毕业设计（黄土湾水电站义水能计算及引水隧洞设计）.doc

毕业设计（ 论文） 题题 目目 黄土湾水电站水能计算黄土湾水电站水能计算 及引水隧洞设计及引水隧洞设计 专专 业业 水利水电工程水利水电工程 班班 级级 学学 生生 指导教师指导教师 2 0 11 年 摘要摘要 黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市 肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站， 电站装机 22.5MW 电站厂址距玉门市昌马乡政府约 22km，距玉门镇约 91km，枢纽距上游青羊沟水电站厂房约 4km。 枢纽采用一条引水隧洞，作为发电引水建筑物。引水系统的进水 口长 30m，其后的引水隧洞总长度为 1366m，隧洞直径 4.5m，引水隧 洞末端设置调压井，直径 13m，高度 41m，其后接直径 4.0m、长 177m,洞泾 4.0m 的主压力管道，主压力管道设垂直弯道，采用内衬钢 管外包钢筋砼衬砌。设计内容包括枢纽的水能计算，引水隧洞设计， 调压室设计，压力管道设计，水锤计算及其他辅助设施计算。 关键词关键词：黄土湾水电站 水能计算 引水隧洞 压力管道 Abstract Huangtuwan Hydropower Station of loess is the development of the Shule's third station, located in Subei Mongolian Autonomous County of Jiuquan City, the red fish rural territory, as a regulation-free water in the hydropower dam and power station installed capacity of 22.5MW power plant site from Yumen Chang Ma Xiangzheng government about 22km, from the town of Yumen about 91km, hub upstream from the hydropower plant, Qingyang ditch about 4km. Hub with a diversion tunnel, diversion structures as power generation. Water intake system, long 30m, followed by the total length of the diversion tunnel is 1366m, tunnel diameter of 4.5m, water diversion tunnel at the end set the surge tank, diameter 13m, height 37m, then take the diameter 4.0m, length 177m, Dong . 4.0 m of the main pressure pipe, turn the main pressure pipe set vertically, the use of outsourcing of reinforced concrete lined steel pipe lining. Designs include the hub of energy calculation, diversion tunnel design, surge tank design, pressure piping design, water hammer and other ancillary facilities calculations. 