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1、长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 1 -前 言本次设计是根据“长春工程学院水利工程系教学指导组”的指导来进行设计的。本次设计力求在内容上理论联系实际，在叙述上浅显易懂，着重阐明基本概念、基本理论、并适度反映学科的新进展，以使我们较为全面、系统地获得水工设计方面的知识。设计中运用了水力学、水工建筑物、工程水文学等多方面的专业知识。主要是与水利工程有关的挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物的设计，得到了王怀章老师、时述凤老师的耐心指导，对设计提出了许多具有指导性和具体修改的宝贵意见，并且也得到了院、系领导的大力支持，在此一并致谢。由于设计中我们水平有限，设计内容存在一些不得当之
2、处，错误和不妥之处也在所难免，恳请领导与指导老师们批评指正。设计人：范 静日 期：2004-06-20长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 2 -第一章 基本资料及分析一、地理位置兴农灌区位于白旗河上扬家湾处的兴农水库下游，流域呈长条形，坝址以上河流为东西向，坝址以下为东北西南向。灌区长约 24 公里，宽约 4 公里。水库流域面积为 275.2 平方公里。灌区流域面积为 261.2 平方公里。整个流域宽约 10 公里，长约 62 公里。二、地形地貌白旗河流域地势东高西底，周围群山怀抱，河流发源于老爷岭山脉的庆岭，庆岭最高峰为海拔 934 米，杨家湾以上河谷狭窄，森林茂密，植被
3、良好，兴农水库以下，河谷逐渐开阔，地面平均坡度为 1/2001/400，河谷两岸为低山环绕，为茂密的阔叶林覆盖，植被亦良好。坝址以上河长 37.6 公里，河流坡度平均为 7%。三、气象1、霜冻：无霜期 115125 天，坝址以上为 115 天，坝址以下为 120125 天。初霜日期 9月 20 日前后；终霜日期 5 月 4 日左右、冰冻深度达 1.8 米。2、最大风速及风向：根据蛟河县气象站 25 年观测资料汛期（78 月）绝大多数大风均为西南风、仅有一次东风。最大风速 9 米/秒、换算成直垂坝轴的风速为 8.1 米/秒。吹程约为1.5km。四、坝址区地层构造及水文地质条件1、地层与构造本区地
4、层由老到新，为二迭系及第四系近代河流冲积物。（1）二迭系下统（P 1）范家屯组，由变质砂岩、板岩组成，经风化成棱角碎块，透水性强，强度低。（2）第四系近代河流冲积物早期为砂卵石，粘土堆积。分布在坝南端开挖基坑以南。晚期主要由砂卵石、细砂、砂壤长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 3 -土组成，分布在库区。级阶地由此构成。在坝北端山体边部堆积较厚的坡积、残积、滑塌物，主要是块石，砂土混合堆积而成。（3）侵入岩海西晚期形成的花岗岩（T 4） ，侵入二迭系地层，并有相伴而活动的中酸性脉岩。该坝落于花岗岩基上。本区主要构造线方向为 NWWSEE 方向，仅在 102，302 孔发现有一
5、近 NESW 向的次一级断层破碎带，倾向 SE，倾角较陡。坝址区构造裂隙较发育，可见有闭合节理，张开节理。前者多为 SE 方向、倾向 NE，倾角6070。后者多为 NE 方向，倾向 ES，倾角 8090，且规模较大，裂隙充填物为泥质、沙质，具透水性。二者相交呈 X 型节理，均与坝轴线垂直。由于节理发育，降低了基岩的强度及抗风化能力，提高了岩石的透水性，造成了坝址区绕坝渗漏问题。2、水文地质条件（1）孔隙水：分布在库区第四系砂砾石中，含水层的厚度由于家至杨家逐渐加厚。坝址区102 号孔穿过砂砾石层厚约 4 米，钻孔的静止水位均在 0.450.6 米，没有漏水现象。（2）裂隙水：分布在基岩的节理裂
