冀河夹峪水利枢纽工程设计

1冀河夹峪水利枢纽工程设计第一章总述1-1本枢纽在国民经济中的意义建设本枢纽可使下游重要工业城市河350万亩农田不受淹没，确保国家铁路干线免遭洪水威胁。1-2枢纽地区的自然及社会经济条件（地貌、河流、植物、土壤、气象、温度、降雨、风、交通运输、工矿企业、动力供应和经济发展远景等）冀河流域共包括33个县市，为主要农产区，共有耕地1160万亩，占全流域面积的28%，人口420万，其中80％以上从事农业生产，平均每人耕地约3.5亩。区内灌溉发达，并有渠灌面积137万亩，井灌面积110万亩。其主要农作物在上游山区有高粱、玉米，在下游平原地区有棉花、小麦、玉米等，还有小面积水稻。下游平原地区是清平河流域的棉粮高产区。由于无水控制洪水，使下游350万亩农田受到水灾的威胁。流域上游矿藏种类甚多，其中已大量开采的煤矿就有两处，流域下游有大工业城市一座，国家铁路干线沿东西南北方向通过，还有铁路专线与矿区接通，各县均有公路连接，交通比较方便。21-2-1枢纽地区的自然条件冀河为华北清平河系的支流之一，发源于华北嵩山南麓，环绕高山流经带形黄土盆地，然后东流穿过170公里的峡谷而入平原地带，最后注入清平河。全流域面积为27300平方公里。东台以上的第十较高，为黄土高原的一部分，属于河流上游。在长峡谷的盆地中，四周高山耸立，坡度极陡天然植被存余不多，暴雨来临，常形成严重的水土流失现象，为泥沙的主要来源地区。东台至黄庄间为河道中游，多属于峡谷深山区，由于暴雨较多，是洪水产生的主要地带。峡谷以下为广大平原，属于河流下游，是本流域的主要农产区。在下游河口附近，有一泛区，总面积约300平方公里。历年来，由于上游来水流急，含沙量大，水流入泛区后，水势骤缓，淤积严重，滞洪作用逐渐减小，加之水流动荡，河槽不稳定，致使决口事件频繁，洪水危害非常严重。本流域大部分地区为季风型大陆气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年内降水多集中在6、7、8三个月，是形成洪水的主要原因和季节，而在主要农作物生长区，普遍缺雨，往往形成旱象。由于水量分配不均，旱涝灾害时有连续发生。1-2-2枢纽地区的社会经济条件冀河流域共包括33个县市，为主要农产区，共有耕地1160万亩，占全流域面积的28%，人口420万，其中80％以上从事农业生产，平均每人耕地约3.5亩。区内灌溉发达，并有渠灌面积137万亩，井灌面积110万亩。其主要农作物在上游山区有高粱、玉米，在下游平原地区有棉花、小麦、玉米等，还有小面积水稻。下游平原地区是清平河流域的棉粮高产区。由于无水控制洪水，使下游350万亩农田受到水灾的威胁。流域上游矿藏种类甚多，其中已大量开采的煤矿就有两处，流域下游有大工业城市一座，国家铁路干线沿东西南北方向通过，还3有铁路专线与矿区接通，各县均有公路连接，交通比较方便。第二章坝址水文特性2-1坝址水文资料的了解程度坝址水文资料相当充足，包括年净流量、洪水流量及特性、河流输沙数据等一系列水文资料，已具备枢纽规划的条件。2-2年内流量变化、洪峰流量及特性2-2-1年内流量变化坝址处平均年径流水量为30.5亿立方米。其中七、八月份水量最大，约占全年的40％，五月份最小。丰。枯水年径流量之比达10倍以上，且水、旱年份时常连续发生。2-2-2洪峰流量及特性通过洪水频率分析，典型频率流量列如下表：洪水频率P%0.010.10.331.02.05.0洪峰流量sm/31386099007200550045003000从历年流量过程分析，1、2月份水势平稳，3月中旬解冻后稍有起伏，无明显洪峰。4、5月份来水量最小，至6月下旬开始涨水，汛期6至9月，10月以后水势趋于缓落平稳。10－5月中枯水季节420年一遇的洪水流量Q5＝280m³/s。2-3泥沙及冻凌情况坝址处多年平均输沙量约500万吨。其中推移质约占10％。规划阶段，根据上游水土保持情况，算得淤沙高程为170.00米。水库淤沙干容重值1.36T/m³，浮容重值0.86T/m³，内摩擦角φ＝14°。