1 目录 前前 言言.1 1 综合说明综合说明.3 1.1 工程概况工程概况 3 1.2 设计依据设计依据 5 2 水文水文.6 2.1 流域概况流域概况 6 2.2 气象气象 7 2.3 洪水洪水 7 2.3.1 洪水特性洪水特性7 2.3.2 历史洪水及重现期的确定历史洪水及重现期的确定8 2.3.3 水文资料水文资料8 2.3.4 施工洪水施工洪水9 3 工程地质和建筑材料工程地质和建筑材料10 3.1 工程地质工程地质 10 3.1.1 区域地质构造区域地质构造 .10 3.1.2 水库区工程地质条件水库区工程地质条件 .11 2 3.2 天然建筑材料天然建筑材料.11 3.2.1 混凝土砂砾料混凝土砂砾料11 3.2.2 土料土料12 3.2.3 块石料块石料12 3.3 地震烈度地震烈度.12 4 工程布置工程布置.12 4.1 设计依据设计依据 13 4.1.1 工程等级及建筑物级别工程等级及建筑物级别 .13 4.1.2 设计基本资料设计基本资料 .13 4.2 工程总体布置工程总体布置 14 4.2.1 泄水建筑物泄水建筑物 .14 4.2.2 挡水建筑物挡水建筑物 .15 4.2.3 引水系统建筑物引水系统建筑物15 4.2.5 坝基处理与防渗、排水设计坝基处理与防渗、排水设计18 5.水能计算水能计算18 5.1 基本资料基本资料.18 5.2 年径流量及分配年径流量及分配.19 5.3 保证出力计算保证出力计算.20 3 5.3.1 日平均流量次数统计日平均流量次数统计26 5.3.2 日平均流量和保证出力推求日平均流量和保证出力推求27 5.4 装机容量的确定装机容量的确定.29 5.4.1 最大工作容量最大工作容量29 5.4.2 负荷备用容量负荷备用容量29 5.4.3 事故备用容量事故备用容量29 5.4.4 检修备用容量检修备用容量30 5.4.5 重复容量重复容量30 5.4.6 装机容量及装机选取装机容量及装机选取31 6.6.水电站引水系统设计水电站引水系统设计.31 6.16.1 综述综述31 6.26.2 设计依据文件和规范设计依据文件和规范31 6.2.1 有关本工程的文件有关本工程的文件32 6.2.2 主要设计规范主要设计规范32 6.2.3 主要参考资料主要参考资料33 6.3 设计基本资料设计基本资料.33 6.3.1 工程等别与建筑物级别工程等别与建筑物级别33 6.3.2 地震烈度地震烈度33 4 6.3.3 洪水标准洪水标准33 6.3.4 取水口水位流量及泥沙含量取水口水位流量及泥沙含量33 6.3.5 气温气温34 6.3.6 风速、风向风速、风向34 6.3.7 冻土情况冻土情况34 6.3.8 年降雨量年降雨量34 6.3.9 地质资料地质资料 .34 6.4. 隧洞洞径及洞线选择隧洞洞径及洞线选择35 6.4.1.有压引水隧洞洞径计算有压引水隧洞洞径计算35 6.4.2 洞线选择原则洞线选择原则36 6.4.3 进水口设计进水口设计 .36 6.4.3.1 进水口型式的选择进水口型式的选择.36 6.4.3.2 进水口高程确定进水口高程确定.37 6.4.3.3 进水口尺寸的拟定进水口尺寸的拟定.38 6.4.3.4 进口设备进口设备.39 6.5 引水隧洞引水隧洞 40 6.5.1 线路与坡度的确定线路与坡度的确定 .40 6.5.2 断面形式与断面尺寸断面形式与断面尺寸41 6.5.3 洞身衬砌洞身衬砌41 5 6.6 调压室设计调压室设计 42 6.6.1 是否设置调压室判断是否设置调压室判断 .42 6.6.2 调压室位置的选择调压室位置的选择 .43 6.6.3 调压室的布置方式与型式的选择调压室的布置方式与型式的选择44 6.6.4 调压室的水力计算调压室的水力计算44 6.7 调节保证及水锤计算调节保证及水锤计算.47 6.7.1 调保计算目的调保计算目的47 6.7.2 调节保证计算的内容调节保证计算的内容47 6.7.3 水锤计算水锤计算48 6.8 压力管道设计压力管道设计.50 6.8.1 压力管道的布置压力管道的布置 .50 6.8.2 压力管道直径的选择压力管道直径的选择 .50 6.8.3 压力管道的结构设计压力管道的结构设计 .50 6.8.4 压力钢管构造设计压力钢管构造设计 .51 6.8.4.1 止水环排水孔止水环排水孔.51 6.8.4.2 灌浆孔灌浆孔.52 6.8.4.3 弹性垫层弹性垫层.52 6.8.4.4 灌浆系统设计灌浆系统设计 52 6.8.4.5 防锈设计防锈设计 52 6 6.9 防止地下埋管产生外压失稳的措施防止地下埋管产生外压失稳的措施.53 6.10 不良地质洞段处理不良地质洞段处理.53 6.10.1 不良地质段处理的原则不良地质段处理的原则53 6.10.2 不良地质段的加固处理不良地质段的加固处理54 结论结论.54 毕业设计小结毕业设计小结.55 致谢致谢.55 参考文献参考文献.56 1 前前 言言 黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市 肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站。 