FCD 71020 FCD水利水电工程初步设计阶段导流明渠设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1995年7月水电站初步设计阶段导流明渠设计大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (4)4. 径流分析计算内容和要求 (6)5.径流特性分析 (6)6.径流还原计算 (7)7.径流系列代表性分析 (10)8.径流系列计算 (11)9.径流频率分析计算 (14)10.径流年内分配 (18)11.应提供的设计成果 (19)1 引言1.1 工程概述水电站工程位于省县(市)的河干(支)流上, 是河河段梯级规划中的第个水电站。
该水电站上距市(县) km, 下游距市(县) km, 坝址处有公路(铁路)通过, 对外交通方便。
水电站工程是一座以发电为主, 兼顾、等综合效益的大(中)(I、II)型水电工程, 其工程等级为等, 主要永久建筑物为级, 相应临时建筑物为级。
水电站枢纽主要由重力式(河床式)拦河坝, 坝后式(河床式)厂房及溢洪道、泄水底孔等建筑物组成。
其拦河坝最大坝高m, 坝顶长度m, 水库总库容亿m3。
电站装有台装机容量为MW的机组, 总装机容量为MW。
设计水头m, 保证出力MW, 多年平均发电量为亿kWh。
水电站工程采用明渠导流方式分期施工方案。
导流明渠布置在左(右)岸, 与永久溢洪道(泄洪闸, 表、中、底孔)相结合。
1.2 适用范围(1) 本大纲是在施工导流方案综合比较的基础上, 按照选用的明渠导流方案, 以导流明渠设计为主体, 结合明渠导流方式, 包括明渠施工期、运行期及完建期全过程的设计内容。
(2) 本大纲适用于河床及岸边岩基上的导流明渠设计。
按照规划要求, 本工程计划于年月开工, 年第一台机组发电, 总工期为年。
2 设计依据文件和规范2.1 导流明渠设计的主要依据文件(1) 工程可行性研究报告;(2) 工程可行性研究报告审批文件;(3) 工程初步设计任务书。
2.2 主要设计规范(1) 水利水电工程初步设计报告编制规程(DL 5021—93);(2) 水利水电工程施工组织设计规范(SDJ 338—89);(3) 水利水电工程设计工程量计算规定1[试行, (88)水规设字第8号文];(4) 溢洪道设计规范(SDJ341—89);(5) 混凝土重力坝设计规范(SDJ21—78)及补充说明;(6) 水闸设计规范(SDJ 133—84)。
3 基本资料3.1 导流明渠设计标准根据导流方式研究的主要成果, 本工程施工期内, 导流明渠和永久溢洪道(泄洪闸、表、中、底孔)相结合, 在坝上+ 桩号以上明渠按级建筑物设计; 坝上+ 桩号以下与永久建筑物结合部分, 按级建筑物设计。
导流明渠设计洪水标准采用年一遇洪水, 明渠设计泄流流量为m3/s。
3.2 导流规划及其技术指标水电站工程施工导流分三(四)期进行:一期: 在一期(纵向)围堰的围护下, 进行岸边导流明渠的开挖和混凝土浇筑(全年)施工, 河水经束窄后的河床下泄。
二期: 以河床截流为标志, 形成以二期上、下游横向围堰保护下的河床大基坑, 进行主体工程的坝基开挖和混凝土浇筑施工; 河水由导流明渠宣泄。
三期: 以明渠断流为标志, 河水由永久底孔（临时底孔）或临时预留大坝缺口下泄, 主要进行溢洪道(泄洪闸)改建。
整个工程施工分期导流技术特性详见表1。
