沙河抽水蓄能电站上水库设计任务书.doc

沙河抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝毕业设计任务书

1 工程概况
沙河抽水蓄能电站位于溧阳市区18公里的沙河水库东岸，以沙河水系为下水库，运用山沟荒地为上水库。本抽水蓄能电站下水库为已运营30数年的沙河水库，正常蓄水位19米以下库容为5970万m3。拟建的上水库最大坝高43米，在正常蓄水位136米时,总库容位58.55万m3。
沙河抽水蓄能电站在系统中的重要作用为调峰填谷，缓和系统高峰时供电局限性，低谷时供电又有富裕的矛盾，改善电厂运营条件，节省燃料消耗。除调峰填谷时取得静态效益外，根据机组特性，电网需要时还可担任调频、调相，和运用10%的备用库容，担任紧急事故备用，为电网取得动态效益。
根据现行《水利水电枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）》以及《防洪标准》GB50201-94条款6.1及6.2之规定,本工程属三等工程,工程规模属中型;其重要建筑物如上水库的主副坝、输水系统、电站厂房及高压出线系统等为三级建筑物，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。上水库主、副坝防洪标准为百年一遇设计、两百年一遇校核；厂房防洪标准根据下水库（沙河水库）资料按百年一遇设计，两百年一遇校核。

2.设计基本资料（见附录）

3.设计任务和基本规定

3.1 设计任务
(1) 下水库调洪演算：
重要设计任务: 根据下水库概况以及径流特性，进行下水库调洪演算，得出下水库设计洪水位和校核洪水位；根据上水库自然条件以及库盆开挖工程特性，通过开挖平衡计算，使库盆设计的开挖量和填筑量基本平衡。
(2) 工程总体布置：
重要设计任务: 具体做出上水库挡水建筑物的设计，涉及主坝和副坝的坝型坝址选择和断面设计以及一些细部构造，如防浪墙、面板、趾板、分缝止水等的设计，并说明地基解决及防渗措施。
(3) 其他重要建筑物设计：
重要设计任务:输水系统布置、尾水渠设计、厂房设计。
3.2 基本规定
(1)设计者必须发挥独立思考能力，发明性地完毕设计任务，在设计中应遵循设计规范，尽量运用国内外先进技术与经验；
（2）设计者对待设计计算、绘图等工作应具有严厉认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达成较高的水平；
（3）设计者必须充足重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在规定期间内圆满完毕规定的设计内容，成果涉及：设计说明书一份（按规范格式）A1图纸4-5份（文本版+光盘）。

4.设计成果

设计成果涉及：设计说明计算书（可合并或分开编写）、设计图纸。
4.1 设计说明计算书编写原则
（1）按章节叙述，先拟好提纲再编写，要体现出清楚的设计思绪；
（2）涉及基本资料和基本数据；
（3）说明设计标准、设计情况及设计依据；
（4）阐述设计思想、原则及方法（涉及所采用的基本理论和公式说明，采用条件及因素，所考虑问题的挺像因素）
（5）对具体设计要说明设计的前提、设计原理、方法、重要环节、重要过程及阶段性成果、最后成果，成果尽量以表格的形式给出；
（6）对成果的分析及结论：对成果的分析一定要有分析和判断，给以评价，分析存在问题的因素和改善措施；
（7）规定简明扼要，思绪清楚，用语简练。
4.2 设计图纸
（1）枢纽布置图1张
（2）调洪演算图1张
（3）厂房布置图1张
（4）细部构造图1张
（5）趾板图1张

规定图面布置合理，设计对的，整洁清楚，图的比例、线条、标注、尺寸、符号和说明等均按工程制图标准。
5.时间按排
按教学大纲规定，设计时间一般为15周，13周为学生自己完毕任务的时间，1周参观实习，1周为集体分组个人答辩时间，由答辩委员会根据设计成果和答辩情况给定每位学生的成绩为优秀、良好、中档、及格和不及格五种。
表1 时间分派计划表
项目
工作阶段内容
周数
1
参观实习
1
2
熟悉、分析资料
1.5
3
工程枢纽布置
2
4
调洪演算计算
2
5
其他输水系统设计
2
6
库盆计算
1
7
细部构造布置计算
2
8
设计文献成果整理
2.5
9
毕业答辩
1
10
总计
15