本论文主要阐述了黄土湾水电站的水能计算和引水系统的设计。 设计思路过程如下首先根据疏勒河黄土湾的来水来流情况，对其 水能进行规划，确定水能开发的合理方式；其次根据坝址地形、地质、 建筑材料、施工条件等确定坝轴线，定坝型，发电隧洞位置及布置， 并加以定性分析和论述，确定枢纽工程的等别及建筑物级别；然后确 定隧洞的洞径，选定进水口的形式，设计其尺寸，并进行调压井设计。 细部构造设计，包括洞身的衬砌，分逢等。最后绘制设计图：枢纽及 引水隧洞平面布置图、进水口平面及坝剖面图，隧洞剖面图，及相关 细部构造。 由于本次所选的毕业设计课题类型属于工程设计类，必须首先对 设计对象进行调查研究；其次查阅、收集、分析、整理相关资料；再 次进行数据处理、综合分析、总结归纳和研究；最后制定设计方案和 进行基本设计、计算、校核、绘图。具体应用的手段是：认真复习学 过的有关的水工建筑物设计基础理论，温习熟悉的专业知识，对毕业 设计涉及知识点有深刻理解，从而能灵活运用；熟悉黄土湾的相关资 料，学习已建成水电站引水隧洞的设计步骤和方法；尽可能通过各种 途径搜集相关资料，参考国内外同类实例和相关理论做针对性设计研 究，把先进的设计理念运用到毕业设计中去。在指导老师的引导下， 初步理解研究方法，通过图书馆借阅书籍以及互联网获取相关资料， 帮助自己进一步了解研究对象。最后对专业知识进行复习，结合实际 工程展开设计。 2 而对于自身来说毕设的意义是深远的。首先，毕业设计是检验我 在校学习成果的重要措施。大学生在毕业前都必须完成毕业设计和毕 业论文的撰写任务。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向 社会的一个中介和桥梁。毕业论文也是我才华的第一次显露，是向祖 国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业 的报到书。毕业设计虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定 能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但它总是 在一定程度上表明一个人的能力与才华，向社会展示自身的价值。 其次，既然是设计，设计过程中必然包含着创新。作为一名即将 毕业走向社会的大学生，我们不但是知识传承的载体，还是崇尚和实 现创新的活跃群体，设计的过程是一个运用知识发现知识的过程，在 这个过程中我们不仅可以更好的体会和运用所学的专业知识，而且还 可以充分发挥我们的思维，把自己的想法运用到的工程实际中去，最 后根据专业知识去验证它的可行性，这样不仅能够熟悉应用我们所学 的专业知识，也能扩展发展我们的思维，培养我们的创新意识，有意 于我们毕业后更好的投入到工作中。 3 1 综合说明综合说明 1.1 工程概况工程概况 疏勒河是甘肃河西地区仅次于黑河的第二大河，干流全长 670km，流域面积 4.13 万 km2，其中昌马峡以上干流长 346km，流域 面积 1.33 万 km2。疏勒河发源于青海省境内，源头两岸多为海拔 4000m 以上的高山，河流自东南流向西北，南面的疏勒河南山与北面 的托勒南山对峙，海拔 4500 m 以上的山地终年积雪，冰川广布，陡峭 壮观。干流经昌马峡出山口后，进入河西走廊平原地段，河水漫流于 冲洪积扇上，无固定河床。出山口以上称为昌马河，昌马峡出山口以 下称之为疏勒河，流至玉门镇附近河道折转西去，经双塔水库调节后， 流经双塔灌区，最后消失于安西戈壁盆地，是一条典型的内陆河。 疏勒河流域（含支流）水力资源理论蕴藏量 527.8MW，其中技术 可开发的水力资源约 238.53MW，年发电量约 11.59 亿 kW·h，尚有 60%的 技术可开发量尚未开发，开发前景广阔。 根据甘肃省水利水电勘测设计研究院 2006 年 10 月编制的甘肃 省疏勒河干流昌马水库以上河段水能规划报告，该规划推荐梯级开 发方案为 7 级，分别为柳沟峡、青羊沟、黄土湾、鱼儿红、月亮湾一 级、月亮湾二级、昌马水库电站。 黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市 肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站， 电站装机 22.5MW。电站厂址距玉门市昌马乡政府约 22km，距玉门镇 约 91km，枢纽距上游青羊沟水电站厂房约 4km。 