王圪堵水库枢纽布置及泄水建筑物设计毕业设计

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1、王圪堵水库枢纽布置及泄水建筑物设计摘 要本毕业设计题目为王圪堵水库枢纽布置及泄水建筑物设计，题目来源于王圪堵水库枢纽工程。本次设计在已有的工程资料和前人的工程经验的基础上进行水库的枢纽布置、均质坝的剖面及细部构造设计、泄水建筑物的布置设计和水力计算。设计的主要内容有：坝址、坝型选择和枢纽布置，调洪计算，均质土坝设计，泄水建筑物设计，细部构造设计，地基处理等。此外还进行了土石坝的剖面设计以及渗流计算、稳定计算以及水面线计算等设计。设计主要方法有关于调洪计算的试算法、坝坡稳定计算的折线法、渗流计算的水力学法以及相关规范、手册所推荐的方法。设计的目的及意义主要在于巩固、扩大和提高对所学水利水电理论知

2、识的实际运用，提高对专业技术知识的应用水平，本次设计使我们对所学知识有了进一步的了解，更加加深了对理论知识的理解，初步懂得了如何进行土石坝以及泄水建筑物的设计，为以后的学习奠定了重要的基础。关键词：水库枢纽；布置；均质土坝；剖面设计；溢洪道；泄洪排沙洞 The layout of the Wanggedu reservoir hinge and the design of discharge structureABSTRACT The design of the title is about the project layout of the Wanggedu reservoir hinge

3、and the design of discharge structure. The topic of the design comes from the Wanggedu reservoir hinge Engineering. We arrange the reservoir hinge,design the specific part of the homogeneous earth dam and calculate and assign the sluice building on the basic of the projects data which we have known

4、and the ancients project experience. The design mainly includes: dam site selection ,choice of dam type，project layout, routing, homogeneous earth dam design, outlet works design , specific structure design and ground-handing.Besides,I also deal with the problem in section of the homogeneous earth d

5、am design，seepage caculating ,toe slab and deformation caculate .During designing,we adopt many methods for designing,such as part-illustration for routing calculate, The simplify method -Bishop for toe slab,hydraulics method for seepage and the criterion and handbook about the design which recommen

6、d the method we can use.The purpose and meaning of the design mainly is consolidating,expanding and improving our opinion of the knowledge we learned for water resources and hydraulic engineering into practice and making it into face ,improve our ability of using speciality kownledge into practice.

7、According to current graduate design,we know more about the knowledge we have learned and also make the theory knowledge deeping in my heart,I know how to begain design about the earth dam, which is one of a basic thing for me to leran other knowledge before long. KEY WORDS： reservoir hinge;layout;

8、homogeneous earth dam ; the anatomy design; outlet works ;specific design前 言王圪堵水库坝址位于榆林市横山县城关镇西北12km，榆靖高速公路无定河大桥以上2.5km、芦河入无定河口以上5.5km处的无定河干流上，距榆林市区60km。按照榆林能源化工基地建设要求及治黄大局的拦沙要求，确定水库任务是供水、拦沙和灌溉等综合利用。本次设计是在对给定的库区设计基本资料和地形地质图做了充分了解和分析的基础上，对水库枢纽进行布置和主要建筑物设计及计算。我们运用学校所学知识、以及课本和图书及计算机等多种工具，结合工程实际，对王圪堵水库枢

9、纽工程进行合理设计。设计内容分9章：第1至第3章为基础部分，主要介绍福地水库枢纽工程的基本资料和各个坝址的地形地质条件。第四章介绍设计标准及依据，第五章进行了调洪计算确定了设计洪水位和校核洪水位。第6章至第8章为专题部分，首先是在对基本资料充分了解分析后选出合适坝址、坝型，进行总体枢纽布置。接着对大坝进行了渗流分析、稳定计算、变形计算。在此基础上进行了主要建筑物设计，细部构造设计和地基处理。由于实践经验欠缺，又是在理论知识还不足够扎实的基础情况下首次进行整个枢纽的全面设计，所以设计中可能有很多不当或欠缺的地方，望各位老师给予批评指正。目录第1章 工程概况7第2章 设计任务及依据821 设计任务

10、及设计阶段82.2 工程等别及防洪标准102.3 设计依据10第3章 基本资料113.1 水文113.1.1流域水文概况113.1.2 气象123.1.3 洪水133.2 工程地质163.2.1 地形地貌163.2.2地层岩性163.2.4 水文地质条件173.2.8坝基处理223.3水库设计标准、特性指标及调洪计算条件223.3.1 设计标准223.3.2 库容曲线233.3.3 水库死水位253.3.4调洪计算条件25第4章 枢纽布置设计274. 1 坝址选择274. 2 坝轴线选择294.3坝型的选择及方案比较294.3.1 土石坝与重力坝304.3.2 均质土坝与斜墙坝、心墙坝314.

