青海省共和县恰让水库工程导流洞设计

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资源描述

恰让水库位于青海省海南藏族自治州共和县廿地乡境内,坝址位于恰让沟上游,坝址处地理坐标为:东经100°23′,北纬36°25′,距县城恰卜恰镇25km,距西宁市175km,坝址至县城有简易公路相通,交通比较便利。作为青海省四个重点水源工程之一,为尽快建设实施,需要进一步完善补充前期工程。本次前期设计工作将在充分利用已有的地质勘查资料的基础上,补充水文、测量、地质勘测等基础工作,根据《国家发展改革委办公厅、水利部办公厅关于中型水库项目审核工作有关规定的通知》的要求,重新编制项目建议书及可行性研究报告。恰让水库枢纽建筑物主要有水库大坝,溢洪道、导流洞等几部分,其形式和尺寸根据实际地形、地质条件等因素经过计算及各方案比较确定。早在1958年、1969年,水利部门就在该沟道作了大量的勘测工作,拟在恰让沟修建水库以改善和扩大下游廿地乡和马鬃滩灌溉面积。1993年沟后水库垮坝后,恰卜恰镇的城镇供水完全依靠地下水,经过十几年的发展运行,地下水供水能力已满足不了当地社会的发展,供水成本也日趋增加,特别是冬春灌季节,城镇供水倍感紧缺。根据国家环境保护和生态建设的要求,取用地下水的机井将相继缩小规模和关停。因此为避免恰卜恰镇区域地下水的过度开采,提高当地地表水资源的利用率,尽早解决缺水问题,使该地区群众安居乐业,推动地区经济的发展,兴建恰让水库(恰卜恰水源工程)当前已迫在眉睫。综合考虑流域实际情况和各行业的用水需求,把流域用水户分为三类:第一类指城乡居民生活、现状工业、建筑业和第三产业、城镇生态、牲畜、灌溉林地和河道内生态,这些行业是流域经济活动的根本,其用水首先要得到保证;第二类指农业灌溉中的农田和草场,关系到地区农牧民的生活,要在保证第一类用水户的前提下,通过各种工程措施尽量去满足;第三类指新发展的工业、设施农业、经济林等用水户,关系到地区经济的发展,要在保证第一类和第二类用水户的前提下,通过各种工程措施来提供水源保障。坝址的选择根据地形、地质条件以及坝址施工方便、工程量小、造价低、建成后便与运行管理;溢洪道选址要结合坝址区实际地形、地质条件选择溢洪道位置,泄槽短而顺直、流态要稳定在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上,通过经济合理、技术可行的措施,在流域水资源总量中可资一次性利用的最大水量。察汗乌苏河流域属于内陆河,流域水资源可利用量即为保证流域内天然生态的需水后,国民经济可消耗的最大水量,及洪水不能危机大坝的安全。本工程任务向恰卜恰城镇提供生活、工业用水;廿地乡1861人,和21757头(只)牲畜供水;改善3316亩农田灌溉条件。同意2020年的供水任务:保证率90%,每年可向恰卜恰镇供水257.88万m3,廿地乡人畜饮水量8.57万m3;保证率50%,水库可向恰卜恰镇提供水量402.6万m3,廿地乡人畜饮水量8.57万m3;农田灌溉用水量122万m3。2.1水文地质条件恰让水库位于沙珠玉河的支流恰让沟上,坝址以上河道长11.2km,流域面积83.4km2,河道平均比降3.81%,平均河宽30m左右。恰让沟发源于青海南山南麓,其形状大致成南北长,东西窄的狭长矩形条块,青海南山走向北西,山势陡峻,冲沟发育,河道曲折,灌溉区北面群山并列,南面滩地平顺,直至沙珠玉。沟谷由北向南延伸,整个山势北高南低,流域内平均海拔3100m左右。坝址处河床高程3232.0m。流域内植被较差,属高山草原区和山地草甸草原区,覆盖度在30~60%之间。流域所在地区地势高,气温低,年平均气温约3.4℃,昼夜地面温差较大,无霜期短,年日照时间长,大部分地区寒冷而干燥,属大陆性高原气候区。水库所在恰让沟属于无水文资料地区,因此本次计算采用径流深等值线法、年径流系数法、年平均径流~流域面积关系法和水文比拟法等四种方法,通过对邻近的水文站年径流的分析,结合当地的水量调查,确定恰让水库坝址处设计断面的多年平均流量为0.191m3/s,年径流量为602.4×104m3。