酒泉市地域广阔，人口相对稀少，居住分散，全市一区、两市、 4 四县划分为五个供电区，分别为肃州供电区、金塔供电区、玉门供电 区、安西供电区、肃阿敦供电区。区内各市县全部通电。随着地区经 济及矿产业等的快速发展，对电力电量的需求不断增加，预计 2015 年 全市需电量将达到 60.7 亿 kW·h。因此，充分利用地区潜在的资源 （可利用发电的水能资源装机容量 220MW），发展水电，加快电力开 发及电力基础设施的建设，以促进地区经济发展，满足人民日益增长 的物质文化生活的需要是十分必要的。 2006 年 7 月甘肃省水电勘察设计院院与甘肃矿区电力多种经营公 司签定设计合同开始对黄土湾水电站工程进行预可研阶段的勘测工作, 同年 12 月完成了预可行性研究报告。2007 年 1 月甘肃省咨询中心组 织专家在嘉峪关市召开了黄土湾水电站预可行性研究报告评估会。评 估认为工程布置方案基本合理，推荐的上坝线引水枢纽坝顶总长度约 157m，主要建筑物从左到右依次布置有：左岸碾压砼重力坝段、中间 碾压砼重力坝段、泄洪排沙底孔段和右岸碾压砼重力坝段；引水枢纽 初期导流采用原河床过流，施工右岸排沙底孔坝段，二期导流封堵河 床，修建围堰挡水、利用初期修建的排沙底孔坝段的排砂底孔泄流的 导流方式，评估认为导流方式基本合理，但应考虑泄流、排沙 要求， 进一步优化枢纽的导流方式，以加快施工进度和节约工程投资。同年 4 月酒泉市发改委以酒发改能源【2007】141 号文，对黄土湾水电站项 目进行了批复。 根据批复精神以及预可研阶段专家评审意见甘肃省水电勘察设计 院院于 2007 年 5 月开始黄土湾水电站可研阶段勘察设计工作，同年 8 月完成了甘肃省肃北县疏勒河黄土湾水电站工程可行性研究报告 （送审稿）及附图集。 受业主委托，甘肃省咨询中心组织专家于 2007 年 8 月 19 日21 5 日在嘉峪关市对送审稿报告进行了审查，各专业专家通过现场考察和 对送审稿报告认真审阅，认为该报告基本满足初设阶段现行有关规程 规范要求，可研报告拟定的工程任务合适，采用引水式开发方案可行， 装机规模基本适宜，推荐的上坝址以及主要建筑物设计、水轮机选型 基本合理。同时也对工程设计提出许多宝贵意见和建议，根据专家咨 询意见，甘肃省水电勘察设计院院对送审稿报告进行了认真修改和完 善，于同年 9 月完成甘肃省肃北县疏勒河黄土湾水电站工程可行性 研究（初步设计）报告 （报批稿）及附图集。 1.2 设计依据设计依据 1、黄土湾水利枢纽毕业设计任务书； 2、水利水电工程动能设计规范(dl t 5015-1996)； 3、水力计算手册 4、水工设计手册第6册过坝与泄水建筑物； 5、水工钢筋混凝土设计手册1999年； 6、水利水电工程初步设计报告编制规程（DL5021-93） 2 水文水文 2.1 流域概况流域概况 黄土湾水电站拟建于疏勒河干流肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内。 肃北蒙古族自治县辖地有两部分，分别位于酒泉市的南部和北南 部，其东邻张掖市，北靠玉门市和安西、敦煌二县，西与西南接阿克 塞哈萨克族自治县，东南界青海省；北部为马鬃山地区，其西邻新疆 维吾尔自治区，西南与南接安西县和玉门市，东靠额济纳旗，北靠蒙 6 古人民共和国。 疏勒河上、中游也叫昌马大河，发源于祁连山西段的陶勒南山与 疏勒南山之间，东邻讨赖河和石油河，西有野马河及党河。河源两岸 为高山峻岭，耸峙两侧，形成东南西北向的狭长山谷，山脊高程多 在海拔 4000m 以上，最高峰为疏勒南山的宰吾结勒（团结峰），海拔 达 5808m，为我省境内最高峰。在 4500m 以上的山地终年积雪，河源 两侧分布有现代冰川。成为河川径流补给来源的一部分。山区岩石裸 露，风化严重，两岸植被较差，仅在一些河谷川地和盆地内有面积不 大的草滩和灌木丛。在中、下游的广大地带为砾石沙滩，在有村庄和 灌溉渠道的近旁才有零星的榆、杨、槐、沙枣等树木。流域内水系呈 条带羽毛状分布，中段河流穿过昌马峡谷，出峡谷后进入祁连山前的 玉门盆地。河道在戈壁滩上经过，变得开阔，渠系纵横交织，至盆地 北缘，泉水、地表水遂又汇集起来，在玉门镇附近河道转向西行，经 双塔水库调节后，流经双塔灌区，最后消失于安西盆地。 2.2 气象气象 肃北蒙古族自治县南部属高寒半干旱气候，高寒、四季变化大是 气候主要特征。年平均气温为-2.5，一月份气温最低，为-36.7，七 月份气温最高，为 26.3。