桃林口水利枢纽毕业设计.doc

河北工程大学毕业设计第一章 基本资料1.1 枢纽概况及工程目的桃林口水库位于河北省青龙县与卢龙线交界处。控制流域面积5060平方公里，占全流域的80%。青龙河是滦河较大支流之一，水量充沛，但年内及年际的水量分配极不均匀，必须兴建大型的控制工程进行调节，丰富的水资源方可得到充分的利用。水库主要任务是调节水量，供秦皇岛市和港口码头、钢铁基地及滦河下游地区农业用水，结合引水发电、水面养殖、洪水错峰等，可得到综合利用的效果。供水原则是：在满足城市生活、工业用水的同时，对农业也给以一定的重视。特别是移民迁建灌区用水应优先保证，其次是在现有灌区用水及潘家口、大黑汀两库的配套灌区，新增灌区要安排在缺乏地下水的滨海地区。本枢纽工程在3个坝段选择了11条坝线3种坝型，筛选出2条坝线2种坝型。I83坝线采用重力坝，红层坝线采用当地材料坝。枢纽建筑包括主坝、泄水设备及电站等。枢纽工程推荐采用I83线坝址、重力坝型，具体设计方案与设计内容见本书4。根据本工程的规模及其在国民经济中的作用，按水电部制定的SDJ12-78设计标准，水库枢纽工程属于大（一）型。主要建筑物按一级设计，辅助建筑物按三级，临时建筑物按四级设计，洪水控制标准，混凝土拦河坝（一级建筑物）按千年一遇设计，五千年一遇校核，万年一遇保坝。1.2 I83坝线重力坝枢纽设计基本资料1.2.1 水文分析A、年径流：青龙河流域水量丰沛，是滦河流域水资源蕴藏量较大的一条支流，年径流由年降雨产生。年径流在地区与时间上的分布与年降水基本一致，年径流在年际间变化悬殊，桃林口实测资料19561982年27年资料中，丰水年1977年达21.34亿立米,枯水年1981年仅1.667亿立米,相差19.67亿立米，约合12.8倍。且丰、枯水年连续发生.多年平均年径流量为9.6亿立米.B、洪水：青龙河洪水由于暴雨形成，本地区暴雨历时短、强度大、地面坡度陡，洪峰陡涨陡落。一次洪水历时一般为36天。流域南部位于燕山山脉东侧的暴雨中心地带，因此洪水具有峰高量大的特点。本流域洪水多发生在七、八两月，出现在七月的占34%，出现在八月的占66%，桃林口多年平均69月洪量占年径流量的70%左右，三天洪量占六天洪量的70%以上，大水年尤为集中。如1992年最大六天洪量占年径流量达70%。流域内洪水地区分布主要在土门子以下。以土门子与桃林口19711977年同期系列统计，土门子桃林口以上洪量60%以上，而其面积占桃林口以上总面积的42%。由频率分析法得到洪水特征值，见表1.1，坝址以上不同频率设计洪水过程线见表1.2。表1.1 洪水计算成果表项目洪峰流量(秒立米)洪量(亿立米)24小时三天六天三十天特征值均值20001.42.22.85.37CV1.351.351.351.251.0CS/CV2.52.52.52.52.5频率(%)0.013204022.4335.2439.9655.400.022960020.7535.6536.9051.500.12248011.7424.7328.3440.500.21968013.7821.6524.9236.200.51600011.2317.6020.4130.401132809.3014.5017.1426.102106807.4811.7513.9221.70573605.158.109.8016.201050003.505.506.8312.102029202.043.214.178.18表1.2 桃林口水库坝址以上不同频率设计 