11、3.3 结论314.4 调洪计算32第5章 建筑物设计455.1 坝体设计455.1.1坝体断面尺寸的拟定455.1.2渗流计算495. 2 溢洪道设计555.2.2 水力计算565.3泄洪排沙洞675.3.1总体布置及主要结构型式685.3.2水力计算695.3放水洞69第6章 构造设计716.1护坡716.2坝顶726.3马道72第7章 地基处理737.1基础处理737.2帷幕灌浆与固结灌浆737. 3 绕坝渗漏处理75第8章 总结与讨论76参考文献77第1章 工程概况王圪堵水库坝址位于榆林市横山县城关镇西北12km，榆靖高速公路无定河大桥以上2.5km、芦河入无定河口以上5.5km处的无

12、定河干流上，距榆林市区60km。按照榆林能源化工基地建设要求及治黄大局的拦沙要求，确定水库任务是供水、拦沙和灌溉等综合利用。坝址以上流域面积1.075万km2，已建成的内蒙巴图湾水库与王圪堵水库区间面积0.6万km2，坝址设计年径流量约3.162亿m3。水库枢纽由拦河坝、泄洪洞、溢洪道、放水洞、坝后电站等主要建筑物组成，拦河坝采用均质土坝放水洞初拟引水流量12.7m3/s（供水5.36m3/s，灌溉及生态7.34m3/s）,途经水口壕、硬地梁、杨沙畔、清河、沙河至大河湾进入分流池。由分流池一分为二，一支向北设加压抽水泵站供至十里梁则附近的榆横工业区供水水厂；另一支继续沿无定河左岸敷设，途经色草

13、湾、黑峁墩至无定河与榆溪河交汇口王沙坬村附近的鱼米绥工业区供水水厂。第2章 设计任务及依据 21 设计任务及设计阶段设计任务：1. 熟悉王圪堵水库工程基本资料，借阅相关设计参考资料（设计规范，规程及手册等）。2. 在广泛查阅与设计内容相关的国内外文献资料的基础上，撰写并提交开题报告。3. 枢纽布置设计： 1）分析并确定大坝，泄水，进水及引水等枢纽主体建筑物的轴线位置。2）初步拟定大坝泄水，进水及引水等枢纽主体建筑物的布置型式及尺寸。 3）进行调洪演算，确定水库下泄流量，特征洪水位，特征库容等，确定水库工程规模；进行坝顶超高计算，分析确定坝顶高程。 4）进行泄水建筑物的水力计算，分析确定泄水建筑

14、物的纵横断面尺寸。 5）绘制泄水建筑物的纵横剖面图及枢纽总平面布置图。4. 泄水建筑物专题设计： 1）拟定泄水建筑物布置方案及断面型式方案，进行各方案水力计算。2）进行泄水建筑物布置方案及断面型式方案的比较与选择。3）绘制选定布置方案的泄水建筑物纵剖面图，绘制各断面型式方案的横剖面图。设计阶段：本次设计在已有资料的基础上进行初步设计，设计分为以下几个阶段：资料收集、整理、查阅阶段：参加学院组织的毕业设计动员大会；熟悉毕业设计内容及要求；熟悉工程基本资料，借阅相关设计参考资料。水库枢纽布置设计阶段：撰写并提交开题报告；分析并确定大坝、泄水、进水及引水等枢纽主体建筑物的轴线位置。初步拟定大坝、泄水

15、、进水及引水等枢纽主体建筑物的布置型式及尺寸；水库调洪演算：分别进行设计洪水及校核洪水两种工况的调洪演算，确定各工况泄水建筑物的下泄洪流量、特征洪水位及特征库容等。水力计算阶段：进行泄水建筑物的水力计算，分析确定泄水建筑物的纵、横断面尺寸。枢纽布置阶段：绘制泄水建筑物的纵、横剖面图；绘制枢纽总平面布置图。坝型方案比较阶段：拟定可用的坝型方案，进行坝型方案的比较与选择。泄水建筑物专题设计：拟定泄水建筑物布置方案及断面型式方案，进行各方案水力计算（正常水深、非均匀流水面线计算等）。进行泄水建筑物布置方案及断面型式方案的比较与选择。绘制选定布置方案的泄水建筑物纵剖面图，绘制各断面型式方案的横剖面图。

16、 提交成果及答辩阶段：撰写并提交外文翻译报告；参加毕业设计答辩；修改、完善毕业设计报告及设计图纸。 2.2 工程等别及防洪标准水库枢纽为等工程，主要建筑物为2级。防洪标准按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。 2.3 设计依据 本次设计的主要依据包括：（1）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）；（2）溢洪道设计规范（SL253-2000）；（3）水工隧洞设计规范（SL279-2002）。、第3章 基本资料3.1 水文 3.1.1流域水文概况 无定河系黄河一级支流，发源于白于山北麓的定边县胡尖山，源头河段叫红柳河，经陕蒙省界后叫无定河，流向由西东转为向南，经榆林、米脂、绥得等县

