某水电站拦河坝工程设计设计.doc

精选资料

Fujian College of Water Conservancy and Electric Power

2013届毕业设计报告

设计题目: 某水电站拦河坝工程设计
（水工建筑物设计）

所属系别: 水 利 工 程 系
专 业: 水 利 水 电 工 程 管 理
班 级: 水管1031班

2013年1月
可修改编辑
《某水电站拦河坝工程设计》毕业设计开题报告
姓名：陈闽超 学号：1139101707 班级：水管1031班 专业：水利水电工程管理
子课题名称
水工建筑物设计
指导老师
姜英芳
本课题要解决的问题及采用的研究方法：
根据大坝工程设计的相关资料与参考文献，如：《混凝土重力坝设计规范》、《水力计算手册》等，设计重力坝，确定大坝工程的设计方案。（正常蓄水位为：169.35m）
1、 设计标准选择和工程总体布置：根据工程规模拟定工程设计等别和主要水工建筑物、水工建筑物总体布置；
2、 根据给定的地形图，拟定坝轴线，计算坝址下游水位流量关系曲线，计算波浪要素和安全超高；
3、 重力坝设计：坝型、坝轴线选择，非溢流坝剖面设计和溢流坝剖面、尺寸拟定，消能设计，稳定和应力计算；
4、 施工导流设计：按频率法确定导流标准，选择导流设计流量，进行导流方法选择，计算上、下游水位，确定围堰型式，围堰高度。
毕业设计完成进度计划：
第1周：熟悉工程资料，选择坝址、坝轴线，枢纽总体布置 ；
第2～3周：上下游设计洪水位、校核洪水位的水位计算；确定重力坝的调程和断面设计，并完成非溢流坝稳定计算和应力计算；
第3～4周：拟定溢流坝剖面尺寸，泄流能力校核，并完成溢流坝稳定计算；消能防冲的设计；施工导流设计；
第5周：绘制相关的图纸；
第6周：整理成果，并编写设计报告书等。

目 录
摘要
第一章 基本资料 1
1．绪言 1
2．水文资料 1
3．库区工程地质 2
第二章 工程布置及建筑物 4
1．设计依据 4
1.1工程等别及建筑物级别 4
1.2设计洪水标准 4
2．坝址、坝轴线、坝型选择及工程总体布置 5
2.1坝址选择 5
2.2坝轴线选择 5
2.3坝型选择 6
3．工程总体布置 7
4．挡水及泄水建筑物 7
4.1大坝布置 7
第三章 非溢流坝设计计算 8
1．坝顶高程确定 8
1.1上游水水位的计算 8
1.2下游水位的计算 9
1.3 坝顶高程的确定 8
2.重力坝断面设计 11
2.1坝宽的确定 14
2.2坝面坡度的确定 14
2.3坝基防渗与排水设施的拟定 14
3.重力坝荷载计算 15
3.1设计洪水位 20
3.2校核洪水位 15
第四章 溢流坝断面设计 27
1.溢流前缘总长度的确定 27
2.溢流坝断面设计 27
2.1溢流堰的堰面曲线 27
2.2反弧半径的确定 28
3.泄流能力校核 29
3.1坝面过水能力验算 29
3.2泄流能力校核表 31
4.溢流坝抗滑稳定计算 31
5、底流式消能防冲的水力计算 41
5.1水流衔接状态的判别 41
5.2消力池的水力计算 42
致谢 45
参考文献 46
摘 要
某水电站位于漳平市溪南镇尖祠村，是九龙江北溪的支流溪南梯级开发的第七级水电站，坝址以上集雨面积645。本工程为设计中，基于给定的地质及水文气象等资料，首先进行了重力坝的坝型选择，选取了混凝土实体重力坝坝型；然后进行了水库水位演算，计算得上游设计洪水位170.90m，下游设计洪水位160.0m，上游校核洪水位173.44m，下游校核洪水位161.38m；还对挡泄水建筑物的剖面进行设计，确定坝高为20m，采用表孔溢流，并对挡水坝段进行了抗滑稳定分析及坝体应力分析，结果均满足要求；最后还对溢流坝做了泄流能力校核和消能防冲的设计。

