水利枢纽设计 毕业设计

水利枢纽的设计毕业论文

目录

绪论 (1)

第一章枢纽任务及枢纽基本资料 (2)

第一节枢纽任务 (2)

一、发电 (2)

二、灌溉 (2)

三、防洪 (2)

四、渔业 (2)

五、过木 (2)

六、其它 (3)

第二节枢纽的基本资料 (3)

一、自然地理 (3)

二、工程地质 (5)

三、筑坝材料 (6)

四、库区经济 (6)

五、其他 (6)

第二章主要建筑物型式选择和枢纽的布置 (8)

第一节枢纽的建筑物组成和工程等级与建筑物级别 (8)

一、枢纽的建筑物组成 (8)

二、工程等级与建筑物级别 (8)

第二节主要建筑物型式的选择 (9)

一、坝型的选择 (9)

二、溢流坝泄水方式的选择 (11)

三、水电站系统型式的选择 (12)

第三节枢纽布置 (12)

一、枢纽布置的一般原则 (12)

二、各建筑物的具体要求 (13)

三、方案比较 (13)

第三章挡水坝设计 (15)

第一节挡水坝坝顶高程确定和挡水坝剖面设计 (15)

一、坝顶高程的计算 (15)

二、坝顶宽度计算 (17)

三、坝底宽度计算 (17)

四、坝面坡度计算 (17)

第二节挡水坝的稳定分析和应力计算 (18)

一、荷载计算 (18)

二、各荷载对坝底形心的偏心距及力矩 (27)

三、稳定性分析 (32)

四、坝基面应力分析 (33)

第四章溢流坝剖面设计 (36)

第一节孔口设计 (36)

一、泄水方式的选择 (36)

二、溢流孔口流量Q溢的确定 (36)

三、单宽流量的选择 (36)

四、溢流坝段净宽L计算 (36)

五、溢流坝段总长度L0的确定 (37)

六、堰顶高程的确定 (37)

七、闸门高度的确定 (38)

八、定型设计水头Hd的确定 (38)

第二节溢流坝剖面设计 (38)

一、堰顶曲线段 (38)

二、反弧段 (40)

三、中间直线段 (41)

第三节消能计算 (42)

一、鼻坎型式 (42)

二、鼻坎高程 (43)

三、反弧段半径 (43)

四、挑射角 (43)

五、挑距计算 (43)

六、冲刷坑深度计算 (44)

第五章坝身泄水孔的设计 (46)

第一节泄水孔直径选定 (46)

第二节进水口体形设计 (46)

第三节闸门与门槽 (47)

第四节孔身段设计 (48)

第五节渐变段 (48)

第六节平压管和通气孔 (50)

一、平压管 (50)

二、通气孔 (51)

第七节消能工型式的选则 (51)

第六章水电站坝段设计 (53)

第一节有压钢管的布置和孔径的确定 (53)

一、压力钢管的布置 (53)

二、孔径的确定 (53)

第二节有压进水口设计 (53)

一、有压进水口的高程确定 (53)

二、有压进水口的轮廓尺寸 (54)

第七章细部构造 (56)

第一节坝顶构造 (56)

一、非溢流坝坝顶构造 (56)

二、溢流坝坝顶构造 (57)

第二节廊道系统 (59)

一、基础灌浆廊道 (59)

二、检测和坝体排水廊道 (59)

第三节坝体分缝与止水 (60)

一、坝体分缝 (60)

二、止水 (60)

第四节坝体排水 (61)

第五节坝体混凝土分区 (62)

第八章地基处理 (64)

第一节坝基的开挖与清理 (64)

一、开挖深度的确定 (64)

二、开挖形状和坡度 (64)

第二节坝基灌浆 (65)

一、固结灌浆 (65)

二、帷幕灌浆 (65)

第三节坝基排水 (66)

一、坝基排水目的 (66)

二、坝基排水的排水孔的布置及方向 (66)

第四节断层的处理 (67)

总结 (68)

致谢 (69)

参考文献 (70)

附录一：外文翻译 (71)

绪论

为了进一步培养我们理论联系实际的能力，为了让我们更好地适应国家的基础建设、科技进步和社会发展，特别是为了能使我们尽快地适应即将面临的工作，成为一名合格的水利水电工程技术人员，我们进行了历时两个多月的A江水利枢纽毕业设计。