17、于清涧县的河口村注入黄河，流域面积30261km2，河长491km，河道平均比降1.8。王圪堵水库坝址位于无定河中游的横山县王圪堵村，控制流域面积10751km2，下距赵石窑水文站46km，上距内蒙乌审旗巴图湾水库坝址39km。王圪堵水库至巴图湾区间（以下称巴王区间）流域面积6000km2，该区间处于毛乌素沙漠的南缘。其中区间北岸沙漠区流域面积4955km2，有海流兔河、纳林河两条较大支流加入。南岸属黄土丘陵盖沙区及沙漠涧地区，流域面积1045km2（其中沙漠涧地区面积505km2，盖沙区面积540km2），较大支流有黑河则、圪洞沟两条。经实地考察，沙漠涧地区主要分布在黑河则、圪洞沟等以上流域

18、，盖沙区与芦河流域相接。王圪堵坝址至下游赵石窑水文站区间（以下称王赵区间）流域面积4573km2，其中北岸1258km2属沙漠台塬区。南岸3315km2，扣除横山、殿市水文站控制面积后为573km2，属黄土丘陵区。芦河河口庙水库至横山水文站区间流域面积745km2，属黄土丘陵盖沙区。黑木头川殿市站流域面积327km2，属黄土丘陵区。沙漠区和沙漠涧地区，降水多渗入地下补给河道，产汇流条件较差，黄土丘陵盖沙区的产汇流条件相对较好。 3.1.2 气象王圪堵水库位于毛乌素大沙漠南缘，北岸均属风积沙丘，南岸多为黄土丘陵盖沙，由于流域地处大陆腹部的干旱区，孟加拉湾水汽到达该区后，已经大大减弱，黄土高原内又

19、无大的地形抬升作用，使本流域降水稀少。但从面上来看，设计流域降水的地区分布仍符合无定河流域降水量由西向东递增，由南向北递减的规律。流域气象特征以横山气象站代表王圪堵坝址气象特征：其多年平均蒸发量1898.3mm，多年平均气温8.6，一月最低，平均-8.3，极端最低气温-27.8（1971年1月22日），极端最高气温37.6（1966年6月21日）。多年平均日照时数2831.7小时，多年平均地面温度9.6，最大冻土深度129cm。多年平均风速2.6m/s，瞬时最大风速25.7m/s，风向NW，多年平均最大风速20.6m/s。 3.1.3 洪水坝址设计洪水王圪堵水库坝址设计洪水计算成果见表3-1，

20、设计洪水过程线见图3-1。表3-1 王圪堵水库设计洪峰、洪量汇总表 单位：m3/s、万m3项目P=0.05%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%巴王区间巴下泄合计巴王区间巴下泄合计Qm2520872607119044.41234928593374200W1579069764872790366315622501480976561W38830147510305455085754073940278019801300W5104002318127185520140369234970363026901650W71090031541405460301931796156904310333024300.

21、0500.01000.01500.02000.02500.03000.0020406080100120140160180时间(h)流量(m3/s)Q0.05%=2607m3/sQ1%=1234m3/s图3-1 王圪堵水库设计洪水过程线分期设计洪水王圪堵坝址分期设计洪水成果见表3-2。表3-2 王圪堵坝址分期设计洪水成果表 单位：m3/s分期统计参数设计值 P（%）均值CvCs/Cv1251020501025 0.523.0 7869584838251121 0.413.0 55504237312212-117 0.333.0 3835312824182-336 0.283.0 74696156

22、5039425 0.563.0 837360503925533 0.953.0 181149110815424644 1.053.0 2702201571127129坝址下游水位流量关系曲线王圪堵坝址无实测水位流量关系。按实测1/2000地形图量取横断面及河道平均比降1.3，经对王圪堵坝址下游断面主河槽及岸边情况实地考察，结合对下游赵石窑水文测站断面水位糙率分析，选取坝下游河段糙率为0.022，以此为基本资料，采用均匀流公式计算并绘制坝址下游水位流量关系曲线。见图3-2。图3-2 坝址下游断面水位流量关系曲线 3.2 工程地质 3.2.1 地形地貌坝段河流呈东西走向，水流由西向东，河流纵比降1

23、.3，谷底宽度380660m，河床覆盖层厚度710m，深河槽偏向左岸，枯水期河水面宽60100m，水深0.30.5m。两岸地形地貌不对称，左岸为沙漠区，右岸为黄土梁峁区，沙漠区由沙丘、沙梁及洼地组成，海拔高程为10701090m ；黄土梁峁区分布高程10801100m，坝段河床高程10061009m，地形高差70110m。右岸岸坡残留一、二级阶地，一级阶地高程为10251042m，二级阶地10481052m。左岸岸坡地形较陡，右岸岸坡地形平缓，河谷呈宽浅的不对称“U”型。上坝址左岸上游和下坝址左岸下游各有一条人工水拉砂形成的冲沟。上、下坝址右岸坝肩均向河床呈微型凸出。坝区左岸植被稀少，右岸多为