第一章 基本资料
1．绪言
某水电站位于漳平市溪南镇尖祠村，是九龙江北溪的支流溪南梯级开发的第七级水电站，坝址以上集雨面积645km2。溪南溪河道流域面积为655km2，主河道总长67km，河道平均坡降5.6‰。该处原有尖祠水电站建于70年代，装机容量2×400kw，利用水头9m，水库正常蓄水位为167.35m，因该水电建设时间早，整机容量偏小，且年久失修，建筑物多处渗漏，机组严重老化，无法充分发挥效益。为充分利用水能资源，发展地方经济，拟对原有尖祠水电站实施技改扩建，建设2×2000kW装机容量的水电站，年发电量1018万kW·h，属小型水电站，并将技改扩建后的水电站更名为本水电站。
2．水文资料
本流域地处亚热带季风气候区，温暖湿润，是四季分明的山地气候，兼具大陆性和海洋性气候特点，夏长而不酷热，冬短又不严热，气候温和湿润，雨量充沛。坝址以上流域内设有上洋、长塔、官坑、溪南等4个雨量站，最早设站时间在1958年。按算术平均求得坝址以上流域多年平均降水量为1552.8mm。降水年际变化较大，如溪南站实测最大年降雨量为1891.8 mm（1961年），实测最小年降水量972.9mm(1991年），前者为后者的1.94倍。降水年内分配亦级不均匀，春夏多雨，夏秋季节受台风影响频繁，多造成洪水，4～9月份的降雨约占全年降水量的76%。
据漳平市气象站资料统计，多年平均气温为20.3℃，最高气温41.2℃，最低气温-5.6℃。年内各月平均气温以7月最高（28.0℃），1月最低（10.6℃）。多年平均日照时数2043h，无霜期315天，最早处霜11月5日，最迟终霜3月1日。多全年平均水面蒸发量为1000～1100mm，年平均相对湿度77%。全年除静止无风外，2～9月以东南风为主，其余各月多为西北风，多年平均风速1.7 m/s，最大风速18 m/s。
麦园水文站为坝址径流计算的参证站，求得麦园站多年平均流量多年平均流量17.2m3/s，径流系数0.54，Cv=0.30，Cs=2.0Cv，多年平均降水量1568.7 mm。按面积比和多年平均降水量比，求得易缘电站坝址的多年平均径流深为836.3 mm，多年平均径流量17.10 m3/s。
坝址各频率洪水特征值，通过水文站的洪水统计参数的地区综合线，经计算易缘水电站坝址P=3.33%的设计洪峰流量1222m3/s；P=0.5%的校核洪峰流量1810m3/s。
由于坝址无泥沙资料，根据龙岩水文手册，溪南溪流域多年平均输沙模数为150t/km2，多年平均含沙量0.1kg/m3。推移质为悬移质的30%，考虑上游已建多个梯级的拦沙作用，计算坝址的年输沙量总量为12.58万t（其中悬移质9.68万t，推移质2.50万t）。
3．库区工程地质
库区呈长条形河谷，区域内多显圆形山，山坡坡度一般为30～40°，属低山～丘陵区。山坡第四系覆盖层约2～5m，植被发育，树木杂草茂盛。库区河谷发育已至晚期，侵蚀作用小，和弯曲呈蛇曲状，河流表现以沉积作用为主，砂卵石堆积的阶地及河漫滩发育。
本工程为河床型水库，水库四周山体高厚，无通向库外的断裂构造，也无导水的松散堆积层与库外相通，不存在水库渗漏问题。水库岸边山体稳定，多基岩裸露，未见滑坡坍塌现象。水库蓄水后，仅有可能发生局部阶地陡坎坍塌，产生大规模库岸再造的可能性小，回水范围仅淹没河流漫滩，未改变原有水文条件，不移民，仅淹没部分耕地、果林地和沿和种植的高杆作物，未发现有价值的矿产资源。
根据《中国地震动参数区划图》（CB1830b－2001）该区地震加速度动峰值为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。
坝厂址区岩性单一，为三叠系的中粗——中粒灰白色砂岩、砂砾岩，具弱硅化现象，多为中层状，但在左岸下游局部见中薄层砂岩。新鲜岩体细密坚硬。岩体的完整性左岸较好，右岸较差。
坝厂址山体上部及沟谷部位普遍为第四系的残坡积风化层，厚度多在1～4m间。
河床为第四系全新统冲洪积砂卵石层，初估厚度一般在0.8～3.0m，局部河道凹槽或岩体破碎处将会更深。
从区域上看，本区为“龙岩山字型”的构造的东翼部位，其主控构造是北东向断层，次级构造为北向断裂。
坝厂址区内地质构造总体较简单，属于区域性次级构造带范围，但两岸也有所差异。
坝厂区的各种地质参数的建议：摩擦系数f：两岸0.65～0.75；河床0.70～0.75。岩体允许承载力Ｒ：河床和左岸0.5～0.6MPa；右岸0.4～0.5MPa。剪摩f′＝0.8～0.9。抗剪凝聚力Ｃ<0.05MPa。

