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河北工程大学毕业设计11枢纽概况及工程目的片上水库是河海流域大清河北支流拒马河上的一座大（二）型综合利用水利工程。水库总库容7.16亿立米，死库容0.44亿立米可进行防洪、兴利的调节库容6.72亿立米。拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源、易县、涞水山峡地区，至北京房山县张坊镇流入平原，并分南北两支。南拒马河经涞水至北河店与易水汇流至新城白沟镇，北拒马河汇合胡良河、琉璃河后在涿州县东茨村入白沟河，往南流至白沟镇汇合南拒马河后为大清河。拒马河位于太行山东麓，流域面积约10000km2。地形特点，西部为山区，流域面积约5000km2，东部为平原。山区多为石质山区，植被较少，坡度较陡。仅上游涞源以上分水岭处于黄土高原边缘地区。平原河槽较窄，坡度很缓。本流域且为华北暴雨中心所在，因此洪水大，危害较为严重。本工程可为东部平原房、涞、涿灌区的一百多万亩农田灌溉、北京生活及工业用水提供水源。枢纽建筑物包括主坝、付坝、溢洪道、导流泄洪洞、灌溉发电洞及枢纽电站。河北工程大学毕业设计22设计的基本资料2.1地形、地质条件2.1.1河谷断面图河谷断面图图2-1片上水库主付坝轴线河谷断面图2.1.2库区工程地质条件本区除第四系地层外，均为中震旦系，雾迷山组地层（Z2w），分层、厚度及岩性见表2-1。此外尚有燕山期辉绿岩墙侵入体。表2-1地层厚度及岩性编号岩性厚度/m相应坝区分层编号备注Z52w板状、厚层状白云岩夹少量页岩、石英岩、底部为杂色石英砾岩＞400Z42w厚层白云岩180-200Z32w硅质条带灰岩夹硅质白云岩220-250Z22w硅质条带状、斑点状白云质灰岩（局部变质成大理岩）夹绢云母片岩（在与辉绿岩接触处滑石化）300-400Z2w—ⅢZ2w—ⅡZ2w—Ⅰ本层为坝基地层Z12w厚层硅质白云岩约250辉绿岩和片岩透水性甚微，是本区相对隔水层。本区构造，普遍发育有两组构造裂隙，一组为走向北东70度左右，一组为走向北西300-340度，均为高角度裂隙。本区地震烈度，根据中科院地质研究所鉴定为Ⅶ度。100140160200240280320高程（m）工业引水发电洞D=3m灌溉引水发电洞D=5m导流泄洪放空洞6.5m×8.5m泄洪洞11m×16.5m左岸105.0辉绿岩脉河床砂砾石坡积物F1断层141.0河北工程大学毕业设计32.1.3坝址区工程地质条件（1）河床覆盖层河床宽600余米为第四系冲积砂卵石层所覆盖，厚度一般为15-28m，以卵石层为主。地下水位高程一般105-106m。7个孔的抽水试验资料，渗透系数K最小为24.07m/昼夜，最大739.66m/昼夜，一般为200-500m/昼夜，应作防渗处理。另外，在砂卵石层中，有砂质黏土基细沙夹层，高程一般89-91m，厚度1.5-1.8m，这些夹层顺河方向延伸稍长，以窄条带状分布在河床西侧漫滩边缘。右岸发现有含碎石卵石的砂质黏土层，属岩石的风化残积层，范围不广，厚度一般1-2m，一般位置较深，因此对坝体稳定影响不大，但应摸清具体分布范围，以便确定处理措施。（2）岩溶、渗漏问题从岩性看，本区灰岩均系硅质和白云质灰岩（白云岩），结晶程度较好，相对不易被溶蚀。据钻孔资料分析，本区岩溶发育，一是在坝址区高程70-90m较多发育，二是在片岩层的上下层面处较多发育，但溶洞很少，也很小。深层岩溶问题是不存在的，主要表现为岩溶裂隙。据压水试验资料统计，单位吸水量算术平均值为3.2升/分，大值平均值为14.5升/分。说明坝基岩石透水性大，对坝基渗漏是不利因素。但在坝下基岩中第2层绢云母片岩，隔水性好，又是防渗的有利条件。据钻孔资料，第2层绢云母片岩在坝下普遍分布，只有厚度变化的差别（厚度3-7m）没有间断现象。因此顺河断层是不存在的。据野外及钻孔资料分析，第2层绢云母片岩，在坝基下是稳定的连续的，并具有良好的隔水性。