洪水过程线时间不同频率(%)流量(秒立米)月日时0.020.1251072422946803482378296241974172180055050025223001900105080063042687203512009007406446633791500110089187622577327501890122010108678230392027001800121313199464740326021701414348108675170356023701614128107005100351023401813162998447503270218020113238576408028101870229751738635202420161024892367583220221014707262839963623030200013904774058622790192012806689552222480171011408684551842470170011302610684551842470170011301226800195809518591037901428400218001050070004770162940022400106507320494018296002248001068073605000202930022200100507330495022290002160010450725048802428500200009850688045807272205201760089506000410042154015200770052003700618060128006200445030008145801040048503600246010111008000340025401770125000380019001450103014342028851400100070016316324701150850610182911234010508005902028902210100075055022275321899507305502426042080920726540728225521960910722535424511933900718530623091820900714523822141722890710526102145167688570652412203016358807025221420161550875698520161926152787069471718182714638656905152018181433860686513221723140485568251024168913778506785087292165513718466715054162213268436705036161612818406665008156712358366624971015161229833658495121455117083065449314137911448266504901613481143823646488181290109582064248620126010698166384832212291043813634480241198101781063147873021168991806628475411389658036254736110793980062247081095930796618468101083930793615466121072910790612464141061900785609462161053894780606460181107939775603458201061900770600455C、泥沙：青龙河流域植被较好，泥沙来源在地区上分布和洪水在地区上的分布是一致的。主要是土门子到桃林口区间。其间来沙量约占桃林口以上总输沙量的6070%。本地区泥沙在年内分配比径流更集中，汛期输沙量占年输沙量的95%以下，而汛期沙量又都集中在几次大洪水。年际之间沙量变化悬殊。由统计分析得知，桃林口站多年平均输沙量为386吨，多年平均侵蚀模数为762吨/平方公里(7620kN/km2)，多年平均含沙量为400公斤/立方米(4kN/m3)。从泥沙的组成情况来看，泥沙颗粒较粗，中值粒径为00375毫米，淤沙浮容重9kN/m3/立方米，内摩擦角为12度。D、气象条件：全流域属于季风大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均降水量约700毫米，且多集中在夏季七、八两个月。E、流域多年平均气温为摄氏10C左右，日温度变化较大。离坝址较近的迁安站实测最高气温39C（青龙站）。全年无霜期约130天，结冰期约120天，河道一般12月封冻，次年3月上旬解冻，冰厚为0.40.6米，岸边可达1米。