為上壩址）、老鷹巖壩址（即項(xiàng)目建議書階段推薦下壩址，以下稱為下壩址）二個(gè)壩址按同規(guī)模進(jìn)行研究，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選取壩址。上、下壩址相距約0.7km。1）上壩址方案上壩址樞紐由泥巖心墻石渣壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、左、右岸取水洞組成。①泥巖心墻石渣壩該方案擋水建筑物為泥巖心墻石渣壩，壩頂軸線長433.00m，壩頂高程332.10m，防浪墻高1.2m，最大壩高40.90m，壩頂寬度10.0m。正常蓄水位331.00m，設(shè)計(jì)洪水位330.80m，校核洪水位331.79m。上游壩坡為1∶2.00，下游壩坡為1∶2.50；排水棱體，內(nèi)側(cè)坡為1∶1.00，外側(cè)坡1∶1.50。②溢洪道根據(jù)壩址處的地形條件，溢洪道緊靠大壩右岸布置，溢洪道出口正對主河道，出水條件較好。溢洪道下泄設(shè)計(jì)洪水流量263m3/s（P=2%），校核洪水流量330m3/s（P=0.1%）。溢洪道由進(jìn)水渠、控制閘、泄槽、消力池、海漫四部分組成。進(jìn)水渠（為矩形斷面，底寬6.0m，槽深12.30m；閘室段閘室長20m，閘室總高度16.80m，閘底板高程321.00m，閘頂高程333.30m，閘孔寬度6.0m，設(shè)檢修門和工作門各一扇，檢修門為平板鋼閘門，工作門為平板鋼閘門。泄槽段為矩形斷面，底寬6m，泄槽深8.00m。溢洪道采用底流消能，消力池寬度6.00m，池深5m，邊墻高8.00m，消力池底板高程288.00m，消力池坎高與下游海漫高程一致。海漫高程為293.00m，長40.00m，海漫上游齒槽深9.50m，高程為283.50m。海漫底板厚度前段為1.50m，后段為1.00m。海漫后接防沖槽。防沖槽底高程為288.00m，寬4.00m，上下游采用1:3.00的坡比上游與海漫相接，下游與原河床相連。防沖槽人拋填大卵石。③放空洞放空洞布置于右岸山體內(nèi)，右岸溢洪道右側(cè)約10.00m處，平面上布置成折線。進(jìn)口位于主壩軸線上游260m，放空洞由導(dǎo)流洞改建而成，溢洪道建成過流后，利用導(dǎo)流洞事故檢修門封堵，對導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室改造，安裝放空洞工作門，隧洞洞身段永久與臨時(shí)相結(jié)合，一次建成。放空洞由進(jìn)口閘室、洞內(nèi)消力池、無壓隧洞組成。進(jìn)口閘室長20m，寬9.00m，閘頂高程333.30m，底板高程296.00m，底板厚2.0m，閘門、閘室總高度37.30m。閘室設(shè)檢修門與工作門各一扇，檢修門孔口尺寸3.00×4.00m（寬×高），工作門孔口尺寸2.00×2.00m（寬×高）。塔式進(jìn)水口后接洞內(nèi)消力池，消力池長30.00m，寬4.50m，深1.00m，采用矩形斷面，最大高度為7.00m。消力池后接10.00m長的漸變段，由矩形斷面漸變成城門洞形斷面。放空隧洞采用無壓城門洞型斷面，凈寬3.00m，直墻高3.00m，180°半圓直徑為3.00m，襯砌厚0.50m，長458.235m。該放空隧洞不參與泄洪，僅作水庫放空時(shí)用。④取水隧洞取水隧洞布置于大壩上游庫區(qū)，左、右兩岸分別布置一條取水隧洞。左岸取水隧洞布置在大壩上游約330.00m，穿過左岸山體，進(jìn)口底板高程304.00m，出口接左干渠2）下壩址方案壩址樞紐泥巖心墻石渣壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、左右岸取水洞組成。①泥巖心墻石渣壩該方案擋水建筑物為泥巖心墻石渣壩，壩頂軸線長453.50m，壩頂高程326.10m，防浪墻高1.2m，最大壩高36.10m，壩頂寬度10.0m。正常蓄水位325.00m，設(shè)計(jì)洪水位324.95m，校核洪水位325.97m。上游壩坡為1∶2.0，下游壩坡為1∶2.50；排水棱體，內(nèi)側(cè)坡為1∶1.00，外側(cè)坡1∶1.50。