河床右岸部分，第2层片岩厚度相对较薄，约3m作左右。在砂卵石层下，第2层片岩出露部分风化较严重，帷幕灌浆线应稍靠上游，且应伸入基岩内3-5m，在片岩新鲜处与其相接。两岸帷幕灌浆处理深度，据压水试验资料，左岸应20-60m（伸入基岩中），右岸岩石透水性较小，处理深度可取25m。（3）地下水动态据地下水位观测，坝址区地下水位坡降较小，在右岸为地下水补给河水。但左岸地下水有一“凹陷带”，从钻孔资料看，主要是因为该段为古河床主流线部位，砂砾石层中孤石较多，因而透水性大，致使该段地下水位稍低。考虑两岸地下水位较低，一般工程在106-110m左右，因此存在绕渗问题，建议适当向两岸适当延长帷幕线，以减少绕渗量。特别是右岸，为防止渗流改变工程地质条件，建议筑坝帷幕与溢洪道帷幕相接，使其连成一体。（4）左岸崩—坡积物的工程地质条件左岸坝肩部分，分布有一崩—坡积物，顺河方向长约1000余米，宽约120余米，表面以30°坡倾向河谷。在高程140米处厚度最大，约47米，以上逐渐变薄。坡积物下基岩河北工程大学毕业设计4地形呈阶梯状。坡积物主要为土、碎石及大块石，从表层坑井看，土的含量较多，约占50%形成图夹碎石和块石，碎石、块石不起骨架作用，只局部地段块石较多。经试验分析知，属中等失陷性，浸水下沉问题不严重，但厚度较大，总下沉量也是不小的。野外试验变形模量值（算术平均值）为681kg/cm2，压缩性不严重。渗透系数为10-3cm/s，下部透水严重。因此筑坝时可以不挖除，但必须做好防渗处理以免蓄水后因渗漏恶化其工程地质条件。（5）其他建筑物的工程地质条件垭口——付坝垭口，在坝高192m高程处，谷宽230m，谷底宽60m，谷底高程141.0m。谷底有砂质黏土覆盖，厚度6-8m。在谷底右侧沿断层有辉绿岩墙侵入体，走向为北西330-340度，倾向南西，倾角80度，宽52m。辉绿岩风化严重，全风化带约10m，半风化带15m左右。辉绿岩中可见有缓倾角压扭性破碎带，并发育有一组缓倾角裂隙，，走向北东20-50度，倾向东南，倾角16度。辉绿岩与灰岩接触处透水性大，并可见溶蚀现象，东侧较差，单位吸水量0.09-4.3升/分，西侧稍好，单位吸水量为0.05升/分。垭口在高程145-157米处分布有两层片岩，下边一层已滑石化，极软弱，遇水崩解。垭口为一断层，此处承载力低，抗滑性能较低，不利地质条件比较集中，修建高大的砼溢洪道是不利的，而在此修建土石付坝问题不大。但应进行防渗处理，尤其是灰岩与辉绿岩接触带，建议处理深度右侧采用30m，左侧15-20m。2.2水文与水利规划2.2.1气象本流域处于山区，夏季炎热多雨。附近张坊站平均年降雨量740mm，年平均气温约为11.6℃，年内气温变化较大，最高温度达43.5℃，最低温度-26℃。降雨主要集中在七、八月份，多年平均降雨量470mm，占全年降雨量的65%，七、八月降雨又主要集中在几次暴雨上，特点是强度大，雨量集中。由于天气系统及地形抬升的相互影响，张坊上游的紫荆关一带极易形成暴雨，如1950年8月上旬、1955年8月中旬、1956年、1963年8月上旬均出现日降雨量大于100mm的暴雨。暴雨过程一般为2-3天。2.2.2水文分析(1)洪水本流域洪水均为暴雨洪水，主要发生在七、八月份，一次洪水历时5天左右。较大洪水多是单峰型，陡涨陡落，双峰或多封不多，且为小水年。据实测20年资料统计，洪峰流量最大为9920m3/s（1963年），最小洪水为45m3/s（1965年）相差220倍。三天洪量最大为5.67亿立米（1963年），最小洪量0.08亿立米（1965年）相差77倍（实测洪水系表列从略）。河北工程大学毕业设计5本流域调查到的最大洪水为1801年，经计算得洪峰流量为20000m3/s。考虑到下游为宽阔平原，并有京广铁路经过，大坝为土坝等情况，取19000m3/s作为校核大坝的非常洪水，以校核水位190.1m，取1140m3/s作为设计洪水流量，相应水位186.8m，依次选定泄水建筑物尺寸。