1、 58坝后式水电站毕业设计5.1 设计内容5.1.1 基本内容5.1.1.1 枢纽布置(1) 依据水能规划设计成果和规范确定工程等级及主要建筑物的级别；(2) 依据给定的地形、地质、水文及施工方面的资料，论证坝轴线位置，进行坝型选择；(3) 论证厂房型式及位置；(4) 进行水库枢纽建筑物的布置(各主要建筑物的相对位置及形式，划分坝段) ，并绘制枢纽布置图。5.1.1.2 水轮发电机组选择(1) 选择机组台数、单机容量及水轮机型号；(2) 确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径 D1、转速 n、吸出高度 Hs、安装高程 Za)；(3) 选择蜗壳型式、包角、进口尺寸，并绘制蜗売单线图；(4) 选择尾
2、水管的型伏及尺寸；(5) 选择相应发电机型号、尺寸，调速器及油压装置。5.1.1.3 厂区枢纽及电站厂房的布置设计(1)根据地形、地质条件、水文等资料，进行分析比较确定厂房枢纽布置方案；(2) 核据水轮发甴机的资料，选择相应的辅助设备，进行主厂房的各层布置设计；(3) 确定主厂房尺寸；(4) 副厂房的布置设计；(5) 绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层和蜗壳层平面图各张。5.1.0 选作内容5.1.2.1 引水系统设计(1) 进水口设计。确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；(2) 压力管道的布置设计。确定压力管道的直径；确定压力管道的布置方式和各段尺 59寸；5.2 基本资料本水电站在
3、MD 江的下游，位于木兰集村下游 2km 处。坝址以上流域控制面积30200km2。本工程是一个发电为主，兼顾防洪、灌溉、航运及养鱼等综合利用的水利枢纽。电站投入运行后将承担黑龙江东部电网的峰荷，以缓解系统内缺乏水电进行调峰能力差的局面。本工程所在地点交通比较方便，建筑材料比较丰富，是建设本工程的有利条件。电站地理位置图见图 5-1。 60通 汤 旺 河 哈同公路方 正 依 兰长 江 屯二 道 沟 浑 河森林路 铁牡 丹至柴 河 镇 公 社海倭浪肯河河林 口河1： 50河 河二 道 三 道北MD市省 会 电 站江江图 5-1 电站地理位置图5.2.1 自然条件5.2.1.1 流域概况MD 江近
4、南北方向，全长 725km，河道平均坡降 1.39m，总落差 1007m。流域面积37600km2，呈南北向狭长形。 61MD 江流域两岸支流分布均匀，水网的形状呈树枝状，多数支流短而湍急。5.2.1.2 气象MD 江流域属于大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。坝址处无气象观测资料，故借用了附近观测站的资料。根据历年资料统计，最高气温 37.5，最低气温-45.2，多年平均气温 3.03。风速在 35 月较大，冬季多西风，夏季多西南风和东南风。79 月多年平均最大风速13m/s，最大风速 20m/s。最大冻土深度 1.89m，最大冰厚 1.28m。多年平均降雨量 528mm，其中 71.8
5、%集中在 69 月。5.2.1.3 水文坝址处无实测水文资料，但其下游 32km 处有一水文站，自 1954 年 7 月开始观测，有24 年实测资料。该水文站处集水面积 30600km2，比坝趾处的集水面积多 400km2，且区间没有大的支流汇入。故本电站可直接应用其实测资料进行水文分析。本流域洪水主要发生在 7、8 月份，一次洪水一般由三天降雨产生。洪水多为单峰型，有的年份为双峰型。一次洪水历时 619d，其中涨水历时 17d，一次洪水过程中洪量主要集中在 7d。经分析比较，本电站的洪水采用 1964 年典型，推算得出各种频率的洪水过程线，见表 5-1。本电站的下游已修筑堤防，能防 1964
6、 年洪水(1964 年洪峰 QM=7920m3/s)，所以本电站放流以不超过 8000m3 为宜。表 5-1 1964 年型入库设计洪水过程线 单位：m 3/sP(%)时间 典型流量 可能最大洪水 0.01 0.1 1 2 5 208.20.5 2080 53008.20.11 2200 5600 4550 37408.20.17 3640 9270 7520 6180 4690 4180 3500 22908.20.23 5460 13900 12600 9500 6440 5510 4330 24708.21.5 7000 17800 16100 12200 8260 7070 5550
7、31708.21.11 8390 21400 19600 14800 9650 8100 6150 32808.21.17 8450 30700 26100 18900 11900 9950 7350 36108.21.23 7690 19600 18000 13500 8840 7420 5630 30008.22.5 7190 18300 16800 12600 8260 6930 5270 28108.22.11 6510 16600 15000 11300 7680 6580 5160 29508.22.17 6300 16000 14500 11000 7420 6350 5000
