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1、 毕业设计（论文）题 目 专 业 班 级 学 生 指导教师 摘要商洛市二龙山水库枢纽位于秦岭南麓，长江二级支流、汉江一级支流丹江的上游段，是一座防洪、发电、灌溉、供水、养鱼等综合利用的年调节中型水库。枢纽为等工程，水库防洪标准为50年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核。枢纽永久性建筑物等级为3级。本毕业设计的主要内容包括：对所给工程资料和有关工程地质条件进行分析，对坝址、坝轴线、坝型进行选择和整体枢纽布置；利用工程水文学以及水利水能规划相关知识和所给水文气象资料进行调洪演算，确定特征水位及相应的特征库容；根据调洪演算的成果确定坝顶高程；根据水工建筑物的相关知识进行非溢流坝剖面拟定，根据极限状态
2、分项系数法进行抗滑稳定、强度验算；进行溢流坝剖面拟定、根据水力计算的相关知识进行非溢流坝水力计算，包括水面线计算和下游冲刷坑以及挑距计算；泄水排沙底孔剖面拟定、水力计算；根据细部构造的相关规范规定进行细部构造设计等。利用工程造价相关知识对大坝部分进行工程造价概算，确定大坝的土石方开挖量和混凝土用量等。关键词：重力坝；枢纽布置；调洪演算；工程概算。 ABSTRACTKEY WORDS: Gravity dam; Project budget, Flood Routing, Project budget前言毕业设计是我们大学专业知识与实践相结合的重要环节，该设计的主要目的是对所学知识做以全面巩固和
3、综合考核，联系实际工程，了解和熟悉水电工程设计的基本步骤和基本方法，熟悉各种设计规范，学会查阅各种与设计相关的资料，为走向工作岗位面临实际工作做好准备。本设计依据国家水利部及电力部颁布的规范，并参考大量相关资料、教材以及设计手册，借鉴实际的类似工程，在老师的悉心指导下完成。在本设计过程中，由于经验不足，出现过很多错误，所以重复计算了很多次。在该设计中，主要完成了枢纽整体布置；坝轴线选、坝型以及泄水建筑物等的位置、形式和尺寸确定；调洪演算、水库特征水位与特征库容的计算；坝顶高程的确定；大坝非溢流坝段及溢流坝段的剖面拟定，坝体稳定与应力计算，结构设计和细部设计，溢流坝段的水力计算等；排沙底孔的体形
4、，结构设计及水力计算等。这一学期在老师和同学的帮助下，我努力完成了该设计，对此向他们表示感谢。由于本人经验不足，水平有限，设计中难免存在不足和一些错误，望各位老师和同学批评指正，谢谢！目录摘要1前言3第1章 工程概况61.1工程概况61.2工程特性表6第二章 水文气象72.1流域水文概况72.2 洪水资料分析计算7第三章 调洪演算113.1 水文气象资料113.2 底孔规模及死库容的确定143.3 调洪计算15第四章 工程地质234.1 区域地质概况234.2 库区工程地质条件234.3 坝轴线工程地质条件25第五章 枢纽布置275.1坝轴线选择275.2 坝型选择275.3 枢纽布置28第六
5、章 建筑物设计296.1 非溢流坝段设计296.1.1 非溢流坝剖面拟定296.1.2 荷载计算326.1.3 抗滑稳定与强度验算366.1.4 折坡段强度验算406.2 溢流坝段设计416.2.1 溢流坝剖面拟定416.2.2 水力计算436.3 泄水排沙底孔设计496.3.1 底孔剖面拟定496.3.2 底孔水力设计53第七章 细部构造设计567.1 坝顶构造567.2 混凝土分区及标号选择567.3 坝体分缝577.4 坝体廊道系统577.5 止水和排水58第八章 地基处理598.1 坝基的开挖与清理598.2 坝基的固结灌浆598.3 帷幕灌浆608.4 断层破碎带、软弱夹层和溶洞的处