通过大学近四年的系统学习，我们已经初步掌握了水工设计的基础知识,本次毕业设计是我们根据自己所学的知识，参考许多相关的教材、设计手册和规范，并在指导教师的指导下完成的。

本设计共八章，包括了：枢纽的任务和基本资料、枢纽布置、非溢流坝设计、溢流坝设计、泄水孔的设计、水电站坝段设计等内容。

通过这次毕业设计，我提高了如下几方面的能力：

（1）巩固了基础课和水工建筑物课的理论知识；

（2）初步具有了正确的设计思路，提高了分析、解决实际工程问题的能力；

（3）提高了设计、计算、查阅资料、绘图和编写说明书的能力；

（4）从其他同学身上学到了严谨的工作作风、踏实肯干的精神和踊跃探索积极讨论的精神；

（5）知道了在今后的工作中要灵活运用书本的知识，不能死板的硬套，知道了工程实例的重要性，更知道了将来我要学的东西还有很多。

在这次毕业设计中我得到王军玺老师的指导和其他很多同学的帮助，在此，对他们表示诚挚的谢意。

由于时间仓促，知识水平有限本设计中难免有些不足之处，希望各位老师、同学批评指正。

第一章枢纽任务及枢纽基本资料

第一节枢纽任务

本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。

一、发电

水电站装机容量为20万千瓦，多年平均发电量5.09亿度。

本电站4台5万千瓦机组。正常蓄水位为184.25米，汛期限制水位为182米，死水位164米，4台机满载流量338立方米/秒，相应尾水位103.5米。

厂房型式为坝后式，主厂房平面尺寸为81×18平方米，发电机层高程114.8米，尾水底板高程90.8米，厂房顶高程130.5米。副房平面尺寸为66×10平方米。安装场尺寸为21×18平方米。开关站尺寸为20×75平方米。

二、灌溉

本工程建成后，可增加保灌面积50万亩。

三、防洪

减轻洪水对A市和A平原的威胁，在遇到5000年一遇和1000年一遇的洪水时，经

水库调洪后，洪峰流量由原来的14900立方米/秒、11700立方米/秒分别削减为7850立方米/秒、6850立方米/秒。要求设计洪水时最大下泄流量限制为6850立方米/秒。其

他参数见表1。

表1 洪水标准的调洪成果

洪水标准来流量峰值（m3/s）

泄流量

（m3/s）

上游水位

（m）

下游水位

（m）

设计（0. 1%）11700 6802.3 186.18 114.45

校核（0.02 %）14900 7090.8 189.06 115.80

四、渔业

正常蓄水位时，水库面积为35.60平方公里，可为发展养殖创造有利条件。

五、过木

根据林业部门的要求，木材过坝量每年为33.3万立方米。其木材最大长度为12米，大头直径为115厘米。

六、其它

五年完工。

第二节枢纽的基本资料

一、自然地理

（一）流域概况

A江是我国东南一条河流，流向自西向东，流经A省南部地区，汇人东海，干流全长153公里，流域面积4860平方公里。

坝址以上流域面积2761平方公里，流域境内为山区，平均海拔高度为662米，最高峰达1921米，流域境内气候湿润，雨量充沛，属热带气候。径流主要来自降雨，小部分由地下水补给，每年4～9月为汛期，其中5、6两月为梅雨季节，河道坡降上游陡，下游缓，平均坡降6.32～0.97%，因河道陡，调蓄水能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅速涨落，一次洪水过程线尖瘦，属典型的山区性河流。

流域境内，以农林为主，森林茂盛，植被良好，水土流失不严重，枢纽下游为A省的重要农付业生基地A平原。

坝址下游约50公里有县级城市两座，在河流入海处，有省辖市一座。

（二）气候特性

1.气温

坝址处的多年平均气温为17.3℃，月平均最低气温5℃（1月份）、最高29℃（7月份）。实测极端最低气温-8.2℃ (1月份)、最高气温为40.6 ℃(7月份)。

2.湿度

年平均相对湿度为79%左右，其中6月份87%为最大，1月份72%为最小，日变化较大。

3.降雨量

坝址以上流域的年平均降雨量为1860毫米，实测最大降雨量为2574毫米，最少为1242毫米。雨量在年内分配不均，其中4～9月份占全年雨量的80%，5～6月占全年雨量的1/3，往往形成起伏多峰的洪水。各月降雨量的雨型及日数统计见表2。

