第九章水利枢纽

第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容一、水利枢纽的建设阶段为了兴水利、除水害，而修建了大量的水利工程（枢纽）。水利工程项目投资多、建设时间长，必须严格按科学的自然规律进行建设。水利工程建设的全过程可分为流域规划、项目建议书、可行性研究、工程设计、工程施工准备及施工、生产准备、竣工验收和后评价等几个阶段。（1）流域规划是根据流域的水资源及防洪条件，结合国家的长远经济发展规划，提出该流域综合治理和水资源梯级开发方案。（2）项目建议书是在流域规划的基础上，由投资者对准备建设的项目做出轮廓性设想和建议。提出项目建设的必要性、经济性。第九章水利枢纽（3）可行性研究是在项目建议书的基础上，通过勘测、调研等，对拟建项目技术上是否安全可行、经济上是否合理进行科学的分析论证，并提交可行性研究报告和设计任务书，作为项目决策、筹措资金、初步设计等工作的基础和依据。（4）工程设计是在可行性研究报告批准后，项目法人选择有相应资质的勘测设计单位，以设计任务书为依据，对项目进行勘测设计，并提出全部设计文件。（5）初步设计完成后，即可进行施工场地、水、电、路的施工，并同时进行设备采购、主体工程施工招标等准备工作。当准备工作就绪，并经主管部门批准后方可开工兴建。开工后，承包单位应严格第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容第九章水利枢纽按承包合同和设计要求施工，确保工程质量，按时完成施工任务。（6）在施工过程中，项目法人应根据工程进度，进行生产组织、员工培训、生产技术、生产物资等准备工作，为竣工投产创造条件。（7）竣工验收是在工程试运行且达到设计标准后，由主管部门对其进行全面的检查和考核，满足各项要求后，办理移交手续，交付使用。（8）后评价是工程项目交付使用一段时间内，对项目立项决策、设计、施工、竣工验收、生产运行等全过程进行系统评估。其评价内容包括影响评价、经济效益评价、过程评价等。第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容第九章水利枢纽二、水利水电工程设计的任务和内容工程设计是在设计任务书的基础上，根据任务要求和工作深度，开展工作。在我国，一般水利工程设计可分为初步设计和施工详图设计两个阶段。对较重要的大型工程，因技术条件复杂，常增加技术设计阶段。有时为了尽早开工，提前发挥工程效益，可将技术设计和施工详图设计合并在一个阶段进行，称技施设计。一般情况下，各设计阶段的设计任务和内容如下：(1)初步设计初步设计的主要任务是：在可行性研究报告和设计任务书的基础上，论证本工程及主要建筑物的等级；选定合理的坝址、枢纽总体布置、主要建筑物型式和控制性尺寸；选择水库的各种特征水位；选择电站的装机容量、电气主结线方式及主要第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容第九章水利枢纽机电设备；提出水库移民安置规划；选择施工导流方案和进行施工组织设计；提出工程总概算；进行技术经济分析和阐明工程效益。该阶段的工作内容和深度可参阅《水利水电工程初步设计报告编制规程》。(2)技术设计对重要的或技术条件复杂的大型工程，在初步设计后，需增加技术设计。其主要任务是：在更深入细致地调查、勘测和试验研究的基础上，加深初步设计的工作，解决初步设计尚未解决或未完善的具体问题，确定或改进技术方案，编制修正概算。技术设计的项目内容同初步设计，只是更为深入详尽。审批后的技术设计文件和修正概算是建设工程拨款和施工详图设计的依据。(3)施工详图设计其主要任务是：以经过批准第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容第九章水利枢纽的初步设计或技术设计为依据，确定地基处理方案，进行处理措施设计；对各建筑物进行结构及细部构造设计，并绘制施工详图；进行施工总体布置及确定施工方法，编制施工进度计划和施工图预算等。施工详图是施工的依据；施工图预算是工程承包或工程结算的依据。水利工程的兴建必须遵循先勘测、再设计、后施工的建设程序。在规划、设计工作之前应进行必需的调查和勘测，以便为设计提供准确、可靠的依据，确保设计和施工的顺利进行。勘测调查工作的内容、范围和精度与工程规模、自然条件的复杂程度以及设计阶段相对应，随着设计阶段的深入，勘测工作也应逐步深入，以勘测资料的精度及范围能满足不同设计阶段的要求为准则。第一节水利枢纽的建设阶段及设计内容第九章水利枢纽蓄水枢纽设计的主要内容有坝址、坝型选择和枢纽布置等。