达拉河水电站混凝土面板堆石坝设计

达拉河水电站混凝土面板堆石坝设计信息与工程技术学院农业水利专业张旻（指导教师：曾赟助教）摘要本设计以达拉河口水电站的工程概况、水文气象、工程地质情况为基础，在设计中对技术、安全等方面进行了分析、比较。根据这些基本资料，确定采用砼面板堆石坝方案，并完成了挡水建筑物设计、坝体稳定分析、构造设计等工作。关键词达拉河水电站；砼面板堆石坝方案DesignOfConcretePanelRock-fillDamInTheDaLaRiverPowerStationAbstractBaseontheprojectoverview,hydrometeorologyandgeologicalsituationoftheDaLariverpowerstation,Thefactorsoftechnologyandsafetyareconsideredinthedesign.Finallyconcretepanelrock-filldamschemeisadopted.Andthenblockwaterbuildings,stabilityanalysisandconstructdesignarecompleted.KeywordthePowerStationOfDaLaRiver；ConcretePanelRock-fillDamSchem迭部达拉河水电站工程位于甘肃省迭部县境内的达拉河上，二零零三年九月二十六日全体员工进驻工地，十月二十八日工程正式开工，达拉河口水电站是迭部县通过招商引资建设的第一座电站，位于迭部县城东南30公里处，坝高67米，总库容1506万立方米，装机容量5．25万千瓦，年发电量2．73亿千瓦时，工程总投资3．7亿元。迭部县水能资源丰富，蕴藏量总共为80万千瓦，目前开发不到3％。达拉河是白龙江在迭部县境内的最大支流，发源于四川，在迭部县境内全长124公里，水流湍急，落差大，水能储量达10．4万千瓦。迭部县与甘肃宏源电力公司经过一年多的协商，签订了开发协议。协议签订后，宏源公司委托西北电力勘测设计院对达拉河流域进行了总体勘测，最后宏源公司计划在达拉河采用三级开发，共修建3座电站。达拉河口水电站是该公司修建的第一座电站，也是目前甘南州最大的一座水电站，计划4～5年建成。我的任务主要是通过达拉河口水电站的工程概况、水文气象、工程地质情况完成坝址，坝型的选择和坝体结构布置坝体材料分区设计坝坡稳定计算，坝的构造设计以及坝的地基处理。我基本上完成了设计任务，对自己的设计成果较为满意。1工程概述1.1工程概况达拉河是白龙江上游最大的一条支流，主源发源于四川省若尔盖县境内的马蹄子，穿过岷山呈南北向流入甘肃省迭部县达拉乡境内，在尼敖乡政府上游3km处汇入白龙江，河流全长约124km，流域面积2688km2，坝址处多年平均流量21.8m3/s。在迭部县境内长约41km，境内流域面积770km2，总落差约477m，河道平均比降约11.6‰。达拉河口水电站工程以发电为主，推荐方案枢纽布置主要有砼面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、右岸排砂洞等建筑物组成。设计正常蓄水位2265m，总库容1506万m3，坝高67m，引水隧洞长8361m,总装机容量52.5MW（3×17.5MW）。1.2工程特性表名称单位数量备注名称单位数量备注一水文三厂房尾水位坝址以上流域面积km22621校核尾水位m2063.10坝址多年平均径流量亿3m6.88设计尾水位m2061.10多年平均流量sm/321.8正常尾水位m2055.13设计洪水流量sm/3590四动能校核洪水流量sm/3922额定水头m190施工导流流量sm/3193坝址电站设计流量sm/331.86196厂址装机容量MW52.5多年平均悬移质输沙量万t保证出力MW12.31多年平均含沙量3/mkg0.64多年平均发电量亿kwh2.73多年平均推移质输沙量万t6.65年利用小时数H5193二