亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计

陕西省水利电力勘测设计研究院亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计二○一三年八月陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院枢纽工程布置亭口水库主要建筑物设计结语目录工程概况1234亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计1工程概况陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况亭口水库工程地处陕西省咸阳市长武县境内泾河一级支流黑河上，坝址位于黑河干流下游距河口2.0km，距长武县城18km、距咸阳市160km、西安市180km，水库下游1.0km处有西（安）～兰（州）公路通过。地理位置1.1陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况工程建设的主要任务是工业和城镇生活供水，兼有减淤、发电等综合效益，供水对象为彬长矿区重点工业项目以及彬县、长武两县县城生活用水。工程设计水平年为2020年，供水保证率不低于90%。水库建成后年可向工业及城镇生活供水量为7179万m3。工程开发任务1.2陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况1、枢纽工程组成亭口水利枢纽由（1）亭口水库工程；（2）亭口水库反调节蓄水工程；（3）彬长矿区输配水工程共三部分组成。彬长矿区输配水工程由亭口至长武县城、亭口至马屋电厂、亭口至新民塬工业区和彬县县城三部分组成，其取水水源点均为亭口水库枢纽下游汇流池。亭口水利枢纽工程的组成1.3陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况2、亭口水库工程规模亭口水库为Ⅱ等大（2）型水利工程，由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞、坝后电站等建筑物组成。水库正常蓄水位893.0m，最大坝高49m，总库容2.47亿m3，电站装机1890KW，年发电量618万kW·h。主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞等按2级设计，电站厂房建筑物为3级，临时建筑物按4级设计。亭口水利枢纽工程的组成1.3陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况防洪标准按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核；泄洪建筑物出口消能防冲的洪水标准为50年一遇；坝后电站厂房设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。施工导流为10年一遇洪水标准。亭口水库工程静态总投资193711.97万元，总投资216238.44万元。亭口水利枢纽工程的组成1.3陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院1工程概况3、反调节蓄水工程规模反调节蓄水工程中塬沟水库为Ⅳ等小（1）型工程，大坝等主要建筑物按4级设计，防洪标准按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。亭口水利枢纽工程的组成1.32枢纽工程布置亭口水利枢纽工程布置及主要建筑物设计陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置工程规模确定需要考虑的问题及特点等2.12.1.1工程开发任务亭口水库的主要任务是工业和城镇生活供水，因此，如何最大限度的提供水量充沛、水质优良的水源是工程设计的核心任务。此条件涉及到工程选址及水库运行方案的制定问题。由于亭口水库亭口水库的主要任务是工业和城镇生活供水，因此，供水过程必须连续，不能间断，供水保证率必须满足的要求。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.2水文1、径流和泥沙特性径流和泥沙特性见表2.1.2。表2.1.2亭口水库径流和泥沙特性表序号及名称单位数量备注、流域面积全流域4255工程坝址以上、利用的水文系列年限年、多年平均年径流量亿、代表性流量多年平均流量实测最大流量亭口站实测最小流量亭口站调查历史最大流量设计洪水标准及流量（）校核洪水标准及流量（）、洪量实测最大洪量（日）万设计洪水洪量（）（日）万校核洪水洪量（）（日）万、泥沙多年平均悬移质输沙量万多年平均含沙量实测最大含沙量多年平均推移质输沙量万陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12、径流和泥沙特点（1）水沙年际变化较大经统计，亭口水库丰水年最大入库水量为6.4184亿m3（1966年），枯水年最小入库水量为0.6188亿m3（2002年），分别为多年平均入库水量的2.76倍和0.266倍；年最大入库沙量为5355.4万t（1966年），年最小入库沙量为181.4万t（2002年），分别为多年平均入库沙量的3.89倍和0.132倍；年平均最大含沙量为147.94kg/m3（1978年），年平均最小含沙量为13.11kg/m3（2005年），分别为多年平均值的2.58倍和0.23倍。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.1（2）水沙年内变化较大经资料统计，多年平均情况下，亭口水库来水量主要集中在7-10月份，占多年平均入库水量的63.1%；而沙量主要集中在汛期7~9月，占多年平均入库沙量的84.4%，汛期7、8月来沙量占多年平均入库沙量的68.9%。