多年平均最大风速为15.8米/秒,水库吹程为3公里。1.2.2 工程地质1.2.2.1 区域地质桃林口水库库区属于中高山区，构造剥蚀地形。青龙河在本区内河曲发育，侧蚀能力很强。沿河形成不对称河谷，由于构造运动影响，河流不断下切，于堆积岸形成阶地，侵蚀岸形成陡崖，组成本区地层有：太古界、下元古界、震旦系、侏罗系及火成岩侵入体和第四纪等。其中分布最广的为震旦系地层。其中以太古界、震旦系、侏罗系三者与工程关系密切，为库区的主要岩层。A、地质构造与地震烈度桃林口水库处于燕山沉降的中部。地质构造复杂。全区地震频繁，特别是坝址区南段尤为突出。库区及其周边控制性的断层有秦皇岛建昌营和滦南卢龙断裂。秦皇岛建昌营大断裂系层深大断裂，在坝址下游小暖泉村穿过青龙河。沿线有泉群出现。从控制泉群、控制地貌及岩相作用分析，列为活动性断裂较合适。滦南卢龙断裂（又称桃园断裂），该断层向北东方向延伸，在距桃林口库区67公里处尖灭，属第四纪以来活动较强的断裂。唐山地震以后，沿该断层时有余震发生。上述两条活动性断裂在三坝段以西5公里处汇面不交。按断层交汇部分易发震的原则，这种汇面不交是值得注意的。近期坝地区未发生大于4级以上地震，邻区地震活动有一定影响，1983年8月河北省地震局在桃林口水库工程地震基本烈度鉴定书中确定，一、二坝段位于北I区，属相对稳定区，基本烈度为6，考虑枢纽重要性和水库激发地震，大坝设计烈度提高1按7计，三坝段位于I区，基本烈度为7。邻区强震的影响，烈度最高可达67度。B、库区共策划能够地质条件库区坐岸非可溶性岩层广泛分布，其中主要 由娟云母千枚岩。石英砂岩、砂质页岩等组成。透水性较小，也没有发现勾通库内外的大断层。因此，在非可溶性岩层分布区，没有向库外渗漏的可能性。库区可溶性岩层分布于青龙河右岸，从隔水层的分布、岩溶的发育情况以及地貌水文地质条件的分析，水库蓄水以后，向邻谷沙河渗漏的可能性也是不大的。青龙河与邻谷沙河之间分布有大 面积的石英斑岩，斑状花岗岩及火成岩的侵入体，组成了相对隔水层，不利于地下水的活动。经过对库区内断层、灰岩地区的勘探分析，水库向外流域及下游漏水的可能性很小。库区内岩层抗压强度较高，抗风化能力很强，未发现可能发生塌滑的岩体，库岸基本上是稳定的，库区内未发现有开采价值的矿域，不存在对库周边产生的浸没问题。C、坝线工程地质条件坝段内出露的断裂构造如F103、F105、F108、F112、F114、F117、F122等大小断层共十余条，断层走向以北西为主，北东者少，多为高角度正断或平移正断层，少数为逆断层。对大坝稳定、渗漏有一定影响的断层有：a. F103断层，产状走向近EW倾向E，倾角4050度，逆断层。大红峪组第三段砾岩被切割，下盘有牵引褶曲，破碎带宽约1020米，出露于I83坝线右岸上游约150200米，宽约1020米。b. 400米，两侧岩石破碎严重、无胶结现象，出露于I83坝线右岸坝头附近。c. F122断层，产状走向NW345，倾向NE，倾角56逆断层。由大红峪组第一段薄层板石英砂岩逆于大红峪组第二段中厚层石英砂岩之上。破碎带宽约6.0米，未见胶结现象，其中夹有30厘米厚的断层泥，断层两盘岩石影响带宽10.4米，在上盘薄层板岩夹石英砂岩中有牵引褶曲，岩层有直立湖侧转现象，具有强烈挤压特征。d. 根据坝址两岸构造，地层岩性出露分析，推测河床中可能有顺河断层通过。原因一是两岸出露的断裂构造均未过河，如F103断层走向近东西，规模较大，左岸无迹象，二是地层出露两岸高程有明显差异。I83坝线主要工程地质情况见表1.3。表1.3 I83坝线主要工程地质情况表地形地貌构造剥蚀中低山地形,不对称“U”形峡谷，右岸较陡，左岸较缓，阶地不发育。坝线长480米覆盖层河床57米砂石层，左岸山麓堆积31.0米地层岩性震旦系大红峪组第一、二段,为中厚层石英砂岩与板岩互层地层产状层面倾向上游软弱夹层据平洞、竖井资料，右岸有软弱夹层13条，系顺层夹泥，左岸顺层夹泥6条，切层泥3条，建议摩擦系数f=0.20.24 风化情况弱风化下限河床1828米深(高程左边75米，右边55米).左岸弱风化下限为115105米高程,右岸为12090米高程.