24、居民点及耕地，无不良地质现象。 3.2.2地层岩性两岸岸坡均为第四系松散层覆盖，局部冲沟地段有基岩出露。坝区地层按时代成因及岩性组成可分为个岩性层，与工程关系密切的主要有：层全新统人工堆积（Q4s ），岩性由粉细砂组成，局部夹有零星钙质结核，土质均匀，中密，层厚约58m，分布于左岸联盛渠及人工砂堤。层全新统上部冲积（Q42-3al）：主要由粉细砂组成，底部含薄层粗砂、砾卵石底砾层，松散。地层厚度210m，分布于河床及漫滩。层全新统下部冲积（Q41al）：由粉细砂夹粉质壤土薄层组成，松散，具水平层理。地层厚度1.57m，主要分布于右岸一级阶地。层上更新统冲湖积（Q31al+l）：由粉细砂及粉质壤

25、土组成，发育水平层理，厚度一般5070m，分布于左岸沙漠区。层侏罗系上统安定组（J3a）：紫红色、浅灰色、暗紫红色中厚层状粉砂岩、泥质砂岩夹泥岩或泥岩夹泥质砂岩，组成坝区基底，于右岸冲沟及坝顶部分地段出露。 3.2.3 地质构造坝区基岩地层呈微向NW缓倾的单斜构造，岩层倾角13度。坝区构造裂隙不甚发育，地表露头仅见层面裂隙较发育；钻孔采取的岩芯完整，未见断层及大的裂隙分布。 3.2.4 水文地质条件坝区地下水含水层按照储藏条件和岩性组成可分为4种类型：沙漠区粉细砂孔隙潜水含水层、阶地冲积砂层孔隙潜水含水层、基岩裂隙水及基岩承压水层。河床承压水顶板埋深1628.2m，承压水水头高出孔口2.516

26、.5m。钻孔揭示的承压水顶板埋深、相对隔水层岩性、水头高度及流量统计如表2-4。由表2-4可见，承压水顶板埋深由两岸向河谷、由上坝址向下坝址逐渐变浅，流量为河谷大于两岸。基岩承压水的补给源主要为上游河谷及两岸基岩裂隙水远源补给。对地表水、地下水（潜水、承压水）分别取样进行水质分析，成果显示，河水、潜水为低矿化度的淡水，河床基岩承压水矿化度较高呈微咸水。河水及潜水均对混凝土无腐蚀性，而承压水对普通水泥具有硫酸盐强腐蚀性。 3.2.5坝基工程地质问题及评价坝基河床及左岸覆盖层厚度较大，且均为粉细砂层，可能存在的工程地质问题有地震液化、渗漏、渗透破坏及承压水对坝基的影响等。地震液化工程区河床段地基土

27、的类型属软弱场地土，根据覆盖层厚度划分为类场地，场地地震基本烈度为度，按抗震设防烈度不提高时可不考虑砂土的地震液化问题。渗透破坏及渗漏量坝基河床覆盖层和左岸细砂层存在渗透破坏的可能。由砂土的颗分试验成果可知、层均为连续级配砂,经判别河床覆盖层和左岸岸坡细砂层破坏类型为流土型破坏。允许水力比降见表3-3。表3-3临界水力比降、允许水力比降统计表岩性名称地层编号公式计算不均匀系数法室内试验临界水力比降Jcr允许水力比降J允CuJ允JcrJ允河床砂层0.980.391.960.250.350.340.14左岸砂层0.980.391.840.350.14由表3-3可知，各层土的允许水力比降均在0.14

28、0.39左右，建议允许水力比降：层J允为0.14，层J允为0.14。坝址估算渗漏量如表3-4。表3-4坝址估算渗漏量表部位河床覆盖层渗漏（m3/d）基岩渗漏（m3/d）绕坝渗漏（m3/d）总估算渗漏量（m3/d）数量3098380782311301承压水对坝基的影响河床基岩富含承压水，上坝址埋深1828m，下坝址埋深1617m。承压水流量最大达到46L/min，最大水头高出地面16.5m(上坝址2.516.5m，下坝址37m)，其补给源位于河谷上游及两岸，水质对普通水泥有分解结晶型强腐蚀，对坝基渗透稳定及基岩防渗灌浆施工会造成一定影响，施工时最好不揭露承压水。 3.2.6坝址工程地质条件 坝基

29、工程地质条件坝址河床高程1008.7m，河床宽度354m，坝顶处宽约937m，按地貌单元、地层成因时代及岩性组成，坝基可划分为4个工程地质段：0.0269.3m（坝轴线剖面桩号）：左岸岸坡段，基岩埋深81m左右，基岩顶板高程约997m。该段地貌类型属风积砂台地。坝基地层为层人工堆积（Q4s）粉细砂、层冲湖积（Q31al+l）砂和基底层砂岩、泥岩。左岸地下水位于ZK5号钻孔处为1016m，在距岸边约1.93Km处与水库正常蓄水位1046m持平。层人工砂堤干密度d=1.60g/cm3，Dr=0.61，渗透系数K=4.1510-3 cm/s；层冲湖积砂层d=1.52g/cm3，Dr=0.25，J允=