6、理60第9章 初步设计概算619.1工程概况619.3 编制原则及依据619.3.1 编制原则619.3.2编制依据619.4 设计概算计算表659.4.1 坝体分段659.4.2 各坝段工程量计算659.4.3 设计概算表66致谢72参考文献73第1章 工程概况1.1工程概况 商洛市二龙山水库枢纽位于秦岭南麓，长江二级支流、汉江一级支流丹江的上游段，距商洛市中心4km，是一座防洪、发电、灌溉、供水、养鱼等综合利用的年调节中型水库。水库枢纽位于二龙山程家坡处，控制流域面积965km2。水库枢纽由拦河大坝、泄水排沙底孔、发电引水隧洞、电站厂房以及灌溉引水涵管等建筑物组成，枢纽为等工程，水库防洪标
7、准为50年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核。枢纽永久性建筑物等级为3级。1.2工程特性表 本工程的部分工程特性值，见表1-1。表1-1 二龙山水库工程特性表工程规模等别坝底高程708.00m建筑物级别3最大坝高60.38m总库容5690万m3最大坝长156.4m调洪库容4808万m3坝顶宽度5m 死库容230万m3下游边坡1:0.8校核标准500年一遇洪水（3501m3/s）溢流坝堰顶高程760.50m设计标准50一遇洪水（1983 m3/s）溢流坝最大泄量1635.52 m3/s校核洪水位768.05m单宽流量 30.41m3/（s.m）设计洪水位764.40m溢流坝净宽40m正常蓄水位7
8、65.00m鼻坎反弧半径10.41m死水位735.00m底孔高程725.00m校核洪水位下的下泄流量1862.97 m3/s底孔最大泄量221.10m3/s设计洪水位下的下泄流量1070.73 m3/s底孔尺寸3.0 m3.0m第二章 水文气象2.1流域水文概况二龙山水库位于丹江上游，控制流域面积965km2。枢纽以上有丹江干流和较大支流板桥河组成，干流总长43km。丹江系长江二级支流，发源于秦岭南麓凤凰山，由西北蜿蜒流向东南，流经商州区、丹凤县及商南县后自紫荆关出陕入豫，最后在湖北省均县汇入汉江。流域内分水岭脊线高程为1900m。水库枢纽处河床高程720m，其附近河床平均比降为3.7%0，河
9、床覆盖砂卵石。流域内地质岩性为石英云母片岩、绢云母绿泥石片岩、石英岩等。土壤为沙壤土，土层厚度一般为0.5m。流域内植被较差。流域内平均降雨量为828mm，多年平均径流量为2.289亿m3，多年平均流量为9.06m3/s，月最枯平均流量为0.41m3/s，年径流的变差系数为0.5，偏差系数为2Cv。流域内暴雨集中在68月份，特别是7月为暴雨出现最多的月份。连阴雨多集中在79月份，有时可延至10月份。洪水一般由全流域面积的降雨形成，也有局部暴雨形成，但总量不大。流域内实测最大洪峰流量为1520m3/s（1970年7月28日），最大24小时的洪水总量为3320万m3，涨红历时为3h，一次洪水历时1
10、d左右。2.2 洪水资料分析计算（一）暴雨洪水特征与水文资料条件1.资料条件与暴雨洪水特征在坝址处设有程家坡水文站，控制流域面积966km2,具有12年（19591970年）连续降雨、径流观测资料，于1971年撤销。后于1973年在黑龙口和板桥河上各设一个水文站，即麻街站和板桥站，于1974年观测至今。此外，在水库下游的丹江干流上，还有柴湾站和丹凤站，以及水库下游的丹江右岸支流南秦河上的谢塬水文站等。此外，该河段还有正式刊印的历史洪水调查资料。该流域的洪水全部由暴雨形成。程家坡水文站实测12年的资料中，较大洪水有14次（洪峰流量在300m3/s以上）。经过对这14次洪水及其相应的暴雨资料进行分
11、析，该流域的暴雨洪水具有如下特点：（1）洪水发生时间绝大多数在79月，约占71%，其余出现在6月下旬和10月初。其中，实测最大洪峰流量为1520m3/s，发生在1970年7月28日。（2）洪水过程的历时与暴雨过程的历时密切相关。14次暴雨中，暴雨历时达到或超过24h的只有5次，其余均不足24h，并以6h12h为多。14场暴雨资料表明，当次降水历时在24h左右时，相应的洪水过程历时一般在24h48h之间，最长不超过72小时，当次降水历时不超过24h，洪水历时亦较短。（3）洪水过程线的形状大多为单峰型。14次洪水中，单峰的有9次，复峰的占5次。2.设计洪水计算方法选择坝址断面有12年实测流量资料，