坝址、坝型选择和枢纽布置共同受所在河流(区域)的社会经济和自然条件的制约。一、坝址与坝型选择坝址和坝型的选择工作贯穿在各设计阶段之中，并且是逐步深入的。在可行性研究阶段，一般是根据开发任务的要求和地形、地质及施工等条件，初选几个可能筑坝的地段和若干条有代表性的坝轴线，通过枢纽布置进行综合比较，选择其中最有利的地段和相应较好的坝轴线，提出推荐坝址。并在推荐坝址上进行枢纽布置，通过方案比较，初选基本坝型(重力坝、拱坝、土石坝)和初选枢纽布置方式。在初步设计阶段，根据掌握的地质资料，通过技术经济比较，选定最合理的坝轴线，确定坝型及第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽其它建筑物的型式和主要尺寸，进行枢纽布置。在施工详图阶段，随着地质资料和试验资料的进一步深入和完善，对已确定的坝轴线、坝型和枢纽布置做最后的修改和定案。坝址、坝型选择和枢纽布置关系密切，不同的坝轴线可选用不同的坝型和枢纽布置；对同一条坝轴线，也可采用几种坝型和枢纽布置方案。在优选坝址、坝型时，一般应考虑以下几个因素：(1)地质条件地质条件是建库建坝的基础；是衡量坝址优劣的重要条件之一，在某种程度上决定着枢纽工程的结构和投资。在选择坝址、坝型阶段，应摸清各比较方案的区域、库区和建筑物区的地质情况。坚硬完整、无构造缺陷的岩基是最理想的坝基。但天然地基总会存在地质缺陷，可通过妥善的第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽地基处理措施使其达到筑坝的要求。在该阶段作为宏观决策，关键是：不能疏漏重大地质问题；对重大地质问题要有正确的定性判断，以便决定坝址的取舍或定出防护处理的措施，或在坝型选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。一般情况下，拱坝对两岸坝基地质条件要求较高，重力坝或支墩坝次之，土石坝要求最低；高坝要求较严格，低坝要求较低。坝址选择还必须对区域地质稳定性及库区的渗漏、库岸塌滑、岸坡及山体稳定等地质条件做出评价。(2)地形条件坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽布置的要求。一般说，坝址河谷狭窄，坝轴线短，坝体工程量较小，但河谷太窄则不利于泄水建筑物、发电建筑物、施工导流及施工场地的布置，第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽是否经济应根据枢纽总造价来衡量；通常，河谷两岸有适宜的高度和必需的挡水前缘宽度时，则对枢纽布置有利；对于多泥沙河流及有漂木要求的河道，应注意坝址位置对取水、防沙及漂木是否有利；对于通航河道，还应考虑通航建筑的布置；对坝址上游，希望河谷开阔，争取在淹没损失较小的情况下获得较大库容。坝址地形条件还应与坝型相互适应，拱坝要求河谷窄狭；土石坝要求河谷宽阔、岸坡平缓、坝址附近或库区内有高程合适的天然山垭口，可供布置河岸式溢洪道，以及坝址附近有开阔的地形，便于布置施工场地。第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽(3)建筑材料坝址附近应有数量足够、质量符合要求的建筑材料，应便于开采、运输，且施工期间料场不会被淹没。(4)施工条件坝址和坝型选择要考虑易于施工导流，施工交通运输、能源供应及便于布置施工场地。(5)综合效益及环境影响对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、通航、过木、城市和工业用水、渔业以及旅游等各部门的经济效益，并考虑兴建水库后，原来的陆相地表和河流型水域变为湖泊型水域，改变了地区自然景观，对自然生态和社会经济产生多方面的环境影响。其有利的是发展了水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和消除了洪水灾害、改善气候条件等。但是，也会带来淹没第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽损失、浸没损失、土壤沼泽化、水库淤积、诱发地震、生态平衡受到破坏以及造成下游冲刷、河床演变等等不利影响。虽然水库对环境的不利影响与其社会、经济效益相比是次要的，但处理不当也能造成严重的后果，故在进行水利规则和坝址选择时，必须进行认真研究。二、枢纽布置拦河筑坝以形成水库是蓄水枢纽的主要特征。