30、0.14，K=1.6210-2 cm/s；层砂岩、泥岩透水率q=510Lu。层冲湖积砂属较强透水土层，存在严重渗漏和渗透稳定问题。269.3686.0m：为河床段，覆盖层厚度813m，坝基地层为层冲积（Q42-3al）细砂层、层砂岩、泥岩。层冲积细砂干密度d=1.59g/cm3，相对密度Dr=0.52，压缩系数a1-2=0.03，压缩模量E1-2=55.13Mpa，抗剪强度c=0，=28，J允=0.14，渗透系数K=7.6810-3 cm/s，属中等透水土层；标准贯入试验实测锤击数N=616击，承载力标准值fk=110kpa，按度地震设防标准，可不考虑地震液化问题；下伏层砂岩、泥岩透水率q=2

31、.531Lu，属弱中等透水岩层，其中ZK6号孔附近岩体透水率较大，存在一强透水深谷；基岩富含承压水，承压水水头高程10121025m，承压水顶板位于基岩面以下828m，承压水顶板中部隆起，向两侧埋深变大。河床层细砂作为大坝地基时，需进行防渗处理；对基岩实行帷幕灌浆时，应考虑承压水的影响。686.01022.76m：为右岸斜坡、漫滩和一级阶地段。覆盖层厚度1.03.5m，坝基岩性为层冲积（Q41al）粉细砂、壤土，层坡积（Q4dl）粉细砂夹粉质壤土组，局部冲沟段层基岩裸露。层粉细砂干密度d=1.39g/cm3，渗透系数K=7.2510-3 cm/s；层砂岩、泥岩透水率q=1.235Lu，属弱中等

32、透水岩层。该段覆盖层厚度薄，且夹有粉质壤土，压缩变形量大，不宜作为坝基，需开挖处理。层基岩满足土坝强度要求，但需进行防渗处理。 1022.761327.0m：为右坝肩段，地貌单元为二级阶地，地层岩性为层冲积（Q31al）粉细砂层及上部的砂壤土，厚度24m，不宜作为坝基，需开挖处理，层砂岩夹少量泥岩，基岩顶板与坝顶持平，砂、泥岩透水率q=1.015Lu，属弱中等透水岩层。泄洪排砂洞工程地质条件洞进口明挖段0.097.1m：无天然进洞条件，须开挖进洞。放水塔位于隧洞进口97.1m处，塔基为侏罗系微风化砂岩夹泥岩，地基承载力fk=0.5Mpa。97.1320m：洞室段，洞顶围岩厚度1320m，成洞条

33、件较好。洞顶及洞身岩性为中厚层砂岩，岩体纵波速度Vp=2436m/s，完整系数Kv=0.68，较完整，微风化，地下水位于洞顶以上。砂岩为软质岩，单轴饱和抗压强度Rb=23.2Mpa，单位弹性抗力系数K0=10Mpa/cm，坚固系数f=4.0。围岩类别属稳定性差的类围岩。320380 m：洞室段，洞顶为弱风化中厚层砂岩，围岩厚度1213m，岩体纵波速度Vp=1474m/s，完整系数Kv=0.25，岩体较破碎，洞身为微风化中厚层砂岩夹泥岩，岩体纵波速度Vp=2436m/s，完整系数Kv=0.68，较完整，地下水位于洞顶以上。砂岩为软质岩，单位弹性抗力系数K0=8Mpa/cm，坚固系数f=3.0。围

34、岩类别属不稳定的类。380580m：洞出口、消力池、明渠上游段，洞出口位于桩号380m处，隧洞无天然出口地形条件，需开挖进洞。明渠上游段，上部覆盖层厚度57m，渠底为侏罗系砂岩，弱微风化，最大开挖坡高21m。地下水位于表层砂层中，施工开挖需排水。洞出口、消能段为砂岩夹泥岩，抗冲流速为4.5m/s，泥岩为极软岩，易风化破碎，失水干裂、遇水崩解，开挖后应立即采取保护措施。580849.2m：明渠段，上部覆盖层厚度23m，渠底为侏罗系砂岩，强弱风化，地下水位于砂层中，需进行施工降水，最大开挖坡高20m。建议开挖坡比砂土层1：1.5，基岩强风化为1：0.5，弱风化为1：0.3。 3.2.7放水洞工程地

35、质条件096.2m：进口段，岩性为砂岩，强弱风化，岩体破碎，无天然进洞条件，需开挖进洞。放水塔位于隧洞进口（桩号96.2m），塔基为弱风化砂岩，地基承载力fk为0.5Mpa。96.2160m：洞室段，洞顶围岩厚度613m，洞顶为强弱风化砂岩，洞身为弱风化砂岩，弱风化岩体纵波速度Vp=1454m/s，完整系数Kv=0.19，岩体较破碎，地下水位高于洞顶。围岩类别为不稳定的类。160352.7m：洞室段，洞顶围岩厚度1017m，具备成洞条件，洞顶及洞身岩性以砂岩为主夹有泥岩，岩体纵波速度Vp=2520.3m/s，完整系数Kv=0.56，岩体较完整，微风化，地下水位于洞顶以上。砂岩为软质岩，建议单位