干旱少雨，冬干冷，夏炎热，蒸发量大， 多大风。 黄土湾水电站的位置深处大陆腹地，距离海洋较远，水汽输送不 利，属大陆性气候特征。具有干旱少雨，蒸发强烈，冬季较长，气温 低，气象要素变差大等特点.黄土湾水电站在肃北县城以东约 180km、 嘉峪关市以西约 120km、玉门市以南约 65km 处，距离以上三个气象 站都较远。坝址处没有气象观测资料。黄土湾水电站坝址下游 29km 7 处设有昌马堡水文站。昌马堡水文站有 1952 年以来的气象观测资料， 本次气象资料收集到 1983 年。由于黄土湾水电站坝址距昌马堡水文站 距离相对较近，且属同一条河流的上下游，供设计使用。从昌马堡水 文站气象资料统计表明，多年平均气温 4.5，最高气温 38.5，最低 气温-35.0。多年平均降水量仅有 94.2mm，年蒸发量则达 2800.2mm，平均日照时数为 3267.6h，由于流域的地理位置和地形的 影响，盛吹西北风或西风，最大风速可达 20.0m/s，最大冻土深超过 150.0cm。 2.3 洪水洪水 2.3.1 洪水特性洪水特性 疏勒河大洪水均由大面积暴雨形成，汛期为 69 月，主汛期 78 月，一次洪水过程平均为 10 天左右。形成流域大暴雨的主要天 气系统是高空的西风槽和高原低涡切变线配以低迷地面的冷锋系统。 水气由东南方输入形成锋面天气过程，相应产生的洪水过程具有峰高 量大历时长的特点。 2.3.2 历史洪水及重现期的确定历史洪水及重现期的确定 原西北院曾于 1963 年、1964 年先后两次在昌马堡水文站上下游 河段进行了历史洪水调查，1969 年昌马水库扩大初设时，又在昌马峡 河段进行了历史洪水调查，以上调查成果已于 1983 年由甘肃省水利厅 组织人力统一整编了省内各河系的历史洪水调查资料，由水电部雨洪 办专家组核定，并刊印了“甘肃省洪水调查资料”，调查内容详见该 资料的第一册内陆河流域。 2.3.3 水文资料水文资料 8 根据已整编刊印的甘肃省洪水调查资料以及以往工作中调查 资料，昌马堡水文站调查有 18691871 年、1920 年、1929 年洪水， 洪峰流量分别为 1710m3/s、1110 m3/s、1340 m3/s。18691871 年间 （同治 810 年）的洪水是疏勒河上的首项历史洪水，该场洪水的重 现期按以下思路进行比较而确定。 洪水发生年份 18691871（同治 810 年）年至今有 135 年，而 历史洪水考证可延长到 1800 年，其理由是：昌马大桥建于 1800 年 （清嘉庆五年），该桥位于昌马堡站基本水尺断面下游 270m 处，为 一座木制卧桥，遇到该次洪水没有冲垮，该桥于 1932 年地震中被毁。 因此重现期可考虑自 1800 年到 2004 年，N=205 年。综合考虑，重现 期按 170 年处理。 花儿地水文站河段没有历史洪水调查资料。只有 11 年实测洪水资 料。 疏勒河流域的中、上游有花儿地水文站和昌马堡水文站。青羊沟 水电站设计洪水计算的依据站为疏勒河花儿地水文站和疏勒河昌马堡 水文站。花儿地水文站仅有 1957 年 1967 年 11 年实测资料系列，资料 系列较短。昌马堡水文站具有 19522004 年 53 年实测系列资料。用 昌马堡水文站花儿地水文站同步年最大洪峰流量系列建立相关，相 关系数 r=0.938，将花儿地水文站洪峰流量系列延长为 19522004 年 共 53 年系列。历史洪水用同样方法插补，重现期和昌马堡水文站同样 处理。 利用延长后花儿地站洪峰流量系列及昌马堡站的洪峰流量系列分 别加入历史洪水进行频率计算得： 花儿地站均值 Qm=301m3/s，Cv=0.84,Cs/Cv=4.0; 昌马堡站均值 Qm=310m3/s，Cv=0.92,Cs/Cv=4.0; 9 黄土湾水电站枢纽设计洪峰流量均值由花儿地站和昌马堡站双对 数内插得 Qm=309m3/s，Cv=0.91、Cs=4.0Cv。 黄土湾水电站设计洪峰流量成果见表 29。 黄土湾水电站设计洪峰流量成果表 表 29 不同频率设计值（m3/s）F （km2 ） 均值 （m3/s ） Cv Cs/ Cv 0.1 % 0.2 % 0.33 % 0.5 % 1% 2% 3.33 % 5% 10% 20% 106153090.91 4.0 2520221019901810151012201020 860 610 392 2.3.4 施工洪水施工洪水 疏勒河黄土湾水电站设计施工洪水计算是根据疏勒河流域的水文 特性和年内变化情况及施工专业要求，施工分期划分如下：1 月6 月、 7、8 月、 9 月12 月共 11 个时期。