某重力壩工程的水文調(diào)節(jié)計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4842某重力壩工程的水文調(diào)節(jié)計算案例 11771第一章基本資料 1133671.1流域概況 258471.2水文資料 2235831.2.1徑流資料 2324531.2.2洪水資料 2208691.2.3泥沙資料 2129541.2.4冰情資料 399961.2.5水位-流量關(guān)系 3224211.3工程地質(zhì)資料 5239511.3.1區(qū)域地質(zhì) 53391.3.2庫區(qū)地質(zhì) 5162851.3.3壩址區(qū)工程地質(zhì) 5266031.4工程地質(zhì)問題評價與建議 5260331.4.1建基面的選擇 5265561.4.2壩基抗滑穩(wěn)定性評價 644061.4.3壩基滲漏 6248111.4.4左壩段分析 6155091.4.5右壩段分析 6316561.4.6泄洪排沙底孔設(shè)計 728905第二章水文調(diào)節(jié) 8162992.1徑流調(diào)節(jié)計算 8138292.1.1計算方法 883312.1.2天然徑流 8225092.1.3入庫徑流 8281242.1.4徑流頻率適線計算 8217572.1.5庫容曲線計算 10197712.1.6供水量確定 1187792.2洪水調(diào)節(jié) 11219332.2.1確定系列中特大洪水 1181972.2.2特大洪水重現(xiàn)期的確定 12243122.2.3經(jīng)驗頻率計算 1296912.2.4校核洪水流量和設(shè)計洪水流量的計算 12278842.3水庫特征水位選擇 1440292.3.1死水位 1475952.3.2正常蓄水位 14136792.3.3設(shè)計洪水位與校核洪水位 15第一章基本資料1.1流域概況本次設(shè)計的供水工程壩址位于LJX鄉(xiāng)，在黃河干流水溫控制站所在河流的上游，其面積大約為九百平方公里。該工程的修建目的是為了給LJX鄉(xiāng)供水。1.2水文資料通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)存在有四十一年的徑流數(shù)據(jù)，其時間段為一九七零年至二零一零年。1.2.1徑流資料LJX鄉(xiāng)有一個水文觀測站，經(jīng)過調(diào)查及整理該水文站收集的觀測數(shù)據(jù)（具體數(shù)據(jù)見附錄），發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)年均徑流量約為兩千八百萬立方米，年均自然徑流量約為兩千九百萬立方米，年均入庫徑流量約為兩千六百萬立方米。1.2.2洪水資料LJX鄉(xiāng)在1888年、1969年與1977年發(fā)生過三次特大洪水，其中1888年的洪水總量最多。經(jīng)過計算，專家確認(rèn)，1888年特大洪水的重現(xiàn)期大約為一百三十年。經(jīng)過實地測量，LJX屈產(chǎn)河的多年平均洪峰流量為582m3/s。具體資料見附錄1表3。1.2.3泥沙資料經(jīng)過對收集的基本資料進行研究分析（附錄1表4），發(fā)現(xiàn)LJX多年平均輸沙量為793萬t。其中，1977年LJX鄉(xiāng)的輸沙量為5020萬噸，懸移質(zhì)的平均輸沙量為661萬噸，推移質(zhì)按照百分之二十計算為132萬t。通過對比LJX多年泥沙資料，確定1977年是LJX輸沙量最大的一年。1.2.4冰情資料經(jīng)過對LJX觀測站收集的數(shù)據(jù)進行分析研究，發(fā)現(xiàn)其并無實際測量的冰情資料。于是我們對LJX進行了實地調(diào)查，通過對河流實際情況的調(diào)查以及對當(dāng)?shù)孛癖娺M行的走訪，發(fā)現(xiàn)LJX鄉(xiāng)的結(jié)冰期一般為當(dāng)年十一月到次年三月。1.2.5水位-流量關(guān)系通過對LJX觀測站收集的數(shù)據(jù)進行整理、分析，總結(jié)出了LJX的水位、流量等資料。數(shù)據(jù)如下：表1.1LJX水文控制站流量Q～A?3通過上表，我們發(fā)現(xiàn)LJX的流量Q與A?3R圖1.1LJX流量Q～A?在此基礎(chǔ)上，我們利用LJX流量Q～A?3圖1.2壩下斷面水位～流量關(guān)系曲線表1.2壩下斷面水位～流量關(guān)系表1.3工程地質(zhì)資料1.3.1區(qū)域地質(zhì)LJX鄉(xiāng)位于秦嶺的中南部，地勢不平，且其水文情況與其巖石性質(zhì)密不可分。此區(qū)域的地震烈度經(jīng)過測量大約為I=6，且這一片區(qū)域的地下水主要是以降雨的形式進行補給。