水库五主要建筑物正常蓄水位m2265.00坝顶高程m2271校核洪水位m2268.00最大坝高m67设计洪水位m2266.90溢洪道长度m221死水位m2245.00引水隧洞长度m8783.1总库容万3m1740排沙洞进口底板高程m2213调节库容万3m1031排沙洞出口底板高程m2210调节特性季节调排沙洞长度m651.42水文气象2.1流域水文概况2.1.1流域自然地理概况达拉河是白龙江上游最大的一条支流，发源于四川省境内南杂克喀(狼家岭)，流域面积2688km2，源头至河口全长124km，河流穿行于高山峡谷之间，峡谷深窄，水流湍急。流域内天然植被较好，森林覆盖率在60%以上，水量也相对稳定。沿河有多条支沟加入，境内支沟主要有森多括、措玛尔曲、拉孜柯、次哇隆。坝址位于迭部县境内的达拉河下游，流域面积2621km2。2.1.2气象工程位置距迭部县气象台较近，该台1973年建站，属国家基本台，观测项目齐全，精度高，年限长，可满足设计要求，因此，选择该台作为本工程气象资料代表站。据统计资料，其主要气象要素如下：多年平均气温7.0℃极端最高气温35.5℃极端最低气温-19.9℃相应季节50年重现期的最大风速22.5m/s相应洪水期最大风速的多年平均值15m/s多年平均降水量595.9mm上坝址处的风区长度（吹程）1.7km下坝址处的风区长度（吹程）1.8km年蒸发量1461.7mm2.1.3水文基本资料达拉河上无水文站，但在白龙江上游先后建有电尕寺、根古、白云、旺藏寺、麻亚寺、麻亚寺(二)、立节、香椿沟等水文站，各站都是国家基本测站，资料精度较高。本次设计依据站为白云、麻亚寺(二)站，水文资料系列建站至1997年（共计36年），实测水文资料均已整编，经分析认为两站资料合理，可用于本阶段的设计。2.1.4径流白龙江上游径流以降水补给为主，径流年内分配与降水量年内分配基本一致，但各月分配不均匀，大部分径流集中在6～9月四个月，占全年径流量的53.6%，12～3月仅占12.9%。白～麻区间是达拉河口坝址的设计依据区间，经过绘制白～麻区间年径流时序过程及差积曲线等的分析，认为系列具有一定的代表性。用水文比拟法，将白～麻区间年径流设计成果按面积比折算到达拉河口坝址，得到坝址年径流成果，见表2.1.1。表2.1.1各水文站、河口坝址年径流和枯水期径流设计成果表流量单位：m3/s时段位置均值CvCs/CVP(%)1020508090年径流(5-4月）白云站19.40.28226.223.818.914.712.9麻亚寺(二)站49.20.24264.858.848.339.134.8白-麻区间30.10.25240.136.229.523.721.0河口坝址21.829.026.221.417.215.2枯期径流(12-3月）白云站9.00.222.511.610.68.827.306.61麻亚寺(二)站20.50.182.525.423.520.217.316.0白-麻区间11.50.202.514.813.411.39.538.70河口坝址8.3310.79.708.186.906.30Cv:变差系数Cs:偏态系数P:指定频率2.2洪水分析2.2.1洪水（1）暴雨洪水特点本地区暴雨一般发生在5～10月间，大暴雨多出现在7～8月间，一日雨量占三日雨量的80%左右。暴雨可分为霖暴雨和雷暴雨，秋季大面积连阴雨中的暴雨，历时长强度小，造成洪水机会较多，属霖暴雨。在夏季一般是雷暴雨，笼罩面积小，但强度大，常造成局部地区洪水。白龙江上游植被较好，洪水涨落平缓，一次洪水过程一般在三～五天，峰型较肥胖。达拉河的原始森林茂盛，植被良好，流域为羽状，一次洪水过程一般三天左右，洪水过程较矮平，多为单峰型。2）历史洪水达拉河河段及白龙江上游有关历史洪水调查资料，是来自1983年6月出版的甘肃省水利厅刊印的《甘肃省洪水调查资料》。本次确定1904年洪水是从1904年以来至今最大的洪水，其重现期定为100年，1935年洪水为100年来的第二位，重现期定为50年。