水库坝型设计方案论文范文

水库坝型设计方案论文范文第1篇

摘要:沁河是黄河三门峡至花园口区间三大支流之一,山西省境内河道长363 km,落差1 844 m,水电资源丰富,张峰水库位于沁河中游,是山西省在建的大型水库,其建设改变了沁河中下游的自然径流条件,也改变了下游电站的装机容量,文中分析了张峰水库修建后下游磨滩水电站坝址处径流变化,论证了张峰水库修建后磨滩水电站装机容量的确定。

关键词:张峰水库;磨滩水电站装机容量;设计

The Installed Capacity Design of Motan Hydropower Station on the Zhangfeng Reservoir Downstream after Its Construction

BAI Bin

(Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute,Taiyuan 030024,China)

Key words: Zhangfeng reservoir;Installed capacity of Motan hydropower;design

1 概況

沁河是黄河三门峡至花园口区间三大支流之一,发源于山西省长治市沁源县二郎神沟,源头分水岭高程为2 500 m左右。河流在太岳山蜿蜒南下,穿越临汾市安泽县,自沁水县官亭附近进入晋城市,经阳城县至泽州县拴驴泉附近入河南省,由河南省济源县五龙口出太行山至武陟县南贾村汇入黄河。干流河长485 km,其中山西省境内为363 km。落差1 844 m,河道纵坡为3.8‰。

张峰水库坝址位于沁水县郑庄乡张峰村西北沁河干流上,坝址以上干流长度为224 km,流域面积4 990 km2。张峰水库工程的建设任务为:以城市生活和工业供水、农村人畜饮水为主,兼顾防洪、发电等综合利用。张峰水库总库容3.94亿m3,正常蓄水位759.0 m,防洪限制水位756.5 m,防洪高水位759.78 m,设计洪水位760.80 m,校核洪水位762.63 m,死水位728.2 m。

磨滩电站位于张峰水库下游约115.3 km的沁河干流上,控制流域面积8 914 km,距离上游润城水文站41.6 km,距离下游五龙口水又站47.4 km。电站装机容量为6 000 kW,年发电量为2 946万kW•h,年利用小时为4 908 h。电站为坝后式径流电站,拦河坝最大坝高53.3 m。

2 径流变化

2.1 径流特性

沁河径流主要为大气降水补给,多年平均降水量是黄河流域平均值的1.3倍,河川水资源量相对丰富,但地区分布不均,润城至五龙口区间径流模数较大,是飞岭以上的2倍;径流量年际变化也较大,上游飞岭站年最大与最小之比高达20倍以上,下游由于基流加大和大量岩溶泉水出露水量渐趋稳定,至张峰站降至14倍,润城站降至11倍,五龙口站仅为6倍左右;径流年内分配不均,汛期水量占年来水量的60%,多年月平均流量以8月份最大,占全年的24%,1月、2月份最小,占全年径流量的6%左右。

2.2 天然年径流

沁河干流中下游共有5个水文站测站,分别是飞岭站、张峰站、润城站、五龙口站和武陟站,其中润城站设立于1954年,五龙口站设立于1953年,张峰站是水库专用站,仅有1974年-1979年、1987年至今资料。各站天然年径流均采用实测资料还原后求出,张峰站缺测年份年径流采用飞岭、张峰、润城三站还原后的天然月平均流量插补。

张峰、润城、五龙口站1956年-2000年天然年径流平均值见表1。

表1 沁河三站天然年径流平均值

Table 1 Average Annual Runoff in the three stations in Qinhe River 亿m3

五龙口

润城

张峰

实测耗水量天然实测耗水量天然实测耗水量天然

9.531.93511.477.380.142 7.52 4.72 0.075 4.79

2.3 张峰水库建设以后年径流变化

2.3.1 张峰水库设计入库年径流量

张峰水库坝址天然年径流多年平均为4.79亿m3。坝址以上总面积4 990 km2,包括沁源、安泽、沁水、古县、长子、浮山等县部分面积。该区域地表水主要考虑马房沟提水工程和上游沿河两岸农田灌溉用水。2020水平年共计规划用水6 430万m3。因此,张峰水库入库径流多年平均为4.15亿m3。

2.3.2 张峰水库出库年径流量

张峰水库的供水范围主要分两片,即泽州盆地和沁河沿岸。水库建成后,2020水平年多年平均供水量为20 544万m3,其中泽州盆地供水7 254万m3,沁河沿岸供水9 948万m3(其中水库供水6 726万m3,河道供水3 222万m3),人畜饮水1 035万m3,蔬菜和桑园灌溉供水2 306万m3。考虑蒸发渗漏损失2 744万m3后,水库出库水量24 944万m3,润城站多年平均年径流44 038万m3,比建库前7.38亿m3减少30.8%,具体见表2。