表2 各月降雨量的雨型及日数统计表

月份

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年

项目

实际天数31 23 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

0.3-10mm雨日 3 4 5 7 12 12 10 9 8 7 6 4

10-30mm雨日 2 3 4 5 8 9 6 5 4 3 2 1

30mm以上雨日9 1 1 8 5 6 3 2 2 1 0 0

4.蒸发量

坝址处多年平均蒸发量为1349毫米，其中以7月份为最大，月蒸发量为217毫米，2月份为最小，月蒸发量为45.5毫米。

5.风向风力

实测最大风速为17米/分，风向西北偏西，吹程4.5公里。多年平均最大风速成为：汛期为12米/分，非汛期为13米/分。风向向基本垂直坝轴线，吹程4公里。

（三）水文特性

1.正常径流

根据资料分析，坝址处的多年平均流量为100m3/s，多年平均总量为31.5亿m3，各频率的月平均量见表3。

表3 各频率的平均量（单位：m3/s）

月频率1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

多年

平均

1 116 267 324 490 689 679 36 263 331 10

2 121 11

3 186

5 78 179 235 364 510 537 352 177 210 73 77 73 150

50 21 49 89 141 216 277 78 44 44 26 16 16 97

80 8 19 47 73 127 184 22 15 12 13 4 5 74

95 2 5 22 36 69 121 5 4 2 6 1 1 55 2.洪峰流量及总量

据水文资料推算，坝址处的洪峰流量及总量如下：

（1）洪峰流量

Q=3310 m3/s，Cv=0.45，Cs=4Cv，皮Ⅲ型线。各频率流量见表4。

表4 各频率流量表

频率（%）0.02 0.1 0.2 1 2 5 10 20 备注流量

（m3/s）

14900 11700

（2）洪峰总量

三日洪水总量的均值W=3.5亿m3，Cv=0.38，C

s =3C

v

，皮IV型线。各频率洪流量见

表5。

表5 各频率洪流量表

频率（%）0.02 0.1 0.2 1 2 5 10 20 备注△总量W P7.94 6.58 亿m3

△可能最大三日洪量为15.4亿m3。

（3）施工期各设计洪水频率流量见表6。

表6 施工期各设计洪水频率流量表

时段

频率（%）10～4月

9～6月10～3月11～6月11～2月12～2月备注

5 2087 1772 1367 1367 884 824

10 1673 1410 1072 1072 654 596

20 1275 1045 784 784 434 332

3.固体径流量及水库淤积

据水文站实测资料分析，年固体径流总量为331万吨，百年后水库淤积高程115 m。淤沙浮容重为8.5 kN/m3，内摩擦角为100。

4.其它

本坝址地震烈度为70。

二、工程地质

（一）坝址工程地质

1.地貌

坝址处的河床宽度约100 m。河底高程约100 m，水深1～3 m。

河床覆盖层由大块石、卵石组成。厚度约5～6m，两岸山坡为第四系覆盖层，厚度为5～10m左右。河谷近似梯形，两岸约400～600。

2.岩性和工程地质

坝基为花岗斑岩，风化较浅，岩性均一，新鲜坚硬完整，抗压强度达120~200 MPa。

坝址的地质构造简单，无大的地质构造，缓倾角节理延伸短，整体滑动可能性很小。但陡倾角节理较发育，以构造节理为主，左右岸各有走向互相垂直的二组节理。其中一组近于平行山坡等高线，方向见地形图，节理倾角约350～900，节理面无夹泥存在。坝址处的水文地质较简单，未发现裂隙承压水。

3.岩石的物理力学性质

岩石的物理力学性质见表7。

表7 岩石的物理力学性质表

岩性或地质

容重

（kN/m3）

孔

隙

率

（%

）

抗压强度

（MPa）

弹性

模量

（MPa）

摩擦系数

粘着力

（MPa）

泊松

比

(u)

