平远县某电站初步设计报告.doc

第一章 综合说明 xx电站工程初设是根据xx县水务局平水字200610号文“关于xx镇xx电站可行研究报告审查意见”及xx局平发改20068号文“关于兴建xx镇xx电站工程的核准通知”要求而进行的。在工程勘测期间得到了热拓镇政府及xx村委的大力支持。 热拓xx电站位于平远县热拓镇xx村xx河边，是一宗引水式径流电站，引水陂以上集雨面积48平方公里(包括上游锅笃水库4KM)，河长25.45公里，平均河床比降0.0161，流域内属低山高山区，海拔高程从121950米。流域内地表植被良好，山林茂盛，水土流失小，非暴雨期水质较清，含砂量较少。电站至热拓圩镇约3公里，距平远县城约16公里。从热拓圩镇至xx村委现可通农用车，从村委至电站约1公里只有人行道。电站引水陂位于站址以上2公里的龙湖庵附近,陂址处河槽宽16米，右岸为露头的石英砂岩，石质较坚硬，左岸地表复盖层较厚，陂址河床高程为121.4米，在正常引水时不淹没上游上山村水口土地为原则，需建11.1米高水陂。 xx电站水头24米，发电流量2.52m3/s，计划安装二台水轮发电机组(320kw+125kw)，总装机445，多年平均发电量125.824万kw.h，装机年利用小时为2772 小时。电站工程属五等五级建筑物，洪水标准按二十年一遇设计，土地淹没标准按五年一遇洪水。根据平远水文资料，用推理公式计得引水陂处二十年一遇洪水流量为176.5 m3/s，求水陂处相应溢流水深2.54米，相应洪水位为133.54米。当产生五年一遇洪水时，洪水流量为106.2m3/s，陂顶溢流水深1.8米，按陂顶高程131米，相应洪水位为132.8米，推算至上游1.6公里上山村水口陂处洪水位为134.76米，洪泛面积约5.5亩，无人屋及道路设施。因此水陂正常蓄水时不淹没任何耕地、房屋。工程主要建筑物有：11.1米高浆砌石陂一座，陂顶长43.6米，陂底宽16米，引水遂洞2条，共长640米，洞净宽1.65米、高1.9米；引水明渠420米，断面尺寸：底宽1.75米、高1.87米，过水流量2.52 m3/s；电站压力池一座；压力钢管一条，直径1.2米，电站一座，厂房面积102平方米，10KV输电线0.5公里。经估算电站工程主要量有：挖土方6300m3，挖石方12383.4 m3，浆砌石4642 m3，砼1204.4 m3，需水泥979.6吨，钢材40.3吨，总工程费255.86万元。电站工程于2006年9月1日开工，2007年4月30日完工，总工期8个月。本工程对外交通条件一般，从热拓圩至山下村委约2公里，村道需适当整修，另需新开辟1公里的简易公路至电站，以便运输机电设备及器材。从电站至水陂段把约2公里的人行路扩宽，达到通行手扶拖拉机标准，以便运输水泥、砂等材料进引水陂址及各隧洞进出口。电站工程主要运输工具为农用车及手扶拖拉机。水陂及隧洞工地离现有电源距约2公里，需架设临时供电线路,解决施工用电。工程用石料可由施工现场附近石场运取，石质坚硬。工程用水泥、钢材及其它器材等由平远县城采购运输。工程用木材可由当地解决，工程用水可抽取河中水解决，水质较好。工程用砂计划大部分从热柘圩河中取运,小部分由梅江河取运。本电站为扶贫电站，由威华集团有限公司负责兴建及电站正常管理工作，计划运行人员5人，按平均售电价0.43元/kw.h计，多年平均发电量125.824万kw.h计，售电量119.533万kw.h，则年收入51.4万元，扣除成本外，仍可盈利约30万元（不含贷款利息），全部用于扶持热柘镇公益事业。由经济分析可知，国民经济效益比为1.1，内部回收率12.02%，投资回收年限为7.6年。从财务分析可知，电站财务效益费比为1.044，财务内部回收率10.82%，财务投资回收年限为8.45年。从经济分析可知，该电站工程社会效益及经济效益明显，其技术方案是可行的工程特性表（表一）项目特性项目特性水陂集雨面积44平方公里引水陂全高11.1米河流长度25.45公里引水陂顶长43.6米河床比降0.0161溢流段净宽20.7多年平均降雨量1548毫米（44年资料）引水陂型式浆砌石重力坝多年平均径流深774毫米进水闸尺寸1.81.6米多年平均流量1.08m3/s冲砂闸尺寸1.21.2米设计洪水标准二十年一遇隧洞2条共640米淹没赔偿标准五年一遇洪水引水明渠长420米设计洪水流量176.5 m3/s陂前库容约8万m3五年一遇洪水106.2m3/s厂房面积105 