1.3.2庫區(qū)地質(zhì)該壩建成后，庫區(qū)回水長度約為3公里。該壩河床和谷底為弱透水層，沒有貫通斷層，因此大壩建成后的滲漏問題比較少。兩岸巖石整體穩(wěn)定性較好，但結(jié)構(gòu)較差。土層厚度約為2m，不利于水庫的正常運行。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)，大壩建成投產(chǎn)后，其兩邊的土石坡有隨著時間的推移會逐漸掉落，坍落寬度預(yù)計為34.4-37.4米。此外，由于此庫區(qū)位于山區(qū)河谷段，兩岸有大面積高于正常水位的基巖裸露，因此該庫區(qū)在進行蓄水后可能由于泥沙的堆積而造成一些功能的性能下降。1.3.3壩址區(qū)工程地質(zhì)經(jīng)過對資料的整理、分析，我們總結(jié)出了所設(shè)計大壩壩址的一系列地質(zhì)數(shù)據(jù)：LJX大壩壩址所在河谷的寬度大約有三十米，河谷的底部海拔約為八百零九米，其斷面的形狀從遠處看類似于U。除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)LJX大壩存在有2組節(jié)理裂隙，但并沒有斷層。1.4工程地質(zhì)問題評價與建議1.4.1建基面的選擇通過研究課本，我們發(fā)現(xiàn)：建基面指的是混凝土與混凝土之間或者混凝土與其他相關(guān)設(shè)備連接處的起始面。在水電工程中，建基面主要有四種：絕對基面、假定基面、測站基面以及凍結(jié)基面。在本設(shè)計中，將基礎(chǔ)平面放在T2er-3組弱風(fēng)化砂巖上。第三巖組(T2er-3)弱風(fēng)化砂巖承載力為1~1.2MPa。1.4.2壩基抗滑穩(wěn)定性評價通過對數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)LJX所在壩址的巖體還是比較穩(wěn)定的，其抗剪強度經(jīng)過分析計算為f=0.45，由于大壩基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，建議對T2er-3砂巖、泥巖進行基底面下深度為5m左右的固結(jié)灌漿。1.4.3壩基滲漏壩基滲漏是設(shè)計大壩時經(jīng)常需要考慮的一種可能性風(fēng)險，其具體是指：由于大壩上下游存在水位差，且由于壩體本身材料存在的一定滲水性，在大壩蓄水放水時，水流通過壩體往外或往內(nèi)滲漏的現(xiàn)象。壩基滲漏很明顯會降低水庫利用水的效率，此外還有可能增大水流對大壩底部的揚壓力，還會不停侵蝕大壩壩基的巖土從而導(dǎo)致壩基失穩(wěn)。壩基滲漏主要可以分為孔隙性滲漏、裂隙性滲漏以及管道式滲漏。對于控制滲漏的方法，主要有減少滲漏量和減小揚壓力兩種方向。對于減少壩基滲漏量這個方向，我們可以利用防滲墻、帷幕灌漿以及堵塞溶洞措施來防止；對于減小揚壓力這個方向，我們可以利用增設(shè)排水孔、排水廊道等工程部件來防止。在實際的設(shè)計中，通常會綜合考慮壩址所在位置的地質(zhì)數(shù)據(jù)以及觀測的滲漏嚴(yán)重情況選取一種防滲方法或多種防滲措施結(jié)合，以期獲得可執(zhí)行范圍內(nèi)最好的的防滲效率。在本設(shè)計中，鑒于基面滲漏嚴(yán)重，應(yīng)采取工程措施防止?jié)B漏，深度為T2er-2泥巖的2~4m左右。1.4.4左壩段分析左壩肩約2~3m寬，低液限淤泥厚2~3m。左橋臺所在區(qū)域有接縫，造成裂縫，建議全部挖出來。此處應(yīng)采取帷幕灌漿措施，深度2~4m，寬度40~50m。1.4.5右壩段分析右壩肩強分化層經(jīng)過測試，其硬度是比較高的，且厚度約為兩米；但其泥巖較為柔軟，其厚度大約有四米。另外通過綜合分析發(fā)現(xiàn)，其土石坡的結(jié)構(gòu)松散，不能滿足右壩肩穩(wěn)定要求，建議全部挖除。水庫正常蓄水時，要給右壩肩采取深度為T2er-2泥巖2～4m的帷幕灌漿。通過對基本資料進行分析概括，我們總結(jié)出了以下內(nèi)容：LJX大壩所在位置的地形地質(zhì)條件整體趨于穩(wěn)定，但同時也存在一些細(xì)節(jié)問題。我們經(jīng)過分析、測試與研究，提出以下建議：LJX大壩的建基面可以考慮放置在T2er-3這一巖組的弱風(fēng)化砂巖上，并且要挖除所有的強風(fēng)化巖石與卵石混合土。同時，因為壩體與地基接觸面的強度并不是很高，且其完整性也不是很好，可以考慮對LJX所在位置的基巖采取固結(jié)灌漿；此外，由于LJX大壩存在壩基滲漏的風(fēng)險，我們可以對LJX大壩的壩基進行深入泥巖巖體2～4m的帷幕灌漿，左右壩肩同上。除此之外，考慮到施工的復(fù)雜度，為了消除可能影響或破壞施工的不利因素，應(yīng)在開工前清除左右壩肩的松散堆積物、強風(fēng)化巖體及危石。