1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 公伯峽混凝土重力壩設(shè)計(jì)及壩 體應(yīng)力、變形二維有限元分析專 業(yè) 水利水電工程 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2016 年摘 要公伯峽水電站樞紐位于青海省循化撒拉自治縣和化隆回族自治縣交界處。電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉及供水。該工程屬一等大()工程。永久性擋水和泄水建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為五百年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬(wàn)年一遇或可能最大洪水。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：對(duì)所給工程資料和有關(guān)工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，對(duì)壩址、壩軸線、壩型進(jìn)行選擇和整體樞紐布置；利用所學(xué)知識(shí)和所給水文氣象資料進(jìn)行調(diào)洪演算，確定特征水位及相應(yīng)的特征庫(kù)容；根據(jù)調(diào)洪演算的成果確定壩頂高程；根據(jù)水工建筑物的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行非溢

2、流壩剖面擬定，根據(jù)安全系數(shù)法和極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、強(qiáng)度驗(yàn)算；進(jìn)行溢流壩剖面擬定、根據(jù)水力計(jì)算的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行溢流壩水力計(jì)算；泄水排沙底孔剖面擬定、水力計(jì)算；根據(jù)細(xì)部構(gòu)造的相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)；進(jìn)行專題（壩體應(yīng)力、變形二維有限元分析）的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：混凝土重力壩；公伯峽；有限元分析；抗滑穩(wěn)定abstractthe hub of the gongboxia hydropower station is located in the junction of xunhua hua and long hui autonomous county in qinghai province. t

3、his hydropower station is focused on generating electricity, taking into account the irrigation and water supply. the project is the 1st class project of big () type. the design flood standards of permanent retaining water and discharge structure are in five hundred years, and the check flood standa

4、rd is in million years or probable maximum flood.the main content of this graduation design includes these following points: selecting the site, axis, type of the dam and general hub layout according to those given engineering data and related engineering geological conditions to analyse, using the

5、knowledge and hydrological and meteorological data to carry on flood routing, determining the characteristic water level and the corresponding capacity, deciding the crest elevation according to the characteristics of flood routing; proposing the non-overflow section according to the related knowled

6、ge of hydraulic structures, carrying out the anti-slide and stability calculation based on the safety factor method and partial coefficient method; proposing the overflow section and making hydraulic calculation; making calculation of discharge desilting bottom and hydraulic calculation; designing t

7、he specification according to the relevant provisions of the detailed structure; carrying out special project design (two-dimension finite element analysis of dam deformation and stress). 第1章 緒論1.1 工程概況公伯峽水電站是黃河干流上游龍羊峽至青銅峽河段中，接龍羊峽、拉西瓦、李家峽之后的第四座大型梯級(jí)電站。樞紐位于青海省循化撒拉自治縣和化隆回族自治縣交界處，距循化縣城25km，距西寧公路里程153km（

8、直線距離95km）。公伯峽水電站以發(fā)電為主，兼顧灌溉及供水。該工程屬一等大()工程。永久性擋水和泄水建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為五百年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬(wàn)年一遇或可能最大洪水。1.2 工程特性表本工程的部分工程特性值，見(jiàn)表1-1。表1-1 公伯峽水電站工程特性表工程規(guī)模等別建筑物級(jí)別1地震烈度7水庫(kù)總庫(kù)容億m5.5調(diào)洪庫(kù)容億m0.75死庫(kù)容億m4.75校核洪水位m2008.40 校核洪水位m2005.99 正常蓄水位m2005.00 死水位m2002.00 非溢流壩段壩底高程m1875.00 最大壩高m133.84 最大壩長(zhǎng)m582.55 壩頂寬度m11 下游側(cè)坡比1:0.8溢流壩段溢流壩段堰頂高程

9、m1995.20 溢流壩最大泄量m/s7477.50 單寬流量m/(s*m)93.47 溢流壩凈寬m80鼻坎反弧段半徑m18消能方式挑流消能底孔進(jìn)口中心高程m1985孔口尺寸m*m2*2底孔最大泄量m/s81.68消能方式m/(s*m)挑流消能第2章 水文氣象2.1 流域概況黃河發(fā)源于青海省巴顏喀拉山北麓各恣各雅山下的卡日曲。流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東九?。▍^(qū)），于山東省懇利縣、利津兩縣之間匯入渤海。干流全長(zhǎng)5464 km，全流域面積752443 km2 。黃河公伯峽水電站壩址位于青藏高原東部，青海省循化縣與化隆縣境內(nèi)黃河干流的公伯峽峽谷出口段，是龍羊峽青銅峽河

10、段梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃報(bào)告中的第4個(gè)大型梯級(jí)水電站。距上游李家峽、龍羊峽水電站壩址分別約為：76 km和184.6 km，距上游貴德水文站140.6 km。壩址上游22km處有隆務(wù)河匯入。距下游循化縣城及循化水文站約25 km。公伯峽壩址控制流域面積143619 km2，多年平均徑流量221億m3，占全流域面積的19.1%，水量占全流域的38.8%，水力開(kāi)發(fā)條件十分優(yōu)越。公伯峽水電站采用循化水文站為設(shè)計(jì)代表站，其多年平均流量703m3/s，多年平均含沙量1.25kg/m3, 為全流域含沙量較小的河段。壩址上游有已建的龍羊峽、李家峽水電站。龍羊峽水庫(kù)是一個(gè)具有多年調(diào)節(jié)性能的巨型水庫(kù)，總庫(kù)容達(dá)275億m3