说明：4~5张大图绘图时间控制在15天，其余时间为分析计算（涉及看资料）、编写计算书、设计说明书，准备个人答辩内容和提纲。目前为每周双休日，假如同学们要圆满完毕任务，在校多学些专业技术知识，只有保证足够的时间，才是完毕任务的前提，希望每位同学天天学习时间在10小时以上，不早退、不旷到，当遵守纪律的模范，在历时四年大学学习中作最后的冲刺。
附录：沙河抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝毕业设计基本资料

1工程概况
沙河抽水蓄能电站位于溧阳市区18公里的沙河水库东岸，以沙河水系为下水库，运用山沟荒地为上水库。本抽水蓄能电站下水库为已运营30数年的沙河水库，正常蓄水位19米以下库容为5970万m3。拟建的上水库最大坝高43米，在正常蓄水位136米时,总库容位58.55万m3。
沙河抽水蓄能电站在系统中的重要作用为调峰填谷，缓和系统高峰时供电局限性，低谷时供电又有富裕的矛盾，改善电厂运营条件，节省燃料消耗。除调峰填谷时取得静态效益外，根据机组特性，电网需要时还可担任调频、调相，和运用10%的备用库容，担任紧急事故备用，为电网取得动态效益。
根据现行《水利水电枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）》以及《防洪标准》GB50201-94条款6.1及6.2之规定,本工程属三等工程,工程规模属中型;其重要建筑物如上水库的主副坝、输水系统、电站厂房及高压出线系统等为三级建筑物，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。上水库主、副坝防洪标准为百年一遇设计、两百年一遇校核；厂房防洪标准根据下水库（沙河水库）资料按百年一遇设计，两百年一遇校核。

2水文分析
(1) 下水库水文特性值
根据沙河水库专用水文站34年实测资料的分析计算，该水库有关水文特性值如表2-1所列。
表1 下水库水文特性表
序号
名 称
单 位
数 量
备 注
1
坝址以上流域面积
Km2
148.5

2
数年平均年降水量
mm
1176.5

3
数年平均年径流量
104m3
8096.9

4
设计洪水标准（P）
%
0.2
(原设计标准)
5
设计洪峰流量
m3/s
1133

6
设计洪量（三天）
104m3
6545

7
校核洪水标准（P）
%
0.05
(原设计标准)
8
校核洪峰流量
m3/s
1349

9
校核洪量（三天）
104m3
7906

(2)洪水：
多发生在七月下旬至八月上旬，有峰高量大，涨落迅速的特点，据调查近一百年来有六次大水，其中1883年最大由痕估算洪峰流量约为24400﹀27400米³/秒，实测的45年资料中最大洪峰流量发生在1962年为18800米³/秒，洪峰历时三天左右，由频率分析法求得。
表2 洪水流量指标
项目
千年一遇
洪水流量
万年一遇
洪水流量
千年一遇
三天流量
万年一遇
三天流量
指标
40400/米³秒
59200米³/秒
26.1亿立米
45.4亿立米

表3 几个重现期所相应的洪峰流量值
重现期（年）
10
20
50
100
洪峰流量（米³/秒）
7520
11700
17800
22800
三日洪量（亿）米³
8.06
11.4
16.0
19.7

表4枯水期洪水过程线
时段：9月1日至次年6月30日，频率：5％
日期
（月日时 ）
流量
（米³/秒）
日期
（月 日 时 ）
流量
（米³/秒）
日期
（月 日 时 ）
流量
（米³/秒）
6.16.2
65
6.17.2
490
6.18.2
440
4
72
4
880
4
460
6
72
6
1010
6
420
8
79
8
772
8
400
10
79
10
730
10
390
12
86
12
690
12
380
14
123
14
660
14
360
16
123
16
610
16
350
18
130
18
560
18
330
20
137
20
520
20
310
22
188
22
490
22
300
24
231
24
450
24
280