地质构造右岸小断层67条:左岸F122断层一条.构造简单,基本地震烈度为6度.岩层透水性坝基下部80100米深的范围内W值均大于0.01升/分*米,均需灌浆处理.岩溶I83坝线上游两公里处,马圈子电站附近见溶洞稳定性右坝肩上、下游存在,号不稳定岩体岩石力学指标石英砂岩单块岩石室内指标:抗压强度134338Mpa,弹性模量E=500010000Mpa,泊桑比=0.110.33,各岩层层面摩擦系数的估计建议值:1)石英砂岩层面摩擦系数为:0.600.652 2)板岩层面摩擦系数为:0.40.453 3)层面夹泥摩擦系数为:0.300.354)切层夹泥层摩擦系数为:0.20.241.2.3 当地建筑材料天然建筑材料分布于坝址区上、下游河滩及两岸阶地。起土料场主要有庄窝、土台子等七处，地下水位以上储量为1183.44万立米，沙砾卵石料场主要有南杖桃林口等八处，地下水位以上储量为1088.95万立米，全部储量有待进一步探查。个料场材料的物理性质，试验指标等基本满足技术要求，可作大坝混凝土骨料及公围堰方量。如采用当地材料坝方案，其黏性土料的储量足以满足施工要求。1.2.4 交通条件对外交通计划从京秦路大横河站接轨至工地。改建和新建滦县经迁安、滦县经卢龙到达工地的公路，坝顶无重交通要道。1.2.5 施工条件采用低围堰、底孔导流、分期施工的导流方法进行施工。各项施工辅助企业、仓库及生活用房等临建设施布置在坝址下游两岸。混凝土骨料取自下游料场，施工用电由刘田庄引接。1.2.6 效益以1984年价格水平及费用标准计算。水库建成以后，除了满足秦皇岛市、冀东钢铁基地以及农业用水外，还可获得发电、防洪、养鱼等效益，总效益是显著的。1.2.6.1灌溉效益（见表1.4）。表1.4 灌溉效益分析成果表项目旱地灌溉旱改水稻垦荒水稻灌与不灌产值差(元/亩)162.0354.2422.0分摊系数法亩效益(元/亩)81177.1206.0单方水效益元/立米)0.250.170.17减去成本法亩效益(元/亩)124.0378.0201.0单方水效益元/立米)0.390.260.221.2.6.2 城市及钢铁基地供水效益按秦皇岛市总产值中水的效益分 系数以10%计，则每立方米水量的效益为0.53元/立米。1.2.6.3 防洪效益：防洪效益按建库以后，与潘家口、大黑丁水库联合运用，在削峰、错峰过程中减少滦河下游地区的洪水灾害计算。水库年平均效益为443.10万元/年。1.2.6.4 发电效益以水电的价格代替水电的效益，按0.093/度计算。1.2.7水库规划及建筑物特性指标见表1.5。表1.5 水库规划及建筑物特性指标项目单位指标备注水位校核洪水位设计洪水位正常蓄水位死水位校核尾水位设计尾水位正常尾水位坝前淤沙高程米米米米米米米米156.3153.7153.2110.089.187.084.187.6P=0.02%P=0.1%发电库容总库容调洪库容兴利库容死库容淤沙库容亿立米亿立米亿立米亿立米亿立米14.932.010.330. 941. 1.66坝型实体重力坝主坝坝顶高程最大坝高坝顶长度米米米157.2489.24519.0供设计参考坝顶溢流孔数堰顶高程每孔净宽工作闸门尺寸启闭机(245T固定式)设计洪水位下泄能力校核洪水下泄能力孔米米米米台立米/秒立米/秒15141.715.015.015*12.51827624527泄水孔进口底高程底孔数及尺寸弧形工作闸门工作门启闭机设计水位泄水能力校核水位泄水能力米孔-米米扇-米米台立米/秒立米/秒90.04-5*64-5*6435843663电站(引水式)隧洞进口高程米103.5隧洞长度米445.0隧洞洞径米5.0主厂房尺寸(长*宽*高)米米米水轮发电机组台4装机容量万千瓦40.652.6第二章 枢纽布置2.1 坝轴线选择根据坝址的地质、地形条件，通过定性分析，确定坝轴线位置。先进行坝段比较，在此基础上选择坝线。A.坝段比较桃林口水库坝址，从上游到下游分为3个坝段：上游第一坝段，位于高台子村至三道河村之间，曾选有I、V、II、I83四条坝线，河岸为串岭沟板岩。其中I83坝线为大红峪第一层的石英砂岩与板岩互层。