②溢洪道根據(jù)壩址處的地形條件，溢洪道布置在右岸，溢洪道出口正對主河道，出水條件較好。經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，溢洪道在設(shè)計(jì)洪水（P=2%）情況下最大下泄洪水流量273m3/s，在校核洪水（P=0.1%）情況下最大下流量334m3/s。溢洪道由進(jìn)水渠、控制閘、泄槽、消力池、海漫四部分組成。進(jìn)水渠為矩形斷面，底寬6.0m，槽深12.30m；閘室段閘室長20m，閘室總高度16.30m，閘底板高程315.00m，閘頂高程327.30m，閘孔寬度6.0m，設(shè)檢修門和工作門各一扇，檢修門和工作門均為平板鋼閘門。泄槽段為矩形斷面，底寬6m，底坡為1∶5；溢洪道采用底流消能，消力池寬度6.00m，池深5.00m，長度60.00m，消力池底板高程285.500m，消力池坎高與下游海漫高程一致。海漫高程為290.50m，長40.00m，海漫上游齒槽深9.50m，寬2.00m，高程為281.00m。海漫底板厚度為1.00m。海漫后接防沖槽。防沖槽底高程為285.50m，寬4.00m，上下游采用1:3.00的坡比上游與海漫相接，下游與原河床相連。防沖槽人拋填大卵石。③放空洞放空洞布置于右岸山體內(nèi)，右岸溢洪道右側(cè)約40.00m~50.00m處，平面上布置成直線。進(jìn)口位于主壩軸線上游160m，放空洞由導(dǎo)流洞改建而成，溢洪道建成過流后，利用導(dǎo)流洞事故檢修門封堵，對導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室改造，安裝放空洞工作門，隧洞洞身段永久與臨時(shí)相結(jié)合，一次建成。放空洞由進(jìn)口閘室、洞內(nèi)消力池、無壓隧洞組成部分。進(jìn)口閘室長20m，寬9.00m，閘頂高程327.30m，底板高程295.00m，底板厚2.0m，閘門、閘室總高度34.30m。閘室設(shè)檢修門與工作門各一扇，檢修門孔口尺寸3.00×4.00m（寬×高），工作門孔口尺寸2.00×2.00m（寬×高）。岸塔式進(jìn)水口后接洞內(nèi)消力池，消力池長20.00m，寬4.50m，深1.00m，采用矩形斷面，最大高度為7.00m。消力池后接10.00m長的漸變段，由矩形斷面漸變成城門洞形斷面。放空隧洞采用無壓城門洞型斷面，凈寬3.00m，直墻高3.00m，180°半圓拱直徑為3.00m，襯砌厚0.50m，長475.00m。該放空隧洞不參與泄洪，僅作水庫放空時(shí)用。3.1.2上、下壩址樞紐布置比較1）地形地貌壩址區(qū)一帶地面高程為290～400m，相對高差30～60m，屬丘陵區(qū)。上壩址以上地段兩岸分水嶺高程在330m以上；下壩址至上壩址左岸分水嶺高程340～360m；右岸328～337m；下壩址下游兩岸分水嶺高程305～315m。該河段河流總體流向NEE向，河道蜿蜒曲折，呈“S”形，河谷較狹窄，枯水期河水面一般寬2～7m，谷底寬10～60m。上壩址河床段高程292.7～293.3m、下壩址河床段高程290.8～292.7m，壩址區(qū)河流水流坡降1.7‰。兩岸地形多呈較對稱的“U”型谷。從地形上看上壩址岸坡地形坡度一般20～30°，局部達(dá)40～50°；下壩址左壩肩總體呈斜坡狀，坡度30～40°，局部陡崖，高約8m，坡度達(dá)70～80°，右壩肩岸坡地形呈臺(tái)階狀，上部為陡坎，下部為小平臺(tái)，壩肩一帶地形總體呈平臺(tái)狀，但發(fā)育多座平坦?fàn)钚∩桨?，小山包之間多為洼地，相對高差約5～15m。2）壩址工程地質(zhì)條件水庫上壩址與下壩址相距約0.7km，兩個(gè)壩址壩基河床段沖洪積之粉土、粉質(zhì)粘土夾碎石，厚度大致相同，承載力低，不宜作為壩基持力層，建議作清除處理；壩基及壩肩巖體均為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組J2S2-①～J2S2-④之粉砂質(zhì)泥巖及砂巖，壩基清除覆蓋層后強(qiáng)風(fēng)化帶巖體可作為持力層，壩肩置于弱風(fēng)化巖體內(nèi)；兩壩址都存在壩基、壩肩滲漏問題，需帷幕防滲處理，透水帶厚度及帷幕防滲深度無較大差異。