1、水工建筑物课程设计金家坝水电枢纽工程专 业：08 级水利水电（4 ）班姓 名： 潘贵成学 号： 08150404指导老师： 董玉文水工建筑物课程设计基本资料一、 工程概况金家坝水电枢纽工程位于重庆市酉阳县双河镇官清乡、小河乡境内，由枢纽区、引水系统和电站厂房等组成。根据甘龙河的流域规划，水电开发共分四级开发，即营盘岭、堰塘湾、金家坝和五堆电站，金家坝水电枢纽工程为第三级。坝址位于乌江的支流甘龙河下游，距金家坝镇 1.0km，距酉阳县城 47km，枢纽区位于官清乡。水库大坝地理坐标东经 108 419北纬 28 3728 ，北距离酉阳县城 47km，南距李溪镇 23km，坝址和厂址均有乡村公路与
2、国道 319 和 326 线相连，交通较方便。金家坝水电枢纽工程是重庆市“十一五”重点能源建设项目之一，工程任务以发电为主，兼有潜在的防洪、灌溉功能，并为人畜饮水、水产养殖及旅游等综合利用提供有利条件。金家坝水电枢纽工程建成后，将加快甘龙河流域其它梯级电站的开发进程，有效缓解重庆统调电网电力供应紧张局面，提高电网运行的可靠性和经济性，促进酉西片区产业结构调整和库区旅游业快速发展。二、气象水文资料1、流域概况金家坝水利枢纽工程位于乌江流域下游一级支流甘龙河的中游。甘龙河发源于贵州省松桃县甘龙区红石乡水田坳，自源地向北流，在金家坝纳右岸支流桥子洞河后折向西北，在小河镇再纳右岸的小河后转向西南，流至
3、沙子场附近再折向西北，在沿河县黑獭堡汇入乌江，河流全长 106km，河道天然落差 804m，平均比降 7.1，流域总集水面积 1700km2（见水系图） 。甘龙河河谷呈“V”型发育，滩多水急，河源至朝花口为上游，地形属中低山区，沿河两岸坡陡，河谷深切，比降大；朝花口至金家坝为中游，地形仍属中低山区，但两岸台地增多，河谷宽窄相间，河床比降变缓；金家坝以下为下游，河谷狭窄，比降相对上中游较缓。甘龙河地形总的趋势是东南高、西北低，流域出露岩层为寒武系至三迭系灰岩夹页岩，流域内地下水充沛，植被较好。2、气象本工程所在流域属中亚热带湿润季风气候区，全年四季分明，气候温和而冷暖不均，雨量充沛而分配不均，云
4、雾多、霜雪少、日照少，冬季干冷、春季暖湿、夏季多雨常有伏旱、秋季凉爽多绵雨。据流域内酉阳气象站 1959 年2001 年资料统计多年平均降水量 1355mm、最大年降水量 1928.7mm（1967 年） 、最小年降水量 849.8mm（1988 年） ；多年平均蒸发量949.4mm（20cm 蒸发皿） ，多年平均气温 14.9、极端最高气温 37.5、极端最低气温-7.8；多年平均风速 0.8m/s、多年平均最大风速 18m/s。据流域内的酉阳气象站资料分析，暴雨主要发生在 5 月9 月，大暴雨多发生在6、7 月份，一次暴雨一般持续时间为 1d3d，主要雨量集中在 1d 以内，实测 24h
5、最大暴雨量达 220.6mm（1955 年），大暴雨 1d 雨量占 3d 雨量的 60以上。3、径流与洪水（1）径流径流资料依照朝阳寺站 1959 年1992 年 34 年资料推算。由朝阳寺站 1959 年1992 年径流系列分析，径流的特点是年内分配不均，主要的径流量集中在 5 月9 月，占年径流量的 67.3，径流的年际变化亦较大，最大年平 均 流 量 为 113 m3/s（ 1983 年 ） 、 最 小 年 平 均 流 量 为 41.6m3/s（ 1988 年 ）， 两 者 相 差 2.72 倍。分别用朝阳寺站 1959 年1992 年实测连序系列和濯河坝插补后的 1959 年1992
6、年连序系列进行频率计算，计算采用成果见表 1.2-1。表 1 水文站年平均流量参数成果表（单位：m 3/s）Qp地 点 均 值 Cv Cs/CvP10 P50 P90 朝阳寺 71.3 0.28 2 97.8 69.4 47.2濯河坝 100 0.28 2 137 97.4 66.2金家坝坝址控制集水面积 1059km2，朝阳寺水文站集水面积 2452km2，朝阳寺站面积是金家坝坝址面积的 2.32 倍，相差较大，因此不能单纯考虑面积修正，本次采用径流深进行修正，查四川省水文手册，阿蓬江朝阳寺年径流深 915mm（与计算的径流深 918mm 接近） ，甘龙河金家坝坝址处年径流深 798mm，计