抗剪系数抗剪断系数

干湿干

饱

和

混凝

土与

基岩

内部

混凝土

与基岩

基岩

内部

构

造

基岩花

岗斑岩27.3 28.1 2.3 210 190 2.2×1040.70 0.75 0.75 1.20

0.5

基岩与

砼

0.20

节

理面

0.65 0.75

1.0

基岩内相对隔水层离基岩表面深15 m。

（二）库区工程地质

库区岩性以火山岩和沉积岩为主，皱褶规模不大，均为背斜，两翼地层平缓，且不对称。有较大的断层二条，这些皱褶和断层呈北东向展开，以压扭性为主，倾角较陡，延伸长度达几到几十公里，断层单宽1米左右，个别达10米以上。断层破碎都已胶结。

库区水文地质简单，以裂隙水为主，地下分水岭高程均高出库水位以上。

三、筑坝材料

（一）石料

坝区大部分为花岗斑岩，基岩埋深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石亦可利用，因此筑坝石料极易解决。

（二）砂料

在坝下游勘探6个砂料场，最远料场离坝约9公里，以石英破碎带的料料场为主，初估砂料储量约430万m3。

经质量检验，砂石料符合规范要求。

坝址处缺乏筑坝的土料。

四、库区经济

库区除有小片盆地外，其余多为高山峡谷地带。耕地主要分布在小片盆地上，高山上森林茂密。在正常蓄水位时，需迁移人口21444人，拆迁房屋19240间，淹没、浸没耕地16804亩，淹没森林面积18450亩，淹没县乡建造的二座小型水电站（装机2210 kW）等，共需赔偿费4120万元。

五、其他

（一）对外交通

本坝址上游左岸30公里处有铁路干线、车站，另有公路与坝址下游50公里的两座

县于相通，两县城有公路和水路与河流入海处的省辖市相连，对外交通较为方便。（二）附属工厂和生活建筑区

坝址下游两岸有较大的冲积台地，地形平缓面积较大，适宜布置附属工石和生活建筑区。

（三）负荷位置

本电站主要供应坝下游A平原的农村生产用电及省辖市的工业用电，并担负A电网的部分调峰任务。

（四）坝顶有双线公路布置的要求。

第二章主要建筑物型式选择和枢纽的布置

第一节枢纽的建筑物组成和工程等级与建筑物级别

一、枢纽的建筑物组成

根据枢纽的任务，可知枢纽的主要建筑物组成如下：挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建筑物。

二、工程等级与建筑物级别

根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》以及该工程的一些指标确定工程等级如下：

（1）各效益指标等别

根据枢纽灌溉面积50万亩，判断属于Ⅱ等工程；根据电站装机容量20万千瓦，判断属于Ⅲ等工程；根据保护城镇的重要性，判断属于Ⅱ等工程。

（2）水利枢纽等级

根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同的等别时，整个工程的等级应按其最高的等别确定，故本水利枢纽为Ⅱ等工程。

（3）水工建筑物的级别

根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中挡水坝段、溢流坝段、泄水底孔坝段、电站坝段及其建筑物为2级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。

注1：水利水电工程分等指标见表8。

表8 水利水电工程分等指标

工程等别工程

规模

水库总库

容

（108m3）

防洪治涝灌溉供水发电

保护城

镇及工

矿企业

重要性

保护

农田

（104亩）

治涝

面积

（104亩）

灌溉

面积

（104亩）

供水

对象

重要

性

装机容量

（104kw）

Ⅰ大（1）

型

≥10

特别

重要

≥500 ≥200 ≥150

特别

重要

≥120

Ⅱ大（2）

型

10～1.0 重要500～100 200～60 150～50 重要120～30

Ⅲ中型 1.0～0.1 中等100～30 60～15 50～5 中等30～5

Ⅳ小（1）

型

0.1～0.01 一般30～5 15～3 5～0.5 一般5～1

Ⅴ小（2）

型

0.01～

0.001

＜5 ＜3 ＜0.5 ＜1

注2：永久性水工建筑物的级别见表9。

表9 永久性水工建筑物的级别

工程等级

永久性建筑物的级别

主要建筑物次要建筑物

Ⅰ 1 3

Ⅱ 2 3

Ⅲ 3 4

Ⅳ 4 5

Ⅴ 5 5

第二节主要建筑物型式的选择

一、坝型的选择

坝型有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。

（一）重力坝方案

重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力产生的拉应力，以满足强度的要求。且重力坝有如下的优点：