36、弹性抗力系数K0=10Mpa，坚固系数f=4.0，围岩类别160200m为不稳定类，200352.7m为稳定性差的类。352.7492.2m：洞出口、消力池、明渠上游段，渠底为侏罗系砂岩夹泥岩，较完整，微风化，边坡以砂岩为主，最大开挖坡高17m，建议边坡坡比砂土层1：1.5，基岩强风化为1：0.5，弱风化为1：0.3，地下水位高于渠底，位于覆盖层之中。492.2683.4m：为明渠段，基底为砂岩夹泥岩，强弱风化，最大开挖坡高10m，建议边坡坡比砂土层1：1.5，基岩强风化1：0.5，弱风化为1：0.3，地下水位于渠底以上。 3.2.8坝基处理（1）两岸斜坡段分布的坡积粉细砂，漫滩冲积砂土层工程

37、性质较差，且厚度较小，应予以清除。开挖坡比水上1：1.5，水下为1：2。（2）坝址河床段覆盖层为细砂，干密度d=1.59g/cm3，相对密度为0.52，在解决渗漏及渗透稳定问题的前提下，可考虑利用。（3）河床覆盖层及左岸岸坡砂层透水性较大，需进行防渗处理；坝基基岩应进行防渗处理，右岸防渗宽度应达到正常蓄水位与地下水位持平位置，左岸根据地层透水性等地质条件综合确定，同时应考虑承压水对灌浆的影响。 3.3水库设计标准、特性指标及调洪计算条件 3.3.1 设计标准设计保证率工业及城镇生活供水设计保证率采用95%，农业灌溉设计保证率采用50%。水库运用年限水库运用方式为蓄水运用，水库运用年限（设计淤沙

38、年限）为60年。水库正常蓄水位经正常蓄水位方案比较，可研阶段推荐的水库正常蓄水位方案为1046.0m。 3.3.2 库容曲线水库正常蓄水位1046m方案不同运用年限时的库容曲线见图3-3，面积曲线见图3-4。图3-3 水库正常蓄水位1046m方案不同运用年限库容曲线 图3-4 水库正常蓄水位1046m方案不同运用年限水位面积曲线3.3.3 水库死水位水库死水位采用1027.0m，相应死库容（原始）为0.823亿m3，电站最小静水头为16m。正常蓄水位1046m方案，运用60年后，死库容淤积约91%（0.747亿m3），剩余死库容0.076亿m3。 3.3.4调洪计算条件洪水标准王圪堵水库枢纽由

39、大坝、泄洪洞、放水洞、坝后电站等建筑物组成。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）规定，王圪堵水库枢纽工程为等大（2）型工程，主要建筑物级别为2级。水库枢纽工程的设计洪水标准取100年一遇，校核洪水标准取2000年一遇。王圪堵水库设计洪水标准、洪峰流量及3、5、7日洪量见表3-5。表3-5水库永久挡水、泄水建筑物洪水标准及量值表(考虑后期上游水库泄洪排沙)运用状况洪水重现期（年）洪峰流量（m3/s）洪量（万m3）W3W5W7正常运用（设计）1001251596978929239非常运用（校核）20002640111371419515698水库调度运行方式王圪堵水库入库径流量

40、较小，按照综合利用要求，水库采用蓄水蓄沙运用方式。水库库容条件较好，汛期不设置限制水位，调洪库容设置在正常蓄水位以上，调洪起调水位为正常蓄水位。由于放水洞的放水能力有限，调洪时不考虑其承担泄洪任务。因此，水库的泄洪任务由泄洪洞和溢洪道承担。泄洪洞是调控水库水位的主要泄水建筑物。遭遇洪水水库临近蓄满时，逐步开启泄洪洞闸门直至全开，控制水库水位上升，争取尽量避免溢洪道过流，并借机排沙。当水库水位回落到正常蓄水位时，开始逐步关闭闸门，直至洪水过程终结、水位稳定后闸门全部关闭。起调水位及库容曲线的采用水库洪水调节从正常蓄水位1046.0m起调。采用淤积60年时的库容曲线进行调洪计算。第4章 枢纽布置设

41、计 4. 1 坝址选择选定的两条坝址分别位于海则湾（上坝址）和五七队（下坝址），两条坝址相距600900m。坝址比较 地形地貌条件（1）上坝址河床高程1008.0m，河床宽度355m，下坝址河床高程1007.0m，河床宽度696m。（2）下坝址左岸地形完整，上坝址左岸1030m高程以上有一人工取砂形成的冲沟。（3）上、下坝址右岸均有突出的基岩地形，但上坝址地形凸出明显。地质条件：上坝址承压水顶板埋深略大于下坝址，渗漏量上坝址略小于下坝址，基岩透水率下坝址整体偏大，而上坝址在河床中心有一较强透水率深谷。从地质条件看，上、下两坝址差异不大。上坝址右岸基岩阶地向河床凸出较远，有利于放水、泄水建筑物布