其枢纽组成除拦河坝和泄水建筑物外，还包括输水建筑物、水电站建筑物和过坝建筑物等。枢纽布置主要是研究和确定枢纽中各水工建筑物的相互位置，其涉及泄洪、发电、通航、导流等各项任务，并与第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽坝址、坝型密切相关，应统筹兼顾，认真分析，全面安排，最后通过综合比较，从若干个比较方案中选优。枢纽布置的一般原则如下：(1)枢纽布置应满足各建筑物在布置上的要求，并应避免运行时相互干扰，确保各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。(2)枢纽布置应同时考虑合理选择施工导流的方式、施工程序和标准，合理选择主要建筑物的施工方法。工程实践证明，在某种情况下，配合得当不仅能方便施工，还能使部分建筑物提前发挥效益(提前蓄水、发电等)。(3)枢纽布置应做到在满足安全和运用管理要求的前提下，尽量降低枢纽总造价和年运第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽行费用；如有可能，应考虑使一个建筑物能发挥多种作用；应对枢纽建筑物进行优化设计或采用先进的技术、工艺和材料。例如，结合实际条件尽量选用双曲拱坝、堆石面板坝、碾压混凝土坝等新坝型。(4)枢纽布置应与周围自然环境相协调，因地制宜地将人工环境和自然环境有机地结合起来，创造出一个完美的、多功能的宜人环境。三、枢纽布置方案的选定水利枢纽设计最后需通过论证比较，从若干个枢纽布置方案中选出一个最优方案。最优方案应该是技术上先进且可能、经济上合理、施工期短、运行第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽安全可靠以及管理维修方便的方案。方案选择时主要论证比较的内容有以下几个方面：(1)主要工程量如土石方、混凝土和钢筋混凝土、砌石、金属结构、机电安装、帷幕和固结灌浆等工程量。(2)主要建筑材料用量如木材、水泥、钢筋、钢材、砂石和炸药等用量。(3)施工条件如施工工期、发电日期、施工难易程度、所需劳动力和施工机械化水平等。(4)运行管理条件如泄洪、发电、通航是否相互干扰，建筑物及设备的运用操作和检修是否方便，对外交通是否便利等。第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽(5)经济指标指总投资、总造价、年运行费用、电站单位千瓦投资、发电成本、灌溉单位面积投资、通航能力、防洪以及供水等综合利用效益等。(6)其他根据枢纽具体情况，需专门进行比较的项目。上述项目有些可以定量计算，有些则难以量化，这就给枢纽布置方案的选定增加了复杂性。因而，必须以国家的技术政策为指导，在充分掌握基本资料的基础上，以科学的态度，实事求是地全面论证，通过综合分析和技术经济比较，确定最优方案。第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽四、蓄水枢纽布置实例1．中、低水头水利枢纽修建在河流中、下游的丘陵或平原地区的水利枢纽一般是位于河床坡度平缓、河谷宽阔的河段上，其主要建筑物是拦河闸（坝），由于其上下游水头差不大，称作中、低水头水利枢纽。此时，挡水建筑物可建在岩基或软基上，由于地形开阔，通常是将挡水建筑物、过坝建筑物、泄水建筑物和电站厂房一字摆开。枢纽布置的关键问题是妥善处理好泄洪消能及防淤排沙问题。它是我国在长江干流上修建的第一座大坝，位于三峡出口南津关下游2.3km处，下距宜昌市约6km。第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽枢纽主要任务是对三峡电站进行反调节，解决未来三峡电站日调节不稳定流对下游航道及宜昌港的不利影响以及发电。主体建筑物有泄水闸、船闸、电站厂房、冲沙闸及挡水坝段等。枢纽总库容15．8亿m3，最大闸坝高47m，大坝全长2595m。电站总装机容量271．5万kW。1、2号大型船闸可通过万吨级货驳船及客轮，是世界最大船闸之一。葛洲坝工程坝址处河宽2200m。江中有葛洲坝和西坝两座小岛自右向左将长江分为大江、二江和三江。第二节蓄水枢纽第九章水利枢纽图9—1为长江葛洲坝水利枢纽布置图1—土石坝；2—3号船闸；3—三江冲沙闸4—三江混凝土坝5——2号船闸6一混凝土坝；7—二江电站，8—左导墙：9—泄水闸；10—右导墙(纵堰)11—大江电站12—1号船闸；13—大江冲沙闸；14一右岸土石坝15、16一开关站17、18一防淤堤，19、20--导沙坎第二节蓄水