3.3 地形及地质资料3.3.1 地形图:(1) 平面地形图, 采用年测1/1000地形图, 其座标系为座标系;(2) 基岩等高线平面图, 采用年1/1000比例尺的测图, 该图座标系与平面地形图一致。
1据悉, 水规总院于1993年3月对本规定提出了修订送审稿, 并于1993年7月进行了审查, 后又于1994年3月提出了“预可行性研究阶段”阶段系数的意见, 其后一并报两部审批, 请各设计单位注意新规定的发布动向——编者按。
表1 施 工 导 流 技 术 特 性 表3.3.2 有关的地质平、剖面图(1) 地质平面图, 采用坝址区1/1000比例尺的地质填图，该图应为本设计阶段设计成果; (2) 地质横剖面图, 采用与明渠轴线垂直的1/500的地质剖面图, 其剖面间距应不大于20m;(3) 地质纵剖面图, 采用沿明渠轴线的1/1000的地质剖面图(及沿外导墙的地质纵剖面图)。
3.3.3 有关的岩体物理力学指标。
本工程导流明渠从进口到出口所分布的基岩主要为 系 岩(及 岩)。
在导流明渠沿线的基岩中, 主要发育着 组断裂结构面, 尤以 组结构面最为发育,是明渠开挖及稳定的主要控制结构面。
基岩及结构面的岩石物理力学指标详见表2及表3。
表2 基 岩 岩 石 物 理 力 学 指 标 表表3 结 构 面 及 其 参 数 表3.3.4 岩土开挖边坡稳定性及边坡建议值。
导流明渠内边坡: 最大高度约 m, 其中基岩边坡高约 m, 产状走向 ,倾向, 倾角，受结构面影响, 表层(深层)局部形成不稳定块体, 是边坡处理的重点。
导流明渠外边坡: 最大高度约m, 其中基岩边坡高约m, 其产状走向, 倾向, 倾角, 受断层(裂隙)影响, 是外导墙基础稳定的控制因素。
地质建议的边坡开挖边坡参数见表4。
表4 边坡开挖参数表3.3.5 明渠出口下游的河床覆盖层指标:(1) 下游河床覆盖层的颗粒组成, 覆盖层地质剖面;(2) 下游河床基岩及覆盖层的不冲流速, 覆盖层渗透情况及明渠衬护的允许流速。
3.4 水文及气象资料3.4.1 天然水文情况:(1) 站历年逐月平均流量, 见表5。
表5 站历年逐月平均流量表( 年至年)(2) 站天然洪水成果, 见表6。
表6 站天然情况下设计洪水成果表3.4.2 坝址施工洪水:(1) 坝址施工设计洪水构成流量, 见表7。
表7 坝址施工洪水构成流量表单位:m2/s(2) 坝址分期最大流量, 见表8。
表8 坝址施工分期流量表单位:m3/s(3) 典型设计洪水过程线。
3.4.3 坝址水位~流量关系曲线坝址水位～流量关系曲线, 采用年水尺测定的水位～流量关系成果, 水尺位于坝线下游m处, 水位～流量关系详见表9。
表9 坝址水位～流量关系曲线表3.4.4 库容~水位曲线3.4.5 气象资料采用气象资料进行统计计算, 求出各要素特征值, 见表10。
表10 站各气象要素统计表3.4.6 泥沙资料:(1) 天然多年平均输沙量(包括推移质和悬移质);(2) 天然多年平均含沙量;(3) 泥沙颗粒组成;(4) 泥沙物理力学特性指标。
3.4.7 冰情资料:(1) 坝址上、下游河段封冻期;(2) 坝址流冰持续期;(3) 坝址冻融循环次数统计。
3.5 水工建筑物资料(1) 枢纽总平面布置图(1/1000～1/2000);(2) 枢纽布置立视图(1/1000～1/2000);(3) 与导流明渠相结合的泄水建筑物的平、剖面图(1/500～1/1000);(4) 各主要泄水建筑物的泄量曲线;(5) 各主要泄水建筑物及坝段的剖面图;(6) 各种闸门及启闭机的设计参数;(7) 各单项建筑物分项工程量。
3.6 建筑材料3.6.1 导流明渠各部位建材种类及标号, 见表11。