7、算径流深修正系数为 0.872，金家坝坝址与朝阳寺水文站面积比为 0.432，考虑径流深修正，综合系数为 0.377，计算的金家坝坝址多年平均流量为 26.9m3/s。（2）设计洪水设计洪水主要依据站是阿蓬江濯河坝水文站，阿蓬江濯河坝河段调查的大洪水年份有 1890 年、1909 年、 1927 年和 1935 年，在实测系列中发生的大洪水年份有 1969 年和 1982 年，其中以 1982年为最大，濯河坝站历史洪水调查成果见表 1.2-2。表 2 濯河坝站历史洪水调查成果表年 份 1982 1890 1927 1969 1935 1909洪峰流量（m 3/s） 8780 6450 6200
8、 5950 5750 5530另据历史文献记载 1890 年以前发生的有影响的大洪水年份有 1876 年、1878 年、1883 年和1887 年，从史料记载情况分析，这几场洪水都比 1890 年洪水小，因此可判定 1982 年洪水至少是1876 年以来的最大洪水。因此本次计算历史洪水重现期从 1876 年起算，首位洪水重现期为 129 年。按年最大值独立取样原则，统计濯河坝站 1959 年至 2003 年 45 年洪峰、一天洪量、三天洪量。加入历史洪水组成不连序系列，计算采用的濯河坝站洪水频率计算成果见表 1.2-3。 表 3 濯河坝站设计洪水成果表项 目 均值 Cv Cs/Cv p=0.0
9、5% p=0.2% p=0.5% p=1% p=2% p=5%Qm（m 3/s） 2610 0.56 4 12800 10600 9150 8050 6970 5540W1d（10 8m3） 1.31 0.51 3.5 5.49 4.64 4.07 3.64 3.21 2.63W3d（10 8m3） 2.6 0.45 3.5 9.53 8.16 7.24 6.55 5.84 4.89金家坝坝址集水面积 1059km2，坝区的设计洪水采用与濯河坝面积比的方法推算，面积比指数由地区综合关系确定洪峰流量、1d 洪量、3d 洪量的面积比指数分别为 0.67、0.8、0.9。金家坝坝址设计洪水见表 1.
10、2-4。表 4 金家坝坝址设计洪水成果表地点 项 目 p=0.05% p=0.2% p=0.5% p=1% p=2% p=3.3% p=5% p=10% p=20% p 50%Qm（m 3/s） 5750 4760 4110 3610 3130 2770 2490 2010 1540 950W24h（ 108m3） 2.32 1.96 1.72 1.54 1.35 1.22 1.11 0.926 0.736 0.473坝址W3d（10 8m3） 3.25 2.78 2.47 2.23 1.99 1.81 1.67 1.42 1.16 0.794、泥沙按水库使用寿命 50 年计算，水库在经过 5
11、0 年淤积过后， 坝坝前淤积高程为367.84m，坝前最大淤积厚度为 17.84m，坝前平均淤积厚度为 11.99m。5、坝址处的水位流量关系曲线表 5 坝址下游断面水位流量关系水位（m） 流量（m 3/s） 水位（m） 流量（m 3/s）351.5 11.9 359 1730352 22.1 360 2280352.5 40.4 361 2840353 70.5 362 3420354 160 363 4060355 302 364 4700356 530 365 5370357 873 366 6100358 12206、水位库容曲线（CAD 图）三、地质资料1、水库区工程地质条件坝址属侵