重
现
期
日
期
表5 设计洪水过程线表 流量 米³/秒

10

20

50

100
7.25.2
87
120
195
221
5
110
180
300
340
8
254
378
576
653
11
604
1170
1290
1460
14
1504
1830
1900
2290
17
1860
2630
3750
4510
20
3790
5370
7650
9200
23
5210
7350
10450
12600
7.26.2
6000
8150
11600
14000
5
6800
8830
12600
19600
8
7230
11400
16200
15200
11
7520
11700
17800
22800
14
7340
10400
14800
17800
17
5430
7700
11000
13200
20
3780
5350
7620
9160
23
2860
4040
5760
6940
7.27.2
2100
2960
4220
5080
5
1670
2360
3360
4050
8
1440
2080
2910
3500
11
1300
1840
2620
3150
14
1270
1700
2350
2830
17
1250
1680
2200
2600
20
1100
1600
2050
2500
23
1050
1580
1830
2100
7.28.2
1000
1450
1700
2050
5
950
1350
1600
1880
8
900
1150
1550
1850
11
870
1100
1500
1800
14
850
1045
1450
1700
17
820
1000
1400
1670

表6施工洪水频率分析成果表 流量 米³/秒

十月
十一月
十二月
一月

上
中
下
上
中
下
上
中
下
上
中
下
Q
97
76
72
60
52
43
32
27
22
10
18
18
重现期
50
410
251
199
253
110
104
976
825
561
551
522
476
20
288
191
158
178
955
846
755
637
455
432
41
396
10
203
146
127
125
806
714
595
502
376
342
328
319

二月
10.1～5.31
10.1～6.15
10.16～6.15
9.1～6.30

上
中
下
Q
18
22
24
146
180
165
356
重现期

369
607
612
670
1070
981
1400

315
484
492
457
645
502
1010

272
389
41
311
382
350
726

表7 坝址水位.流量关系曲线表

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
137

3
7
12
19
28
41
60
88
138
120
155
2195
243
293
348
404
460
518
575
139
630
700
760
830
890
960
1030
1100
1160
1230
140
1300
1370
1440
1510
1580
1650
1730
1800
1880
1950
141
2030
2110
2190
2280
2360
2440
2530
2620
2700
2790
142
2880
2940
3100
3200
3310
3420
3540
3660
3780
3900
143
4020
4140
4260
4390
4510
4630
4760
4890
5010
5140
144
5290
5430
5590
5750
5910
6070
6240
6400
6570
6750
145
6900
7100
7300
7500
7700
7900
8100
8300
8500
8700
146
8900
9120
9340
9560
9780
10000
10200
10400
10700
10900
147
11100
11400
11600
11900
12100
12400
12800
13000
13300
13500
148
13700
14000
14300
14600
14900
15200
15560
15800
16200
16500
149
16800
17100
17500
17800
18200
18500
18800
19200
19500
19900
150
20230
20600
20900
23100
21600
22023
22400
22800
23100
23500
151
152
153
154
155
156
米

23900
27700
31500
35400
39400
43500
米³/秒

(3)泥沙：
根据沙河水库管理处1996年7月经重新核算后的沙河泥沙资料：数年平均输沙量2.315万t，数年平均含沙量为0.286kg/m3。
本抽水蓄能电站下库为沙河水库，总库容1.09亿m3,电站下游出（进）水口，在河流入库下游约5km处，根据水库工程运营实践和具体分析，泥沙对电站运营无影响。
3 气象条件
库区年平均气温为10℃左右，一月份最低月平均气温为零下6.8℃，绝对最低气温达零下21.7℃，（1969），7月份最高月平均气温25℃，绝对最高达39℃，（1955年），数年月平均气温及水温见下表。
表8 数年平均气温及水温表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
气温
-6.8
-3.4
3.55
12.11
19.14
22.86
25.11
24.0
16.7
10.2
2.85
-4.4
水温

10.4
17.1
21.4
24.5
23.6
18.5
11.6
3.4

本流域无霜期较短（90﹀180天），冰冻期长（120～200天），德山站附近河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，封冻期约为70～100天，冻厚0.4～0.6米，岸边可达1米，流域内冬季盛行偏北风，风速可达七.八级，有时更大些，春秋两季风向变化较大，夏季常为东南风，数年平均最大风速为21.5米/秒，吹程D=3公里。
流域内数年平均降雨量约400～700毫米，七.八月雨量较大，约占全年的60％左右，数年月平均降水天数及降水量见表1.8。