m2引水流量2.52m3/s压力管直径1.2m设计水头24米挖土方6300 m3装机容量320KW+125KW石方开挖1.2383万m3多年平均发电量125.824万kw.h浆砌石4642m3多年平均利用小时2772砼12044 m3水轮机型号HL240-WJ-60HL260-WJ-35总投资245.86万元发电机型号SFW320-10/990SFW125-6/590施工期8个月发电机转速600转/分1000转/分国民经济效益费比1.1变压器容量630KVA国民经济回收率12.02%10KV线路0.5公里还贷年限4.6年（贷85万元）厂房尺寸7.4米(宽)13.8米(长)每kw投资5772元 第二章 气候、工程地质及水文第一节 气候平远县地处山区，气候温和，多年平均气温18，无霜350天，有利于电站工程冬季施工，但平远同时受北部西伯利亚寒潮及南部海洋热带季风影响，故上半年降雨多为锋面雨，下半年降雨为台风雨，且降雨年内分配不均，汛期5、6、7月份降雨可占全年降雨的72%，枯水期为10月次年3月份雨量少，因此带来发电量年内分布与降雨变化紧密相连。依平远气候站从19612004年共44年实测降雨资料频率计算，工程地点多年平均降雨为1548毫米，多年平均径流深为774毫米，枯水流量模数为0.007m3/km2。第二节 工程地质工程地段属石英砂岩分布区，陂址处河床宽15米，山体较陡，均为岩石露头，石质坚硬，但表层裂隙较多。陂址左岸地形较缓地表复盖层约1.5米，以下为砂岩，陂址处无断层及其它水文地质现象，河床砂卵石复盖层约0.5米左右，故该坝址地质条件良好。电站站址位于河岸坚实山岗土上，河床为岩石。引水隧洞进出口山势较陡，均为砂岩，石质坚硬，岩层走向与洞轴线交角较大，岩性较稳定。引水渠线基础均为岩石，地表复盖层薄，约0.51米。第三节 洪水计算成果依“广东省暴雨径流查算图表”（2003年编），查得工程地点1小时、6小时、24小时及三天点雨量值H1、H6、H24及H72，查得相应时段的雨量变差系数CV1、CV6、CV24及CV72，和相应点面折减系数，用省推理公式洪水计算程序“TL-1A”上机计算，得出电站及引水陂各频率洪峰流量，考虑上游兴建锅笃水库对洪流量的削减调节后，得二十年一遇洪水流量Q=176.5m3/s，五年一遇洪水流量为106.2 m3/s。（详见洪水计算书）第三章 工程规划设计及水能计算第一节 工程规划一、规划标准按水利水电工程等级标准，本工程属五等工程，永久性主要水工建筑物属五级，次要建筑物为五级。洪水设计标准采用二十年一遇暴雨洪水，引水陂以上土地淹没采用五年一遇洪水标准，消能防冲建筑物采用十年一遇洪水标准，施工导流采用三年一遇洪水标准。浆砌石引水陂非溢流段陂顶超高采用0.3米，厂房地面超高采用0.3米。在基本荷载作用下重力坝抗剪断滑动安全糸数K2大于3，抗剪滑动安全糸数K1大于1.05。在非常荷载作用下K2大于2.3，K1大于1。二、工程规划本电站是山区引水式电站，依xx电站站址以上1万分之一地形图及工程水文地质条件，引水陂址选在xx村与上山村交界的龙湖庵附近河中，该处河床高程为121.4米，按陂前正常蓄水位不淹没上游上山村水口土地及民房为原则，拟建引水陂堰顶高程为131米(溢流段)，溢流段河床以上陂高9.6米。因陂址处二岸均为岩石，基础较好，宜建浆砌石重力式挡水陂；由于电站址至引水陂段3公里河道弯曲，两岸均为石山，复盖层很薄，且已有多处岩石露头，为缩短引水渠长度，减少输水沿程损失及降低工程造价，整条输水线路采用隧洞加明渠方案的优化设计，隧洞长640米，明渠长约420米，引水渠全长约1.06公里。依水能计算及水轮机过流情况，同时考虑引水线路损失6%后，发电引水流量定为2.52 m3/s。电站布置在xx村田心以上约0.5公里处xx河右岸，该处河床高程105.35米，站址厂坪高程为107.6米。以水头及水能计算成果拟安装两台混流式水轮发电机。为使工程顺利进行，还需开通xx村村委至电站约1公里的简易公路，以便运送水轮发电机组。另需开通电站至引水陂沿河机耕路2公里，以便引水陂及隧洞、渠道施工输送材料。第二节 水能计算及机组选型因工程地点及附近无实测流量资料，故水能计算只能利用平远县城1961后2004年连续44年降雨资料进行推求，求出相应设计频率的年径流及径流年内分配，分别求出丰水年（P=20%）、平水年（P=50%）及枯水年（P=80%）水能后，推求多年平均发电量，确定装机容量及年利用小时数。