第二章 工程布置及建筑物
1．设计依据
1.1工程等别及建筑物级别
某水电站位于漳平市的溪南溪上，电站位于漳平市溪南乡尖祠村境内，坝址以上控制流域面积645km2，水库总库容185.13万m3，调节库容72.04万m3，死库容24.5万m3，水库调节性能为日调节。
水库正常蓄水位169.35m，最大坝高19.82m，最大水头9.98m。厂房位于河流右岸，为河床式厂房，总装机容量4000kW，多年平均发电量963万kWh，保证出力420kw，年利用小时3009.4h。
本工程水库总库容为185.13万m3，电站装机容量4000kW。拦河坝为闸坝，最大坝高19.6m，枢纽建筑物由两岸重力坝、泄水闸坝、冲砂坝段、发电厂房及开关站等主要建筑物组成。按照《防洪标准》GB50201-94和《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》SL252-2000规定，本工程为Ⅳ等工程、小（1）型规模；拦河坝、厂房及开关站等枢纽主要建筑物按4级建筑物设计，次要建筑物按5级建筑物设计，临时建筑物按5级建筑物设计。
1.2设计洪水标准
根据《防洪标准》GB50201-94的规定，拦河坝和厂房的防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。开关站洪水标准按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。
坝址30年一遇洪峰流量为1222m3/s，200年一遇洪峰流量为1810m3/s。
2．坝址、坝轴线、坝型选择及工程总体布置
2.1坝址选择
根据《九龙江北溪支流（新桥溪、双洋河、溪南溪）流域综合规划报告》，本工程为溪南溪梯级开发的第七级水电站，即易缘水电站，系原有的尖祠水电站技改工程。经大坝坝址现场踏勘和初步比选，认为坝址位于原尖祠水电站厂房下游80～140m处河段较为合适，该段河谷比较宽阔，两岸山坡地表覆盖层薄，地质条件较好，在此河段建坝，拦河坝坝轴线较长，便于布置溢流段和厂房。在坝址河段上游，离原发电厂房太近，河床较窄，不利于布置溢流段，厂房开挖量大。在坝址河段下游，河床较低，坝高将增加，右岸地形较高，溢流段开挖较大，工程投资将加大。初选的坝址河谷，呈“U”型，河底高程155.4m，水深2～3m，河床为砂砾石覆盖，左岸山坡30～50°，右岸山坡30～40°，多见基岩出露，经地形测量和地质查勘分析，该坝址从地形地貌以及工程地质条件等均能满足建坝要求。
2.2坝轴线选择
根据选定的坝址，结合地形、地质及水工建筑物要求，在坝址区布置A、B两条坝轴线进行比较， A坝线距B坝线约30m， A、B坝轴线均采用闸坝进行比较，两方案枢纽布置相似，但由于坝线不同，相应的厂房开挖量也不同，详细比较见表2-1。
由A、B坝轴线技术经济比较可以看出：
① 地形地质条件方面，A坝线右岸地形较B坝线左岸地形平坦，地面高程较低，且A坝线河床较宽，更适合厂坝枢纽的布置。A、B坝线工程地质条件接近，坝基均可坐落于弱风化基岩上，坝基岩体内无不良构造穿过，不存在坝基深层滑动的边界条件，坝基稳定性好。坝基岩体承载力高，完全满足拦河坝对地基承载力的要求。
②地形上右岸较平坦、开阔，适宜布置有关建筑物，开挖量少。坝址处左岸平直，位置狭小，不便于建筑物的布置，而坝址右岸山体有一小山沟，开挖平整后可以布置相关的建筑物，但要注意雨天时山沟的汇水现象，做好排水措施，避免对坝体和厂房的运行安全造成不利影响；
③坝址B两岸均较陡，高程较高，开挖量大，对厂房及闸坝布置不利，造价高；A两岸均较宽，高程较低，开挖量小，造价低。
综上所述，推荐A坝线作为本工程坝轴线。
A、B坝轴线技术经济比较表
表2-1
坝 址
项 目
A 坝 线
B 坝 线
地形
地质
河谷底高程约155.4m，底宽约40m， 正常蓄水位169.35m处谷宽约75m，两岸山坡坡度约30 o -40o，山坡弱风化基岩裸露，上部覆盖层分布厚小于3m，河床冲洪积砂砾卵石、漂石覆盖较厚。坝址区出露的地层岩性主要为中粒灰白色砂岩、砂砾岩，具弱硅化现象。坝址地质构造较简单，主要表现为节理裂隙。
河谷底高程约158m，底宽约36m， 正常蓄水位169.35m处谷宽约70m，左岸山坡坡度约30 o -50o，山坡弱风化基岩裸露，上部覆盖层分布厚约2m，河床地处为少量冲洪积砂砾卵石、漂石覆盖。坝址区出露的地层岩性主要为中粒灰白色砂岩、砂砾岩，具弱硅化现象。坝址地质构造较简单，主要表现为节理裂隙。
水工枢纽布置
河床中央及靠右岸布置溢流坝段，长40.5m，坝顶高程173.44，下游消能方式为底流消能。左、右岸挡水坝段共长46.00m，坝顶总长86.50m，最大坝高19.82m。
河床中央及靠左岸布置溢流坝段，长40.5m，坝顶高程173.45，下游消能方式为底流消能。左、右岸挡水坝段共长42.5m，坝顶总长86.5m，最大坝高20m。
基础开挖方量
厂房、拦河坝段总开挖方量约为10051.9 m3
厂房、拦河坝段总开挖方量约为13059.4 m3
2.3坝型选择
本电站水头较低，河谷较宽，坝较矮，且汛期洪水流量大、历时短，要求坝上要开较深的溢流孔口以满足泄洪要求，所以不具备布置拱坝的技术条件，而其它坝型如土坝、堆石坝、砼支墩坝等均难以满足泄洪要求。因此，根据本工程特点及坝址的地形特性，不进行坝型进行比较。
采用砼闸坝：砼闸坝由溢流坝段和左右挡水坝段组成。坝顶高程176m，坝顶总长86.50m，最大坝高19.82m。挡水坝基本剖面为三角形，上游面垂直，下游面坡度为1：0.8，折坡点高程为169.69m，坝顶宽3m，左右挡水坝段长分别为14m和12m。溢流坝段位于河床中央偏左，长40m，泄洪闸尺寸为3孔10×7m（宽×高），堰顶高程163.5m，下游采用底流消能，消力池底高程155.40m，溢流坝底宽15.09m。
3．工程总体布置
本工程为河床式电站，枢纽主要建筑物有拦河坝、发电厂房及户外开关站等。
拦河坝位于漳平市溪南尖祠水电站厂房下游80m处，大坝由河床中间偏左岸长40m的溢流冲砂坝段、厂房段和左右岸挡水砼坝段组成，坝顶总长86.50m。闸坝坝顶高程176.00m，溢流堰顶高程163.5m，坝长40m，左右岸重力坝坝顶高程176.00m，最大坝高19.82m，坝顶宽3.0m。
厂房主要由主副厂房、升压开关站等建筑物组成。厂房为河床式，厂内装两台单机容量为2000kW的水轮发电机组，总装机4000kW。厂房机组间距8.8m，主机间长20.2m，宽12.1m，副厂房布置在主厂房下游端头。升压开关站为户外式，布置在厂房下游侧进厂公路旁，面积为21×10m。
4．挡水及泄水建筑物
4.1大坝布置
枢纽的挡水建筑物，从右岸至左岸依次为右岸重力坝段、进水口段、冲砂坝段、溢流闸坝段和左岸重力坝段。
（1）闸顶高程确定
闸坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物，在非汛期挡水，将水位蓄至正常蓄水位169.35 m，与上一级电站尾水相衔接，达到流域规划要求，汛期闸门开启，以满足大坝泄洪要求。闸门顶高程略高于正常高水位，因此闸门顶高程确定为169.85m。
（2）左右岸重力坝坝顶高程确定
本工程大坝为4级建筑物，按30年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，最大风速25m/s，多年平均最大风速18m/s，吹程2000m，按《混凝土重力坝设计规范》DL/T5108-1999计算坝顶高程，计算结果如表2-2。
经过计算：坝顶高程由校核洪水位加安全超高和风浪爬高控制，计算坝顶高程为176m，考虑坝顶不设防浪墙，确定坝顶高程为176m。