11、。當(dāng)龍羊峽水電站投入正常運(yùn)行后，與下游劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，使公伯峽徑流年內(nèi)分配趨于均勻，提高公伯峽的發(fā)電效益。同時(shí)大大削減公伯峽入庫(kù)洪水，減小公伯峽水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水和校核洪水。李家峽水庫(kù)為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，調(diào)節(jié)性能較差，對(duì)公伯峽水庫(kù)的入庫(kù)洪水和徑流年內(nèi)分配影響較小。2.2 水文資料黃河上游干流安寧渡以上有黃河沿、吉邁、瑪曲、唐乃亥、貴德、循化、上詮、蘭州、安寧渡等水文站。上述站均為國(guó)家基本測(cè)站，觀測(cè)系列較長(zhǎng)，資料精度較高，資料整編規(guī)范，由黃河水利委員會(huì)整編刊印成黃河水文年鑒，在使用中未發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象。其中蘭州站觀測(cè)年限最長(zhǎng)，始于1934年。循化水文站位于公伯峽壩址下游約25km處，控制流域面積14

12、5459 km2 ，與公伯峽壩址以上流域面積相差1.26%。循化水文站測(cè)量斷面上下河流基本順直、水流流態(tài)順暢，1945年建站觀測(cè)至今。循化水文站為公伯峽工程的設(shè)計(jì)代表站。循化水文站水文資料延長(zhǎng)至2000年。19902000年這10年中未發(fā)生過(guò)特大洪水。在循化水文站資料系列的插補(bǔ)延長(zhǎng)和1980年以后因龍羊峽和李家峽水庫(kù)調(diào)蓄影響的資料還原中，還引用了唐乃亥、貴德、上詮、蘭州站及其它一些支流水文站資料。2.2.1 徑流特性根據(jù)黃河公伯峽水電站工程初步設(shè)計(jì)重編報(bào)告,公伯峽水電站設(shè)計(jì)時(shí)徑流計(jì)算采用19191990年71年系列資料，包括了豐、平、枯三個(gè)部分，具有較好的代表性。根據(jù)循化水文站19192000

13、年共81年水文年徑流系列，進(jìn)行頻率計(jì)算，采用矩法估算參數(shù)，p- 型曲線適線，并經(jīng)上、下游參數(shù)平衡，得循化水文站多年平均流量703 m3/ s，cv=0.24，cs=2cv，經(jīng)頻率計(jì)算循化站年徑流成果見(jiàn)表2-1和表2-2。表2-1循化站年徑流頻率計(jì)算成果表站名均值cvcs/cv各種頻率設(shè)計(jì)值(p%)102050759095資料年限循化7.30.2429268406905834974501919-2000表2-2 循化站徑流年內(nèi)分配成果表月份789101112123456多年平均流量(m3/s)1422122313271093577278216199259367594978占年水量的百分?jǐn)?shù)(%)1

14、6.614.315.512.96.763.32.52.33.04.36.911.52.2.2 設(shè)計(jì)洪水黃河上游大洪水是由大尺度天氣系統(tǒng)所造成的長(zhǎng)歷時(shí)，大面積連續(xù)降雨所形成的，局部暴雨對(duì)造洪影響不大。一般是暴雨特性在地面的反映，所形成洪水多由大面積降雨所致，洪水漲落較緩，一次洪水過(guò)程約40天左右，洪型矮胖，歷時(shí)較長(zhǎng)，峰形多以單峰為主，峰、量關(guān)系對(duì)應(yīng)較好，在實(shí)測(cè)的較大洪水中洪峰出現(xiàn)在9月份占40%，出現(xiàn)在7月份占36%。1946、1967、1981年洪峰都出現(xiàn)在9月份，1964年和調(diào)查的1904年歷史洪水洪峰出現(xiàn)在7月份。公伯峽水庫(kù)受上游水庫(kù)調(diào)蓄影響的設(shè)計(jì)洪水作為公伯峽水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水。其設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

15、結(jié)果見(jiàn)表2-3。表2-3 公伯峽設(shè)計(jì)洪水成果表（流量：m3/s，洪量：億m3）項(xiàng)目均值cvcv/cs各種頻率p的設(shè)計(jì)值()0.010.2125洪峰流量25200.3647860585054004990428015天洪量27.30.34488.267.656.251.144.245天洪量65.10.334207160133122106公伯峽水電站施工期洪水控制標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。公伯峽水電站20年一遇導(dǎo)流流量主要受李家峽水電站發(fā)電流量及李家峽公伯峽區(qū)間洪水控制。經(jīng)過(guò)分析，在電網(wǎng)非異常運(yùn)行情況下，李家峽水庫(kù)下泄流量控制在1000 m3/s左右，當(dāng)李家峽公伯峽區(qū)間發(fā)生洪水的時(shí)候，李家峽水電站下泄流量控