考虑到洪水过程的连续性，取样 时以昌马堡水文站各月最大流量跨期五天选样，分别进行频率计算， 求得各月统计参数。用面积比换算到黄土湾水电站设计断面。使用时 不再跨期。1 月6 月、9 月12 月分月提供施工设计洪水。7、8 月 的洪水为年最大洪水。2.7 泥沙 黄土湾水电站枢纽处没有实测泥沙资料，只有通过花儿地站与昌 马堡站悬沙成果推求。 根据昌马堡水文站 1956 年2004 年实测悬移质输沙量进行统计, 年输沙量为 317 万 t，侵蚀模数 289.2t/km2。昌马堡水文站多年平均含 沙量为 3.23kg/m3，实测最大断面含沙量 166 kg/m3，发生在 1998 年 8 月 14 日。实测最小断面含沙量 0 kg/m3，发生年份达 18 年。花儿地水 10 文站有 1958、1958、1961、1962 年1967 年共 8 年实测悬移质输沙 量,利用疏勒河昌马堡水文站同步资料相关将疏勒河花儿地水文站资料 延长到 2004 年，得年输沙量 222 万 t。侵蚀模数 446.4t/km2。花儿地实 测最大断面平均含沙量 25.3kg/m3，发生在 1964 年 7 月 18 日，最小断 面平均含沙量为 0。 黄土湾水电站的年输沙量是根据疏勒河昌马堡水文站侵蚀模数和 疏勒河花儿地水文站侵蚀模数直线内插求得。黄土湾水电站多年平均 悬移质输沙量为 312 万 t，推移质用推悬比 0.2 计算，推移质为 62.4 万 t，按 59 月占年输沙量的比例分配到 59 月。黄土湾水电站坝址 处多年平均输沙量为 374 万 t。 3 工程地质和建筑材料工程地质和建筑材料 3.1 工程地质工程地质 3.1.1 区域地质构造区域地质构造 工程区地处昌马盆地之中，区内海拔高程 20082300m，地势南 高北低，疏勒河发育于盆地的中部，两侧为高阶地构成的戈壁平原， 盆地疏勒河发育六级阶地，以侵蚀堆积阶地为主，基座由 Q2冲洪积砂 砾卵石构成。 昌马盆地为山间拗陷盆地，形成于中生代的白垩纪，受北西西向 鹰嘴山断裂、二道沟断裂及东西向巴尔峡照壁山断裂 控制，呈不规则 的三角状，其内沉积白垩系、第四系地层。自中更新世以来，盆地多 次间歇性抬升，表现为疏勒河强烈下切，发育多级疏勒河阶地。 昌马盆地区地下水为第四系孔隙性潜水，水质良好，对普通水泥 无侵蚀性。 11 3.1.2 水库区工程地质条件水库区工程地质条件 电站水库为盆地河槽型水库，库盆由第四系中强透水岩层构成， 库盆无明显隔水岩体存在。水库蓄水后，库区存在渗漏问题，库区每 昼夜渗流量约 14.2 万 m3，建议在水能计算时，适当考虑渗漏损失；电 站库岸坡多由 al-plQ2冲洪积半胶结砂砾卵石构成，蓄水后，存在一定 规模的塌岸问题；库区无村镇、农田、林地及矿点，因此，蓄水后， 库区无淹、浸没问题；库区无泥石流沟道发育，因此，库区固体径流 主要为疏勒河上游的推移质和悬移质淤积及塌岸物质，建议设计中应 考库区淤积问题，总之，库区无影响工程建设的突出工程地质问题。 3.2 天然建筑材料天然建筑材料 3.2.1 混凝土砂砾料混凝土砂砾料 料场均为疏勒河级阶地，产地地形平坦，目前为荒漠草滩。本 次选用阶地表层的 al-plQ3冲洪积砂砾卵石作为砂砾料料源。经探坑揭 示，1料场产地表层有 0.51.2m 的砂壤土，属剥离层，其下为 al- plQ3冲洪积砂砾卵石，厚 45 m；2料场料源出露，厚 34m 。 两处料场中粗骨料总储量 183.7 万 m3，细骨料 63.9 万 m3。1料 场砂砾石总储量 114.5 万 m3，净砾石储量 93.8 万 m3，净砂储量 40.2 万 m3；2料场砂砾石总储量 102 万 m3，净砾石储量 89.9 万 m3，净砂 储量 23.7 万 m3。通过对料场砂砾石的勘探、取样试验，成果与水利 水电工程天然建筑材料规程中混凝土用砂、砾骨料质量要求对比， 除细骨料含泥量超标外，其余各项均满足技术要求，建议；细骨料需 做冲洗后，方可使用。 3.2.2 土料土料 12 土料场位于坝址区右岸，地貌为级阶地，料源为级阶地表层 洪积砂壤土，土层厚度 1.0m 左右。产地地形平缓，目前为荒漠草滩， 本次料场圈定面积 37.7 万 m2，储量 39.6 万 m3。 经料场土样试验，料源为低液限粉土，可作为围堰防渗土料可满 足质量要求。 3.2.3 块石料块石料 块石料产地为奥陶系基岩裸露的山梁，岩性为厚层状结晶灰岩， 表层 35m 具中等风化，灰岩作为块石料可满足质量要求。