表2-2 坝顶高程计算成果表
计算情况
水库静
水位（m）
V
（m/s）
D
（m）
h1%
（m）
hZ
（m）
hc
（m）
坝顶高程（m）
正常蓄水位
169.35
25
2000
2.342
1.354
0.4
174
校核洪水位
173.44
18
2000
1.431
0.648
0.3
176
（3） 溢流坝宽度方案比较
确定溢流宽度的原则是:在保证渲泄各级流量的前提下，要求枢纽布置合理、运行方便、节省投资。由于闸门打开时，洪水从溢流堰泄流。溢流堰为WES实用堰型，其泄流计算按泄流能力进行计算，堰顶高程为164.00m，根据坝址地形、地质及水流条件，按水库正常蓄水位169.35m考虑。
（4）消能方式选择
根据本工程坝高不大，发生校核洪水时，下游水位较高，下游两岸有一定抗冲能力等特点，拟采用消能效果较好、工程量及投资较省的底流消能方式。
（5）大坝布置及材料
闸坝段位于河床中央及靠右岸位置，总净宽30m，闸门高7m，坝顶高程176m，溢流堰堰型采用WES实用堰型式，堰顶高程163.50m，闸室后段接半径3.74m的圆弧段。
大坝在溢流坝和进水口段之间设有一冲砂孔，孔口尺寸为2×2m（宽×高），底板高程155.60m，设检修闸门及工作闸门各一扇，坝顶设有卷扬机式启闭设备。