16、制在1000 m3/s以下，在考慮20年一遇洪水李家峽公伯峽區(qū)間流量，得到公伯峽水電站20年一遇洪水最大流量為1500 m3/s。2.3 水庫(kù)泥沙公伯峽水電站壩址位于黃河上游青海省循化縣與化隆縣交界處的公伯峽峽谷出口處，上距循化水文站25 km，壩址控制流域面積143619 km2。公伯峽壩址上游77 km處已建有李家峽水庫(kù)。該庫(kù)相對(duì)庫(kù)大沙小，庫(kù)沙比為157，水庫(kù)泥沙淤積平衡年限很長(zhǎng)，對(duì)入庫(kù)水沙有巨大的調(diào)節(jié)作用，入庫(kù)泥沙基本淤積在庫(kù)內(nèi)，僅有少量細(xì)顆粒泥沙排出庫(kù)外。據(jù)李家峽水電站設(shè)計(jì)成果，水庫(kù)運(yùn)行的1030年期間平均年出庫(kù)沙量126萬(wàn)t，水庫(kù)運(yùn)行1060年期間平均年出庫(kù)沙量為165萬(wàn)t，不到入庫(kù)

17、沙量的14%。公伯峽水庫(kù)設(shè)計(jì)入庫(kù)懸移質(zhì)泥沙多年平均含沙量為0.32kg/m3，汛期（69月）平均含沙量為0.456 kg/m3。實(shí)測(cè)最大含沙量采用貴德站實(shí)測(cè)值131 kg/m3（1981年8月5日）。庫(kù)懸移質(zhì)泥沙中值粒徑為0.03mm，平均粒徑為0.062mm。公伯峽水庫(kù)設(shè)計(jì)年平均入庫(kù)沙量為709萬(wàn)t，庫(kù)沙比為93，水庫(kù)泥沙淤積平衡年限長(zhǎng)，水庫(kù)泥沙問(wèn)題并不嚴(yán)重。但由于入庫(kù)泥沙顆粒較細(xì)，粒徑小于0.02mm的沖瀉質(zhì)泥沙占入庫(kù)泥沙的40%，這部分泥沙易于到達(dá)壩前，經(jīng)水庫(kù)泥沙淤積計(jì)算，20年壩前淤積高程為1948.2 m，50年壩前淤積高程1968.8 m。泥沙浮容重按7.5kg/m3計(jì)算。第3章

18、工程地質(zhì)3.1 區(qū)域地質(zhì)概況本區(qū)出露地層有前震旦系尕讓群（巖性為上亞群暗綠色黑云角閃片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖；下亞群黑云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖和片麻巖，以及條帶狀、眼球狀花崗質(zhì)混合巖）；三迭系（巖性為淺變質(zhì)的灰?guī)r、灰綠色砂巖、板巖互層，夾砂礫巖、灰?guī)r）、白堊系（巖性為淺紫褐色紫灰色含礫砂巖，中粗粒砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等）、上第三系（性為砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖等，局部夾泥灰?guī)r、石膏薄層）及第四系（q）層。庫(kù)壩區(qū)位于祁呂孤形西褶帶的次一級(jí)構(gòu)造化隆槽地和河西系的德恒隆加吾力吉隆起帶兩個(gè)構(gòu)造單元的復(fù)合部位上，工程場(chǎng)地四周約10km30km范圍內(nèi)的各邊界性斷裂，自晚更新世以來(lái)均處于相對(duì)穩(wěn)

19、定狀態(tài)。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為間歇性和差異性的隆升運(yùn)動(dòng)，工程區(qū)屬構(gòu)造基本穩(wěn)定區(qū)。地震基本烈度經(jīng)復(fù)核為度，對(duì)應(yīng)的基巖峰值加速度值為0.11g，100年超越概率2的基巖峰值加速度值為0.20g。3.2 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件公伯峽水庫(kù)區(qū)位于青海省循化、化隆與尖扎三縣交界處。正常蓄水位2005m時(shí)，壩前最大水深約為110m，水面寬400m600m，水庫(kù)全長(zhǎng)（包括翹尾部分）約61km。峽谷水庫(kù)段：該段自壩前至隆務(wù)河口長(zhǎng)約18km。此河段河谷狹窄，坡度多在4050，坡高600m700m。岸坡基巖裸露，主要由前震旦系變質(zhì)巖組成。河水面寬約30m50m。盆地水庫(kù)段：該段長(zhǎng)約43km。兩岸地形開(kāi)闊，水流平緩。庫(kù)盆主

20、要由第三系上新統(tǒng)紅層及前震旦系古老變質(zhì)巖組成，表部廣泛覆蓋著第四系松散堆積層。3.2.1 地層巖性前震旦系（anzgr）尕讓群下亞群：巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、條帶狀混合巖為主。與上覆地層呈不整合或斷層接觸。三迭系中統(tǒng)上部巖組（t2b）：巖性為灰綠色厚層塊狀礫巖、含礫砂巖及長(zhǎng)石砂巖等。與下伏前震旦系地層呈不整合接觸。白堊系下統(tǒng)下部巖組（k1hka）：巖性主要為磚紅紫紅色砂巖、含礫粗砂巖及礫砂巖等。與下伏地層呈不整合接觸。第三系上新統(tǒng)臨夏組（n2l）：上部為磚紅、桔黃、灰綠色的含粉砂泥鈣質(zhì)泥巖，夾白色泥鈣質(zhì)泥巖和淺紅色鈣質(zhì)頁(yè)巖條帶；下部主要為紫紅色礫砂巖及砂礫巖、粉砂巖、泥巖等，與下伏地層呈不整合接