6、缝中，特别是断裂破碎带附近裂隙水较发育。102、202号孔静水位接近孔口，推测可能河床底部破碎带沟通了孔隙水、裂隙水的水力联系，甚至沟通地表水体，造成将来坝址渗漏问题。五、水文资料坝址处有兴农屯气象站五家站，有实测的流量资料。汛期从 6 月 20 日开始至 9 月 25 日止。流域降雨多集中在 69 日，一般占年降水量 70%以上。1976 年进行历史洪水调查，1922 年发生一次最大洪水，相当于五十年一遇，根据洪峰推得其流量为 568m3/s，1953 年发生一次大洪水，相当于二十年一遇，推得其洪峰流量为 395 m3/s。水库下游河床安全泄量 86 m3/s，相当于十年一遇标准。长 春 工
7、 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 4 -六、当地建筑材料及其物理性质1、 土料本地区土料为粉质粘土及风化料，各料场概况如下表 11表 11料场编号 土料名称 位 置 储 量 距坝址距离 粉质粘土 坝左岸 50 500 风化料 坝左岸 24 1000 风化料 右岸沿公路 8 1000 贝壳料 库区 40 500 风化料 右岸坝头 20 2502、 石料坝址处基岩为花岗岩，右岸山体边部发现较厚的滑塌物堆积，堆积物由碎石块，土石组成，多是岩脉的碎石，少部分是花岗岩碎块，基盘是花岗岩。此堆积物风化砂，碎石可上坝，块石可做护坡。3、土壤的物理性质列表 12表 12名 称粘结力（kg/m 3）
8、比 重液 限（%）塑 限（%）塑性指数含水量（%）渗透系数（cm/s）砂质粘土 0.13 2.65 1921 2.03.410 -5风化砂 0 2.70 6 1.110-2坝 基 0 2.703032 1820 124 9.5810-3长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 5 -第二章 工程概况与枢纽布置第一节 工程概况兴农水库位于白旗河上扬家湾处，下游为兴农灌区。兴农水库为下游灌区供水，可灌溉7、2 万亩。兴农水库属于山区水库，兴农水库最高水位小于 340.0m，所对应最大库容不超过 0.085 亿m3，保护面积为 37.3 万亩，属于中型水库，工程等别为三等，主要建筑物为
9、三级建筑物。坝址处所在河床有第四系近代河流冲物，应该清除掉，进行开挖处理；坝座落于花岗岩基上，对断面处采取灌浆处理，对岩石发育进行处理，应用基岩灌浆法。下游的防洪标准为 P=10%洪水，水库下游河床安全泄量 270m3/s，水库运用年限为 50 年，设计洪水重力坝采用 100 年一遇标准，校核洪水为五百年一遇标准。各特征水位及库容见下表 21表 21名 称 水 位（m） 库 容（10 6m3）死水位 318.16 2.72正常蓄水位 334.75 52.72汛限水位 334.5 52.5防洪高水位 335.0 53.56设计洪水位 335.8 57.485校核洪水位 336.4 59.568调
10、洪演算的最大下泄流量 600m3/s，对应的下游最高水位 309.6m。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 6 -第二节 坝址位置的拟定一、从地形角度考虑坝址应选择在河谷狭窄的直线河段，节省投资及施工方便为原则，坝址两岸地形完整，避免在河流急转弯处设坝址。此次设计所选断面坝址位于峡谷段的中部（花岗岩岩体中部） ，谷段长约 70m，两岸地形比较对称，山体完整，右岸较缓，左岸陡。二、从地层岩性角度考虑1、二迭下统（P 1）变质砂岩、板岩组成；2、第四系砂卵石、细砂、砂壤土组成；3、基岩裸露，岩性单一，均为中粒花岗岩。三、从地质构造考虑构造方向线 NWWSEE 方向，102、30
11、2 孔发现有次一级断层破碎带倾向 SE，裂隙发育，相交成 X 型节理，均与坝轴线垂直。且两断层平行距约为 7080m，基本限制了重力坝坝体的移动范围。四、从水文地址条件考虑1、孔隙水分布在库区第四系砂砾石中；2、裂隙水分布在基岩的节理裂缝中。五、从物理地质角度考虑无冲沟、岩堆、泥石流等现象。综合上述方面的考虑，初拟断面坝址较合理。白旗河流域呈长方形，地势东高西低，周围群山环抱，扬家湾以上河谷狭窄，森林茂密，河底分布花岗岩，土料丰富，而扬家湾以下河谷逐渐开阔，河谷两岸低山环绕，在断面处谷宽最为狭窄，且地形利于建土石坝，风化较弱，河谷断面小，建重力坝则左、右岸接头良好（见附图） 。长 春 工 程