3）壩址水利條件比較二個(gè)壩址均能滿足需水區(qū)用水量要求，供水保證率均為70%，興利庫容相近，二個(gè)壩址水利條件相差不大。由于二個(gè)壩址集雨面積不同，上、下壩址多年平均來水量分別為1947、2093萬m3，下壩址多年平均來水量較上壩址多146萬m3，在向家壩供水工程為水庫充水前，下壩址可以多利用天然來水量，相對較優(yōu)。3.1.3壩址選定綜上所述，上壩址與下壩址相距約0.7km，基本地形地質(zhì)條件和施工條件相差不大，均具備建壩和施工條件。從壩址水利條件看，兩壩址均能滿足需水區(qū)用水量要求。從壩址工程布置條件比較：二個(gè)壩址樞紐建筑物的布置條件相差不大，下壩址灌區(qū)干渠最短，綜合，下壩址較上壩址較優(yōu)。4工程等級及建筑物級別水庫工程的任務(wù)是灌溉及城鄉(xiāng)生活供水，結(jié)合防洪。水利水電樞紐工程分級規(guī)范如下表：表4.1水利水電樞紐工程分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模分等指標(biāo)水庫庫容(108m3)防洪灌溉面積(104畝)電站裝機(jī)容量(104kW)保護(hù)城市及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田(104畝)一大(1)型>10特別重要的城市、工礦區(qū)>500>150>75二大(2)型10～1重要城市、工礦區(qū)500～100150～5075～25三中型1～0.1中等城市、工礦區(qū)100～3050～525～2.5四小(1)型0.1～0.01一般城市、工礦區(qū)<305～0.52.5～0.05五小(2)型0.0～0.001<5<0.5<0.05建筑物等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如表所示：表4.2建筑物等級劃分標(biāo)準(zhǔn)工程等別永久性建筑物的級別臨時(shí)性建筑物的級別主要建筑物次要建筑物一123二234三345四455五555根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)規(guī)定(見上表)，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級，臨時(shí)建筑物為5級。5主體壩型設(shè)計(jì)5.1壩頂高程大壩采用泥巖心墻下接灌漿帷幕，根據(jù)規(guī)范可知，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，應(yīng)按以下運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值：(1)設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；(2)正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；(3)校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；(4)正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)的規(guī)定，壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式確定：(2-1)式中：y--壩頂超高(m)；R--最大波浪在壩坡上的爬高(m)；e--最大風(fēng)壅水面高度(m)；A--安全加高(m)，對于3級建筑物，設(shè)計(jì)工況A=0.7m，校核工況A=0.4m。