21、觸。第四系（q）：上更新統(tǒng)（q3）：主要分布在水庫(kù)兩岸級(jí)及其以上階地上。其下部為砂礫石層，上部為砂壤土層；全新統(tǒng)（q4）：分布在、級(jí)階地及河床和河漫灘上。階地上覆地層大多呈二元結(jié)構(gòu)，即下部為砂礫石層，上部為砂壤土。加里東期侵入巖：巖性主要為灰白、肉紅色花崗巖及偉晶巖等。3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造尖扎渡口隆務(wù)河口沖斷層（庫(kù)區(qū)編號(hào)f1）：該斷層延伸長(zhǎng)22km，總體呈nnw向發(fā)育。擠壓破碎帶寬40m60m，破碎帶由斷層泥、糜棱巖、片理化巖、角礫巖及碎裂巖組成，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好。西加吾貝曲卜藏斜沖斷層（庫(kù)區(qū)編號(hào)f15）：該斷層延伸長(zhǎng)約17km，總體呈nw300方向延伸。破碎帶寬30m左右，由灰綠色糜棱巖、角礫

22、巖、碎裂巖組成，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好。哇加扭斷層（庫(kù)區(qū)編號(hào)f19）：斷層延伸長(zhǎng)約40km，呈ne60方向展布。斷面整齊，宛若刀切。破碎帶寬100m200m，帶內(nèi)主要為擠壓片狀巖、角礫巖等。隆務(wù)河口沖斷層（庫(kù)區(qū)編號(hào)f5）：延伸長(zhǎng)約8km，破碎帶寬20m40m，主要由角礫巖，擠壓片理化帶等組成，泥鈣質(zhì)膠結(jié)較好。3.2.3 水庫(kù)滲漏公伯峽水庫(kù)屬于山區(qū)型水庫(kù)，峽谷庫(kù)段基巖山體高陡雄厚，盆地庫(kù)段周邊亦被基巖山體包圍，水庫(kù)區(qū)不存在永久滲漏問(wèn)題。3.2.4庫(kù)區(qū)及近壩庫(kù)岸穩(wěn)定問(wèn)題公伯峽水庫(kù)峽谷段岸坡陡峻，重力地質(zhì)現(xiàn)象顯著，兩岸均發(fā)育有大型巖質(zhì)滑坡及傾倒變形體。庫(kù)岸穩(wěn)定重點(diǎn)地段主要有：壩前左岸分布的古什群號(hào)滑坡體，古

23、什群右岸傾倒變形體及尖扎縣上游、黃河左岸的號(hào)滑坡體。（1）古什群號(hào)滑坡該滑坡位于壩前左岸上游2km處，為一切層巖質(zhì)滑坡。長(zhǎng)約370m，前緣寬200m，中部寬120m，體積155萬(wàn)m3。蓄水后可能發(fā)生邊岸再造式的局部崩滑、坍岸，總體上不會(huì)影響大壩的安全及水庫(kù)的正常運(yùn)行。（2）古什群右岸傾倒變形體古什群右岸傾倒變形體位于壩前上游2.2km，沿岸寬度300m，順坡長(zhǎng)度190m，體積約195萬(wàn)m3。經(jīng)穩(wěn)定性計(jì)算，傾倒變形體上游區(qū)的穩(wěn)定性較好，而下游區(qū)較差，且下游區(qū)蓄水后在度地震烈度下將失穩(wěn)。（3）號(hào)滑坡號(hào)滑坡地處公伯峽電站庫(kù)區(qū)盆地庫(kù)段的尖扎縣城對(duì)岸上游1.5km的黃河左岸(距壩址27.8km)，為一大

24、型切層巖質(zhì)滑坡?；虑熬壖舫隹诟叱桃话阍?000m2010m，高出平水期河水位15m25m。號(hào)滑坡天然條件下基本穩(wěn)定，由于其特殊的滑坡結(jié)構(gòu)，地形條件既使不受水庫(kù)影響，局部地段在暴雨或度地震條件下，也有失穩(wěn)的可能。3.3壩址區(qū)工程地質(zhì)條件3.3.1壩址區(qū)地質(zhì)概況工程區(qū)位于公伯峽峽谷出口段，黃河以ne3050方向流經(jīng)本區(qū)，平水期河水位1900m，水面寬40m60m，水深12m13m。河床覆蓋層厚一般為5m13m，最厚達(dá)18.7m。河床基巖面最低高程為1874.73m。壩區(qū)出露的地層有前震旦系、白堊系、上第三系、第四系及加里東期花崗巖侵入體。前震旦系片巖、片麻巖及上第三系礫砂巖和加里東期花崗巖是構(gòu)成