洪水实测资料中，以1963年最大，1956年次之，洪峰流量分别为9920m3/s和4200m3/s，以1963年、1956年的的平均概化过程线为典型，按洪峰流量比值放大计算得设计洪水、校核洪水过程线（见图2-1）。01234历时（日）50500010000150002000025000流量（m3/s)校核洪水设计洪水片上水库设计、校核洪水过程线图2-2片上水库设计、校核洪水过程线（2）年来水量按规划，本水库上游拟建紫荆关水电站，系跨流域水电站。年径流按紫荆关-张坊站区间的径流量计算，紫-张区间年径流量最大为14.55亿立米（1956-1957年），最小为1.27亿立米（1965-1966年），相差11倍，1951-1970年19年系列平均值为5.74亿立米。（3）年输沙量本流域泥沙主要集中在汛期，汛期沙量占全年的99%。据实测资料计算，紫-张区间多年平均输沙量为46万吨，推移质占总沙量的20%。经计算，紫荆关水电站建成后，本水库多年平均来沙量为55万吨。2.2.3水库特征值(1)水位1）设计洪水考虑到本水库应有一定的防洪库容以拦蓄洪水，若降低洪水位对防洪、兴利效益大为不利，而若提高洪水位，可能降低京-原铁路标准或进行局部改建，协调二者，本水库设计洪水位定位186.8m（P=1%）。2）校核洪水河北工程大学毕业设计6京-原铁路在拒马河左侧穿越，有十余座桥涵通过库区，桥梁高程最低者为190.44m，墩顶高程为190.26m。考虑在校核洪水时不影响铁路正常通车，校核洪水定位190.1m（P=0.1%），相应库容为7.16亿立米，坝顶高程192.0m（仅供设计参考）。3）死水位本水库为综合利用水利枢纽，死水位确定应考虑工业、给水、灌溉、发电等用水要求。工业给水保证程度要求较高，工业给水隧洞进口高程已定为125.0m，本水库电站拟采用的抽水蓄能机组，水轮机最小工作水头为28m，灌溉用水，为了尽量利用水库水量，希望取水口高程低些。考虑以上各用水部门要求，死水位定为130.0m。4）汛限水位根据下游河道现有行洪能力及有关部门要求，按遇1955年洪水限泄1300m3/s时，洪水不漫滩；遇1963年洪水限泄3000m3/s，不超过现有河道行洪能力；遇到校核洪水时，限泄最大流量7000m3/s；当水位达到190m时，相应最大泄量为18000m3/s。根据上述分级标准和相应洪水过程线，调洪计算按分级控制确定防洪库容，求得设计洪水位以下防洪库容2.98亿立米，设计洪水位至190m为强迫库容0.56亿立米。因此，防洪总库容为3.54亿立（2）兴利调节防洪、兴利总库容6.72亿立米，其中防洪库容3.54亿立米，汛期可以进行兴利调节的库容3.18亿立米，考虑淤积后，汛期兴利库容为3亿立米。根据规划，本水库工业需水4.0m3/s。农业灌溉毛定额按400m3/亩计算。水库蒸发损失350万立米/年。径流调节依据紫-张区间多年实测径流量（水库多年平均来水量为6.01亿立米），加上紫荆关水电站汛期弃水量（多年平均弃水量为0.27亿立米），进行调节计算。时历法求得调节流量保证曲线及平、枯水年调节流量如图2-3及表2-2所示。1020304050607080901001.02.03.04.05.06.07.0保证率(%)流量（m3/s）片上水库流量保证率曲线调节后调节前图2-3片上水库流量保证率曲线表2-2调节流量表标准毛调节流量折合毛水量净调节水量工业用水量灌溉用水量河北工程大学毕业设计7秒立米亿立米亿立米亿立米亿立米平水年14.74.634.531.263.27枯水年10.53.313.211.261.95按表2.2调节后，平水年可用于灌溉的水量为3.27亿立米，按毛灌溉定额400立米/亩计算，可灌溉82万亩，遇到枯水年，则可灌溉49万亩。根据调节计算后分配给灌溉的用水量，结合各月用水比例（表2-3），进行用水的月分配。在9-11月内灌溉用水量不大，一般天然来水略大，故水库可一回蓄一部分。在4-6月份灌溉用水较多，届时天然来水较小，水库水位则逐渐下降，据统计，在19年中有10年消落到死水位，其他年份则高于死水位。对每年汛后水位也有高有低，见表2