（1）结构作用明确，设计方法简单，安全可靠。

（2）对地形地质条件适应性强。

（3）枢纽泄洪问题容易解决。

（4）便于施工导流。

（5）施工方便。

同时，坝区大部分为花岗斑岩，基岩埋深浅，极易开采，且河床覆盖层中的块石、卵石亦可利用，因此筑坝石料极易解决。在坝下游勘探6个砂料场，最远料场离坝约9公里，以石英破碎带的料料场为主，初估砂料储量约430万m3。经质量检验，砂石料符合规范要求。且对外交通较为方便，所需水泥等其他材料运输方便。所以该方案可行。（二）拱坝方案

拱坝是固接与基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面竖直的或向上游凸出的曲线形。坝体结构既有拱作用又有梁作用，其承受的荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。与其他坝型相比拱坝具有以下特点：

（1）稳定特点。坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用，不像重力坝那样依靠自重来维持稳定。

（2）结构特点。拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部分发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。（3）荷载特点。拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基础变形对坝体应力的影响比较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度作用列为一项主要荷载。

由于拱坝剖面较薄，坝体几何形状复杂，因此，对于施工质量、建筑材料强和防渗要求等都较重力坝严格。除此之外，拱坝对地形的要求是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。

由于坝址处的河床宽度约100 m，宽度较大，不宜建拱坝。所以该方案不可取。（三）土石坝方案

土石坝是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝，是历史最为悠久的一种坝型，是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。其得到广泛应用和发展的主要原因是：

（1）可以就地、就近取材，节约大量的水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输。（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。

（3）大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的压实密度，减少了土石坝的断面，加快了施工进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。

（4）由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了分析计算水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。

（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起到了重要的促进作用。

由于坝址处缺乏筑坝的土料，所以该方案不可取。

综上可得坝型初步选择重力坝。

而重力坝的形式比较多，主要可分为实体重力坝、空腹重力坝、宽缝重力坝等。下面介绍这几种坝型的优缺点。

1.空腹重力坝

空腹重力坝的优缺点：较实体重力坝节省砼20%左右，由于空腔下部不设地板，减少了扬压力；可以减少坝基开挖量；坝体前后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的抗滑稳定；前后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大；有利于砼散热；坝体施工可以不设纵缝；便于检测和维修；可在空腹中布置电站厂房等优点。但空腹重力坝设计繁难；施工复杂；工期长；钢筋和模板用量较实体重力坝多；如在空腔内布置水电站厂房，施工干扰大。2.宽缝重力坝

宽缝重力坝具有以下一些优点：充分利用了混凝土的抗压强度；扬压力显著降低；混凝土方量较实体重力坝可节约10％～20％，甚至更多；宽缝增加了坝块的侧向散热面，加快了坝体混凝土的散热进程；便于检测和维修。从结构角度看，坝体内部应力较低，在该处将厚度减薄也是合理的。但也有一些缺点，如：增加了模板用量，立模也较复杂；分期导流不便；在严寒地区，对宽缝需要采取保温措施。

3.实体重力坝

实体重力坝有以下优点：

（1）相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；（2）设计、施工技术简单，易于机械化施工；

（3）对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；

（4）在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。

实体重力坝的缺点:

（1）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；

（2）坝体体积大，耗用水泥多；

（3）施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。

为了能够适应于大型机械化作业，施工速度快，工期短，使工程尽早建成早日供水发电，提前受益，故本工程坝型选用实体重力坝。

二、溢流坝泄水方式的选择

溢流坝泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔。在水利枢纽中，泄水重力坝可以承担泄洪、向下游输水、排沙、放空水库和施工导流等任务。

（一）坝顶溢流孔口型式的选择

坝顶溢流孔口型式分为：开敞溢流式和大孔口溢流式。

1.开敞溢流式

开敞溢流式除宣泄洪水外，它还可以排除冰凌和其他漂浮物。堰顶可以设闸门，也可不设。不设闸门的溢流孔，堰顶高程与水库的正常高水位齐平，泄洪时库水位壅高，淹没损失加大，非溢流坝坝顶高程也相应提高，但结构简单，管理方便。适用于泄水量较小、淹没损失不大的中、小型工程。设置闸门的溢流孔，其闸门顶略高于正常蓄水位，堰顶高程较低，可以调节库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝工程量。通常大、中型工程的溢流坝均设有闸门。