一、降雨频率计算现将平远县县城雨量站1961年2004年连续44年降雨资料排频计算如下表：水文频率计算 A-3 * 站名: 平远站 一. 基 本 数 据实测系列项数 n= 44 序 年份 值 序 年份 值 1 1961 2291.00 23 1983 2684.90 2 1962 1357.50 24 1984 1547.30 3 1963 1052.80 25 1985 1615.30 4 1964 1383.90 26 1986 1564.30 5 1965 1418.50 27 1987 1433.80 6 1966 1410.40 28 1988 1684.50 7 1967 1334.60 29 1989 1437.00 8 1968 1747.10 30 1990 2075.90 9 1969 1400.10 31 1991 927.50 10 1970 1644.40 32 1992 1821.20 11 1971 1205.30 33 1993 1877.70 12 1972 1575.70 34 1994 805.60 13 1973 2104.50 35 1995 1606.40 14 1974 1547.80 36 1996 1399.40 15 1975 2197.20 37 1997 2293.00 16 1976 743.40 38 1998 1817.30 17 1977 1488.80 39 1999 1282.20 18 1978 1769.40 40 2000 1927.60 19 1979 1303.80 41 2001 1684.70 20 1980 1642.30 42 2002 1208.20 21 1981 1715.00 43 2003 143.40 22 1982 1577.50 44 2004 1320.30 二. 计 算 结 果 经 验 频 率 序 年份 值 频率(%) 序 年份 值 频率(%) 1 1983 2684.90 2.22 23 1974 1547.80 51.10 2 1997 2293.00 4.44 24 1984 1547.30 53.30 3 1961 2291.00 6.67 25 1977 1488.80 55.60 4 1975 2197.20 8.89 26 1989 1437.00 57.80 5 1973 2104.50 11.10 27 1987 1433.80 60.00 6 1990 2075.90 13.30 28 1965 1418.50 62.20 7 2000 1927.60 15.60 29 1966 1410.40 64.40 8 1993 1877.70 17.80 30 1969 1400.10 66.70 9 1992 1821.20 20.00 31 1996 1399.40 68.90 10 1998 1817.30 22.20 32 1964 1383.90 71.10 11 1978 1769.40 24.40 33 1962 1357.50 73.30 12 1968 1747.10 26.70 34 1967 1334.60 75.60 13 1981 1715.00 28.90 35 2004 1320.30 77.80 14 2001 1684.70 31.10 36 1979 1303.80 80.00 15 1988 1684.50 33.30 37 1999 1282.20 82.20 16 1970 1644.40 35.60 38 2002 1208.20 84.40 17 1980 1642.30 37.80 39 1971 1205.30 86.70 18 1985 1615.30 40.00 40 1963 1052.80 88.90 19 1995 1606.40 42.20 41 1991 927.50 91.10 20 1982 1577.50 44.40 42 1994 805.60 93.30 21 1972 1575.70 46.70 43 1976 743.40 95.60 22 1986 1564.30 48.90 44 2003 143.40 97.80 统 计 参 数 值均值 Qa= 1547.00 CV= 0.286 CS=-0.323 R=-1.1 参 数 优 选 值 CV= 0.297 CS= 0.013 R= 0.04依降雨频率计算成果，选用1992年、1986年及1979年分别为P=20%、P=50%及P=80%的典型年。