12、学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 7 -第三章 水文分析与调洪演算第一节 工程等级的确定根据重力坝设计水利水电枢纽工程的分等指标（下表 31） ，水库总库容为5.272107m3, 控制下游灌溉面积为 7.2 万亩，确定工程等别为三等。 表 31根据重力坝设计水工建筑物级别的划分（下表 32）,确定主要建筑物为三级。分 等 指 标防 洪工程等别工程规模水库总库容（亿 m3）保护城镇及工矿区保护农田面积灌溉面积（万亩）水电站装机容量（万 kw）一大（1）型10特别重要城市、工矿区500 150 75二大（2）型101 重要城市、工矿区 500100 15050 7525三 中 型 10.1
13、 中等城市、工矿区 10030 505 252.5四小（1）型0.10.01 一般城市、工矿区 2.55.0。根据试验，鼻坎挑角一般采用=2535，设计中采用 30。4、鼻坎高程的确定鼻坎坎顶应高出下游水位，一般以 12m 为宜。此次设计中下游最高水位为 309.6m，确定鼻坎高程为 311.2m。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 29 -第六章 引水建筑物的设计为满足下游农田灌溉、工业及生活用水的需要，需要在坝址处修建引水建筑物。第一节 方案比较方案有二：1、将岸边山体打通修建隧洞2、修建底孔具体比较见下表 61 方 案 比 较 列 表 表 61泄洪洞 坝身泄水孔总体布
14、置 要尽量避开不利的地质、水文地质地段，可布置在两岸和一岸山体侧不得靠近或跨越坝段分缝线，通常布置在溢流坝段中心线上形式 一般采用圆形断面 一般采用数量较多而尺寸较小的泄水孔，通常采用矩形断面具体布置 洞线与底坡，取决于导流、开挖、运用要求、尾水位、地形、地基条件泄洪底孔的高程，主要取决于水库的运用条件综合从地质、施工难易程度、管理运用等方面考虑初拟采用坝身泄水孔。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 30 -第二节 坝身泄水孔设计一、坝身泄水孔的作用坝身泄水孔的进口全部淹没在水下，随时都可以放水。其作用有：1、预泄库水，增大水库的调蓄能力；2、放空水库以便检修；3、排放泥沙
15、，减少水库淤积；4、随时向下游放水，满足航运或灌溉等要求；5、施工导流。二、坝身泄水孔的总体布置1、应根据枢纽的任务、对引水孔进行总体规划、考虑到建筑物的特性和相互关系，饮水量、地形、地质、施工、运行等条件综合研究并经技术经济比较后方确定。2、在合理选定底孔线的基础上，根据地形、地质及水流条件、选定进口位置及进口结构形式，确定闸门在底孔中的位置。3、确定洞身纵坡及孔中断面和尺寸。4、根据地形、地质、干渠高程等条件及建筑物之间的相互关系选定，出口位置、高程及消能方式。三、坝身泄水孔的形式与布置按水流条件，坝身泄水孔可分成有压的和无压的；按泄水孔所处的高程可分成中孔和底孔；按布置的层数又可分成单层和多层。1、有压泄水孔工作闸门布置在出口，门后为大气，可部分开启；出口高程较底，作用水头较大，断面尺寸较小。缺点是闸门关闭时，孔内承受内水压力，对坝体应力和防渗都不利，常需钢板衬砌。为此，常在进口设置事故检修闸门，平时兼用来挡水。2、无压泄水孔工作闸门布置在进口。为了形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升高。闸门可以部分开启，长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ）- 31 -闸门关闭后孔口内无水。明流断面可不用钢板衬砌。施工方便，干扰少，有利于加快施工进度；与有压泄水孔相比，对坝体削弱较大。3、双层泄水孔因受闸门结构及启闭机的限制，坝身泄