12、蚀剥蚀地貌单元的低山地形。谷底高程 348.2m352.3m ，山顶高程 460.0m550.0 m 以上，比高大于 100m。左岸山体较宽厚，山坡一般坡度 2835 ；右岸山体呈北东南西向的半岛状山体，山坡一般坡度 3040。坝址甘龙河整体流向自东向西，河谷呈不对称的“U”字型，河水面宽 50m60m，水深0.5m1.5m。水库与其邻谷溶溪河和甘龙河下游河段之间分布有闭合的区域性隔水地层，封闭条件良好，故不存在库水向邻谷渗漏问题。水库属峡谷型水库，岸坡陡峻，在正常蓄水位附近，基本为岩质岸坡，不存在浸没问题。库区共发育滑坡体 20 处，由于方量有限且远离坝址，对大坝安全无影响。建库后，在正常蓄
13、水位与消落水位之间的覆盖层将产生小面积的坍岸。2、坝址区的地质概况坝址属侵蚀剥蚀地貌单元的低山地形。谷底高程 348.2m352.3m ，山顶高程 460.0m550.0m以上，河水面宽 50m60m，水深 0.5m1.5m。坝址区分布的地层主要为志留系浅海碎屑沉积岩和第四系松散堆积物。坝址位于鸡公岭复式背斜的北西翼，岩层走向 N1560E ，倾向 NW，倾角 3045。坝址区发育 f40、F 9 断层。基岩主要发育三组陡倾角节理。坝址区一般岩石强风化带厚 4m5m，中等风化带厚度 20m38m。3、上坝线工程地质评价 （1 ）建基标准建议建在中等风化岩带的上部，坝体部位需将两岸山坡的覆盖层及
14、左岸滑坡体清除后置于强风化岩体上。河床坝体可置于砂卵砾石上。（2 ）地基处理建议由于建基岩石完整性差，地基应进行固结灌浆处理。粉砂质页岩岩质软弱，风化速度快，开挖后应立即采取保护措施。（3 ）防渗帷幕建议防渗帷幕灌浆应深入到相对隔水层（q1Lu） ，帷幕灌浆深度：左岸山坡 22m52m；河床6m22 m；右岸山坡 6m52m。帷幕灌浆向两岸延伸长度由库水边起算，至正常蓄水位与地下水位线相接处，左岸延伸86m，右岸延伸 53m。4、坝址区的物理地质现象与边坡稳定评价滑坡体位于坝址左岸趾板线的山坡上，估算体积 25.9104m3。 区（趾板开挖前即现状）稳定系数 K1.12，滑坡体安全余度偏小；
15、区（趾板开挖过程中）稳定系数 K0.95,滑坡体不稳定； 区稳定系数 K1.29，滑坡体基本稳定。5、坝址基岩物理力学参数（1）地层岩性坝址区主要为志留系(中统罗惹组和下统龙马溪组)地层和第四系松散堆积物。由老至新叙述如下：志留系下统龙马溪组第一段：粉砂质页岩（S 1ln1）：灰黄灰色，泥质结构，页理构造。分布于坝址两岸上游山体及河床。志留系下统龙马溪组第二段：粉砂质页岩（S 1ln2）：灰色，泥质结构，页理构造。分布于坝址两岸上游山体及河床。志留系中统罗惹组第一段：1)生物碎屑灰岩（S 2lr1-1）：灰色，微晶结构，厚层状构造。分布于坝址两岸山体及河床，厚度 3.5m5.0m。2)泥质粉砂
16、岩（S 2lr1-2）：灰色，粉砂泥质结构，薄中厚层状构造。分布于河床及坝址两岸山体，厚度 35.0m42.0m。3)粉砂质页岩（S 2lr1-3）：灰色，泥质结构，页理构造。主要分布于坝址右岸中上游、河床及左岸中下游山体，厚度 37.0m44.0m。4)砂岩（ S2lr1-4）：灰色，中粒结构，厚层状构造。主要分布于坝址右岸中上游、河床及左岸中下游山体，厚度 9.0m11.0m。5)粉砂质页岩与泥质粉砂岩互层（S 2lr1-5）：灰色，粉砂质页岩占 67%；泥质粉砂岩 33%。粉砂质页岩为泥质结构，页理构造；泥质粉砂岩为粉砂泥质结构，薄中厚层状构造。主要分布于坝址右岸、河床及左岸下游山体，厚
17、度 55.0m65.0m 。 志留系中统罗惹组第二段：页岩与泥岩互层（S 2lr2）：灰黄色、紫红色，页岩占 65%；泥岩 35%。页岩为泥质结构，页理构造；泥岩为泥质结构，薄层状构造。主要分布于坝址右岸下游半岛状山体。第四系松散堆积物：1) 含角砾粘土（Q dl）：黄黄褐色，稍湿，可塑硬塑，分布于左、右岸山坡，厚度0.5m1.5m 。2)含粘土碎块石（Q col+dl、Q del）：棕黄灰黄色，碎块石含量约占 70%，粒径以100mm250mm 为主，成分主要为强风化弱风化的砂岩和页岩，粘土含量约占30%。主要分布于左、右岸山坡，为崩坡积物，其中左岸较厚，厚度为 5m27m；右岸较薄，厚度一