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.1从表2-4可见，汛期（7月~9月）平均入库水量为11236万m3，占年平均入库水量的48.3%；汛期（7月~9月）平均入库沙量为1162.9万t，占年平均入库沙量为84.4%。其中最大1日入库沙量为2310.61万t（1966年7月27日）。可见，亭口水库的入库水沙相对集中在汛期7~9月，尤其是沙量，绝大部分集中在汛期7、8月。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.3地形及地质条件1、地形在选择坝址时，宜根据地形条件优先选用河谷较窄及有垭口处，且坝址的上游地形开阔、建库后库容较大，目的是有利于减少筑坝工程量，对于土石坝而言有利于布置泄洪设施。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12、地质需要选择地质优良的坝址，避免在断裂、断层等构造带部位修建建筑物，以减少基础处理工程量，同时，有利于确保枢纽建筑物的安全稳定。另外，在优良的地址条件建坝，有利于减少水库渗漏损失，以增加供水量。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.4水库淹没范围1、水库淹没需要考虑的问题（1）水库淹没、水库影响区、枢纽工程建设期的移民安置搬迁，专业项目（主要是库周交通、输电线路、水利设施、教育设施等）处理；（2）文物古迹保护；（3）矿产资源压覆；陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.1（4）其他：如有些工程涉及到环保问题，以及稀有动物、植物保护及搬迁问题；所有淹没处理问题必须得到上级主管部门的批准。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12、水库淹没的特点黑河的上游为甘肃省，因此，在确定水库的水位时其回水末端的高程不能淹没甘肃省，否则，跨不同的行政区之间的水库淹没赔偿等问题将很复杂，进而影响工程的立项审批。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.5库区塌岸为了确定准确的兴利库容，在调节计算中必须减去塌岸所占的库容，需要计算塌岸量。亭口水库区塌岸段多为中、下更新统黄土岸坡，局部低阶地为上更新统黄土，黄土塌岸是较普遍的一种变形破坏。河川口至碾子坡段为水库塌岸的主要地段，塌岸严重地段分布在谢家河左岸1.5km范围内的二、三级阶地。根据综合预测，黑河水库库区塌岸总量约为638.2万m3。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.6生态基流目前，国家越来越重视生态问题，因此在水库设计时生态防水要求，故在调节计算中需要向下游河道水量以满足河道内环境和生态需要要求。下泄水量应从调节计算中扣减才能确定供水量，这是一个非常重要的问题。初设阶段径流系列延长到2008年后，对水库要求下放的生态基流采用2种方法进行了复核计算：（1）多年平均径流量（23255万m3）的10%计算结果为0.74m3/s；（2）Q95法即95%频率下最小月平均径流量计算结果为0.2m3/s。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.7水库蒸发量亭口水库蒸发损失采用张河站蒸发资料分析计算得出，各月蒸发增损量见表2.1.7。表2.1.7亭口水库多年平均蒸发增损表单位：mm月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月合计增损5.28.215.321.926.130.32928.219.213.47.15208.9陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.12.1.8运行方式根据黑河的径流和泥沙特点，经径流调节计算，亭口水库采取了的运行方式为：（1）水库蓄水位一次抬高。蓄水运用期水库蓄水位893米。（2）每年汛期7～8月期间相机低水位或敞泄排沙，非汛期相机异重流排沙的水沙调节方案。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行的边界条件需要考虑的问题及特点等2.1（3）在黑河右岸支流中塬沟修建反调节蓄水水库，当亭口水库出现弃水并能满足抽水允许含沙量时，从亭口水库坝后抽水冲蓄中塬沟水库至满库，当亭口水库排沙期不供水或枯水期流量不满足供水要求时，由中塬沟水库补充供水。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行方式研究2.22.2.1水库运用原则1、水库运用的限制条件（1）入库水沙条件的限制如前所述，亭口水库入库水沙过程水少沙多的矛盾比较突出，给水库发挥兴利效益、保持长期有效库容带来了较大的困难。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行方式研究2.2（2）水库地形地质条件限制坝址位于姚家湾村以下，黑河大桥上游约1km处，坝址处地形地质条件对工程规模有限，主要涉及到防渗处理等建坝条件。（3）库尾淤积高程的限制水库的修建应不影响上游甘肃省，防止水库淤积上延造成对上游甘肃省的淹没损失，黑河水库回水末端不应超过距坝里程36.8km处断面，达溪河回水末端不应超过距坝里程28.5km处断面。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行方式研究2.2（4）水库供水目标的限制条件黑河亭口水库主要任务是工业和城镇生活供水，设计供水保证率（月保证率）不小于90%，供水破坏深度不大于20%。亭口水库的经济可供水量按“以供定需”的原则确定；此外，需亭口水库每年提供下游河道最小生态基流水量632万m3（最小日平均流量按0.2m3/s计）。陕西省水利电力勘测设计研究院陕西省水利电力勘测设计研究院2枢纽工程布置水库运行方式研究2.2