中间第二段，位于二道河村与桃林口水文站之间，曾选有III60、III69、III83及红层线四条坝线，坝基为高于庄灰岩地层，其中红层线位于红色的杨庄泥灰岩之上。下游第三坝段位于桃林口旧村与新村之间，曾选有VI、VII、IV。其中VI、VII坝线河床为串岭沟板岩，IV坝线坝基为大红峪石英砂岩夹沙页岩。3个坝段11条坝线的位置见图2.1、2.2。三个坝段坝基岩层的地质年代虽都属于震旦系，但岩性不同。而其共同点却是都存在有软弱夹泥层。现已经发现的第一坝段I83坝线基岩的夹泥层只是泥膜。厚度在35mm，位于基岩以下深30m以内。切层的夹泥厚度5cm左右。二、三坝段夹泥层较多一些。三个坝段地形、地质及交通条件等的比较见表2.1。表3.1 三坝段地形、地质、交通等条件比较表坝类 段别 第一坝段第二坝段第三坝段地形条件河谷较窄，适于修建混凝土坝；溢流表孔、底孔等泄水建筑物可放在主河床。右岸还可采用引水式电站，增加6米发电水头。不宜修建当地材料坝。河谷不对称，左岸坡缓，坝轴线较长，适于修建混凝土坝或当地材料坝。荞麦岭处天然单薄分水岭，是修建溢洪道或泄水洞的有利地形。无副坝，工程单一。河谷较窄，适于修建混凝土或当地材料坝。右岸山低脊薄，须修建二座副坝。工程项目多。地质条件坝基为石英砂岩与板岩互层，右岸北西向大裂隙较多，坝基软弱夹层为泥膜。切层的夹泥厚35cm,且倾向下游。左岸F122断层通过坝肩。坝基为灰岩，岩性不均一，左坝头可能漏水，荞麦岭较单薄，III69坝基有断层F104通过，破碎带宽度大、处理工程量大。当地材料坝坝基为泥质灰岩和页岩。渗透性小，是天然的防渗帷幕，溢洪道位于左岸荞麦岭。坝基为石英砂岩夹砂质页岩，岩性坚硬。坝基有断层F8通过。坝址上游不远处是几个断层交汇处，下游离建昌营秦皇岛大断裂较近。对坝体稳定不利。地震6度6度7度交通条件坝址位于峡谷之中对外交通不便。施工场地狭窄。同左坝址位于低山丘陵地带。交通方便，施工场地宽阔。其他距离建筑物材料场地最远距离建筑物材料场地较远距离建筑物材料场地最近B.坝线选择第一坝段I、V、II三条坝线，其右岸岩层褶皱变化复杂断层密集，都不是适宜的坝线。相比之下，在三道河村附近，右岸岩层倾向上游，层次分明较为完整，条件较好，故以I83坝线作为第一坝段的代表。第二坝段中III60、III69两条坝线，基岩为灰岩，但从右岸岩层的产状相比，III60坝线右岸岩层走向与河流平行。倾向河中，倾角较高，建坝蓄水以后，存在不稳定因素及绕坝渗漏。III69坝线右岸岩层倾向下游，层次比较平稳，两者相比，III69好于III60。但从两坝线地形、地质等条件看，左岸都存在大暖泉、渗漏情况及单薄分水岭（荞麦岭），蓄水以后的稳定情况难以把握。故此两坝线不予考虑。“红外线”与III83坝线，坝基岩层强度稍低一些，适宜修建当地材料坝。III83坝线，左岸钻孔中，从高程137.7m到49.7m发现黑色含锰页岩51层，厚度0.51.0cm。最厚达8cm，性质松软，表面润滑，摩擦系数较低且岩层走向与河流平行，不宜作为坝基。第三坝段中，VI坝线河槽较宽，右岸坝头远离较高山头，坝轴线需拐弯，增加了坝线长度，从而加大工程量。VII坝线，坝基为串岭沟板岩，岩层强度较低，还有软弱层。相比之下，不如IV坝线。IV坝线，位于现存小溢流坝下游80米处，坝基岩层为石英砂岩，夹有少数几层砂质页岩，岩层抗压强度及抗滑摩擦系数比板岩要大。故以IV坝线作为第三坝段的代表。经上述比较，三个坝段虽有11条坝线，但适于建坝的仅有I83、红层线及IV坝线三条，具体选择哪一条，应做技术经济比较后确定。本次毕业设计以第一坝段的I83为推荐方案。2.2 坝型选择桃林口水库，位于北纬40度地区。坝址在峡谷的风口，气温变化值相差较大，各条坝线的河谷不对称，河谷宽度与坝高之比皆大于5.0。坝基及两岸岩层又夹有软弱岩层或夹泥层，故不宜修建拱坝或其它类型的轻型混凝土坝。根据本地区的气候特点及坝址区地形、地质条件实际情况。初步考虑采用混凝土重力坝和当地材料坝两种坝型作为枢纽工程坝型比较的依据。