12、入库站有23年流量资料。考虑到入库站的控制面积为819km2，占坝址断面的85%，容易转换成坝址洪水，从而得到35年流量资料。此外，还可利用临近站的实测资料插补延长坝址断面的流量系列，该工程属具有30年以上实测和插补延长流量资料，并具有历史洪水调查资料。因此，按照水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-93）的规定，采用频率分析的计算方法，由流量资料推求设计洪水。（二）设计洪水推求1.历史调查洪水及特大洪水坝址断面实测最大洪峰流量为1520m3/s，发生在1970年7月28日，根据文献记载和调查，从1962年以来曾发生10余次洪水。陕西省水利水保厅刊印的陕西省洪水调查资料刊印有1935年和19
13、57年洪水调查成果。因此，将两次洪水纳入计算中，程家河段的资料数据如下：1935年7月6日，洪峰流量2060m3/s，可靠程度为“供参考”；1957年7月16日，洪峰流量1550m3/s，可靠程度为“较可靠”。考虑到1935年洪水在1662年以来各次洪水中序位无法确定，该洪水的重现期只能根据它是19351996年的最大洪水确定为62年一遇。因1957年7月16日洪水与实测最大洪峰比较接近，不作为特大值，而按照一般洪水对待。2.设计洪峰流量推求（1）系列插补延长根据坝址及上下游断面和邻近流域的资料，采用以下方法进行插补延长。采用下游柴湾站的资料，考虑到流域面积非线性修正的方法延长至1951195
14、6年的资料。采用上游麻街、板桥入库站的资料，考虑流域面积线性修正的方法，延长19741996年的资料。利用本流域的降雨径流关系和洪峰径流关系，由本流域的面雨量资料插补19711972年的最大洪峰流量。 利用程家坡、丹凤两站洪峰相关、两流域洪峰均值比、雨洪相关等方法综合比较，插补1973年资料。利用本流域雨洪相关，程家坡、丹凤两站洪峰相关，两流域洪峰均值比等方法综合比较，插补1958年资料。1957年的最大洪峰流量采用陕西省洪水调查资料刊印成果。通过以上方法获得的19571996年的年最大洪峰流量系列，详见表2-1。表2-1 二龙山水库年最大洪峰流量系列及经验频率表年份洪峰流量（m3/s）序号
15、排队经验频率（%）1935 2060 1 2060 1.61951 335 1 1550 2.11952 440 2 1520 4.31953 748 3 1500 6.41954 1270 4 1309 8.51955 577 5 1270 10.61956 186 6 748 12.81957 1550 7 646 14.91958 1500 8 581 171959 519 9 577 19.11960 558 10 574 21.31961 581 11 558 23.41962 453 12 536 25.51963 138 13 521 27.71964 521 14 519 29
16、.81965 646 15 494 31.91966 213 16 466 341967 536 17 453 36.21968 196 18 440 38.31969 304 19 423 40.41970 1520 20 366 42.61971 140 21 335 44.71972 200 22 305 46.81973 130 23 304 48.91974 305 24 274 51.51975 574 25 273 53.21976 159 26 246 55.31977 148 27 213 57.41978 206 28 206 59.61979 179 29 200 61.