二、径流计算径流变差系数Cv= r.Cvxn+mlgF式中：r 系数，取r=1.3 Cvx 降雨变差系数，取Cvx=0.286 径流系数，=0.5 n . m 分别为指数，n=0.6，m=0.0 F 集雨面积（km2）Cv = 1.3 x 0.286 0.50.6+0.06lg 44 = 0.419依Cs=2Cv，查皮III型频率曲线的模比系数Kp值表得6：Kp=20%=1.326，Kp=50%=0.942，Kp=80%=0.644设计径流深h =h. kp年径流深h=15480.5=774mmh p=20%=7741.326=1026.3mmh p=50%=7740.942=729.1mmh p=80%=7740.644=498.5mm三、各典型年水能计算表电站引水陂以上流域内建有锅笃水库（小一型），控制集雨面积4km2，锅笃水库在正常使用情况下是为外流域供水的水利工程，因此在电站水能计算时考虑扣除锅笃水库集雨面积4km2后，实有44km2面积参加水能计算。对典型年设计径流计算采用基流分割法，即将地面径流划分为基流及由降雨产生的径流之和。基流量为平远枯流模数0.007 m3 /km2乘以集雨面积，即Q基=0.00744=0.308 km3/s。现将各典型年水能列表计算如下表：s P=80% 水能计算表(F=44平方公里) (表二) 月份 项目123456789101112全年降雨量(mm)47.8 48.4 224.0 132.0 203.9 203.1 19.3 272.5 144.4 0.0 7.0 1.4 1303.8 降雨年分配%3.67 3.71 17.18 10.12 15.64 15.58 1.48 20.90 11.08 0.00 0.54 0.11 100.0 降雨径流量W(万m3)44.80 45.37 209.96 123.73 191.12 190.37 18.09 255.42 135.35 0.00 6.56 1.31 1222.10 径流利用系数1.00 1.00 0.85 1.00 0.85 0.85 1.00 0.80 0.95 1.0 1.0 1.0 可用降雨径流量QX(m3/s)0.17 0.17 0.68 0.47 0.62 0.61 0.07 0.78 0.49 0.00 0.02 0.00 基流Q基(m3/s)0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 QX+Q基(m3/s)0.48 0.48 0.99 0.78 0.92 0.92 0.38 1.08 0.80 0.31 0.33 0.31 发电水头H(m)24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 平均出力N(kW)80.31 80.67 165.52 130.62 155.31 154.91 63.28 182.02 133.72 51.74 55.93 52.58 1306.6 全年发电量W=956432.6 (kW.H） 平水年P=50% 水能计算表(F=44平方公里) (表三) 月份 项目123456789101112全年降雨量(mm)3.0 144.3 150.8 64.3 185.4 411.8 289.2 67.0 42.0 69.0 96.6 40.9 1564.3 降雨年内分配%0.19 9.22 9.64 4.11 11.85 26.32 18.49 4.28 2.68 4.41 6.18 2.61 100.0 降雨径流量W(万m3)4.29 206.33 215.62 91.94 265.10 588.82 413.52 95.80 60.05 98.66 138.13 58.48 2236.74 径流利用系数1.00 0.80 0.80 1.00 0.78 0.60 0.65 1.00 1.00 1.0 1.0 1.0 可用降雨径流QX(m3/s)0.02 0.63 0.65 0.35 0.78 1.34 1.02 0.36 0.23 0.37 0.50 0.22 基流Q基(m3/s)0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 0.31 QX+Q基(m3/s)0.32 