（3）设计洪水将白～麻区间设计洪水成果，按面积比的2/3次方，折算到达拉河口坝址，得到坝址洪水成果，见表2.2.1表2.2.1各站及坝址设计洪水成果表流量单位：m3/s,洪量单位：106m3位置项目均值CVCS/CVP(%)0.10.2125白云站Qm1320.783.5836746539451339麻亚寺(二)站Qm2900.773.5181016101170980739白～麻区间Qm1750.803.511401020731611456W110.70.623.551.446.535.230.424.0W329.70.603.513712594.982.165.4河口坝址Qm141922821590493368厂址Qm1449378356005013742.3特征水位（1）水库特征水位表表2.3.1水库特征水位表特征水位单位水位高程正常蓄水位m2265.00设计洪水位m2266.90校核洪水位m2268.00死水位m2245.00(2)坝址区下游水位（见表）设计泄流能力表洪水标准上游水位设计下游泄流下游水位泄水建筑物泄流量（m3/s）（m）量（m3/s）（m）溢洪道泄洪排沙洞设计洪水（P=100）2266.95252207.5267258校核洪水位（P=0.100）22688222208.7561261P=200022381932205.6193P=5000224597.62204.797.6（3）发电水头及厂房尾水位最大水头：211.1m最小水头：173.8m加权平均水头：198.6m设计水头：190m3台机发电引用流量30.90m3/s，相应尾水位2055.10m。3工程地质3.1水库区工程地质条件3.1.1库区基本地质条件1地形地貌当正常蓄水位2265m时，上、下坝址水库全长约6Km，回水至勾结寺一带。两坝址库区地形为中高山峡谷地貌，两岸山体雄厚，分水岭高程都在2600m以上，相对高差300～500m。库区两岸冲沟较发育，较大者有库首的次哇沟和库中段的拉孜沟，均发育在右岸。冲沟沟底不甚开阔，底坡较大，单沟延长10km左右。其中拉孜沟沟内有常年流水，为沟源雪水和地下水出露。其它冲沟规模均较小。水库区两岸发育有Ⅰ、Ⅱ级堆积阶地，Ⅰ级阶地高出河水面6～10m；Ⅱ级堆积阶地高出河水面15～20m左右。阶地堆积物上部为0.5～1.0m的坡积碎石土，下部为冲积砂卵砾石层。2地质构造水库区未发现有较大规模断裂通过，构造相对简单。断层主要以层间挤压带为主，破碎带宽度一般为20～40cm，多发育在板岩带中；裂隙亦基本以层面裂隙为主，宽度0.2～0.3cm，充填岩粉、岩屑及钙质等，裂面波状起伏，延伸长度一般大于15m。3水文地质条件库盘由相对不透水的地层组成，水文地质条件较简单。库区地下水类型按埋藏条件分为孔隙潜水和基岩裂隙水两类。4物理地质现象水库区基岩岸坡未发现较大规模的变形体和滑坡，物理地质现象主要表现为浅表部的松动卸荷或轻微倾倒变形，但水库内两岸岸坡及坡脚处广泛分布有大量的崩、坡积堆积体，当正常蓄水位2265m时，前缘部位将淹没在水下。上坝址前崩、坡积体自然稳定状态较好，前缘部位在库水的浸泡下将产生局部的坍岸。3.2基本工程地质条件3.2.1物理地质现象（1）岩体风化上、下坝址岩体风化较浅，两岸强风带岩体厚度4～6m，河床基本无强风化岩体；弱风体岩体两岸厚度5～25m，河床10m左右。局部因地形原因，钻孔揭露弱风化岩体较深，主要分布在下坝址两坝肩部位，深度达37.0m。（2）卸荷及边坡变形上、下坝址区边坡变形主要表现为浅部的卸荷拉裂和倾倒，根据两岸勘探硐揭露，坝区两岸卸荷带厚度在3～5.0m，倾倒岩体主要分布在下坝址左坝肩溢洪道下游侧岸坡，厚度5～10.0m，分布高程2290.0～2220.0m。3.2.2水文地质条件(1)地下水类型坝址区地下水按其埋藏类型可分为基岩裂隙水及松散堆积层孔隙性潜水。(2)岩体透水性坝址区岩体透水性主要受岩性、构造发育情况等因素的影响和控制。3.2.3岩（土）体力学参数建议值