第三章 非溢流坝设计计算
1．坝顶高程确定
1.1上游水水位的计算
根据堰流公式：
(3—1)
式中 Q—下泄流量，m3 /s；
B—堰顶过水净宽；
H0—包括流速水头在内的堰上总水头；
m—堰的流量系数；
σs—淹没系数，视淹没程度而定，不淹没时σs =1.0；
ε—侧收缩系数，根据闸墩厚度和墩头形状确定，取ε=0.90～0.95；
g—重力加速度，9.81m/s2。
本设计采用WES实用堰型式，总净宽为30m，共为3孔，每孔宽度为10m。采用堰流公式计算不同堰上水头的泄的流量，则ε、σs、m的取值根据《水力学》取得:a、侧收缩系数ε与边墩和闸墩的形状系数、闸孔数等有关，查图得相关的数据代入公式求得ε=0.95；b、淹没系数σs与hs/HO有关，对WES剖面可根据查图σs=1；c、本设计的堰属于低堰，当时，属正常过水，正常蓄水位情况下的流量系数为0.496。用列表试算法求下泄流量过程、水库蓄水过程、水库设计洪水位、最大下泄流量qm。（水库特性曲线和洪水过程线见附图1所示。）
(1) 计算并绘制水库的q-v关系曲线。将计算列于表（3-1）中，并绘制水库的q-v关系曲线如图3-1所示。