I83坝线，坝址两岸群山连绵，左岸没有修建溢洪道的地形条件，右岸虽有布置溢洪道的位置，但山体高大，如修建溢洪道，须挖深130余米。开挖石方量约1560万立米，工程量浩大。故本坝线选用当地材料坝方案是不经济的。经过上述比较分析，I83坝线以混凝土重力坝为宜。 2.3 枢纽布置方案比较坝址河谷宽约250m，河床覆盖层厚47m，河谷不对称。右岸岩石裸露坡陡，左岸山坡较缓，基岩被山麓堆积物所覆盖。坝基为石英砂岩与板岩互层，岩层倾向上游，倾角1618度，坝基建基高程位于弱风化岩层之中，基岩挖深715m。枢纽布置方案比较如下：方案I：主河槽从右到左分别为溢流坝段、底孔坝段、电站坝段，两岸山坡为非溢流坝段，由于溢流坝段、底孔坝段已全部占满河槽，电站部分不得不向左岸山坡靠近。本方案的优点是电站进口紧临底孔，可利用底孔冲沙。防止电站进水口淤积。缺点是各建筑物之间拥挤，布置场地紧张，当底孔放水时影响电站尾水位的稳定性。遇校核洪水泄洪时，保护电站免淹的工程措施复杂。此外，电站厂房及进出口引渠土石方开挖工程量大。方案II：主河槽从右到左分别为溢流坝部分、底孔部分，两岸山坡为非溢流部分。在右岸开凿一条引水隧洞至坝址下游青龙河弯回转处，电站布置在隧洞出口。洞长约450米。其优点是利用青龙河拐弯处折回的自然地形条件，可获得增加6m的发电水头。电站厂房自成系统，互不干扰，场地开阔，遇校核洪水时，易于防护。缺点是增加一条隧洞的工程量，多一项工程，对施工不利。比较上述两个方案，方案II虽增加了一条引水隧洞，相应增加了工程费用，但由于减少了土石开挖方量，且增加了6m的发电水头。河床内主要建筑物布置相对容易。比方案I更为合理。故以方案II为推荐方案。第三章 坝体剖面设计3.1 坝顶高程的确定坝顶应有足够的安全超高，坝顶或坝顶防浪墙顶高出水库静水位的高度h可按教材水工建筑物P34公式257计算： （31）式中：h坝顶或防浪墙顶高出水库静水位的高度； h波高； 波浪中心线主静水位的高度； hc安全超高。3.1.1 设计情况3.1.1.1 计算h可按啊官厅水库公式计算波高h （32）式中：v计算风速，在正常高水位和设计洪水位时，宜采取相应洪水期多年平均最大风速的1.52.0倍，在校核水位时和3.4.5级坝，宜采用相应洪水期多年平均最大风速，取V=2.015.8=31.6（m/s），D=3km D 库面吹程。3.1.1.2 计算= （33）当较大时可近似取=则：=0.61m3.1.1.3 确定h设由表1-9查得hc=0.7m则：=1.79+0.61+0.7=3.10m3.1.2 校核情况3.1.2.1 计算hV=15.8m/s ,D=3km3.1.2.2 计算=,当较大时可近似取=则：=0.21m3.1.2.3 确定h校由表1-9查得hc=0.5m则：=0.75+0.21+0.5=1.46m3.1.3 计算比较设计洪水位时：坝顶上游防浪墙高程=设计洪水位+h设校核洪水位时：坝顶上游防浪墙高程=校核洪水位+h设则： 设计洪水位=153.7+3.10=156.80m校核洪水位=156.3+1.46=157.76m选取最大值157.76m,其中防浪墙高1.2m，则坝顶高程为157.76-1.2=156.56m。根据I83坝轴线地质剖面图画出坝轴线，可计算出坝顶长度为512.60m。3.2 挡水坝段剖面的设计3.2.1 坝顶宽度的确定由坝基开挖线可知，坝低最低高程为81m，则坝高H为156.56-81=75.56m。b一般取坝高的(8%10%)75.56=6.07.6m.取b=8m。3.2.2 廊道位置确定灌浆廊道设计满足灌浆要求，断面多为城门洞形，宽高=3m4m，廊道的上游边璧到上游坝面的距离为0.050.1倍坝面水头,且不小于45m则：=（0.050.1）（153.7-81）=3.6357.270m，取=5m。廊道地面距基岩面距离不小于1.5倍廊道宽度，即4.5m，取5m。3.2.3 上、下游坝坡及坝底宽度的确定 本坝的坝剖面形式采用折坡面形式，即便于布置坝内泄水孔、管进口控制设备，又可以利用一部分水重增加坝体稳定，是工程中常用的一种形式，上游起坡点高度为一般设在（1/32/3）倍坝高附近。