18、般为 2m5m。3)砂卵砾石（Q al）：灰深灰色，卵石含量约占 20%，粒径以 80mm120mm 为主 ，砾石含量约占 55%60%，粒径以 5m40mm 为主 ，卵石、砾石主要成分为灰岩、白云岩、砂岩等。 卵石、砾石呈弱风化状态，中等蚀圆，呈中密状态，其余为细砂。分布于河床与漫滩，厚度为 2.0m7.5m。（2）基岩物理力学参数见表 6。四、工程设计参数见表 7、8、9。五、设计用图纸及规范1、河道地形图2、工程地质图3、规范（1）混凝土重力坝设计规范（SL319-2005）（水利行业标准）（单号采用）（2）混凝土重力坝设计规范（DL 5108-1999） （电力行业标准）（双号采用）表
19、 6 坝址岩石物理力学性质成果表密 度 单 轴 抗 压 强 度 抗 剪 (断) 强 度烘干 饱和自由吸水率紧密度孔隙率烘干 饱和 Tg c弹性模量岩石名称风化状态试验值比重g/cm3 g/cm3 % % % MPa MPa _ MPa软化系数GPa泊松比组 数 7 7 7 7 7 7 7 7 5 5 6 5 5最大值 2.76 2.67 2.69 2.60 95.27 6.55 69 46 1.08 5.5 0.78 12.5 0.28最小值 2.73 2.57 2.62 0.81 93.45 2.20 17 7 0.90 3.3 0.60 6 0.22中等风化 平均值 2.75 2.60 2
20、.65 1.80 94.60 5.39 29 17 1.01 4.4 0.67 9.10 0.26组数 9 9 9 9 9 9 9 9 2 2 9 2 2最大值 2.79 2.64 2.68 1.80 95.27 6.16 51 31.3 1.08 6.1 0.72 15 0.29最小值 2.75 2.59 2.63 1.00 93.84 4.73 13 6.7 0.95 3.4 0.47 9 0.26粉砂质页岩微风化平均值 2.77 2.62 2.66 1.54 94.58 5.42 33.3 18.8 1.02 4.8 0.58 8 0.28组数 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
21、 2 2最大值 2.75 2.65 2.66 1.49 96.36 6.18 49 31.3 1.42 7.3 0.64 13.5 0.29最小值 2.75 2.58 2.62 0.52 93.82 3.64 29 17 1.25 5.5 0.58 12.5 0.23泥质粉砂岩微风化平均值 2.75 2.62 2.64 1.00 95.09 4.91 39 24.2 1.33 6.4 0.61 13.0 0.26注：由于抗压强度试件取自钻孔岩心，试件暴露时间较长，使试验成果偏小。表 7 工程特性表序号及名称 单位 数 量 备 注一、水文1、流域面积全流域面积 km2 1700坝址以上流域面积
22、km2 10592、利用的水文系列年限 年 343、多年平均年径流量 104m3 84900设计洪水洪量(天) 104m3校核洪水洪量(天) 104m34、泥沙多年平均悬移质年输沙量 104t 59.2多年平均含沙量 kg/m3 0.698多年平均推移质年沙量 104t 5.92二、水库1、水库水位校核洪水位 m 见表 8设计洪水位 m 见表 8正常蓄水位 m 见表 8死水位 m 见表 84、水库容积总库容 108m3正常蓄水位以下库容 108m3调节库容 108m3死库容 108m3三、下泄流量及相应下游水位1、设计洪水位时最大泄量 m3/s 见表 9相应下游水位 m2、校核洪水位时最大泄量 m3/s 见表 9相应下游水位 m注：表中的空缺数字自己根据资料确定。