52-4坝区水文资料水位―库容关系值数表库水位（m）152.5160165170180190195200205库容积（亿3m）00.40.83.443.527.611.0415.2820.64坝址水位——流量关系数值表水位（m）146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5149.6流量(3m/s)50220620130022503460510070007400尾水渠水位————流量关系数值表水位（m）145.8146.0146.2146.4146.6146.8147.0流量（3m/s）10286087.2115.21381646典型洪峰过程表日222223334444时3814182261420241012流量（m3/s）2505001750220030006300550050004400420038004400日445556668888时1420012222122004810流量（m3/s）2600240016001400950950500600300400600500日88999991010101013时16222610182201016208流量（m3/s）70011007009007006007009006004004002507第三章枢纽及库区地形地质条件3-1坝址地形（河宽、河深、河滩、河岸描述）本坝址位于河道弯曲部分，在库区范围内河床的底部坡降尾1/330。河谷的横断面不对称，两岸边坡，左岸较缓约为30度，右岸约为50度。由于环流的冲蚀，坝址区右岸阶地不甚发育。漫滩在坝轴线附近分布很不规则，一般高出河水面1～2.5米，标高为147.5～149.5米。一，二级阶地宽度较小，呈窄长带状，阶坡较平缓，标高分别在149～151米及150～160米。两岸的三级阶地为本区的主要地貌，标高在160米以上至200米左右，地形平坦，台面宽3公里余，第四纪黄土直接覆盖于片麻岩系之上。说明在变质岩系生成后整个地质年代中，本区一直处于浸蚀状态，因此它属于浸蚀台地的性质。河谷两岸冲谷发育。在左右两岸各有一条较大沟谷与主流相接为取水，泄水建筑物的布置提供了有利的条件。两岸露头右显著的差别，右岸岩石裸露，左岸则被一片薄层的黄土与风化基岩覆盖。坝址各处冲击层及基岩风化厚度不一。详见各地质剖面图。3-2坝址地质太行山背斜由SEE与NWW方向压力造成。枢纽即位于背斜的东南部。库区两岸岩层走向主要为N35°～40°E，倾向SE（向下游倾斜），倾角20°～40°。由于太行山背斜SEE推力较大，致在坝址两岸造成许多成组的小的逆掩断层（由SEE向NWW逆掩），其方向多为N50°～60°E。但断距一般不8大，约1米左右。本坝址河床部分为一个两翼坡度很缓的背斜构造，它的轴部位于现在的主流附近，背斜轴向N15°E，两岸岩层走向为N35°～40°E。左岸岩层倾向SE（向下倾斜），右岸岩层倾向NW，倾角大致在20°～40°。在其轴部附近，岩石节理发育，并有岩脉侵入，漏水厉害，个别地段单位吸水率值常在1.65公升/分米.米。坝址区节理发育情况左右两岸基本上相同，以N20°～30°W方向构造裂隙为主，该组裂隙宽度较大，最大者可达20公分以上。倾向为90~70SW80~60NE倾角倾角裂隙率为K=1～5条/米另一组呈N50º～60ºE，走向倾向为80ES80~7030~20NW倾角倾角裂隙率为K=2～5条/米左岸多为细小裂隙，右岸多位宽大裂隙。根据中国科学院地球物理研究所提供的资料，经研究确定坝址区震烈度为7度。3-3坝址水文地质坝址附近仅有少数泉水露头,均属裂隙水类型,另外在一级阶地底部砂砾石层中也有潜水埋藏,一般距地表1～2米,根据抽水试验渗透系数K=21～93米/昼夜.地下水流向总的说来是与河水流方向大体正交,两岸补给河床,而后沿河谷流向下游.根据化学分析证实,坝址区附近地下水及河水对砼无侵蚀性.值得注意的是,河槽主流附近,因属背斜轴部,为构造裂隙最发育的地9方,钻空压水试验验得其单位吸水率=0.15～1.65公升/分·米·米,说明该处是渗漏严重的地方,必须采用一定的防渗措施。