由于坝址处无水文资料,因此径流的年内分配以相近流域系列比较长的黑马河水文站的年径流所对应的典型年年内分配过程为模型,采用同倍比缩放推求坝址处设计径流年内分配。由于恰让沟没有实测洪水资料和暴雨资料。根据规范规定,对于无资料地区,设计洪水的计算主要采用地区经验公式法、洪峰流量模数法、推理公式法等。根据计算区域的暴雨洪水特性,通过合理性分析后确定符合当地实际的设计洪水成果。恰让水库坝址以上流域植被、地形、地貌、气候等条件与青海湖流域差别比较大,而与柴达木盆地南缘东部地区较为接近。从《青海省东部地区暴雨洪水图集》中“多年平均洪峰模数等值线图”也反映出该地区位于分界区域,因此以柴达木盆地南缘东部地区的经验公式法计算结果比较合理,为安全起见,经验公式法洪峰流量计算结果加大20%。经分析计算,五十年一遇设计洪水洪峰流量为72.4m3/s,洪水总量为66.8×104m3,五百年一遇校核洪水洪峰流量为115m3/s,洪水总量为150×104m3。坝址处多年平均输沙总量为4003t。根据邻近水文站资料分析,初冰日期10月下旬开始,融冰日期在3月上旬,终冰日期在4月下旬。由于径流的补给主要靠大气降水补给,所以在冬季会出现封冻情况。2.2地质资料根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),工程区地震动峰值加速度为0.1g,地震动反应谱特征周期为0.45s。相应地震烈度为Ⅶ度。根据《中国季节性冻土标准冻深线图》,工程区标准冻深为1.33m。根据水质分析,地表水对混凝土具有一般酸性弱腐蚀。建议技施阶段进一步复核。水库区的工程地质条件较好,不存在大的工程地质问题。左岸粉土结构松散,不宜做为坝基土体,其下碎石土结构松散,均匀性差,也应清除,下部砂砾卵石层结构中密,可做为堆积体的地基。河床段卵砾石层结构松散-中密,清除上部松散层后,可做为堆积体的地基。右岸大部分地段基岩裸露,仅在0+230-0+262段上部有2-6m的坡积碎石土,结构松散,均匀性差,不宜做为坝基土体,应给予清除,以上覆盖层的开挖边坡可按1:1。左岸透水率小于3Lu的界线位于基岩顶板以下33.0m,建议以3Lu的界线做为帷幕灌浆处理深度。河床段透水率为3Lu的界线位于基岩顶板以下15-18m,由于该段水头压力最大,建议帷幕灌浆深度为18m。右岸透水率为3Lu的界线位于基岩顶板以下18-28m,建议帷幕灌浆深度为25m。由于坝基覆盖层的透水性较强,压缩变形量大,建议心墙基础深入强风化层内2-3m。经计算,基坑涌水量为1556.7m3/d,应有足够的抽水设备。经比较,溢洪洞的工程地质条件优于溢洪道,推荐溢洪洞方案。溢洪洞进出口段为Ⅳ类围岩,开挖时应进行喷锚支护,并全断面衬砌,其它地段为Ⅲ类围岩,开挖后应喷锚支护。进出口段K=6-8MPa,fk=4~5,洞室内K=6~8MPa,fk=4~5。右岸导流放水洞工程地质条件优于左岸,围岩以稳定性差的Ⅲ类围岩为主,开挖后应喷锚支护,其K0=20-30MPa,fk=6-7。防渗土料场Ⅰ、Ⅱ号分别位于坝址上游右岸0.45~0.85km和坝址下游0.4~0.65km范围内,质量、数量均满足要求,但有效层厚度小,不利于机械开采。Ⅲ号土料场位于Ⅱ号砂砾石料右侧恰让河高台地上,其质量满足设计要求,数量是设计用量的4倍。冲沟下游粉质壤土厚度较大,可重点开采。该料场可结合砂砾石料开采。但三个土料场中天然含水量偏低,需要洒水。建议Ⅰ号土料场最优含量为15.4%,最大干密度为1.8g/cm3;Ⅱ号土料场最优含量为15.7%,最大干密度为1.78g/cm3;Ⅲ号土料场最优含量为14.4%,最大干密度为1.78g/cm3。砼粗骨料的质量与储量满足规范要求,细骨料需要洗泥方可使用,其它指标满足规范要求。砂砾石料场中Ⅰ号砂砾石料场位于库区,运距0.6-2.0km,储量为12.78×104m3,质量较好;Ⅱ号砂砾石料场位于坝后冲洪积扇,运距0.7-1.1km,建议用于心墙的下游,含泥量偏高;Ⅲ号砂砾石料场位于坝下游右岸高台地,运距0.8-1.5km,储量为12.96×104m3,建议用于心墙上游,质量较好,可结合防渗土料同时使用,结合土料开采。