R按下式計(jì)算：(2-1)m--單坡的坡度系數(shù)，，--坡角，此次設(shè)計(jì)中為2.2；k--斜坡的糙率滲透性系數(shù)；取1.0；kw--經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按不同取值；取1.0；hm--平均波高(m)；Lm--平均波長(m)；--計(jì)算風(fēng)速(m/s)，多年最大平均風(fēng)速=7.3m/s，正常工況=1.5×7.3=11m/s，校核工況=17m/s；D--風(fēng)吹長度，km，D=290km；H--壩迎水面前水深，m；g--重力加速度(m/s2)，g=9.81m/s2。對于丘陵平原地區(qū)水庫，當(dāng)W<26.5m/s、D<7500m/s時(shí)，波浪的波高和平均波長可以采用鶴地水庫公式=0.00625W1/6（）1/3式中h2%累計(jì)頻率為2%的波高，me按下式計(jì)算：式中：k--綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；--計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角(°)；、D、Hm、g--同前。計(jì)算正常蓄水位下的壩頂高程平均波高h(yuǎn)m==0.00625W1/6（）1/3=0.00625*11/6（9.8*290）1/3=0.33平均波長Lm==0.03868（9.8*290/（11*11））=0.592最大風(fēng)壅水面高度=3.6*10-6*112*290/（2*9.8*30）cos0=0.00021=0.16=0.38=1.08情況①、③可由此方法計(jì)算得到，另外根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL5073-2000）之規(guī)定，本工程設(shè)計(jì)烈度為6度，可不進(jìn)行抗震計(jì)算。所以可以得到下表，比較得到結(jié)果。非溢流壩壩頂高程計(jì)算表表5-1-17序號頻率（%）流量（m3/s）水位（m）波浪爬高（m）風(fēng)壅水面高度（m）安全超高（m）防浪墻頂高程（m）壩頂高程（m）①2273324.950.390.000210.7327.24326.04②325.000.380.000210.7327.28326.08③0.1334325.970.250.000100.4327.22326.02根據(jù)上表，壩頂防浪墻頂高程取327.30m，防浪墻高1.2m，則壩頂高程326.10m。5.2壩體斷面設(shè)計(jì)下壩址樞紐主要建筑物有：泥巖心墻石渣壩（主壩）、M10漿砌條石重力壩（副壩），右岸開敞式溢洪道、右岸放空洞、左右岸取水洞等組成。泥巖心墻石渣壩該方案擋水建筑物為泥巖心墻石渣壩，壩頂軸線長453.50m，壩頂高程326.10m，防浪墻高1.2m，最大壩高36.10m，壩頂寬度10.0m。正常蓄水位325.00m，設(shè)計(jì)洪水位324.95m，校核洪水位325.97m。上游壩坡為1∶2.00，下游壩坡為1∶2.50；排水棱體，內(nèi)側(cè)坡為1∶1.00，外側(cè)坡1∶1.50。溢洪道溢洪道布置在右岸，由進(jìn)水渠、控制閘、泄槽、消力池四部分組成。平面上呈直線布置。進(jìn)水渠（溢0-015.00～溢0+000.00），該段為矩形斷面，底寬6.00m，槽深12.3m；閘室段（溢0+000.00～溢0+020.00），閘室段長20m，閘室總高度15.30m，閘底板高程315.00m，閘頂高程327.30m，閘孔寬度6.00m，設(shè)檢修門和工作門各一扇，檢修門和工作門均為平板鋼閘門。泄槽段（溢0+020.00～溢0+180.00）矩形斷面，底寬6.00m，泄槽深12.30m~8.00m，底坡為1∶5；溢洪道采用底流消能，消力池（溢0+180.00～溢0+240.00）段寬度6.00m，池深5.00m，長度60.00m；消力池后接海漫，長40.00m，底板厚1.00m；防沖槽布置在海漫末端，底高程285.50m，長4.00m，寬6.00m，上下游坡為1∶3，兩側(cè)邊坡為1∶1，防沖槽內(nèi)拋填大塊石。放空洞放空洞布置于右岸山體內(nèi)，右岸溢洪道右側(cè)約40.00m~50.00m處，平面上布置成直線。