8、2850 628.22.23 5610 14300 12900 9770 6630 5670 4450 25408.23.5 5150 13100 11800 8950 6070 5200 4080 23308.23.11 4710 12000 10800 8200 5560 4750 3730 23108.23.17 4380 11200 10100 7620 5170 4420 3470 19808.23.23 4200 10700 8680 7130 5410 4820 4040 26508.24.5 4000 10200 8280 6800 5160 4600 3850 25208.2
9、4.11 3870 9860 8010 6580 4990 4450 3730 24408.24.17 3580 9120 7400 6080 4610 4110 3440 22508.24.23 3470 8840 7180 5900 4470 3990 3340 21908.25.5 3340 8500 6910 5680 4310 3840 3220 21008.25.11 3010 7670 6220 5120 3880 3460 2900 19008.25.17 2890 7370 5980 4910 3720 3320 2780 18208.25.23 2670 6810 5530
10、 4540 3450 3070 2570 16908.26.5 2590 6800 5360 4400 3340 2980 2490 16308.26.11 2520 6420 5230 4300 3260 2900 2430 15908.26.17 2530 6450 5230 4300 3260 2910 2440 16008.26.23 2470 6290 5110 4200 3180 2840 2380 15608.27.5 2420 6160 5010 4120 3120 2780 2330 15308.27.11 2330 5930 4830 3970 3010 2680 2250
11、 14705.2.1.4 泥沙电站所在河流为少沙河流，泥沙资料较少，故将牡丹江站作为本水库的入库站。从牡丹江市站泥沙资料可知，泥沙分配与洪水一致，集中在汛期。经计算，本水库多年平均悬移质入库输沙量为 75.5 万 t，本流域无推移质测验资料，经分析比较，确定本水库推移质输沙量占悬移质输沙量的 10%，排沙比为 7%，悬移质和推移质的干容重为 1.1t/m3本水库的地形特征为河谷型水库，淤积状态主要考虑带状淤积。5.2.1.5 工程地址(1) 水库区工程地质水库周边山体边坡坡度，一般为 3050，相对比高 100m200m，部分地段有些陡壁。水库周边山体岩石主要为花岗岩，岩石较坚硬完整，渗透性弱
12、，风化浅。覆盖不厚，植被良好。故水库蓄水后，库区无永久性渗漏问题，也不会产生大体积塌方与滑坡，固体径流来源少。本地区地震基本烈度为 6 度。(2) 枢纽区工程地质坝址区河流迂回曲折，坝址上游木兰集附近河流近东西向，自西向东流，至距坝轴线上游 0.5km 处转为北西向，至坝址下游又转为近南北向流出坝址。 63坝址呈不对称 U 型河谷，右岸为凹岸，因受河流冲蚀，山势陡峻，山体雄厚，附近虽有一垭口，但地势较高。岭顶最低点高程为 247.5m。左岸为河流堆积的凸岸，有一、二级阶地，相对高度分别为 5m10m 及 10m28m，宽度分别为 50m 及 300m，坝头为一条形山脊，岸坡坡度北侧 1525，
13、南侧 2045，山体中部被 F1 大断层带横切，形成一低矮的垭口，垭口最低点高程为 194.6m，二坝设于此处。坝址基岩为下元古界混合花岗岩，后期穿插有中、酸性岩脉。第四系冲洪积层，分布于河谷两岸漫滩及阶地上，河谷砂砾石厚 0.5m3m；一、二级阶地覆盖层厚 617m，上部为粘性土，下部为砂砾石层，一、二级阶地粘性土分别后12m 及 516m，二级阶地砂砾石层厚 2.5m8.5m。坝区地质构造以断裂为主，主要构造方向近南北向，分述如下：(i) 南北向断层，如 F1、F 6、F 7、F 8 及 F2、F 5 等，均在左岸垭口通过。F 1 断层带宽30m60m，倾向 SE、倾角 6075，由数条小
14、断层组成，每条小断层宽 0.21.2m，由破碎岩块及断层泥组成，各条小层间的岩体未见构造异变，但表部岩石强烈风化成砂状。(ii) 北东向断层，一般走向 NE2535，倾向东南，其中 F11 、F 30 倾角大于 80，宽度小于 1m。F 9 倾角为 520，破碎带宽 0.10.8m，夹灰白色断层泥和碎屑。(iii) 北西向断层，走向 NW325335，倾向 SW 或 SE，倾角 6585，一般宽0.25m0.4m。坝区岩脉走向 NW300350，倾角一般大于 70，宽度较大，从 0.5m 到数 10m。与混合花岗岩接触部位破碎，完整性较差。坝区混合花岗岩裂隙较发育，延伸较长，有的达 3080m