3.6.2 采用的新材料性质及指标3.7 其它有关资料3.7.1 坝址下游的供水要求, 见表12。
表12 下游河段的综合用水量表单位:m3/s3.7.2 坝址下游城镇的防洪能力。
本坝址下游km处是市(镇), 该地洪水设防标准为年一遇洪水重现期, 要求下泄流量不超过m3/s。
3.7.3 可能提供的施工机械化水平。
3.7.4 临时或永久跨明渠的交通要求。
3.7.5 施工期通航过木及过鱼要求。
4. 设计任务及基本假定4.1 主要设计任务(1) 导流明渠布置与体型设计;(2) 明渠导流水力设计, 及各施工分期的特征水位复核计算;(3) 明渠结构稳定分析;(4) 施工期内导流明渠进、出口及其下游防护工程设计;(5) 导流明渠施工设计;1) 初拟明渠施工布置及施工方法;2) 明渠施工围堰的设计。
(6) 工程量计算。
4.2 基本设计假定及原则4.2.1 导流明渠由引水渠段、坝体结合控制段、泄槽、消能防冲段以及出口防护段等几部分组成。
其中引水渠段按临时建筑物设计, 其余几部分均结合永久溢洪道(泄水闸), 按永久建筑物设计。
4.2.2 明渠设计包括明渠施工期、运行期以及工程完建期三种情况。
4.2.3 无论按临时建筑物或按永久建筑物设计的明渠各部分, 均须满足整个施工期的导流、通航及过木等要求。
5 导流明渠布置及体型设计5.1 明渠布置的基本原则(1) 本工程采用左(右)岸大(小)明渠方案, 导流明渠与永久建筑物的溢洪道(泄洪洞)相结合, 通过体型设计选择水力条件良好, 施工、运行方便, 工程量较少, 与电站枢纽总布置相协调的方案作为推荐方案。
(2) 导流明渠与永久工程相结合的部分在满足导流条件的同时, 应兼顾永久运用的要求;(3) 导流明渠设计应满足截流施工的要求及施工交通条件;(4) 明渠布置(不)考虑施工期通航、过木及过鱼要求;(5) 明渠布置应考虑兼顾主体工程施工的交通, 有利于后期明渠封堵及改建施工的要求;(6) 明渠布置及导墙位置的选择应考虑明渠外侧的纵向围堰施工比较方便, 而另一侧又不致形成过高的开挖边坡或大量的挖方量。
必要时, 应通过技术经济比较确定导流明渠的位置。
5.2 明渠平面布置5.2.1 选择导流明渠进、出口位置。
5.2.2 确定明渠进、出口高程(1) 导流明渠进、出口底板高程的确定应满足截流分流的要求;(2) 导流明渠进、出口高程不宜高于原河床枯水期的常水位高程;(3) 导流明渠出口高程不宜低于河底, 并应结合出口消能与水面衔接方式确定。
5.2.3 明渠弯道设计为使导流明渠内水流顺畅, 避免产生过大的横向折冲水流, 应使明渠弯道设计的转弯半径不小于4～6倍明渠底宽。
5.2.4 外导墙的位置(1) 导流明渠外导墙位置应通过经济、技术比较确定, 并与枢纽布置相协调;(2) 明渠外导墙的基础应放在完整的岩基上, 并保证其基础的稳定, 不允许将导墙置于半挖半填的基础上;(3) 明渠导墙的断面型式应根据地质情况并考虑有利施工确定。
, 避免因导墙翻水恶化渠内流态及降低泄流能力。
5.3 明渠的断面设计5.3.1 过水断面设计导流明渠过水断面设计应结合水工及地质要求, 并满足以下因素:(1) 导流明渠的断面设计应满足导流设计泄量的基本要求;(2) 在设计流量条件下, 明渠过水断面的单宽流量以不大于250m3/s为宜, 结合下游消能防冲、通航过木要求统一考虑;(3) 导流明渠底宽设置应考虑满足河床截流要求的最小宽度;(4) 为满足施工期通航(过木)要求, 明渠断面设计应避免急剧的局部变化。