進(jìn)口位于主壩軸線上游160m，放空洞由導(dǎo)流洞改建而成，溢洪道建成過流后，利用導(dǎo)流洞事故檢修門封堵，對導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室改造，安裝放空洞工作門，隧洞洞身段永久與臨時(shí)相結(jié)合，一次建成。放空洞由進(jìn)口閘室、洞內(nèi)消力池、無壓隧洞組成部分。進(jìn)口閘室長20m，寬9.00m，閘頂高程327.30m，底板高程295.00m，底板厚2.0m，閘門、閘室總高度34.30m。閘室設(shè)檢修門與工作門各一扇，檢修門孔口尺寸3.00×4.00m（寬×高），工作門孔口尺寸2.00×2.00m（寬×高）。岸塔式進(jìn)水口后接洞內(nèi)消力池，消力池長20.00m，寬4.50m，深1.00m，采用矩形斷面，最大高度為7.00m。消力池后接10.00m長的漸變段，由矩形斷面漸變成城門洞形斷面。放空隧洞采用無壓城門洞型斷面，凈寬3.00m，直墻高3.00m，180°半圓拱直徑為3.00m，襯砌厚0.50m，長475.00m。該放空隧洞不參與泄洪，僅作水庫放空時(shí)用。取水隧洞水庫灌區(qū)自水庫庫區(qū)起，沿碧玉溪兩岸，向北向南發(fā)展，東以長寧河為界。灌區(qū)涉及長寧縣長寧鎮(zhèn)、開佛鄉(xiāng)、古河鎮(zhèn)、梅白鄉(xiāng)和翠屏區(qū)李端鎮(zhèn)共3鎮(zhèn)2鄉(xiāng)26村，設(shè)計(jì)灌溉面積5.65萬畝。根據(jù)灌面分布，需布置水庫左右干渠，及庫區(qū)左右岸分別布置魚塘灣提灌站和陶家灣提灌站。對于右干渠，控制灌面為0.24萬畝，設(shè)計(jì)引用流量僅0.1m3/s。設(shè)計(jì)曾考慮在左干渠渠首布置一根管道，跨河碧玉溪河和右岸溢洪道，穿馬家坡將水引至右岸灌區(qū)。右岸灌面在長寧縣城西南方向，從左岸取水在長寧縣城的西北方向，需將水由長寧縣的西北引向西南。由于長寧縣城城市發(fā)展很快，渠道所經(jīng)過的地方均在新縣城邊上，修建的房屋較多，占地搬遷費(fèi)用較高。若采用隧洞方案穿馬家坡，其隧洞較長約0.7km，大于直接在庫區(qū)右岸布置的取水隧洞方案。因此，本階段推存采用右岸取水隧洞方案。取水隧洞采用無壓隧洞，布置于大壩上游庫區(qū)，左、右兩岸分別布置一條取水隧洞。左岸取水隧洞布置在大壩上游約50.00m，穿過左岸山體，進(jìn)口底板高程304.00m，出口接左干渠，軸線長220.00m（含閘室長15.00m），設(shè)計(jì)引用流量為1.5m3/s。右岸取水洞布置于大壩上游約360m，穿過右岸山體，進(jìn)口底板高程304.00m，出口接右干渠，軸線長585.00m（含閘室長），設(shè)計(jì)引用流量為0.10m3/s。左、右岸取水隧洞結(jié)構(gòu)尺寸均按施工最小斷面要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，城門洞型，寬×高=1.5m×2.0m。5.3基礎(chǔ)處理及防滲設(shè)計(jì)泥巖心墻石渣壩具有較強(qiáng)的適應(yīng)地基能力，對于上下游堆石區(qū)，清除表層覆蓋層及下部松動(dòng)巖塊；對于心墻部位，清除表層覆蓋層及下部強(qiáng)風(fēng)化巖體，心墻置于弱風(fēng)化的砂岸、泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖頂部。根據(jù)地質(zhì)鉆探壓水試驗(yàn)可知，在壩基及兩岸壩肩存在滲漏和繞壩滲漏，需進(jìn)行帷幕灌漿處理。6大壩計(jì)算與分析本次對水庫結(jié)構(gòu)，進(jìn)行滲流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算，同時(shí)對大壩的應(yīng)力和變形狀況進(jìn)行了分析。通過二維有限元靜力分析對壩體進(jìn)行二維有限元靜力計(jì)算，研究壩體在竣工期、施工期的應(yīng)力、變形特性。