42、置，长度较短；下坝址右岸基岩阶地向河床凸出较近，泄水建筑物长度增大。上坝址地形条件优于下坝址。从坝址地质条件方面看，上坝址承压水顶板略低，相对有利。从淹没和环境影响方面分析，下坝址淹没范围下延约800m，淹没损失和迁移人口增大，淹没处理补偿费多576万元。两坝址施工条件基本相同；上坝址总工期少半年，略优于下坝址。从工程量和投资方面比较，上坝址大坝填筑量较下坝址小136m万m3（占上坝址填筑量的32%），工程静态总投资省1.17亿元，明显优于下坝址。综合上述分析比较，上坝址在主要建设条件、淹没影响、施工工期和工程投资诸方面，均优于下坝址，因此，推荐上坝址为选用坝址。坝段河流呈东西走向，水流由西向

43、东，河流纵比降1.3，谷底宽度380660m，河床覆盖层厚度710m，深河槽偏向左岸，枯水期河水面宽60100m。两岸地形地貌不对称，左岸为沙漠区，右岸为黄土梁峁堆积区。右岸残留一、二级阶地。左岸岸坡地形较陡，右岸岸坡地形平缓，河谷呈宽浅的不对称“U”型。上坝址左岸和下坝址左岸下游各有一条人工水拉砂形成的冲沟。上、下坝址右岸坝肩均向河床呈微型凸出，上、下游发育小冲沟。坝区左岸植被稀少，右岸多为居民点及耕地，无不良地质现象。 4. 2 坝轴线选择在此坝轴线上下50米各另选了两个坝轴线，经过分析比较发现，坝轴线上50米处选定的坝轴线由于两岸坝肩相距较远，会增加很多的工程量，从人力还是财力上都是不合

44、理的。在此坝轴线下50米处选定的坝轴线，发现右岸山体太过平缓，如果在此处修建大坝，从经济和工程量方面考虑都会比图示所示的坝轴线大几倍，是不合理。而在图示所示坝轴线处右岸的山体在所选坝轴线中最为科学。 根据资料中提供的唯一的坝轴线布置。 4.3坝型的选择及方案比较坝型选择是大坝设计中需要首先解决的关键问题，因为它关系到整个枢纽的工程量、投资和工期。坝高、筑坝材料、地形、地质、气候、施工和运行条件等都是影响坝型选择的重要因素。根据地形条件可知，不适宜修建拱坝，所以选用的坝型有重力坝、土石坝。坝型选择应综合考虑下列因素，经技术经济比较确定：1）坝址区河势地形、坝址基岩、覆盖层特征及地震烈度等地形地质

45、条件；2）筑坝材料的种类、数量、性质、位置和运输条件；3）施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件和初期度汛等施工条件；4）坝高：高坝多采用土质防渗体分区坝，低坝多采用均质坝，条件合适时宜采用混凝土面板堆石坝；5）枢纽布置、坝基处理以及坝体与泄水、引水建筑物等的连接；6）运行条件：如对渗流量要求高低，上、下游水位变动情况，分期建设等；7）坝及枢纽的总工程量、总工期和总造价。 4.3.1 土石坝与重力坝已知重力坝有以下优点：结构作用明确，设计方法简便，安全可靠；对地形、地质条件的适应性强；枢纽泄洪问题容易解决；便于施工导流；施工方便。重力坝的缺点：坝体剖面尺寸大，材料用量

46、多；坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利；坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力。而土石坝具有以下优点：可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。由于土石坝设计和施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，几乎任何土石料均可筑坝；能适应各种不同的地形、地质和气候条件；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，减小了土石坝的断面，加快了施工进度，降低了造价；由于王圪堵水库附近有丰富的土料，且是中小型工程，若修建重力坝，则工程造价大大提高，同时会加大工地的外线运输量；

47、若修建土石坝，既节省投资，又减少了外线运输量，还可以因地制宜，就地取材，所以在此宜修建土石坝。 4.3.2 均质土坝与斜墙坝、心墙坝均质坝、斜墙坝和均质坝可以适应任意的地形、地质条件，对筑坝土料的要求逐渐放宽。但斜墙坝由于抗剪强度较低的防渗体位于上游面，故上游坝坡较缓，坝的工程量相对较大，斜墙对坝体的变形也较为敏感，与陡峻河岸的连接也较困难；心墙在施工时必须和两侧坝壳平起上升，施工干扰大，受气候条件的影响也大；均质坝坝体材料单一，施工方便，并且王圪堵水库附近有足够的土料，均质坝一般适用于中小型工程。 4.3.3 结论根据以上的比较可看出：王圪堵水库是一个中小型工程，土料方便，且左岸相对较陡，很