表3-1
库容V
96.53
110.06
137.19
171.99
215.78
269.92
335.73
下泄流量q
885.5
1037.1
1285.4
1550.9
1832.5
2129.3
2440.6

图3-1 流量q与库容V曲线
(2) 计算并绘制水库的 z-v关系曲线。将计算列于表（3-2）中，并绘制水库的z-v关系曲线如图3-2所示。
表3-2
库容V
0
0.9
3.14
6.7
11.55
17.36
23.77
30.8
38.5
46.88
水位Z
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
库容V
51.36
61.24
73.42
89.25
110.06
137.19
171.99
215.78
269.92
335.73
水位Z
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
图3-2 水位Z与库容V关系曲线

（3）水库调洪计算。
某水库调洪计算表（试算法，P=3.3％）

时间 t(h)
流量Q (m³/s)
时段 Δt(h)
(Q1+Q2)/2(m³/s)
(Q1+Q2)/2Δt (m³/s)
时段末出库流量q (m³/s)
(q1+q2)/2 (m³/s)
(q1+q2)/2 Δt(m³/s)
ΔV (万m³)
V (万m³/s)
Z（m)
0
0
0
0
0
0

0.00

96.53
169.35
3
20.20
0-3
10.10
10.91
20.2
10.10
10.91
0.00
96.53
169.35
6
53.80
3-6
37.00
39.96
53.8
37.00
39.96
0.00
96.53
169.35
7
65.70
6-7
59.75
21.51
65.7
59.75
21.51
0.00
96.53
169.35
8
80.20
7-8
72.95
26.26
80.2
72.95
26.26
0.00
96.53
169.35
9
93.20
8-9
86.70
31.21
93.2
86.70
31.21
0.00
96.53
169.35
10
110.20
9-10
101.70
36.61
110.2
101.70
36.61
0.00
96.53
169.35
11
128.20
10-11
119.20
42.91
128.2
119.20
42.91
0.00
96.53
169.35
12
152.10
11-12
140.15
50.45
152.1
140.15
50.45
0.00
96.53
169.35
13
184.50
12-13
168.30
60.59
184.5
168.30
60.59
0.00
96.53
169.35
14
268.00
13-14
226.25
81.45
268
226.25
81.45
0.00
96.53
169.35
15
449.70
14-15
358.85
129.19
449.7
358.85
129.19
0.00
96.53
169.35
15.5
745.60
15-15.5
597.65
107.58
745.6
597.65
107.58
0.00
96.53
169.35
15.65
885.50
15.5-15.65
815.55
44.04
885.5
815.55
44.04
0.00
96.53
169.35
16
1222.00
15.65-16
1053.75
132.77
1022.8
954.15
120.22
12.55
109.08
170.65
16.5
918.00
16-16.5
1070.00
192.60
1064.8
1043.80
187.88
4.72
113.80
170.90
17
708.30
16.5-17
813.15
146.37
837.4
951.10
171.20
-24.83
88.96
169.43

某水库调洪计算表（试算法，P=0.5％）

时间 t(h)
流量Q (m³/s)
时段 Δt(h)
(Q1+Q2)/2(m³/s)
(Q1+Q2)/2Δt (m³/s)
时段末出库流量q (m³/s)
(q1+q2)/2 (m³/s)
(q1+q2)/2 Δt(m³/s)
ΔV (万m³)
V (万m³/s)
Z（m)
0
0.00
0
0
0
0