表2 张峰水库供需水量平衡

Table 2 Zhangfeng Reservoir water balance of supply and demand

万m3

水平年

来水量

张峰水库设计入库径流

张峰-润城区间设计径流小计

来水量

城市生活和工业

沁河沿岸

水库供水河道供水小计泽州盆地农村人畜蔬菜和桑园小计

蒸发渗漏损失

余 水 量

水库出库水量张润区间水量小计

平均41 498.425 81967 3183 2226 726.29 9487 2541 0352 30620 5442 744.724 94419 09344 037.6

50%33 97121 18855 1591 5398 46110 0007 3261 0423 61921 9873 157.617 28712 72730 014.4

75%19 17621 05640 2324 71452 86.510 0007 3461 0451 73320 1242 695.21 023.315 77016 792.8

95%6 5786 22812 8069 149851.210 0007 3261 042978.719 3471 947.405 376.85 376.8

3 对磨滩水电站装机影响分析

3.1 磨滩水电站入库径流分析

由于磨滩水电站工程在设计中,没有受张峰水库调节影响。因此,本文在充分考虑张峰水库调节作用后,确定磨滩水电站合理的发电流量。

张峰水库建成以后到2020水平年润城断面多年平均年径流由建库前的7.38亿m3,减少到4.40亿m3。而润城之五龙口区间除了现有的阳城电厂和河南省引沁济漭渠、广惠渠以及兴利渠取水外,目前还没有规划其他用水户,而河南省引沁济漭渠、广惠渠以及兴利渠取水口均位于规划电站下游,对电站没有影响。

润城下游由于有大量岩溶泉水出露,基流相对比较稳定,磨滩电站的径流系列采用面积比的方法计算,公式如下:

W磨 = W润 +(F磨-F润)/(F五-F润)×W润~五

张峰水库建成后的沁河下游径流系列见表3。

3.2 流量历时曲线

磨滩水电站的设计保证率为85%。选取的代表年份分别为:枯水年1974、1979年(P=85%),平水年1977、1985年(P=50%),丰水年1971年(P=15%)。将张峰水库建成后润城站和五龍口站日平均流量按以下公式推算至磨滩。

Q磨 = Q润 +(F磨-F润)/(F五-F润)×Q润~五

表3 张峰水库建成后沁河下游年径流成果

Table 3 Qinhe River runoff results in table after Zhangfeng reservoir construction

亿m3

年份润城润城-五龙口五龙口磨滩电站

平均4.403.948.357.68

15%6.825.6612.4811.52

50%3.003.646.646.02

85%1.152.443.593.18

对其全部日平均流量,分级排频,推求出磨滩水电站日平均保证流量为10.2 m3/s(P=85%),保证流量为8.5 m3/s。见表4。

表4 磨滩电站保证流量成果计算

Table 4 Motan hydropower flow results of computation to ensure

流量分级平均流量/(m3•s-1)权数累计权数频率(%)

〉200293.9550.9

100~200129.816214.0

50~10073.9375811.0

30~5038.64310119.1

20~3023.74814928.2

15~2016.94819737.2

10~151210129856.3

7~108.215845686.2

5~76.35751397.0

3~54.21252599.2

<31.75352899.8

3.3 保证出力计算

磨滩水电站正常蓄水位为溢流堰顶高程412.5 m,下游水位由水位-流量关系查出,最低尾水位为389.4 m,正常尾水位为390.0 m。

水能计算公式如下:

N=9.81ηQH

式中:N —出力(kW);η—效率系数,采用0.85;Q —发电流量(m3/s);H —发电水头(m)。

经计算,磨滩电站保证出力为1 196 kW(P=85%)。

3.4 装机容量

水电站装机容量的确定一般是经过经济技术比较后确定,但在北方地区,由于径流的年内变化比较大,通常按年利用小时数来控制装机容量,一般要求年利用小时数达到4 000 h左右。根据以上分析,考虑到张峰水库初期运行,并不是全部按规划用水量供水,还有一部水量可以用来发电,因此,经多方案比较,选择磨滩水电站装机5 000 kW,年发电量2 194.3万kW•h,年利用小时4 389 h。

参考文献:

[1] 山西省水利水电勘测设计研究院.山西省张峰水库初步设计[R].太原:山西省水利水电勘测设计研究院,2003.(Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute.Ministry of Water Resources,Preliminary Design of Zhangfeng Reservoir,Shanxi Province[R].Taiyuan:Shanxi Hydroelectric Investigation & Design Institute.Ministry of Water Resources,2003.(in Chinese))