17、71980 176 30 196 63.81981 273 31 196 661982 423 32 186 68.11983 494 33 179 70.21984 466 34 176 72.31985 196 35 159 74.51986 93 36 157 76.61987 366 37 148 78.71988 1309 38 140 80.91989 157 39 138 831990 97 40 131 85.11991 67 41 130 87.21992 246 42 122 89.41993 77 43 97 91.51994 122 44 93 93.61995 131
18、 45 77 95.7第三章 调洪演算3.1 水文气象资料（一）基本水文资料1.洪峰流量系列频率计算成果按有特大值情况算出的洪峰流量系列经验频率成果见表2-1，计算的参数初值：Qmol=456.5m3/s，Cv=0.97,采用皮尔逊型曲线适配，适线结果为Qmol=457m3/s,Cv=1.05,Cs=3Cv,不同频率的洪峰流量见表3-1。表3-1 二龙山水库洪峰流量频率分析成果表频率（%）0.2 0.5 1 2 5重现期（年） 500 200 100 50 20Qmp(m3/s) 3501 2884 2431 1983 14172.设计洪量推求（1）洪量设计时段的选定雨洪特性分析表明，程家坡断
19、面的洪水历时一般在24h48h之间，最长不超过72h，因此，设计时段选为72h。（2）系列插补延长遇特大洪水流量 程家坡水文站有12年（19591970年）实测年最大1天、3天洪量资料，采用以下方法进行系列插补延长： 采用下游柴湾站的资料，考虑流域面积非线性修正，延长19511956年的1天、3天洪量资料。由程家坡水文站12年实测洪峰、洪量资料，建立洪峰1天洪量、洪峰3天洪量相关关系，由前述插补得到的19711973年及1958年的洪峰插补1天、3天洪量资料。1957年的最大3天洪量资料也由该方法得到，最大1天洪量采用水库设计时的洪水调查成果。采用上游麻街、板桥两个入库站的资料，考虑流域面积线
20、性修正的方法，推算19741996年的资料。与洪峰频率分析一致，洪量分析也是考虑1935年洪水，其重现期仍取为62年一遇。（3）洪量频率分析 1天、3天洪量采用皮尔逊型曲线适配结果为： 1天洪量：Q=1580万m3,Cv=0.75,Cs=2.5Cv; 3天洪量：Q=2900万m3,Cv=0.74,Cs=2.5Cv。 不同频率的1天、3天洪量见表3-2。表3-2 二龙山水库不同频率1天、3天洪量表频率（%） 0.2 0.5 1 2 3重现期（年） 500 200 100 50 20W1P(万m3) 7616 6573 5783 4977 3934W3P(万m3) 13775 11890 1046
21、9 9048 70633.设计洪水过程线（1）典型洪水过程的选择流域的洪水以单峰过程为主，放生时间主要在79月，因此，从程家坡水文站12年实测资料中选择1970年7月28日洪水作为典型洪水，该洪水位单峰过程，在12年实测资料中，洪峰流量和1天洪量均为最大，发生时间具有代表性。见表3-3。表3-3 典型洪水过程线 时间（h） 典型洪水（m3/s） 时间（h） 典型洪水（m3/s）7月28日 7 67月28日 20 187 8 316 21 170 9 800 22 150 10 1520 23 130 11 1250 24 117 12 10407月29日 1 110 13 810 2 100
22、14 585 3 95 15 450 4 88 16 360 5 80 17 270 6 74 18 240 7 67 19 210 W（万m3） 3308（2）放大计算考虑到二龙山水库为中型水库，洪峰、洪量都关系到水库安全，因此，采用同倍比放大。（二）泥沙二龙山水库控制流域面积965km2，河流多年平均输沙量约86万t，洪水期在710月，7月全年最大洪水流量月。由于7月洪水系暴雨造成，故输沙量也是7月最多，平均占全年的50%以上，汛期最大日含沙量可达289kg/m3；汛期最大月含沙量可达54 kg/m3；洪水期平均含沙量17 kg/m3。按19751990年水文资料统计，多年平均悬移质输沙量
23、71万t，推移质输沙量为15万t，推悬比约为1：5，入库推移质以粗沙为主。泥沙的有关物理力学指标为：浮容重=10.3kN/m3；水下摩擦角=15.6。（三）水库特征指标及坝址水位流量关系 水库：正常蓄水位765.00m；汛限水位762.50m。 下游水位：由二龙山水库坝址水位流量关系曲线查取。水库吹程：设计洪水位时的水库吹程D设=1.0km；校核洪水位时的水库吹程为D较=1.2km。表3-4 二龙山水库坝址水位流量关系表 水位（m） 流量（m3/s） 水位（m）流量（m3/s） 719.0 0 721.8 896.0 719.5 162.0 722.45 1310.0 720.0 305.0