48、显然均质坝比较适宜该工程，所以坝型选用均质坝。 4.4 调洪计算初定大坝采用泄洪排沙洞和溢洪道联合泄流，溢洪道与泄洪排沙洞进水口拟定了三个方案，现分别进行调洪计算。方案一：溢洪道溢流堰堰宽15m，堰顶至导墙顶高6m。泄洪排沙洞设一个，进水口尺寸宽*高为4*5m。图4-1水库正常蓄水位1046m运行60年水位-库容曲线图4-2坝址下游断面水位-流量关系曲线库水位下泄流量关系曲线计算过程见表4-1。库水位下泄流量关系曲线见图4-3。表4-1王圪堵河水库库水位下泄流量曲线计算表Z上 （m）泄洪洞底板高程h1 （m）泄洪洞流量 q1(m3/s)h2(m)溢洪道流量 q2(m3/s)总下泄量 q(m3/

49、s)1044101430243.581200243.58121045101431247.607600247.60761046101432251.569600251.56961047101433255.4702133.3537288.82391048101434259.3120294.3386353.65061049101435263.09783173.3111436.40891050101436266.82994266.8299533.65981051101437270.51055372.9061643.41661052101438274.14166490.1978764.3394105310

50、1439277.72537617.7198895.44521054101440281.26348754.70891035.97231055101441284.75759900.55081185.30821056101442288.2092101054.73771342.94781057101443291.6201111216.84011508.46021058101444294.9915121386.48871681.4803表4-1中各流量分别由下列公式确定：底孔 其中取用0.99，为20m2， ,1020为底孔高程。表孔 其中取用0.502，B取用净宽45m，。h2=Z上-10461046

51、为溢流坝堰顶高程。图4-3 库水位下泄流量关系曲线取t=7200秒，根据上面B=15m计算的库水位下泄流量曲线，先对一百年一遇设计洪水进行调洪演算。计算步骤见表4-2。表4-2 调洪计算列表时间t（h）入库洪水流量Q（m3/s)时段平均入库流量（m3/s)下泄流量q（m3/s)时段平均下泄流量（m3/s)时段内水库存水量变化V（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z（m)54148147.939771032.456150149150.11490.0363977.041033.158254202308.5229.3-18.7813958.261045.3460230242242.77275.6

52、35-24.5093933.751043.862274252253.14247.9552.7723936.521045.464500387387.8320.4748.96723985.481045.23661234867487.2437.5180.4324165.921045.7468635934.5641.1564.15162.2534328.171046.2370440537.5680.23660.665160.5344488.701046.5872300370804.59742.41155.5244644.231047.6574200250883.15843.87143.2314787.

53、461047.8276126163784.23833.69139.264926.721046.2278120123754.36769.295120.235046.951046.1880105112.5705.52729.94110.295157.241046.0282100102.5668.56687.04108.265265.501045.984100100625.23646.895101.265366.761045.6286100100606.2615.71545.1545411.91045.3388114107521.24563.7234.2955446.211045.190134124

54、510.29515.76510.2655456.471044.9592136135503.95507.12-31.1155425.361044.7194140138498.26501.105-86.2655339.091044.4496124132487.26492.76-106.265232.831044.3198104114462.98475.12-117.695115.141044.29100100102455.29459.135-128.94986.241044.1102100100450.2452.745-139.564846.681043.98104100100442.98446.

55、59-140.594706.091043.791069597.5440.6441.79-141.264564.831043.711089595435.65438.125-142.94421.931043.51表4-2中库容值由图4-1水位库容曲线查得，下泄流量值由表4-1查得。起调水位为1046m，随着入库流量增大，泄洪排沙洞闸门逐渐开启以控制下泄，使泄量等于来量，库水位维持1046m不变，相应最高水位Zm即校核洪水位为1047.82m。取t=7200秒，根据上面B=15m计算的库水位下泄流量曲线，对两千年一遇设计洪水进行调洪演算。计算步骤见表4-3表4-3 调洪计算列表时间t（h）入库洪水流

56、量Q（m3/s)时段平均入库流量（m3/s)下泄流量q（m3/s)时段平均下泄流量（m3/s)时段内水库存水量变化V（万m3)水库存水量V（万m3)水库水位Z（m)16275253.9239771032.418510392.5294.9274.4185.2264143911047.1120312411308.5301.774.8008149761047.5322240276320.64314.57-29.44114946.61047.5824192216324.62322.63-76.77414869.81047.5926172182324.62324.62-102.6914767.11047

57、.5928154163324.62324.62-116.3714650.71047.5930136145323.28323.95-129.0814521.61047.5732120128321.91322.595-140.8414380.81047.5434136128321.92321.915-140.3614240.41047.5836190163321.93321.925-115.1614125.31047.5738172181321.96321.945-102.2014023.11047.5640202187321.95321.955-97.88413925.21047.5442306254321.96321.955-49.64413875.51047.5844284295321.98321.97-20.12413855.41047.54