[2] 晋城市水利设计院.阳城县磨滩水电站工程初步设计报告[R].晋城:晋城市水利设计院,2003.(Jincheng Design Institute of Water Resources.Motan Hydropower Preliminary Design Report,Yangcheng County[R].Jincheng:Jincheng Design Institute of Water Resources,2003.(in Chinese))

[3] 卜继勘.从湖南水电扩机增容析水电站装机容量选择[J].小水电,2003,(4):3-6.(BO Ji-kan.Hydropower Installed Capacity about Hunan Hydropower Capacity Enlargement[J].Small Hydropower,2003,(4):3-6.(in Chinese))

[4] 曹广晶,董前进.水电站装机容量选择的思考[J].水力发电学报,2010,(3).(CAO Guang-jing,DONG Qian-jin.Analysis about Installed Capacity of Hydropower[J].Journal of Hydroelectric Engineering,2010,(3).(in Chinese))

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水库坝型设计方案论文范文第2篇

【摘 要】水库大坝设计质量的高低，不仅直接影响到水库工程的安全运行和工程效益，而且关系到人民的生命安全及当地自然环境的和谐，为此，做好水库大坝的设计工作具有重要的意义。文章结合笔者的实际工作经验，主要就水库大坝设计中存在的问题进行了总结与分析，并对水库大坝设计过程中的相关要点进行了详细论述，以供类似的工程参考。

【关键词】水库大坝；设计；要点

水库的主要功能包括灌溉、防洪、发电、养鱼等，同时也可作为城市的引用水源地。大坝作为水库的主要建筑物，在设计过程中通常会受到外界较多因素的影响，如资金、技术、地理环境等，为此，设计人员在水库大坝设计时，要充分考虑到各个因素的影响及制约，总结设计中存在的问题，并及时采用合理的处理措施，以提高水库大坝的设计质量。

1 水库大坝设计中存在的问题分析

目前，我国在水库大坝设计中普遍存在设计标准偏低的问题，加上之前建设的中小型水库多为边勘察、边设计、边施工的“三边”工程，存在较多的病险问题，从而给工程埋下了一定的安全隐患。具体来说，在水库大坝设计过程中主要存在以下几方面的问题：

（1）防洪设计标准偏低。从我国水库大坝建设情况来看，中小型水库坝和一些低坝建设最多，这些大坝普遍存在防洪设计标准偏低，并且多属于“三边”工程，即边勘测、边设计、边施工，从而存在着许多的安全隐患，如果遇到超标准设计洪水，加上泄洪设施配备不足时，容易引起土石坝漫顶，情况严重的话可能导致溃坝事故。

（2）水库大坝普遍存在渗漏现象。近年来，由于设计前期地质勘查工作做得不够充分等客观原因，导致水库大坝经常出现管涌、流土、脱坡等渗漏问题，而最严重的莫过于渗漏破坏引起的溃坝、冲决等方面的险情，这些险情在水库失事中占较大比例，且危害严重。因此，需要做好大坝防渗设计工作。

（3）抗震设计标准偏低。过去，在水库大坝设计中，部份工程出现抗震设计标准偏低，安全系数不能满足现行标准及规范的要求。同时，由于我国处在地壳运动活跃地带，而一些水库正建在地震灾害频发的地区，一旦发生地震灾害，水库大坝地基中的砂土将会发生液化，从而给水库大坝带来较大危害，严重的话将出现沉陷、变形、开裂等问题，严重危胁水库下游人民的生命安全。

（4）结构稳定性差。我国大部分水库大坝设计中还存在着以下问题：混凝土设计强度偏低、输水隧洞衬砌结构强度不满足设计要求，以及坝基及涵管基础比较差等，因此易发生不均匀沉降，最终导致水库大坝结构失稳，无法满足水库的正常使用。

2 水库大坝设计中相关要点

一般来说，在进行水库大坝设计时，经常会受到一些外部条件和客观因素的制约，因此，需要科学、合理地分析水库大坝的每一个环节，结合现行的国家标准和相关规范要求，合理地进行水库设计，以提高水库大坝的工程效益，确保工程的安全运行。

（1）防洪设计。在水库大坝设计时，应结合现行规范要求以及实测水文资料，同时结合当地社会经济及自然条件选取合适的设计洪水标准，并做好水库汛期度汛方案及应急措施，杜绝洪水漫顶及溃坝事故的发生，确保水库能安全度汛。