0.93 0.96 0.66 1.09 1.65 1.33 0.67 0.54 0.67 0.81 0.53 发电水头H(m)24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 平均出力N(kW)54.48 156.98 161.72 110.36 183.57 276.98 223.10 112.82 90.03 113.38 135.40 89.03 1707.8 全年发电量W=1250134.5 (kW.H）P=20% 水能计算表(F=44平方公里) (表四)月份123456789101112全年降雨量(mm)59.40258.90462.30228.10281.90153.00159.2065.90111.201.400.0039.901821.2降雨年内分配%3.2614.2225.3812.5215.488.408.743.626.110.080.002.19100降雨径流W(万m3)115.6503.87899.72443.93548.63297.77309.83128.25216.422.720.0077.653544.4径流利用系数1.000.600.500.700.600.800.801.000.851.001.001.00可用降雨径流QX(m)3/s0.441.151.711.181.250.900.940.490.700.010.000.29基流Q基(m3/s)0.310.310.310.310.310.310.310.310.310.310.310.31QX+Q基(m3/s)0.751.462.021.491.561.211.250.791.010.320.310.60发电水头H(m)24.0024.0024.0024.0024.0024.0024.0024.0024.0024.0024.0024.00平均出力N(kW)125.4244.48338.54249.85261.6203.61209.76133.51169.0253.4851.74101.32142.3 全年发电量=1568162.6kw由上计算可知，三个典型年之和为：w=956432.6+1250134.5+1568162.6=377473（kw.h）多年平均发电量W=3774733=125824.3（kw.h）四、机组选型本电站是径流电站，根据河流丰、枯水期天然径流量差异性大的特点，为充分利用丰水期水力资源，选择一大一小的水轮发电机组进行搭配，一台水轮机为HL240-WJ-60,配SFW320-10/990发电机，单机性能:当H=24米时，Q=1.7 m3/s,电机转速600转/分,直联；另一台水轮机为HL260-WJ-35,配SFW125-6/590发电，单机性能:当H=24米时，Q=0.68 m3/s,电机转速1000转/分,直联。 总装机容量为320kw+125kw=445kw，机装年利用小时数为T=1233659445=2772小时。第三节 水力计算一、引水陂水力计算1、陂下游水位计算依引水陂下游段河宽20米，边坡m1=1，M2=2，糙率n=0.035，河段比降i=0.004等条件，应用“水利水电工程微机程序集”D-6程序计得下游河槽水深：当P=5%时，Q=176.5m3/s，水深H=2.43米，相应陂下水位为123.83米；当P=20%时，Q=106.2m3/s，陂下水深H=1.83米，相应水位为123.23米。2、水陂溢流水深计算引水陂为浆砌石重力坝，开敞式溢流，陂顶高程131米，溢流段净宽20米，按堰流水力学进行计算。采用水利水电工程微机程序“D-4”，计得：当P=5%时，堰顶溢流水深为2.54米；当P=20%时，堰顶溢流水深为1.8米。（详见水力计算书）。二、引水陂以上五年一遇洪水河道水面线计算以水陂以上河槽地形要素条件，选择距引水陂500米、1000米（即上山村水口石壁处）、1200米（上山水口干砌陂处）、1400米及1600米（上山村）处为控制计算断面，采用水利水电微机程序“D-14”，以水陂处河槽断面为起始断面自下而上进行水面推求。当P=20%时，各控制断面水位分别为132.81米、132.83米、132.91米、134.32米及134.76米（在1200米处有一座0.7米高水陂）。三、上山水口段洪泛面积确定从地形上看，上山水口1000米处至1200米间200米河段左岸为山地，右岸为梯级山坑田，在132.9米高程山坑田约1亩。