一般裂隙岩层的透水性，在风华层中，单位吸水率为0.025～1.59公升/分·米·米，在新鲜基岩中单位吸水率为0.001～0.041公升/分·米·米。仅在岩脉与岩层接触带中渗透较强，单位吸水率为2.2～8.6公升/分·米·米。3-4工程地质条件评价坝址区基岩绝大部分为花岗片麻岩，河床基岩尚属完整而坚硬，深色矿物含量不多，风化层较薄，是好的坝址基础，修建土坝和砼坝均有可能。鉴于下游岩石渐区趋稳定，花岗片麻岩垂直厚度超过200公尺，因此对砼坝基础而言，坝轴线愈在下游，基岩岩性愈好。砼愈基岩摩擦系数f=0.65。溢洪道位置曾分别勘测了左右两个山口，左岸垭口，花岗片麻岩风化较浅。压水试验测得的单位吸水率，风华岩层中值均小于0.08公升/分米.米。右岸垭口，地质构造复杂，岩石风化较深，强度也差。对隧洞工程而言，整个地区地质条件都交好，但在就左右两岸比较来看，则隧洞位置以放在右岸较好，因右岸地层岩性较一致。3-5坝址建筑材料3-5-1料场概况在坝址附近增进行过三次土料检查，调查结果证实，坝址附近主要有重壤土及沙砾料两种土料，重壤土可用料总藏量约为2100万3m，分布在坝址上，下游，左右岸的四个土区，其中朱毫滩土区约400万3m，尚家湾土区约700万3m，霍宾台土区约600万3m。砂砾料可用料藏量约为2156万3m，分布在坝址上下游的三个料场，其中Ⅰ料场约122万3m，第Ⅱ-1场约1706万3m，第Ⅱ-2场约328万3m，此外在坝址附近阶地及下游510公里范围内的还有大量砂砾料。各料场地形均较平坦，场地较开阔，开采和运输条件尚好。3-5-2坝料及土基的颗粒组成坝料及土基都包括重壤土和砂砾料两种土料，根据实验提供的综合实验成果，其粒径曲线如下图所示。各料场土料有机质含量一般低于1﹪，水溶盐类含量一般低于0.5﹪。重壤土土料中粘粒含量占30﹪，粉粒含量占30﹪，砂粒含量占40﹪，10d=0.0016mm,50d=0.05mm；uC=31.25。砂砾料中粉粒加粘粒含量占15﹪，砂含量占45﹪。砂粒含量占40﹪，大于5毫米的砾石含量占10﹪。3-5-3土料的物理力学指标由实验室提供一下试验综合成果：1、坝基重壤土的物理力学指标土粒比重G天然状态可塑状态含水量W（度）湿容重(KN/m3)干容重d(KN/m3)饱和度Sr（％）孔隙比e流限LW（％）塑限PW（％）塑性指数PI（％）稠度LI（％）2.722220.416.7950.6336.519.5170.14抗剪强度测定值渗透系数K（m/s）压缩系数a（cm/kg）非饱和快剪饱和固结快剪饱和快剪凝聚力C（Mpa）内摩擦角（°）凝聚力C（Mpa）内摩擦角（°）凝聚力C（Mpa）内摩擦角（°）0.3190.282210.295121.5×10-9112.坝基沙砾料的物理力学指标比重G天然干容重γd(KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K(m/s)水上水下摩擦角（°）咬合力C（Mpa）摩擦角（°）咬合力C（Mpa）2.64183203004×10-43.重壤土坝料的物理力学指标土粒比重G天然状态可塑状态含水量W湿容重干容重d饱和度Sr孔隙比流限LW塑限PW塑性指数PI稠度LI（度）（％）e（％）（％）(KN/m3)(KN/m3)（％）（％）2.722219.616.1880.6936.519.5170.14含水量W％干容重Rd(KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K(m/s)压缩系数a（cm2/kg）慢剪非饱和固结快剪非饱和快剪饱和固结快剪饱和快剪°CMpa°CMpa°CMpa°CMpa°CMpa222120191715.516.016.517.011.522252729290.10.110.120.190.218202224250.250.270.30.310.3215171820220.26