经计算， 料场储量约 36.9 万 m3。 3.3 地震烈度地震烈度 根据中国地震烈度区划图，本地区地震基本烈度为度，不考虑 地震设防。 4 工程布置工程布置 4.1 设计依据设计依据 4.1.1 工程等级及建筑物级别工程等级及建筑物级别 本电站为中坝（无调节）引水式电站，工程由枢纽、引水系统和 厂区三大部分组成。水电站总装机为 22.5M。 黄土湾水电站装机容量 21MW，根据水电枢纽工程等级划分及 设计安全标准（DL51802003）的规定，工程等别为等，工程规 模为小（1）型，枢纽大坝、引水系统和厂房等主要建筑物按 4 级设计， 次要及临时性建筑物按 5 级设计。 枢纽洪水标准：设计洪水重现期三十年一遇，相应洪峰流量为 13 1020m3/s；校核洪水重现期二百年一遇，相应洪峰流量为 1810m3/s。 厂房洪水标准：设计洪水重现期三十年一遇，相应洪峰流量为 1020m3/s；校核洪水重现期一百年一遇，相应洪峰流量为 1510m3/s。 消能防冲建筑物洪水重现期二十年一遇，相应洪峰流量为 860m3/s。地震设防烈度为度。 4.1.2 设计基本资料设计基本资料 一、水位一、水位 校核洪水位 m2190.62 设计洪水位 m2189.00 正常蓄水位 m2189.00 水库总库容万 m3 603 二、地震设防烈度二、地震设防烈度 本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。 三、公路桥三、公路桥 公路桥载重按汽-20 设计，挂-100 校核，双车道桥面净宽 7.0m， 两侧人行道 2×1.0m，总宽 9.0m，采用 T 型结构。梁高 1.0m，梁腹宽 0.2m，梁翼宽 1.60m，用 5 根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米 延长重量按 8T/m 计。 4.2 工程总体布置工程总体布置 本电站为中坝（无调节）引水式电站，工程由枢纽、引水系统和 厂区三大部分组成。水电站总装机为 22.5MW。经坝址、坝型、厂址、 引水线路等综合方案比选后，推荐方案工程总体布置为： 枢纽坝顶长度： 130.25m；枢纽自左至右依次布置：左岸砼重力 坝段、双孔泄冲闸段、单孔冲砂闸段和右岸砼重力坝段。坝顶宽度 14 611.5m，最大坝高 50m。 引水系统的进水口长 30m，其后的引水隧洞总长度为 1366m，隧 洞直径 4.5m，引水隧洞末端设置调压井，直径 13m，高度 41m，其后 接直径 4.0m、长 177m 的主压力管道，主压力管道设垂直弯道，采用 内衬钢管外包钢筋砼衬砌。 厂区建筑物沿右岸河漫滩顺河道水流方向依次布置开关站及副厂 房、主厂房和尾水反坡段，管理房布置在台地上。 4.2.1 泄水建筑物泄水建筑物 本设计推荐方案的泄水建筑物，置于河床中部偏右，桩号自坝横 0176.930+210.43 止，总长 33.5m，由单孔 4.0×6.8m(宽×高)冲沙 闸和双孔 7.0×7.0m(宽×高)泄冲闸段组成。从左至右依次为： 双孔 7.0×7.0m(宽×高)泄冲闸，单孔 4.0×6.8m(宽×高)泄冲闸，为便于冲 砂和泄流，设有上、下游分流导墙。泄冲闸基础为 Q1y砾岩或回填 C15 埋石砼。 本工程泄冲闸底板高程为 2168.00m，坝轴线下游 50m 处河槽宽约 25m, 河槽底高程为 2148.42m，与闸底板高差 19.58m，受地形条件限 制采用底流消能方式工程投资和施工难度均较大，而下游河槽玉门砾 岩裸露，抗冲刷能力较强，故本阶段设计泄冲闸采用挑流消能方式消 能。 4.2.2 挡水建筑物挡水建筑物 枢纽副坝全长 96.75m，其中左岸副坝 45.14m，右岸砼重力副坝长 51.61m。 左岸砼副坝段桩号自坝横 0+131.790+176.93 止，沿坝轴线设垂 15 直伸缩止水缝，分缝长度分别为 15m、15.14m、15m，为现浇 C15 砼 重力坝结构，坝顶宽 6m，坝顶高程 2192.50m，一般坝底高程 2160.5m，坝高 32m，坝体上游面高程 2184.5m 以下边坡为 1：0.1，下 游面高程 2187.5m 以下边坡为 1：0.7，基础置于基岩弱风化层以下。 坝体建成后，坝体下游侧回填碎石土。 