15、，平行间距 0.51m。表部张开有泥质充填，地表 20m 以下多闭合。位于弱风化带以下的缓倾角节理，基本趋于闭合，有的有钙质薄膜，未见泥质充填。坝区混合花岗岩为粗粒结构，受本身结构和矿物成份的影响，较易风化。各部位的风化深度差异很大，一般由右岸向左岸风化深度逐渐加大，如河床深度 5m20m，而左坝肩风化深度为 25m50m，二坝处风化深度达 52m65m。混合花岗岩与混凝土的抗剪断试验，求得强风化岩与混凝土的摩擦系数为 0.85，凝聚力为 13.2kg/cm2；弱风化岩相应为 0.7 及 1.83.6kg/cm2。坝区基岩裂隙潜水，含水层性能受构造和岩石裂隙发育程度及充填物的控制。单位吸水率随
16、深度增加而减小。全风化岩渗透系数为 518m/d，强风化岩及弱风化岩的吸水率分别为 0.360.11L/min 及 0.01L/min。 64(3) 坝区主要工程地质评价(i) 坝址第四纪覆盖层、河床部份较薄，一般 0.55m，均予挖除。一、二级阶地部位较厚，总厚 617m，上部为粘性土，厚 210m，下部为砂及砂砾石。粘性土为中等压缩性土，力学强度较高，未发现有淤泥和粉砂夹层，此部位若建土坝，除心墙部位外，可不必挖除，仅清除耕植土即可。(ii) 混凝土坝段内坝基的断层，因规模不大，倾角较陡，可用混凝土塞作工程处理。(iii) 混凝土坝拟建基于弱风化岩中下部，堆石坝心墙可建于强风化岩。(iv)
17、 二坝坝基受 F1 大断层影响，风化较深，但下挖 57m 即为块状风化岩，此种岩石在作管涌试验时，水力坡降达到 30，未见异常情况，故心墙可建基于此岩石上。(4) 建筑材料建筑材料分为砂石料和土料，其料场情况为：(i) 砂砾石料砂砾石料主要有两个料场：料场 1：位于坝下游 3.25km，无效储量 194 万 m3，有效储量 325 万 m3。料场 2：位于坝下 0.51.8km， 无效储量 202.6 万 m3，有效储量 486 万 m3。上述砂砾料质量较好，除砂含泥量超过标准外，其余指标均符合要求。(ii) 土料位于坝上游右岸 0.52km 范围内，有三个料场，储量计 206 万 m3，粘性
18、含量 19%35%，天然含水量约高出最优含水量 2%3%。5.2.2 水利、动能5.2.2.1 地区经济概况本电站供电涉及的地区内，是当地的工业、煤炭、商品粮基地和木材产区。为使水库挡水后，在正常高蓄水位下，水库末端淹没损失最小，且充分利用本河段的水能资源，故正常高蓄水位定为 218m。5.2.2.2 电力系统概况及负荷资料本地区电力负荷非常紧张，电网严重缺电，影响了国民经济的发展。为此除设想在本地区建设一些大火电厂外，还须建设相当容量的水电站在系统内担任峰荷，故急需 LH 水电站投入运行。本电站的设计保证率为 90%。本地区电力网近期各月最大负荷见表 5-2。 65表 5-2 本地区电力网近
19、期各月最大负荷月 份 一 二 三 四 五 六最大负荷 (MW) 2103 2066 2029 1992 1955 1918月 份 七 八 九 十 十一 十二最大负荷 (MW) 1880 1968 2056 2144 2232 23205.2.2.3 综合利用要求(1) 防洪。在 1960 年型洪水情况下，考虑水文预报，水库预泄，则下游城市的防洪标准有所提高。(2) 灌溉。灌溉设计水平年按 1985 年计，坝址以上灌溉用水过程线见表 5-3。表 5-3 1985 年灌溉用水过程线表月 份 四 五 六 七 八 九 十 全生育期用水量(万 m3) 469 10996 12732 12830 5886
20、 0 1000 43913注：回归水已按 15%考虑灌溉用水对建筑物没有要求，可在计算入库净流量中扣除。坝址下游的灌溉用水，不需要从水库直接引水，水电站的放流已能满足灌溉用水约20m3/s 的要求。(3) 航运。目前暂属未通航的河流，将来梯级电站建成后，航运条件得到改善。根据省航运部门的意见，在该电站枢纽考虑预留过船建筑物的位置。(4) 工业和城市用水。每月耗水量为 304 万 m3。工业及城市用水在本水库上游，对枢纽建筑物没有要求，只是在入库净水量中予以扣除即可。(5) 养鱼。水库水面面积按 10 万亩计，则年产鱼约 750t。在综合考虑以上因素之后，确定本电站的装机容量为 500MW，水头范围为3065m，设计水头为 50m。 665.2.3 资料图 1607819020105203040152容 积 （ 亿 ）面 积 （ ）容 积 （ 亿 ）面 积 （ ）高 程 高 程23019876.4627.53.10.31.89水 库 水 位 面 积 容 积 曲 线图 5-2 水库水位面积容积曲线 6716051705010150流 量 （ m/s水 位 （ m） 坝 址 下 游 水 位 流 量 关 系 曲 线 16.00214785429710296水 位 （ m） 流 量 （ 3/s）59.6.374.3.图 5-3 坝址下游水位流量关系曲线