25、各建筑物地基及邊坡的主要巖體。第三系紅層產(chǎn)狀為走向mw325350，傾向ne，傾角415，前震旦系變質(zhì)巖片理產(chǎn)狀為走向nw315335，傾向ne，傾角5681，與河流斜交，傾向下游偏右岸。花崗巖侵入體邊緣地帶片理產(chǎn)狀變化較大。巖體中斷層、裂隙較發(fā)育，主要有4組斷層。nne組：代表性斷層有f7、f18、f21、f23等，破碎帶一般寬0.2m2.5m，最寬4.5m5.0m。大多充填糜棱巖、角礫巖、碎裂巖，一般未膠結(jié)，局部弱泥、鈣質(zhì)膠結(jié)。nnw組：代表斷層有f1、f15、f17、f24等，破碎帶一般寬0.5m2.5m，最寬3.0m5.0m。大多充填糜棱巖、角礫巖、擠壓片理化帶，一般未膠結(jié)，個(gè)別鈣質(zhì)膠

26、結(jié)。nww組：代表性斷層有f8、f20、f35、f112等，破碎帶一般寬0.1m1.5m，最寬25m。充填片理化帶、糜棱巖、碎裂巖，局部有0.2cm2.0cm厚的泥質(zhì)，未膠結(jié)。nee組：代表性斷層有f12、f16、f34等，破碎帶一般寬0.1m0.3m，最寬0.8m1.0m。充填碎裂巖、角礫巖、少量泥質(zhì)。一般有弱鈣質(zhì)膠結(jié)。3.4天然建筑材料查明砂礫料4000萬(wàn)m3(其中砂料1086萬(wàn)m3)。砼粗細(xì)骨料，采用水車(chē)村砂石料場(chǎng)及占卜乎砂石料場(chǎng)。根據(jù)勘探試驗(yàn)結(jié)果，其質(zhì)量和儲(chǔ)量均可滿足要求，各料場(chǎng)均有公路相通，開(kāi)采運(yùn)輸方便。第4章 調(diào)洪演算4.1 水文氣象資料4.1.1 洪水資料經(jīng)分析比較，選擇發(fā)生在1

27、964年7、8月間的大洪水作為公伯峽的洪水典型過(guò)程。由于公伯峽防洪庫(kù)容較小，用日平均流量調(diào)洪難以反映其調(diào)洪能力，因此區(qū)間最大3天洪水過(guò)程采用逐時(shí)過(guò)程。采用龍羊峽下泄流量過(guò)程組合相應(yīng)區(qū)間洪水，得到公伯峽的入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。結(jié)果見(jiàn)表4-1，圖4-1。表4-1 公伯峽入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線（流量：m3/s）時(shí)間（月.日.時(shí)）p=0.2%p=0.01%時(shí)間（月.日.時(shí)）p=0.2%p=0.01%8.2.0 427069908.3.13 518075308.2.1 429070208.3.14 523075908.2.2 431070508.3.15 528076608.2.3 434070808.3.1

28、6 533077208.2.4 433070808.3.17 537077808.2.5 433070708.3.18 541078208.2.6 432070608.3.19 544078608.2.7 431070508.3.20 541078208.2.8 430070308.3.21 538077908.2.9 429070208.3.22 535077508.2.10 428070108.3.23 532077108.2.11 427069908.4.0 529076808.2.12 426069808.4.1 527076408.2.13 425069708.4.2 5030733

29、08.2.14 423069508.4.3 480070308.2.15 422069308.4.4 478070108.2.16 420069108.4.5 477069908.2.17 418068808.4.6 477070008.2.18 420069108.4.7 477070008.2.19 422069408.4.8 478070008.2.20 424069608.4.9 478070108.2.21 426069808.4.10 478070008.2.22 427070008.4.11 477070008.2.23 428070108.4.12 477069908.3.0

30、479070208.4.13 477069908.3.1 480070308.4.14 476069808.3.2 501073208.4.15 476069808.3.3 523076008.4.16 475069808.3.4 528076608.4.17 475069708.3.5 533077208.4.18 475069708.3.6 530076808.4.19 475069708.3.7 527076408.4.20 465069708.3.8 524076008.4.21 475069808.3.9 521075708.4.22 475069808.3.10 519075408

31、.4.23 476069808.3.11 516075108.5.0 475069708.3.12 51707520圖4-1 公伯峽入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線4.1.2 氣象資料公伯峽壩址以上流域位于青藏高原東北部，地處中緯度內(nèi)陸高原，距海洋較遠(yuǎn)，屬典型的大陸性氣候，冬季漫長(zhǎng)，夏季涼爽，氣溫日較差大，無(wú)霜期短。如循化氣象站，1月平均最高氣溫3，平均最低氣溫-11.6；7月平均最高氣溫26.5，平均最低氣溫13.5。雨量在時(shí)間和地區(qū)上分布不均勻，時(shí)間上冬春較為干旱，夏秋則常有暴雨和連陰雨產(chǎn)生，雨季主要集中于59月，雨量占全年雨量的80%以上；地區(qū)上分布上游吉邁瑪曲區(qū)間最大，最大可達(dá)800mm，而唐乃亥循