0.00

96.53
169.35
3
29.40
0-3
14.70
15.88
20.2
10.10
10.91
4.97
96.53
169.35
6
78.60
3-6
54.00
58.32
53.8
37.00
39.96
18.36
96.53
169.35
7
96.00
6-7
87.30
31.43
65.7
59.75
21.51
9.92
96.53
169.35
8
117.10
7-8
106.55
38.36
80.2
72.95
26.26
12.10
96.53
169.35
9
136.50
8-9
126.80
45.65
93.2
86.70
31.21
14.44
96.53
169.35
10
161.10
9-10
148.80
53.57
110.2
101.70
36.61
16.96
96.53
169.35
11
187.70
10-11
174.40
62.78
128.2
119.20
42.91
19.87
96.53
169.35
12
223.50
11-12
205.60
74.02
152.1
140.15
50.45
23.56
96.53
169.35
13
270.00
12-13
246.75
88.83
184.5
168.30
60.59
28.24
96.53
169.35
14
393.90
13-14
331.95
119.50
268
226.25
81.45
38.05
96.53
169.35
15
663.90
14-15
528.90
190.40
449.7
358.85
129.19
61.22
96.53
169.35
15.25
885.50
15-15.25
774.70
69.72
745.6
597.65
53.79
15.93
96.53
169.35
15.5
1102.10
15.25-15.5
993.80
89.44
1005.6
875.60
78.80
10.64
107.17
170.55
16
1810.00
15.5-16
1456.05
262.09
1395.2
1200.40
216.07
46.02
153.19
172.63
16.5
1356.60
16-16.5
1583.30
284.99
1548.7
1471.95
264.95
20.04
173.23
173.44
17
1044.50
16.5-17
1200.55
216.10
1260.1
1404.40
252.79
-36.69
136.54
171.95

①设计洪水Q=1043.8 m3/s，查表得设计洪水位=170.90m
②校核洪水Q=1548.7 m3/s，查表得校核洪水位=173.44 m
1.2下游水位的计算
根据明渠均匀流的流量公式：
(3—2)
式中 A—过水断面面积，m2；
C—谢才系数，m1/2/s；
R—水力半径，m；
i—坡降，‰。
库区呈长条形河谷，区域内多显圆形山，山坡坡度一般为30°～40°，本设计的右边坡度采用40°，左边坡度采用30 º；本设计的河床采用如附图A，则边坡m1=1.73，m2=1.19,，河底宽为b1=38m；坡降为5.6‰；糙率n是根据《水力学》查表得n=0.035。计算如下表3—3：
Z
H
A
C (m1/2/s)
R
i
Q
155.4
0
0.00
0.00
0.00
0.0056
0.00
156
0.6
23.33
26.10
0.58
0.0056
34.73
157
1.6
64.54
30.49
1.48
0.0056
178.95
158
2.6
108.67
32.82
2.30
0.0056
404.77
159
3.6
155.72
34.43
3.06
0.0056
702.40
160
4.6
205.69
35.66
3.78
0.0056
1067.66
161
5.6
258.59
36.66
4.46
0.0056
1498.69
162
6.6
314.40
37.50
5.11
0.0056
1994.83
163
7.6
373.13
38.22
5.74
0.0056
2556.11
图3-3 下游水位与流量关系曲线
河床底如图3-4所示：
图3-4
则：
①设计洪水Q=1064.8m3/s；由图得设计洪水位=160.47m
②校核洪水Q=1810m3/s；由图得校核洪水位=161.90m
1.3 坝顶高程的确定
坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程。可根据《混凝土重力坝设计规范》，由下式计算坝顶高程，应选择两者中最高者的高程作为选定的坝顶高程。
（3-3）
式中 —防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；
—累积频率为1%的波高，m
—波浪中心线至正常或校核洪水位的高差，m；
—安全超高，按《混凝土重力坝设计规范》规定，按下表3－3采用。
表3－4 安全超高
运用情况
坝的安全级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
正常蓄水位(设计洪水位)
0.7
0.5
0.4
校核洪水位
0.5
0.4
0.3
1.3.1 设计洪水位时坝顶高程的确定
根据《混凝土重力坝设计规范》规定，采用官厅水库公式计算波浪高度h和波浪长度Lm、波浪中心线高出静水位hz:
(3—4)
(3—5)
式中 h—波浪高度，m，当gD/V0 2=20～250时，为累积频率5%的波高，当gD/v02 =250～1000，时，为累积频率10%的波高，计算浪压力时，规范规定应采用累积频率为1%的波高，对应于5%的波高，应乘以1.24，对应于10%的波高，应乘以1.41；
V0—计算风速，m/s，设计情况取50年一遇风速，校核情况取多年平均最大风速；
D—吹程，m，可取坝前沿水面到水库对岸水面的最大直线距离，当水库水面特别狭长时，以5倍平均水面宽计算。
(3—6)
式中 H—坝前水库水深，m
—累积频率为1%的波高，m
坝的安全级别为Ⅲ级，查表3－3得, m。由于V0=25 m/s（取50年一遇的风速）, D=2000m，设计洪水位为169.35m，宜按官厅水库公式计算：
①