24、722.8 1542.0 721.0 603.0 723.5 2060.0 （四）气象流域内多年平均降水量为828mm，多年平均径流量为2.289亿m3，多年平均流量为9.06m3/s，月最枯平均流量为0.41m3/s，年径流的变差系数为0.5，偏差系数为2Cv。工程所在区域为暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，气温温和。除1月份气温过低不能浇注混凝土外，其余时间均可施工。多年平均最大风速v=20m/s。3.2 底孔规模及死库容的确定考虑水库排沙和防汛及意外情况下泄洪的需要，宜建底孔。城市洪水和灌溉用水可从水库火电站尾水取水。根据水库堆积所需和排沙的要求，选取底孔进口高程为724m，选取死
25、水位为735m，相应的死库容为230万m3。二龙山水库水位库容ZV关系曲线见表3-5及图3-1。表3-5 二龙山水库水位库容ZV关系曲线表库水位Z(m) 735 740 745 750 751 755库容V（万m3） 230 520 1040 1740 1900 2750库水位Z(m) 760 762.5 765 770 770.46 771库容V（万m3） 4040 4780 5700 7760 8000 8220图3-1 水位库容曲线3.3 调洪计算（一）调洪演算的任务是进行水库的蓄泄调节计算，推求泄流过程和最大下泄流量，并确定有关防洪的特征水位和特征库容，以此确定坝高等。（二）本设计调洪
26、演算采用半图解法中的双辅助曲线法。原理如下：将水量平衡方程式 (3-1)改写为 (3-2)式（4-2）中V/t 、（V/t-q/2）和（V/t+q/2）均可与水库水位Z建立函数关系。因此，可根据选定的设计时段t值、已知的水库水位容积关系曲线，以及根据水力学公式算出的水位下泄流量关系曲线（见表3-6），事先计算并绘制曲线组：（V/t-q/2）=f1(Z)、（V/t+q/2）=f2(Z)和q=f3(Z)，见表3-7；（三）双辅助曲线法调洪计算步骤首先，根据起始条件q1，在辅助曲线上查出相应的（V1/t+q1/2）值，然后由式（4-3）计算出V2/t+q2/2=V1/t+q1/2+Q-q1，再由（V
27、2/t+q2/2）值在单辅助曲线上反查出相应的q2值，以q2作下一时段的q1，重复上述图解计算，即得下泄流量过程线q=f(t)。用此方法作调洪计算时需图解与列表计算相结合进行。（四）本设计调洪计算步骤如下。1.起调水位 （防洪限制水位）：762.5，正常蓄水位：765.00。2.参加泄洪的调洪流量不包括发电流量，泄洪由底孔和表孔组成。 由于坝址段处岩石工程分级属于三级，岩石综合评价是中等岩石，所以取允许下泄单宽流量：q=50-70m3/(s.m); 溢流堰净宽取40m，设闸门 5孔，每孔净宽8m。(b/H=1-2)；选取H0=4.5m。堰顶高程：Z堰顶=Z正-H0=765.00-4.50=76
28、0.50;溢流堰泄流能力计算公式：式中：侧收缩系数，取0.93；m流量系数，取0.48；根据水库堆积所需和排沙的要求，选取底孔的进口高程为724.00m。选取死水位为735.00，相应的死库容为230万m3。底孔设计：考虑到水库排沙、防汛、意外情况下泄洪及放空等需要，宜建底孔。选取3*3的泄水底孔。为无压泄水底孔。孔口泄流能力计算公式：;式中：Q流量，m3/s;Ak出口处的面积；取3*3=9m2；Hw自由出流时为孔口中心处的作用水头淹没泄流时为上下游水位差，m；孔口或管道流量系数，选取为0.85；3.设计洪水起调时间由下泄能力和防洪限制水位确定为洪水来后30分钟，在第30分钟以前，q=Q，且均
29、小于206.12m3/s。取t=0.5h=1800s；设计洪水调洪计算从第30分钟开始，此时水库初始水位Z1=762.5m，相应的下泄流量q1=429.82 m3/s。4. 计算并绘制曲线组：（V/t-q/2）=f1(Z)、（V/t+q/2）=f2(Z)和q=f3(Z)。其中V取堰顶以上库容，计算时段取t=0.5h。计算过程见表3-7，在CAD中绘制出曲线组，以便计算量取。表3-6 水位与下泄流量关系计算表上游水位Z(m)底孔水位差h(m)底孔流量Q（m3/s)溢流堰水位差h (m)开5孔溢流堰流量Q（m3/s)开5孔下总流量（m3/s)75529.5184.04 00.00 184.04 7
30、55.530185.60 00.00 185.60 75630.5187.14 00.00 187.14 756.531188.67 00.00 188.67 75731.5190.18 00.00 190.18 757.532191.68 00.00 191.68 75832.5193.18 00.00 193.18 758.533194.66 00.00 194.66 75933.5196.13 00.00 196.13 759.534197.58 00.00 197.58 76034.5199.03 00.00 199.03 760.535200.47 00.00 200.47 7613
31、5.5201.89 0.527.96 229.86 761.536203.31 179.09 282.40 76236.5204.72 1.5145.30 350.02 762.537206.12 2223.71 429.82 76337.5207.50 2.5312.64 520.14 763.538208.88 3410.98 619.86 76438.5210.25 3.5517.89 728.14 764.539211.61 4632.74 844.35 76539.5212.97 4.5755.01 967.98 765.540214.31 5884.28 1098.59 76640