2.大孔口溢流式

大孔口溢流式，上部设有胸墙，堰顶高程较低。这种型式的溢流孔可按洪水预报提前放水，加大蓄洪库容，从而提高了调洪能力。当库水位低于胸墙时，下泄水流形式和开敞溢流式相同；当库水位高出孔口一定高度后为大孔口泄流，超泄能力不如开敞溢流式。为了使水库具有较大的泄流能力，宜优先考虑开敞溢流式。

本设计中设计洪水位为186.18m时，相应的下泄流量是6802.3m3/s；校核洪水位为189.06m时，相应的下泄流量是7090.8m3/s。下泄流量都较大，所以本设计采用开敞溢流式。

（二）坝身泄水孔型式的选择

按水流条件，坝身泄水孔可分为有压和无压；按泄水孔所处的高程可分为中孔和底孔；按布置的层数又可分为单层和多层。

本设计中泄水孔选择单层、有压、底孔。

三、水电站系统型式的选择

水电站厂房采用坝后式厂房，水库至水轮机之间的输水管道采用有压钢管输送。

第三节枢纽布置

本枢纽建筑物的组成为：挡水坝、溢流坝、泄水底孔及水电站建筑物等等。进行枢纽布置就是研究这些建筑物的相互位置。

一、枢纽布置的一般原则

枢纽布置的一般原则如下：

（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）枢纽布置应当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。

（3）在满足各建筑物强度和稳定性的条件下，降低枢纽的总造价和年运转费用。

（4）枢纽中建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少连接建筑物

（5）尽可能使枢纽中部分建筑物早期投产，提前发挥效益（如提前蓄水、早期发电或灌溉）。

（6）枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能的条件下，注意美观。

二、各建筑物的具体要求

（一）挡水坝

主要是拦截水流，形成水库，将其布置在河岸的两边。

（二）溢流坝

主要起泄洪作用，前缘应正对上游来水的主流方向，下游出口方向最好与主流槽水流方向一致。溢流坝应建在坚硬完整的岩基上，为了减少下泄水流对其他建筑物的影响，有时需要在溢流坝与这些建筑物之间布置导墙，冲沙孔常设在厂房进水口附近，其高程应满足运用要求。

（三）泄水底孔

即深式泄水孔，起放空水库以便检修；排放泥沙，减少水库淤积。正常情况下不进行泄洪。

（四）电站

水电站进水口水流应顺直，不发生漩涡和横向水流，尾水应顺畅。厂房坝段与底孔并排布置，有以下优点：

（1）可以保证电站经常引用活水，不会有泥沙淤积。

（2）将电站坝段与底孔坝段同宽布置，可以共用启闭机设备，节省投资。

（3）便于管理和维修。

三、方案比较

现在拟定两个枢纽布置方案进行比较分析：方案一是挡水坝段布置在河岸两边，溢流坝段布置在中间，电站布置在右岸的挡水坝之后。方案二是挡水坝段布置在河岸两边，溢流坝段布置在中间，电站布置在左岸的挡水坝之后。比较如下：

由对外交通和流域概况知：本坝址上游左岸30公里处有铁路干线与车站，另有公路与坝址下游50公里的两座县城相同，两县城有公路和水路与河流入海处的省辖市相连，对外交通较为方便。A江是我国东南一条河流，流向自西向东，流经A省南部地区，汇人东海，干流全长153公里，流域面积4860平方公里。所以知道用户多位于左岸，少部分位于右岸。

综上知当水电站坝段布置在偏左岸时，交通便利，上坝及运送机组较为方便，而且出线省，节省投资。因为用户多位于河流左岸，可以缩短出线线路。底孔紧靠电站坝段，有利于电站排沙，减少泥沙对水轮机的冲刷，且底孔闸门和电站进水口共用一台启闭机，减少启闭设备。通过比较知方案二优于方案一，所以选择方案二。