=2.14936m
,在20～250之间，为累积频率5%的波高，所以转化为的波高，则=1.09×2.14936=2.3428m。
②

=13.7857m
③ 当坝前水深H1=169.35-156=13.35m >m，则浪压力应按深水波计算。当时，按下式计算：

=（3.14×2.34282）/13.7857
=1.3537
=0.4+1.3537+2.3428=4.10 m
所以，Z坝顶(坝顶高程) =Z正 (正常蓄水位)+Δh设
=169.35+4.10
=173.45m
1.3.2 校核洪水位坝顶高程的确定
坝的安全级别为Ⅲ级，查表3－3得, m。由于V0=18 m/s（取多年平均最大风速）,D=2000m，校核洪水位为173.44m，宜按官厅水库公式计算：
①

=1.313147m
,在20～250之间，为累积频率5%的波高，所以转化为的波高，则=1.09×1.313147=1.4313m。
②

=9.9257m
③ 当坝前水深H1=173.44- 156=17.44m > m，则浪压力应按深水波计算。

=（3.14×1.43132）/9.9257
=0.6481
=0.3+0.6481+1.4313=2.38m
所以，Z坝顶(坝顶高程) =Z正 (校核洪水位)+Δh校
=173.44+2.38
=175.82m
因为Z坝顶(校核洪水位)> Z坝顶(正常蓄水位)，两者比较取大值，则坝的高程为175.82m，最大坝高为175.82-156=19.82m
2.重力坝断面设计
2.1坝宽的确定
河床底部高程为155.4m，坝底高程为155 m，坝的高程为175.82m，则坝高为19.82m ,属于低坝。根据《砼重力坝设计规范》（DL5108-1999）第11.1.3条规定，常态混凝土坝坝顶最小宽度为3.0m,故取坝顶宽为3.0m。
2.2坝面坡度的确定
根据《水利水电工程建筑物》采用，重力坝的基本剖面的上游边坡系数常采用0～0.2，下游边坡系数采用0.6～0.8，坝底宽一般为坝高的0.7～0.9倍。
2.3坝基防渗与排水设施的拟定
初步拟定帷幕排水孔中心线在坝基面处距离坝踵的距离，坝基排水幕中心线距上游面距离为3.5m，则折减系数取0.3。
根据以上数据绘制重力坝断面图，如图3-5所示：

图3-5 重力坝断面图
3.重力坝荷载计算
3.1正常洪水位
3.1.1 正常洪水位情况下的荷载
正常洪水位情况下荷载简图如图3-6所示：

图3-6 重力坝荷载简图
1、竖向立
⑴ 自重

2．水平水压力

3．浪压力

4.淤沙压力
（单位有问题）

5．扬压力
⑴渗透压浮力02

挡水剖面在正常洪水位情况的荷载组合见表3-5：
表3-5
荷载
符号
计算式
垂直力（kN）
水平力（kN)
对坝底面中心的偏心距（m)
力矩（kN. m)
↓
↑
←
→
↙﹢
‐↘
自重
W1
3×20×24
1440

6.976－3／2=5.476
7885

W2
10.952×13.69×24／2
1799

6.976－3－10.952／3=0.325
585

上游水平水压力
P1
9.81×13.35²／2

874
13.35／3=4.45

3889
渗透压力
U1
9.652×4.005×9.81／2

190

6.976－4.3－9.652／3=﹣0.541
103

U2
4.3²×9.81

181

6.976－4.3／2=4.826

874
U3
4.3×(13.35-3.4.3)×9.81／2