32、.5215.64 5.51020.18 1235.83 766.541216.97 61162.41 1379.38 76741.5218.29 6.51310.70 1528.99 767.542219.60 71464.81 1684.41 76842.5220.90 7.51624.52 1845.43 768.543222.20 81789.65 2011.85 76943.5223.49 8.51960.03 2183.52 769.544224.77 92135.49 2360.26 77044.5226.04 9.52315.90 2541.94 770.545227.31 10
33、2501.12 2728.42 77145.5228.57 10.52691.02 2919.59 771.546229.82 112885.51 3115.33 77246.5231.07 11.53084.47 3315.54 表3-7 （V/t-q/2）=f1(Z)、（V/t+q/2）=f2(Z)和q=f3(Z)辅助曲线计算表库水位Z（m)库容V（万m3）下泄流量q(m3/s)q/2(m3/s)V/t(m3/s)V/t-q/2(m3/s)V/t+q/2(m3/s)7552731184.0492.02 15172.22 15080.20 15264.24 755.52845185.692.
34、80 15805.56 15712.76 15898.36 7562963187.1493.57 16461.11 16367.54 16554.68 756.53084188.6794.34 17133.33 17039.00 17227.67 7573208190.1895.09 17822.22 17727.13 17917.31 757.53336191.6895.84 18533.33 18437.49 18629.17 7583467193.1896.59 19261.11 19164.52 19357.70 758.53601194.6697.33 20005.56 19908.
35、23 20102.89 7593739196.1398.07 20772.22 20674.16 20870.29 759.53881197.5898.79 21561.11 21462.32 21659.90 7604026199.0399.52 22366.67 22267.15 22466.18 760.54175200.47100.24 23194.44 23094.21 23294.68 7614327229.86114.93 24038.89 23923.96 24153.82 761.54484282.4141.20 24911.11 24769.91 25052.31 7624
36、644350.02175.01 25800.00 25624.99 25975.01 762.54808429.82214.91 26711.11 26496.20 26926.02 7634976520.14260.07 27644.44 27384.37 27904.51 763.55149619.86309.93 28605.56 28295.63 28915.49 7645325728.14364.07 29583.33 29219.26 29947.40 764.55505844.35422.18 30583.33 30161.16 31005.51 7655690967.98483
37、.99 31611.11 31127.12 32095.10 765.558781098.59549.30 32655.56 32106.26 33204.85 76660711235.83617.92 33727.78 33109.86 34345.69 766.562681379.38689.69 34822.22 34132.53 35511.91 76764691528.99764.50 35938.89 35174.39 36703.38 767.566751684.41842.21 37083.33 36241.13 37925.54 76868851845.43922.72 38250.00 37327.29 39172.72 768.570992011.851005.93 39438.89 38432.96 40444.81 76973172183.521091.76 40650.00 39558.24 41741.76 769.575402360.261180.13 41888.89 40708.76 43069.02 77077672541.941270.97 43150.00 41879.03 44420.97 770.579982728.421364.21 44433.33 43069.12 45