表9 数年平均月降水天数及水量表
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

降雨天数

月平均

1.7

2.5

3.6

4.6

6.7

11

15.5

12.6

7.1

4.3

2.6

1.1
最多天数

5

9

0

8

11

17

21

20

14

11

5

4
最少天数

0

0

0

1

1

1

4

5

1

0

0

0

降雨量

毫米
月平均
1.4
5.6
8.2
25.7
39
89
277
215
68.8
30.1
9.2
2.0
最大
4.8
33.5
22.4
74.2
91
217
548
462
182
76.1
184
11.4

最小

0

0

0

0.9

12

20

101

94

1.7

0

0

0

4 工程地质
(1)库区地质：
德山水库库区属中高山区，河谷大部分为峡谷地形，只有西城至北台子一带较为宽阔沿两岸阶地狭窄，断续出现且不对称，区域内无严重的坍岸及渗漏问题。
(2)坝址地质：
1）地貌：坝位于杨查子村南300米处，为低山丘陵地区，两岸相对高差不大，河谷开阔，宽约600米，上下游两公里范围内，河道顺直，主河槽低于右岸，河床高程137米左右，枯水期河床宽约100米，由于受河流侧向侵蚀两岸的地形不对称，右岸坡度较陡，约60度左右，左岸较缓，约20度，河床除漫滩外，左岸尚有三级阶地发育，一，二阶地高程自140～160米。三阶地与缓坡相接直达山顶，覆盖层厚度为7～12米的砂砾卵石冲积层。
2）岩性：
坝区重要岩性为太古界拉马沟片麻岩，另一方面为第四纪松散堆积物，以及不同时期的侵入岩脉，坝区内范围片麻岩依其岩性变化情况可分为六大层，其中第一.四.六层岩性较好，但第一.六层因受地形限制，建坝工程量大，第四层为角闪斜长片麻岩，具粗中粒至中间细粒纤状花岗岩变晶结构，重要矿物为斜长石，石英，角闪石，本层岩体呈厚层块状，质地均一，岩性坚硬，抗风化能力强，工程地质条件好，总厚为185米左右。
(3)构造：
坝址处虽然断层，裂隙较多，但大部分规模较小，对工程影响不大，其中F2.F5.F11.F26.F27.F28。断层对坝体有一定影响，以上各断层的特性由下表1.9所示，所在部位参见构造分析图。

表10各断层的特性
编号
走向
倾向角
宽度（米）
性质
对建筑物的影响

F2

北东85℃～
西北275℃
南70℃～
80℃
2.5～12.5

压扭
长约200米一段靠近上游坝踵，对岩基力学强度及坝基完整均一性有影响。

F5
北东20℃
南东80℃
1～3.0

张扭
位于溢流坝段自上游向下游斜贯2～3个坝段减少岩层力学强度，影响完整性和均一性。
F11
北东10℃
南东75℃
1.5～2.5

张扭
两断层相距近而交汇，位于溢流坝处斜贯两个坝段且交汇带靠近下游侧又与
F12（压扭性）相交，对地基力学强度影响较大。
F26
北东16℃
南东75℃
0.3～1.2
张扭
F27
北西320℃
北东80℃
0.3～0.6
张扭
两断层相距较近，之间有一号岩脉并与坝体成53°夹角相交
斜穿5～6个坝段对坝体有影响地段达120米。
F28
北西320℃
北东80℃
1.3
张扭