同時，我們應(yīng)該在LJX大壩的泄流段設(shè)置一些消能組件以防止因為水流的侵蝕而造成的坑的進一步的發(fā)展與擴大，以防其影響LJX大壩的壩基的穩(wěn)定性。此外，考慮到大壩泄流有可能對LJX大壩所在位置的左右岸岸坡進行一定程度上的侵蝕，應(yīng)對其進行防護以確保LJX大壩兩岸地質(zhì)的穩(wěn)定性。1.4.6泄洪排沙底孔設(shè)計經(jīng)過研究，我們認(rèn)為LJX大壩有必要在其非溢流段添置底孔壩段，且需要設(shè)置兩個泄洪底孔，其具體位置為LJX大壩壩址的主河床。經(jīng)過勘察，我們發(fā)主河床地勢不平，海拔大約處于808~814m的范圍中。其砂巖層約2m，泥巖斷續(xù)分布，強風(fēng)化層厚3~5m，地下水位埋深0~2m。此外，這里需要布置一些減排措施以對應(yīng)基坑突水。

第二章水文調(diào)節(jié)2.1徑流調(diào)節(jié)計算2.1.1計算方法徑流調(diào)節(jié)計算采用長系列法與年日調(diào)節(jié)法。2.1.2天然徑流LJX水文站多年平均實測年徑流量兩千八百三十萬立方米左右，多年平均天然年徑流量兩千九百萬立方米左右，具體數(shù)值見附錄1表1。2.1.3入庫徑流經(jīng)過對LJX基本數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)LJX大壩所在河流的年平均流入徑流量為2679萬米。這個值是通過從自然徑流中去除約30萬畝上游灌溉水獲得的。2.1.4徑流頻率適線計算在本設(shè)計中，水文頻率采用目標(biāo)估算和直線擬合方法進行計算，具體計算數(shù)據(jù)見表2.1和表2.2。表2.1年徑流量經(jīng)驗頻率計算表

表2.2理論頻率配線計算表2.1.5庫容曲線計算經(jīng)過分析研究，我們決定對于入庫徑流采用LJX大壩所在河流一九七零年到二零一零年的徑流數(shù)據(jù)。

表2.3庫容曲線計算表2.1.6供水量確定經(jīng)過一系列分析，我們決定將LJX大壩的供水量確定為699萬m，將其供水流量確定為0.3m/s左右。2.2洪水調(diào)節(jié)2.2.1確定系列中特大洪水在確定之前，我們先進行了假設(shè)。假設(shè)LJX大壩所在河流的洪水?dāng)?shù)據(jù)系列經(jīng)過勘察與分析，共有n年，且將特大洪水用QN表示。一般來講，其特大洪水可以在所觀測的洪水?dāng)?shù)據(jù)之中，也可以不在其之中。當(dāng)觀測系列出現(xiàn)超過三次特大洪水時，可以將此次洪水作為特大洪水進行分析?；举Y料：通過分析LJX大壩的基本數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這三次洪水的洪峰流量皆符合特大洪水的特征。2.2.2特大洪水重現(xiàn)期的確定2.2.3經(jīng)驗頻率計算計算方法：設(shè)總年數(shù)(含空缺)為N年，連續(xù)實測周期為N年，共A次大洪水。（1）獨立樣本法非特大洪水的經(jīng)驗頻率： Pm=特大洪水的經(jīng)驗頻率： PM=M（2）統(tǒng)一樣本法 PM= Pm=2.2.4校核洪水流量和設(shè)計洪水流量的計算采用三點線法進行計算，數(shù)據(jù)如下：表2.4洪水流量適線計算表2.3水庫特征水位選擇2.3.1死水位通過對上表的分析與總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，LJX大壩設(shè)計中存在著一定程度上的泥沙淤積問題。對此，我們預(yù)測，若忽略這些可能對大壩功能及周邊環(huán)境造成一定影響的因素，大壩在建成投產(chǎn)后一定會比預(yù)計的水利效益低，并且會逐漸降低，這對于大壩本身與周邊自然環(huán)境都是極其不友好的。因此，在LJX大壩的設(shè)計中，對于死水位確定這一話題一定要考慮周全，例如泥沙堆積。在一般情況下，我們可以將可能堆積的泥沙看做是基本荷載，以水庫達到泥沙淤積平衡前為標(biāo)準(zhǔn)來確定合適的壩前淤積高度。對于這種設(shè)計，在一般情況下，我們需要建立數(shù)學(xué)模型，并進行物理模型試驗，最終確定其高度。另外，除了上述計算方式，我們還可以查找之前與LJX大壩設(shè)計背景相似的、已經(jīng)建成投產(chǎn)并且效益還不錯的工程，通過分析其他與LJX相似的大壩水文數(shù)據(jù)，為LJX大壩的壩前淤積高度確定提供一定的案例支撐。在本設(shè)計中，通過綜合考量，我們決定將LJX大壩的正常壩前泥沙堆積高度定為八百二十二點五米，并且將死水位定為八百二十五米整。2.3.2正常蓄水位經(jīng)過一系列驗證與研究，我們發(fā)現(xiàn)洪水是決