32、化區(qū)間僅為250300mm。多年平均蒸發(fā)量在11002200mm。循化氣象站為距壩址最近的一個(gè)國(guó)家氣象站，為工程的氣象設(shè)計(jì)代表站，建于1959年，已有40多年的觀測(cè)資料，觀測(cè)項(xiàng)目較全且精度較高。由循化氣象站19602001年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，其多年平均氣溫8.7，多年平均降雨量266.2mm，蒸發(fā)能力2131.4mm（20cm蒸發(fā)器），最大風(fēng)速24.0m/s。多年平均年日照時(shí)數(shù)2712.7hr。4.1.3 庫(kù)容曲線公伯峽水電站水庫(kù)庫(kù)容曲線采用初步設(shè)計(jì)階段成果，即以青海省測(cè)繪局1978年測(cè)繪，1981年出版的萬(wàn)分之一地形圖量算成果，正常蓄水位以下庫(kù)容5.5億m3。公伯峽水電站水位庫(kù)容、面積關(guān)系曲線見(jiàn)

33、表4-2。表4-2 公伯峽水電站水位庫(kù)容、面積關(guān)系曲線表水位水庫(kù)面積(km2)原始庫(kù)容(億m3)淤積20年庫(kù)容(億m3)淤積50年庫(kù)容(億m3)19100.250.019200.610.0419301.180.1319401.670.280.019502.520.480.0619603.820.800.3819705.371.260.840.019808.481.951.520.63199012.282.992.531.43200018.084.513.792.4920055.504.663.21201026.446.735.894.4420158.15202036.934.1.4 下游水位流

34、量關(guān)系曲線根據(jù)實(shí)測(cè)斷面資料對(duì)各水尺的水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行復(fù)核，公伯峽水電站下游水位流量關(guān)系曲線見(jiàn)表4-3。表4-3 公伯峽水電站下游水位流量關(guān)系曲線表水位（m）流 量(m3/s)c水尺p水尺18988090189927028019005406401901860112019021210168019031570232019041970300019052360390019062800488019073310589019083870690019094470794019105080900019115730191264001913708019147780191585104.2底孔規(guī)模及死庫(kù)容的確定考慮水庫(kù)

35、排沙和防汛及意外情況下泄洪的需要，宜建底孔。根據(jù)水庫(kù)堆積所需和排沙的要求，選取底孔進(jìn)口高程為1985.00m，死水位為2002m，相應(yīng)的死庫(kù)容為4.906億m3。水庫(kù)水位庫(kù)容zv關(guān)系曲線見(jiàn)表4-2。4.3 調(diào)洪演算4.3.1 水庫(kù)調(diào)洪演算的作用與任務(wù)洪水流經(jīng)水庫(kù)時(shí)，水庫(kù)容積對(duì)洪水的攔蓄、滯留作用，以及泄水建筑物對(duì)出庫(kù)流量的制約或控制作用，將使出庫(kù)洪水過(guò)程發(fā)生變化。與入庫(kù)洪水過(guò)程相比，出庫(kù)洪水的洪峰流量顯著減小，洪水過(guò)程歷時(shí)大大延長(zhǎng)。洪水流經(jīng)水庫(kù)產(chǎn)生的上述變化過(guò)程，稱為水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)。水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的目的是在已擬定泄洪建筑物及已確定的防洪限制水位（或其他起調(diào)水位）的條件下，用給出的入庫(kù)洪水過(guò)程、泄洪

36、建筑物的泄流能力曲線及庫(kù)容曲線等基本資料，按規(guī)定的防洪調(diào)度規(guī)則，推求水庫(kù)的泄流過(guò)程、水庫(kù)水位變化過(guò)程及相應(yīng)的最高水位和最大下泄流量。若水庫(kù)不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，那么水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的任務(wù)，則是研究和選擇能確保水工建筑物安全的調(diào)洪方式，并配合泄洪建筑物的形式、尺寸和高程的選擇，最終確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、調(diào)洪庫(kù)容及兩種情況下相應(yīng)的最大泄流量。若水庫(kù)擔(dān)負(fù)下游防洪任務(wù)，首先應(yīng)根據(jù)下游防洪保護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)、下游河道安全泄量、壩址至防洪點(diǎn)控制斷面之間的區(qū)間匯流情況，配合泄洪建筑物形式和規(guī)模，合理擬定水庫(kù)的泄流方式，確定水庫(kù)的防洪庫(kù)容及其相應(yīng)的防洪高水位；其次，根據(jù)下游防洪對(duì)泄洪方式的要求，進(jìn)一步擬

37、定可保證水工建筑物安全的泄洪方式，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位與校核洪水位及相應(yīng)的調(diào)洪庫(kù)容。4.3.2 調(diào)洪計(jì)算原理根據(jù)水庫(kù)水量平衡原理和水庫(kù)的蓄池關(guān)系組成方程組12qt+qt+1t-12qt+qt+1t=vt+1-vt (4-1)式中 t計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)度，s； qt,qt+1計(jì)算時(shí)段初、末的入庫(kù)流量，m3/s；qt,qt+1計(jì)算時(shí)段初、末的出庫(kù)流量，m3/s； vt, vt+1計(jì)算時(shí)段初、末水庫(kù)蓄水量，m3。當(dāng)已知水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程線時(shí)， qt、qt+1均為已知： vt、qt則是計(jì)算時(shí)段t開(kāi)始時(shí)的初始條件。式（4-1）中僅vt+1、qt+1為未知數(shù)。必須配合水庫(kù)泄流方程q=f(v)與上式聯(lián)立求