水文地质：坝基的透水性总的看来不大，但不均一，重要决定断裂发育限度和性质，在平面上，一阶地基岩透水性大于其它地貌单元，从垂向上看河谷内单位吸水量小于0.01公斤/分的顶板在83～105之间透水层厚度为40～50米，若除开挖部分厚度将更薄一些，两岸透水层厚度应以天然地下水位为下限，一般要大于50米，具体见地质剖面图。
岩石物理力学性质：岩石容重约为2.68～2.70吨/立米，饱和抗压强度，弱风化和微风化岩石均在650公斤/立方厘米以上，有的可达1100公斤/立方厘米，混凝土与岩石摩擦系数微风化及弱风化下部。可取f=1.10，c=7.5公斤/立方厘米。
地震：库区附近历史地震活动较为频繁，近年来微震，弱震仍继续发生，其中1963年和1976年两次发生6度左右地震，1977年6月国家地震局地质大队对本区域地质问题作了鉴定为；水库的基本烈度为7度，考虑到枢纽的重要性和水库激发地震的也许性，拦河坝段设防烈度采用8度。
5 本地建筑材料
坝址附近重要砂石料场有七个，储量足以筑坝，各料场的物理性质，实验指标，基本满足技术规定，可作大坝混凝土骨料使用，且无大量的粘性土及砂壤土料，但有足够的粘质壤土，可供围堰防渗材料使用。
6 交通条件
对外交通在右岸，公路、铁路均距坝址较近，稍加修改或扩建即可直通坝址，坝顶无重要交通规定。
7 水库水位与库容关系曲线及淤积年限表

表11 淤积年限表

水库水位
（米）
天然库容
亿立方米
三角洲法
万氏法
淤积年限
十年
二十年
五十年
五十年
136.0
0
0
0
0
0
150.0
0.31
0.21
0.10
0
0
160.0
1.03
0.87
0.65
0.19
0
170.0
2.36
2.13
1.86
1.03
0
180.0
4.46
4.16
3.85
2.71
0.04
190.0
7.40
7.01
6.53
4.00
1.23
200.0
11.25
10.63
9.88
7.76
4.32
210.0
16.09
15.06
14.01
11.07
8.94
220.0
22.00
20.50
19.20
15.40
14.83
230.0
29.19
27.65
26.28
22.10
22.02
坝前淤高
高程（米）
141.2
144.0
152.8
177.5

表12 德山水库水位～库容关系表
水位
（米）
库容
（亿立米）
水位
（米）
库容
（亿立米）
水位
（米）
库容
（亿立米）
136.0
0
164.0
1.50
192.0
8.10
139.0
0.01
166.0
1.78
194.0
8.90
141.0
0.03
168.0
2.10
195.0
9.20
143.0
0.07
170.0
2.36
200.0
11.25
145.0
0.12
172.0
2.75
210.0
16.09
147.0
0.19
174.0
3.20
220.0
22.00
148.0
0.22
176.0
3.60

150.0
0.31
178.0
4.00

152.0
0.42
180.0
4.46

154.0
0.55
182.0
5.00

156.0
0.70
184.0
5.65

158.0
0.85
186.0
6.20

160.0
1.03
188.0
6.90

162.0
1.20
190.0
7.40

8 效益
水库建成与下游大黑汀、邱庄、陡河等水库联合运用，承担数年调节作用，在保证率P=75％时，可调节水量20.05亿立米，计划年补给工业城市生活用水7亿立米，并可灌溉农田一百余万亩，达成遇旱有水，电站装机3台，总容量13万千瓦，平均年发电量3.45亿度。
9 淹没损失
库区淹没范围涉及河北省承德、唐山两地区的四个县（兴隆、宽城、承德和迁西），十一个公社四十一个大队，迁移人口20700人，淹没土地33400亩，房屋19100间，公路25公里。
注：移民迁建标准：经领导审查决定清河唐（距坝线约40公里）以下库区段按正常高水位加风浪浸没安全超高2米定淹没线，清河唐以上按计入淤积后以1962年洪水（相称于50年一遇）的回水线作移民线，以五年一遇洪水的回水线作为土地征用线。
本工程由水电部某工程局施工，机械化限度较高，施工作业天数根据本地区气温及降雨等自然条件记录如表1.12

表13 全年有效施工天数记录
季
月
项
目

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

合
计
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
混凝土浇筑
8
11
19
27
27
24
20
21
25
26
28
15
251
土料填筑
0
0
13
25
24
20
13
17
23
25
27
10
197
其它工程
20
22
24
27
27
24
20
21
25
26
28
25
289

10工期
按上级规定，工程总工期为8年。
11其它
施工期下游无供水规定，无须考虑通航、过木问题。
工程附表（见上表1.13）