三个砂砾石料场有简易公路通往坝区,但应适当加宽,建议砂砾石料水上内摩擦角取35°,水下取33°,允许水力比降取0.12。块石料储量与质量均满足设计需要,运距1.0-1.2km。2.3工程布置及主要建筑物根据恰让水库总库容,工程等级定为Ⅳ等小(1)型,主要建筑物级别4级,次要建筑物级别5级,临时建筑物级别5级。洪水标准为50年一遇设计,500年一遇校核,导流洪水标准10年一遇,根据水文复核成果,50年一遇洪峰流量为72.4m3/s,500年一遇洪峰流量为115m3/s,10年一遇洪峰流量为43.8m3/s,10年一遇枯水期洪峰流量12.7m3/s。根据坝址处地形、地址条件和可研报告及可研审查意见,初设阶段大坝采用粘土心墙砂壳坝,导流放水建筑物布置在坝右岸,泄洪建筑物采用布置在坝的左、右两岸的2种布置方案进行比较。根据2种布置方案的比较,由于右岸地形、地质条件均优于左岸,将泄洪建筑物和导流放水建筑物均布置在右岸,工程投资为最小,工程的可靠度也比左岸高,因此推荐泄洪建筑物和导流放水建筑物均布置在右岸的方案。水利枢纽等别根据水库总库容、装机容量、防洪、治涝、灌溉、供水来确定。由于洼沿水库主要任务是灌溉和供水,无需考虑装机容量、防洪和治涝等。那么,对于挡水建筑物中主要建筑物、次要建筑物和临时建筑物的级别,可以由挡水建筑物得工程级别来确定。水利水电工程中的永久建筑物按其在工程中重要性及作用,根据规范划分为五等:永久性水工建筑物的级别2-1工程级别永久性建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅱ23Ⅲ34Ⅳ45Ⅴ552.4设计径流2.4.1流域水文站情况及水文资料代表性分析恰让沟没有设立水文站,所在的沙珠玉流域曾设沙珠玉(二)站,哇洪站、大水、切吉等站,沙珠玉(二)站系沙珠玉河干流站,流域面积4535km2,资料系列有1959~1968年10年的完整资料。哇洪河为沙珠玉一级支流,流域面积432km2,仅有1960~1961年,1983~1988年7年完整资料,大水河为沙珠玉河一级支流,流域面积319km2,仅有1958~1961年4年完整资料与临近长系列站察汗乌苏相比,哇洪、大水、切吉三站实测期径流量基本处于偏枯水年,分别较多年平均偏少6%、22%、13%。2.4.2多年平均流量的分析计算对于无资料地区,年径流计算通常采用径流深等值线法、年径流系数法、年平均径流~流域面积关系法和水文比拟法等方法计算。水库所在恰让沟无水文资料属于无资料地区,因此本次计算采用上述四种方法,通过对邻近的水文站年径流的分析,结合当地的水量调查,确定恰让水库坝址处的多年平均年径流量。(1)径流深等值线法根据《青海省水文手册》径流深等值线图,查得恰让水库坝址以上流域中心处多年平均径流深为H=55mm,用下式由流域平均径流深计算多年平均年径流量:W=H×F×1000式中:W为多年平均年径流量(104m3);F为流域面积(km3);H为多年平均径流深(mm)。计算得多年平均径流量为458.7×104m3,年平均流量为0.145m3/s。(2)径流系数法根据《青海省水文手册》多年平均年降水量等值线图,查得流域中心多年平均降水量为P=310mm,而根据多年平均年径流系数等值线图,其年径流系数a=0.18,用下式计算多年平均径流深:H=P×a=310×0.18=55.8mm用下式由流域平均径流深计算年径流量:W=H×F×1000计算得多年平均径流量为465.4×104m3,年平均流量为0.148m3/s。(3)年平均流量~流域面积关系法茶卡—沙珠玉流域曾设哇洪站、大水、切吉等站,但资料系列过短,实地勘察该流域在植被、地形、地貌、气候等条件与柴达木盆地南缘东部地区较为接近,可用查查香卡站延长系列资料。设计断面位于青海南山南坡,统计本流域、相近相似流域及青海南山北坡流域即茶卡—沙珠玉流域、柴达木盆地南缘东部地区及青海湖流域部分站资料,点绘该地区年平均流量与流域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