本次對大壩選取了一個(gè)最大斷面C-C建立了二維平面模型，針對大壩邊坡的穩(wěn)定滲流條件、水位驟降的非穩(wěn)定滲流條件等四種工況進(jìn)行了模型的滲流和穩(wěn)定計(jì)算分析。6.1滲流計(jì)算6.1.1計(jì)算斷面滲流計(jì)算斷面采用C-C斷面，計(jì)算簡圖如圖3-1圖6-1滲流計(jì)算截面計(jì)算參數(shù)大壩為泥巖心墻石渣壩，本階段沒有做壩料的大樣試驗(yàn)，其滲透系類比其它工程經(jīng)驗(yàn)取值如表大壩滲流計(jì)算參數(shù)表表6-1位置滲透系數(shù)（cm/s）出口允許坡降上游壩殼料4.62*10-3下游壩殼料5.79*10-4泥巖心墻防滲料5.70*10-82～3粘土心墻防滲料5.70*10-84～5反濾過渡料6.94*10-40.5～0.1堆石棱體、排水帶4.98*10-1砼防滲帷幕2.32*10-8水位組合情況及計(jì)算工況按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)滲流計(jì)算水位組合情況見表3.2。表6.2滲流計(jì)算水位組合情況計(jì)算表水位組合水庫水位(m)下游水位(m)1正常蓄水位325.002設(shè)計(jì)洪水位324.95295.583校核洪水位325.97296.16計(jì)算方法及程序本次設(shè)計(jì)運(yùn)用有限元分析軟件理正來分析計(jì)算。其基本原理如下：滲流定律的基礎(chǔ)是以通過飽和和非飽和土的Darcy定律為主，Darcy定律的表達(dá)式如下：(3-1)式中：q--流速；k--滲流系數(shù)；i--滲流坡降。最初，達(dá)西定律是從飽和土中得來的，后來研究證明它也適用于非飽和土中。唯一不同之處在于非飽和滲流條件下滲流系數(shù)不是常量，直接隨水的容量而變化，間接隨孔隙水壓力而變化。滲流有限元分析的依據(jù)是達(dá)西定律及水流連續(xù)性方程，其基本方程為(3-2)式中：--總體滲透矩陣；--待求的各節(jié)點(diǎn)水頭值；--自由項(xiàng)向量，為域內(nèi)源和已知邊界流量對節(jié)點(diǎn)水頭的貢獻(xiàn)。滲流計(jì)算方程為：(3-3)式中：H--總水頭；kx--x方向的滲流系數(shù)；ky--y方向的滲流系數(shù)；Q--邊界流量；--體積水容量；t--時(shí)間。在穩(wěn)定流條件下，任何時(shí)刻單元水流入和流出的體積是相等的。方程的右邊因此等于零：(3-4)體積水容量的變化依賴于應(yīng)力的變化和土的性質(zhì)。滲流計(jì)算模型及邊界條件計(jì)算模型：采用平面應(yīng)變模型進(jìn)行計(jì)算，選取了一個(gè)最大橫斷面C-C。計(jì)算的范圍為：豎直方向壩頂?shù)綁位鶠?6.1m，水平向分別從壩踵和壩趾向左右延伸75.55m、85.44m。圖3-1滲流模型圖上游正常蓄水位325m，上游設(shè)計(jì)洪水位324.95m，上游校核洪水位325.97m。對于穩(wěn)定滲流工況和非穩(wěn)定滲流工況，上下游水位以下的入滲和出流面及自由滲出段，其水頭已知，屬于第一類邊界；滲流自由面則屬于第二類邊界，即上游邊坡及上游地基表面水頭為實(shí)際水位，下游邊坡及下游地基表面水頭由自由溢出水位決定。滲流軟件分析圖根據(jù)碾壓土石壩規(guī)范，滲流計(jì)算主要的內(nèi)容是：確定壩體浸潤線及下游出溢點(diǎn)的位置，繪制壩體及壩體內(nèi)等勢分布圖或流網(wǎng)圖；確定壩體與壩基的滲流量；確定壩坡出溢段與下游壩基的出溢比降，以及不同層之間的滲透比降；確定庫水位將落時(shí)上游壩坡內(nèi)浸潤線位置或孔隙水壓力；確定壩肩的等勢線、滲流量和滲透比降。因?yàn)檎Ｐ钏缓驮O(shè)計(jì)洪水位相差不大，故只分析正常蓄水位。分析類型:穩(wěn)定流1.正常蓄水位分析計(jì)算簡圖分析類型:穩(wěn)定流[坡面信息]上游水位高:30.000(m)下游水位高:0.600(m)上游水位高2:-1000.000(m)下游水位高2:-1000.000(m)坡面線段數(shù)9