（2）抗震设计。对于一些砂土填筑修建的水库大坝，如果在该区域内突然发生地震，很容易引起砂土液化问题，从而给水库造成严重的破坏。为此，需要对水库大坝进行抗震设计。在抗震设计中，我们可以采取以下几种方法：置换法、抛石压重法和人工加密法等。1）置换法主要是指挖除液化区内的砂土，并在液化区内填筑具有较好抗液化性能的石渣；2）抛石压重法主要是指在砂土表面进行加压，以达到提高砂土应力的目的；3）人工加密法是采取振冲、强夯等措施，以提高砂土的密实度。除此之外，在抗震设计中土石坝还可采取以下措施：1）坝轴线采用直线或微向上游弯曲，避免转折；2）尽量选择抗震性能和抗渗稳定性较好且级配良好的土石材料筑坝；3）位于设计烈度为8度、9度地震区的土石坝，应适当加宽坝顶，并放缓上部坝坡。

（3）防渗设计。水库大坝的防渗设计主要分为两种方式，即水平防渗和垂直防渗。在防渗设计过程中，需要遵从上截下排的原则，即在上游迎水面阻截渗水；下游背水面设排水和导渗，使渗水及时排出。

上游截渗法主要包括：粘土斜墙法、防渗墙法、截水墙（槽）法、灌浆法、等。而这些处理措施中又以灌浆法应用最多，尤其在土石坝设计及水库除险加固中最为常见。土石坝坝体灌浆主要分为充填式灌浆及劈裂式灌浆。此方式一般适用于坝高在50m以下的均质土坝和宽心墙坝，因此具有一定的局限性；而坝基灌浆主要是根据坝基地质条件的不同，选用不同的灌浆方式。当坝基为岩石，且存在裂缝时，应采用固结灌浆处理；当坝基为岩石或砂砾石地基时若存在渗漏通道，应采用帷幕灌浆；当坝基为淤泥质土、粉质粘土地层以及粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑体时采用高喷灌浆处理；根据喷射方法的不同，又分为旋喷、摆喷和定喷。

下游排水导渗法主要包括：导渗沟法、贴破排水法、排渗沟法。

另外，在坝体防渗设计中，还可通过在坝体迎水面上游设置复合土工膜来满足防渗的目的。这种防渗措施适合所有的坝体渗漏病害，适用范围较广，但在设计中要注意避免出现渗漏通道。

（4）结构设计。在进行水库大坝结构设计时，最基本的要求就是确保结构的安全性、稳定性。因此，在设计时需要广泛收集和整理结构方面的相关资料，以确保工程设计的质量水平，提高水库大坝结构的安全性、稳定性，同时要避免“三边”工程的出现。首先，确定坝顶高程和宽度，并设置坝顶排水设施。其次，确定坝坡坡度。一要结合实际情况对水库大坝坡度进行确定；二要结合坝体的荷载来计算坝坡的稳定性，确保满足相关规范的要求。再次，对水库大坝护坡，需采用安全可靠的护砌材料，防止库水因风浪淘刷坝坡，影响坝坡安全与稳定。

同时，在大坝结构设计中，存在着坝基及涵管基础较差，压实度与承载力不满足规范等问题而引起的不均匀沉降现象。不均匀沉降导致坝体出现裂缝、坝顶路面开裂，涵管破裂损坏等，因此我们在设计时必须对坝基及涵管基础做好相应的处理措施。

3 結论

设计工作作为水库建设中的重要一环，重要性不言而喻。近年来，随着国家对农田水利基础设施投入的不断加大，水库建设数量和规模也呈阶梯式增长，设计工作在水库建设中的重要性愈加凸显，设计工作的好坏直接关系到水库后期施工建设能否顺利运行，最终直接影响到水库工程效益的发挥。

作为水利设计人员，在进行水库设计时，必须对其核心部分即大坝进行详细勘察，务求做到精心设计。对坝址及坝型必须进行多种方案比选，同时结合当地

的社会经济及自然条件，并根据水库的主要用途，综合各种外界因素确定大坝的防洪设计标准。设计中，必须以国家标准和相关规范的要求为前提，严格做好大坝的防渗、抗震及结构稳定性方面的相关工作。对于设计中的每一个节点，必须进行校审及总工负责制，严把项目质量关，勇于创新，力争精品。

本文主要阐述了水库大坝的设计问题及要点。从中可以看出，大坝设计是一项非常复杂的工作，牵涉内容广，涉及外界因素多，失事后后果严重。因此，要做好大坝设计，必须综合考虑各方面因素，严格按照相关流程及规范要求来实施，确保大坝建成后能安全运行，并将水库对自然环境的影响减到最小。

参考文献

[1] 邓芳.水库大坝除险加固设计要点[J].科技与生活，2012（14）.

[2] 雷臻.水库大坝防渗设计分析[J].黑龙江水利科技，2012（11）.

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