上游坝坡系数为n=00.2，为安全起见，取n=0.1下游坝坡系数为m=0.60.8，为安全起见，取m=0.7上游起坡点高度即为（1/32/3）（153.7-81）=25.2m51.4m取=39m， 在上游游折坡点高程为120m，下游折坡点高程为143.7m，坝底宽度为55.79m。3-1 坝体实用剖面形式3.3 溢流坝段设计3.3.1 溢流坝形确定由青龙河流域气象条件可知，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，全年结冰期为四个月，冰层较厚，而且由水文分析中可知，青龙和洪水具有峰高量大的特点，故从宣泄洪水及排除冰凌和其他漂浮物考虑，并产考已建工程，可采用开敞式坝顶溢流方式。（1）布置于河道主流位置，沿坝轴线。（2）自桩号0+90至0+375；其中溢流孔数为15孔，每孔净宽15m。（3）中墩取4m，边墩取2m，其沉降缝设在闸墩中央。（4）溢流坝段总长为：=4151515=285m。3.3.2 溢流坝剖面设计溢流重力坝的剖面也呈三角形，上游坝面可做成铅直面，也可以做成折坡面，溢流面曲线由溢流面顶部溢流段AB、中间直线段BC和下部反弧段组成CD组成。3.3.2.1 顶部溢流段曲线的确定溢流堰面曲线常采用开敞式坝顶溢流的顶面曲线，开敞式坝顶溢流的顶面曲线常用的有克-奥曲线和WES曲线两种，近年来堰面曲线多采用WES曲线。WES曲线可按参考水工建筑物式2-66计算： （34）式中：定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%95%计算； n、k与上游坝面坡度有关的指数和系数，查水工建筑物表2-10； x、y溢流面曲线的坐标，共远点设在堰面曲线的最高点。 （35）参考水工建筑物表2-10得n=1.850,k=2.000，WES曲线方程为： （36）曲线表如表3-1x1234567y0.0580.2120.4490.7641.1541.6182.151x891011121314y 2.7543.4254.1624.9645.8326.7627.756x1516171819y 8.8129.92911.10812.34713.646原点上游宜用椭圆曲线，其曲线方程为： （37）式中：a、b分别为椭圆曲线的长轴和短轴a=0.280.30，a/b=0.87+3a取a=0.29，则b=0.167，=12.41m上游椭圆曲线方程为： （38）计算表如下：表3-2x-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5y0.020.080.190.360.590.941.62其溢流堰面曲线如图图3-2 溢流堰面曲线3.3.2.2 中间直线段的确定其上部与坝顶曲线相切，下部与反弧段曲线相切，坡度与非溢流坝段的下游面坡度相同，即m=0.7。3.3.2.3 下部反弧段的确定反弧段CD为一圆弧，设圆的半径为R方法一：公式法计算计算R的公式为： （39） （310）式中：H坝前水头 v坝址处流速由公式知欲求R则需求v，而求v应知单宽流量q和收缩水深hc，hc的计算公式如下： （311） （312）以下从设计洪水位和校核洪水位两种情况下进行计算，取其中较大者作为设计成果，最大剖面对应桩号0+380， 此处坝基高程66.9m，地面线高程为81m 拟定下游河 床高程为85m。 校核洪水位：上游总水头=156.3-81=75.3m上游库水位至坝址的铅直距离=156.3-66.9=89.4m单宽流量由公式 （313）可得试算可得： =2.36m则： 则: 方法二：据工程经验确定反弧半径R校核状况下 R=（410）h，R =（410）2.36=9.4423.60 m综合上述计算 取所有值中较大者为设计成果 取R=22.6m3.3.2.4 堰面曲线各切点的确定由以上计算可知OB段曲线为,CD段坡度为1：0.7则只要对OB段求导，使其值等于1：0.7，所求值即为切点坐标。即：得出 =20.7m，=15.44mCD段是圆弧的一部分，D点与消力池水平相切，高程为81m，R=22.6m则：则C点的高程为