在1200米至1400米间200米河段左岸在134.32米高程以xx坑田约1.5亩，右岸在134.32米以xx坑田约1.5亩。在1400米至1600米间200米河段右岸在134.76米以xx坑田约1亩。因此当产生五年一遇洪水时，引水陂以上山村水口段受洪泛面积约5.5亩。在水陂正常蓄水位以下不淹没任何农田。 四、引水渠水力计算1、进水闸、隧洞进口水头损失及洞出口水位回升计算进水闸、隧洞进口水头损失按公式h=计算式中：Q流量(m3/s) 流速系数,取=0.9A 过水面积为bhg9.8以水闸及隧洞断面值代入上式得水头损失h值(m)，隧洞出口水位回升采用0.3h，现将各进水口h值列于下表：进水闸、隧洞进口水头损失及出口水位回升值表 (表五)位置进口宽m水深mh m水位回升m进水闸1.81.420.0701#洞进口1.651.310.0850.032#洞进口1.651.310.0850.032、引水线路水面衔接及渠底高计算 按渠道底坡1/2000，隧洞底坡1/1000及进水闸、隧洞进口水头损失及出口水位回升值计算各段进出口水面及渠底高程如下表六：渠道纵断面各控制处水面及底高程表 (表六)里程桩水面高程 (m)渠底高程 (m)进口出口进口出口00001309312951 0150洞13077渠130855洞12946渠129435 0600渠130.35洞130.32渠128.93洞129.05 0830洞130.15渠130.235洞128.84渠128.8151020渠129.99洞129.96渠128.57洞128.651040渠129.97渠128.55第四章 建筑物设计第一节 引水陂1、 引水陂 引水陂建于弱风化砂岩基础上，为浆砌石重力坝，溢洪堰宽20.7米（含0.7米闸墩），陂顶高程131米，原河床高程为121.4米，陂底基础标高计划为119.9米，溢流段陂全高11.1米，非溢流段皮顶高程为134米。陂顶宽2米，陂面长43.62米，溢流段陂底宽16米。水陂前坡1:0.15，后坡比1:1。陂底基础砼厚0.3米，前齿墙深1.45米，后齿墙深1.2米。引水陂采用挑流消能与下游衔接，挑坝高程为123.6米，反弧半径5米，挑射角20.64度，挑坎段表层用C20砼护面，厚0.25米，表面配10200钢筋网。陂身采用M7.5桨砌块石，上游面防渗心墙为厚0.4米，用C20S6砼浇捣。防渗墙分段与坝体分段一致，分缝处用一道橡胶止水带止水。在防渗心墙后设200mm无砂砼管作坝体垂直排水管，下端与基岩相连，间距5米。用水利部2003年水利水电微机程序进行坝体稳定分析结果:非溢流段在正常蓄水情况下，抗剪安全系数k1=2.154,抗剪断安全系数k2=23.163； 在设计情况下，抗剪安全系数k1=1.046，抗剪断安全系数k2=13.804。溢流段在正常蓄水情况下，k1=1.649,抗剪断安全系数k2=16.581； 在设计情况下在设计情况下，抗剪安全系数k1=1.046，抗剪断安全系数k2=12.229。(详见水陂稳定分折计算书)溢流段进行水面线计算成果：当Q=176.5m3/s时，陂顶下游转坡处临界水深为2.06米，陡坡末水深为0.653米，流速为13.51m/s。(见陡坡水面线计算书)2、 进水闸引水渠进水口布置在陂右岸基岩上，宽1.8米，水深1.42米，进口底高程为129.51米。进水口设平面钢闸门，采用5吨手动螺杆启闭机。3、 冲砂闸冲砂闸位于右岸，进口底高程124.5米，孔口尺寸1.2(宽)1.2(高)米，进水口设平面钢闸门，配8吨螺杆启闭机。冲砂涵为1.2(宽)1.2(高)米的钢筋砼箱涵，壁厚0.2米，纵坡1/100。第二节 引水隧洞及引水渠1、 隧洞引水隧洞建在弱风化砂岩上，断面采用城门洞型，净宽1.65米、全高1.9米，底坡1/1000，正常水深1.31米。计划在进出口部分及地质属、类围岩地段，对洞身进行加固，侧墙护砼厚0.25米，拱顶护砼厚0.25米，拱布置12200受力钢筋，洞底铺C20砼0.15米。对大部分类围岩地段洞身，按输水及洞身防渗要求，两侧壁护砼厚0.15米，铺底厚0.15米。同时在正常水位线以上洞壁两侧钻40排水孔，间距2.5米。1#洞长450米、2#洞长190米、隧洞全长640米。2、 引水明渠引水明渠建于微风化砂岩基础上，断面为梯型，底宽1.75米，水深1.42米，内侧边坡1:0.25，外侧墙为直立，高1.87米，。内外墙体均采用M7.5浆砌