右岸砼副坝桩号自坝横 0+210.430+262.04 止，沿坝轴线设垂直 伸缩止水缝，分缝长度分别为 20m、16.61m、15m，为现浇 C15 砼重 力坝结构，坝顶高程 2192.50m，一般坝底高程 2160.5m，坝高 32m， 考虑布置泄冲闸闸门检修门库要求，将顶宽设计为 11.5m，坝体上游 面为直立坡，下游面高程 2182.5m 以下边坡为 1：0.7，基础置于基岩 弱风化层以下。坝体建成后，坝体上、下游侧需回填碎石土。 4.2.3 引水系统建筑物引水系统建筑物 发电引水建筑物位于右岸，由进水口、引水隧洞，调压井和压力 管道等组成。 引水系统的进水口长 30m，其后的引水隧洞总长度为 1366m，隧 洞直径 4.5m，引水隧洞末端设置调压井，直径 1213m，高度 30m， 其后接直径 4.0m、长 177.0m 的主压力管道，主压力管道设垂直弯道， 采用内衬钢管外包钢筋砼衬砌。 引水隧洞布置于疏勒河右岸、级阶地之中，桩号自引 0+030.001+397.46 止,长 1366.0m，上部地形较为平坦，无沟道切割， 围岩由半胶结密实的 al-plQ2冲洪积砂砾卵石构成，围岩中无地下水活 动。 al-plQ2冲洪积砂砾卵石可以成洞，但受沉积粗细韵律影响，以及 胶结程度不均质和层理面胶结较差的制约，隧洞开挖中易出现洞顶坍 16 塌。故将隧洞断面设计为受力条件较好的圆形断面，同时一次支护采 取喷砼挂网支护，地质条件较差洞段需加钢拱架支护。经动能经济分 析，确定引水发电洞为圆形有压洞，洞径 D=4.5m，设计流速 4m/s。 4.2.4 厂区建筑物厂区建筑物 (1) 主厂房 主厂房包括主机段和安装间两部分，平面尺寸 49.3m×16.5m，其 中主机段长 36.4m，安装间段长 12.9m，主厂房发电机层至吊车轨顶高 度 11.65m，电机层以下最大高度 17.895m。 根据选定的机电设备及布置要求，主厂房分为安装间段、1# 、2# 机组和 3#机组段，各段之间设宽 30mm 的沉降缝。1# 、2#机组中心线 间距为 10.0m，2# 、3#机组中心线间距为 11.5m。 主机段内布置 2 台 9.25MW 和 1 台 4.0MW 机组混流式水轮机组， 厂内起吊设备为 50/10t 慢速桥式起重机，桥吊跨度 14.5m。 主厂房分为安装间层、发电机层、水轮机层、蜗壳层和尾水层。 安装间位于主机段左侧，长 12.9m，宽度同主机段为 16.50m，地面高 程为 2146.5m 比发电机层地面高 2.5m，是检修及安装机电设备的场地， 进厂大门布置在上游侧，净宽 5.5m，右下角设有下发电机层的踏步。 发电机层地面高程 2144.0m，上游侧为吊运通道，设主阀吊物孔，孔 口尺寸为 2.0×5.5m（大机）、2.0×5.0m（小机），下游侧为人行通道， 调速器及油压装置布置在机组右侧，右下角和左下角设有下水轮机层 的踏步。水轮机层高程 2138.60m，上游侧设主阀吊物孔，尺寸同上。 蜗壳层上游侧为主阀室，地面高程 2133.25m，净宽为 4.6m，长度为 34.4m，层高 5.35m。尾水管底板高程分别为 2130.105m（大机）和 2132.233m（小机），1# 、2#机组上游侧布置渗漏集水井和检修集水井， 净宽为 4.5m，长度分别为 8.0m 、12.5m，水池底板高程为 17 2128.60m。 （2）副厂房 副厂房布置于主厂房上游侧，宽为 10.86m，长度为 36.4m，主付 厂房之间设有 1.2m 的人行通道，以方便管理和检修人员通行，地面高 程为 2146.5m 与安装间同高，比发电机层高 2.5m 设踏步与发电机层联 系。副厂房分上、中、下三层，上层楼面高程与安装间相同，为 2146.5m，中层底板高程为 2144.0m，下层底板高程为 2138.6m。上层 设中央控制室、高压开关柜室、低压配电室、值班室和通信室；中层 为电缆夹层；下层从左侧至右布置有油处理室、空压机室和励磁变室。 主、副厂房之间设有伸缩缝，缝宽 30mm。 （3）尾水设计 主机段下游侧为尾水平台，顺水流方向长 7.05m，宽 31.739m，平 台高程为 2146.50m。尾水闸门的孔口尺寸为 5.5×2.6m（1、2机组） 和 3.6×1.7m（3机组），尾水出口以 1: 4 反坡段与河道相接。 （4）开关站 升压站布置在副厂房的上游侧，紧挨副厂房外墙布置。升压站长× 宽55.4× 41m，站内升压设备采用中型布置方式，主变压器低压侧采 用封闭母线进线，110kV 电压侧采用架空出线。站内地坪高程 2146.50m。 （5）管理房 管理房位于开关站上游侧，总面积 1100m2，地面高程 2158.00m， 由开关站地坪以 1:1