第三章挡水坝设计

剖面设计是重力坝设计的重要环节，主要任务是选择一个既满足稳定和强度要求，又使得坝体工程量最小，外形轮廓简单，施工方便，运行可靠的剖面。

重力坝剖面设计的原则是：

（1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全。

（2）工程量最少。

（3）运用方便。

（4）便于施工。

第一节挡水坝坝顶高程确定和挡水坝剖面设计

根据重力坝设计规范规定，坝顶宽度一般为坝高的8%～10%，一般不小于2m。上、下游坡度范围分别为：n=0～0.2和m=0.6～0.8,坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。本工程中上游折坡点以下坡率为n=0.2，下游坡率m=0.7。因为河床高程为100m，河床覆盖层由大块石、卵石组成，厚度约为5～6m。所以开挖深度取5m，得大坝建基面高程为95m。

一、坝顶高程的计算

（一）计算防浪墙的高程▽顶

▽顶=▽静+△h （1）式中：▽静为水库静水位，m；△h 为坝顶高出水库静水位的超高值，m。

（二）计算坝顶高出水库静水位的超高值△h

△h=h

l +h

z

+h

c

（2）

式中：h

l 为波浪高度，m； h

z

为波浪中心线高出静水位的高度，m；h

c

为安全加高，m。

h

c

按表10取值。

表10 安全加高 (单位：m)

运用情况

坝的级别

1 2 3

设计情况0.7 0.5 0.4 校核情况0.5 0.4 0.3

本工程中大坝为2级，所以，设计情况时，h

c 为0.5m；校核情况时，h

c

为0.4m。

（三）计算波浪高度h

l

31

45

00166.0D V h l = （3）

式中：V 0为计算风速，m ／s ；是指水面以上10m 处10min 的风速平均值，水库为正常蓄水位和设计水洪水位时，宜采用相应季节50年重现期的最大值或采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5～2.0倍，校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值；D 为水库吹程，km 。

（四）计算波浪中心线高出静水位的高度h z

L

H

cth

L

h h l z ππ22

=

（4） 式中：L 为波浪长度，m ；H 为坝前水深，m ；cthx=x x x

x e e e e ---+。

（五）计算波浪长度L

8.0)(4.10l h L = （5）

由已知条件知：吹程D=4km ，设计情况下：V 0=17m ／s ；校核情况下：V 0=12m ／s 。代入以上公式得： 设计情况下：

31

4500166.0D V h l ==0.0166×175／4×41／3

=0.9096m

8.0)(4.10l h L ==10.4×0.90960.8=9.6408m

L H cth L h h l z ππ22

==)(6408.99518.18626408.99096.02-⨯⨯⨯⨯ππcth

=0.2696m 所以，坝顶高出水库静水位的超高值

△h=h l +h z +h c = 0.9096﹢0.2696﹢0.5=1.6794m ， 进而得计算防浪墙的高程

▽顶=▽静+△h =186.18 +1.6794=187.8594m 。 校核情况下：

3

1

4

5

00166.0D V h l ==0.0166×125／4×41／3

=0.5885m

8.0)(4.10l h L ==10.4×0.58850.8=6.8050m

L H cth L h h l z ππ22

==)(8050.69506.18928050.65885.02-⨯⨯⨯⨯ππcth =0.1159m 所以，坝顶高出水库静水位的超高值

△h=h l +h z +h c = 0.5885﹢0.1159﹢0.4=1.1484m ，

进而得计算防浪墙的高程

▽顶=▽静+△h =189.06 +1.1484=190.2084m 。

正常蓄水位情况下同设计情况下一样。

在设计、校核洪水位情况下和正常蓄水位情况下防浪墙高程取最大值得：▽顶

=190.2084m,取整得防浪墙高程▽顶=191m。取防浪墙高度为1.2m，得坝顶高程为：

191-1.2=189.8m，最大坝高为：189.8-95=94.8m。

二、坝顶宽度计算

94.8×（8%～10%）=7.584m～9.48m。因为坝顶有双向公路，所以取坝顶宽度为9m。

三、坝底宽度计算

94.8×（0.7～0.9）=66.36m～85.32m。所以取坝底宽度为75.84m。

四、坝面坡度计算

上游坝坡采用折线，起坡点高程为145m，破率为1:0.2；下游坡度为1:0.7，因为基本三角形的顶点与校核洪水位齐平，所以重力坝的剖面的下游坡向上延伸应与校核洪水位相交，则可以得出下游坡的起坡点高程为176.2m。挡水坝剖面图见图1。

图1 挡水坝剖面图（单位：m）