38、解vt+1、qt+1的值。當(dāng)水庫(kù)同時(shí)為興利用水而泄放流量時(shí)，水庫(kù)泄流量應(yīng)計(jì)入這部分興利泄流量。假設(shè)暫不計(jì)及自水庫(kù)取水的興利部門(mén)泄向下游的流量，若泄洪建筑物為無(wú)閘門(mén)或閘門(mén)全開(kāi)的開(kāi)敞式溢洪道，則下泄流量q的計(jì)算公式為q1= m b2gh3/2 (4-2)式中 側(cè)收縮系數(shù)； m流量系數(shù)； b溢洪道寬； h堰上水頭。若為孔口出流，則堰流公式為q=2gh (4-3)式中 孔口出流系數(shù)； 孔口出流面積； h孔口中心水頭。由式（4-2）或試（4-3）所反映泄流量q與泄洪建筑物水頭h的函數(shù)關(guān)系可轉(zhuǎn)換為泄量q與庫(kù)水位z的關(guān)系曲線q=f(z)。借助于水庫(kù)容積特性v=f(z)，可進(jìn)一步求出水庫(kù)泄流量q與蓄水容積v的

39、關(guān)系，即q=f(z) (4-4)式（4-1）與式（4-4）組成一個(gè)方程組，就可以來(lái)求解vt+1、qt+1這兩個(gè)未知數(shù)，式（4-4）用關(guān)系曲線的形式來(lái)表示。當(dāng)已知初始條件vt時(shí)，也可以利用式（4-4）來(lái)求出qt；或者相反地由qt求vt。本設(shè)計(jì)將使用列表試算法進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。4.3.3 調(diào)洪計(jì)算過(guò)程初步擬定采用溢流壩段和底孔聯(lián)合泄流，溢流壩段堰頂高程1995.20m，（設(shè)閘門(mén)）溢流壩段總長(zhǎng)定為80m，分5孔，每孔凈寬16m。設(shè)一個(gè)底孔，進(jìn)口高程1985.00m，孔口尺寸2m*2m。起調(diào)水位：正常蓄水位（防洪限制水位）2005.00m。大壩庫(kù)水位庫(kù)容zv關(guān)系曲線、水位下泄流量曲線如圖4-2、4-3及表

40、4-4。表4-4 水庫(kù)庫(kù)容及泄流曲線表水庫(kù)水位gi(m)下泄流量q(m3/s)庫(kù)容 v總(萬(wàn)m3)2005 4856.4 55000 2006 5608.4 57460 2007 6396.0 59920 2008 7217.5 62380 2009 8071.7 64840 2010 8957.3 67300 2011 9873.3 70140 2012 10818.6 72980 2013 11792.5 75820 2014 12794.0 78660 2015 13822.5 81500 圖4-2 水位庫(kù)容zv關(guān)系曲線圖4-3 水位下泄流量曲線洪水過(guò)程線具體數(shù)據(jù)可見(jiàn)本章表4-1及圖4-

41、1。具體調(diào)洪計(jì)算求qt過(guò)程和庫(kù)水位過(guò)程見(jiàn)表4-5和表4-6。表4-5公伯峽水庫(kù)設(shè)計(jì)情況下泄流量計(jì)算表來(lái)水流量 m3/s平均流量 m3/s來(lái)水量 萬(wàn)m3下泄平均流量 m3/s下泄水量 萬(wàn)m3余虧水量 萬(wàn)m3總庫(kù)容 萬(wàn)m3水庫(kù)水位 m528052551891.805062.621822.5469.2657255.222005.92533053051909.805189.131868.0941.7157296.942005.93530053151913.405259.471893.4119.9957316.932005.94527052851902.605283.051901.900.7057317

42、.632005.94524052551891.805275.461899.16-7.3657310.272005.94521052251881.005254.831891.74-10.7457299.532005.93519052001872.005230.201882.87-10.8757288.662005.93516051751863.005205.351873.93-10.9357277.732005.93517051651859.405184.781866.52-7.1257270.612005.92518051751863.005176.181863.42-0.4257270.19

43、2005.92523052051873.805184.221866.327.4857277.672005.93528052551891.805210.871875.9115.8957293.562005.94533053051909.805251.101890.3919.4157312.972005.95537053501926.005295.561906.4019.6057332.572005.96541053901940.405338.881922.0018.4057350.972005.97544054251953.005378.821936.3716.6357367.602005.98

44、541054251953.005405.691946.056.9557374.552005.99538053951942.205408.201946.95-4.7557369.802005.98535053651931.405391.791941.04-9.6457360.152005.97532053351920.605367.471932.29-11.6957348.462005.96表4-6公伯峽水庫(kù)校核情況下泄流量計(jì)算表來(lái)水流量 m3/s平均流量 m3/s來(lái)水量 萬(wàn)m3下泄平均流量 m3/s下泄水量 萬(wàn)m3余虧水量 萬(wàn)m3總庫(kù)容 萬(wàn)m3水庫(kù)水位 m751075252709.007357

45、.992648.8760.1362814.632008.08752075152705.407377.052655.7449.6662864.292008.10753075252709.007393.872661.7947.2162911.502008.12759075602721.607411.352668.0953.5162965.012008.14766076252745.007432.662675.7669.2463034.262008.17772076902768.407459.122685.2883.1263117.382008.20778077502790.007489.81269

46、6.3393.6763211.042008.24782078002808.007523.362708.4199.5963310.632008.27786078402822.407558.262720.97101.4363412.062008.31782078402822.407591.412732.9189.4963501.552008.34779078052809.807618.592742.6967.1163568.662008.36775077702797.207638.472749.8547.3563616.022008.38771077302782.807651.592754.572

47、8.2363644.242008.39768076952770.207658.762757.1513.0563657.292008.40764076602757.607660.962757.95-0.3563656.952008.40733074852694.607650.552754.20-59.6063597.352008.38703071802584.807613.132740.73-155.9363441.422008.33701070202527.207552.772719.00-191.8063249.632008.25699070002520.007488.912696.01-1

48、76.0163073.622008.18由以上調(diào)洪計(jì)算可得到水庫(kù)的特征水位和特征庫(kù)容：設(shè)計(jì)洪水位為2005.99m，相應(yīng)的庫(kù)容為57374.55萬(wàn)m3；校核洪水位為2008.40m，相應(yīng)的庫(kù)容為63657.29萬(wàn)m3。在校核洪水位z校=2008.40m下，大壩最大庫(kù)容v最大=63657.29萬(wàn)m3,查水利水電工程等級(jí)劃分基洪水標(biāo)準(zhǔn)中表2.1.1水利水電工程分等指標(biāo)可得：該樞紐工程為一等大（1）工程，樞紐永久建筑物等級(jí)為1級(jí)（主要建筑物為1級(jí)，次要建筑物為3級(jí)）。第5章 樞紐布置5.1 壩址選擇公伯峽水電站壩址位于青藏高原東部，控制流域面積143619km2，多年平均徑流量221億m3，占全流域

49、面積的19.1%，水量占全流域的38.8%，水力開(kāi)發(fā)條件十分優(yōu)越。該壩址所在工程區(qū)位于公伯峽峽谷出口段，河床基巖面最低高程為1874.73m。構(gòu)成各建筑物地基及邊坡的主要巖體為前震旦系片巖、片麻巖及上第三系礫砂巖和加里東期花崗巖。該壩址處壩基兩岸地形不對(duì)稱，左岸發(fā)育、級(jí)侵蝕堆積階地，1940m高程以下地形平緩，以上地形陡峭。右岸發(fā)育級(jí)階地（局部殘留）、級(jí)階地，地形陡峻。河道基本平直，河床面高程18841898m,河床覆蓋層厚度一般510m，最后達(dá)1820m。壩基巖性相變較大，軟硬不均，斷層發(fā)育。地形起伏變化較大，巖體局部卸荷、松動(dòng)，風(fēng)化強(qiáng)烈。第三系紅層產(chǎn)狀走向mw325350，傾向ne，傾角4

50、15，前震旦系變質(zhì)巖片理產(chǎn)狀走向nw315335，傾向ne，傾角5681，與河流斜交，傾向下游偏右岸?；◢弾r侵入體邊緣地帶片理產(chǎn)狀變化較大。壩區(qū)巖體一般無(wú)明顯的強(qiáng)卸荷帶發(fā)育，局部陡坡段有510m的卸荷、松動(dòng)巖體分布。壩區(qū)地下水按其埋藏條件可分基巖裂隙性潛水，局部基巖裂隙承壓水及第四系孔隙性潛水。通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)，片巖、片麻巖透水性較弱=0.10.05l/(minm2)，相對(duì)隔水層0.01l/(minm2)頂板埋深左岸為3060m，河床為1030m，右岸為4060m，局部達(dá)7090m。5.2 壩型選擇對(duì)常見(jiàn)壩型，重力壩、土石壩、拱壩所要求的地形地質(zhì)條件和各自的壩型特點(diǎn)進(jìn)行比較，如下：重力壩結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便，對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，施工方便，便于施工導(dǎo)流；但壩體剖面尺寸大，材料用量多，且壩體與地基接觸面較大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。土石壩可就地就近取材，能夠適應(yīng)不同的地形、地質(zhì)和氣候條件，其缺點(diǎn)是土石壩對(duì)防滲要求很高，在防滲材料選取方面造價(jià)較高，且壩身不過(guò)流，需單獨(dú)設(shè)置溢洪道及泄洪洞，工程量較大。拱壩主要依靠?jī)砂豆岸说姆戳ψ饔镁S持穩(wěn)定，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，承載能力強(qiáng)，安全度高，因此對(duì)壩址地質(zhì)條件的要求比重力壩和土石壩高，河谷兩岸的基巖必須能