绿桦水电站计任务书.doc

黑龙江大学水利电力学院毕业设计任务书题目:绿桦水电站设计姓名:刘欢学号:20082865指导教师:于奎2011年12月26日 1设计资料1.1基本情况1.1.1工程地理位置绿桦水电站位于黑龙江省绿桦市境内的公别拉河中游，据绿桦村5km，厂房位于青春河入口1km处。坝址位于绿桦村上游33km处，距哈拉台河入口以上1km，控制流域面积1668km2。1.1.2流域情况公别拉河为黑龙江中游右侧的一条支流，发源于小兴安岭山脉大黑山峰东麓，由西向东汇入黑龙江。河流全长147km，流域面积2700km2，河道平均坡降3‰，总落差460m。全流域均在黑龙江市内。源地最高山峰867m，河口仅120m。其地理坐标是东经126°30ˊ—127°30ˊ，北纬49°40ˊ—50°10ˊ。本流域两峰支流分布较均匀，多数短而湍急，水行呈网枝状。上游森林密布，植被良好，山谷狭窄；义气罕河口至团山子段，山谷逐渐开阔，河道弯曲，两峰多湿地，有少量耕地。从团山子河到绿桦水文站是本河流的中段，是一个30km的大甩弯，河谷深切狭窄，河道平均坡降5‰，水流湍急。绿桦水文站以下，为本河流的下游，河谷开阔平坦，有大片农田。1.1.3绿桦地区经济概况绿桦地区位于黑龙江省北部边境地区，全区辖三市（绿桦、北安河五大连池）四县（孙吴、逊克、德都和嫩江）总面积68276km2，其中林地6210万亩，耕地1883万亩，可垦荒地220万亩。境内森林资源丰富，林木蓄积量大；商品粮率高；矿产和水力资源丰富。境内有黑龙江和嫩江两大水系的大小河流612条；已查清：水能资源75万kw，年发电量可达18亿度。境内的矿产资源有：金、煤、玛瑙石、石灰石、珍珠岩等20多种。1993年全区工农业总产值28.2亿元中，工业占31.5%，农业占68.5%；在地方工农业总产值70037万元中，工业占37%，农业占63%。规划到1995年和2000年全区国民经济总产值将分别达到32.6和46.8亿元。1.2用电规划绿桦地区属北安电网供电范围，该网于1983年11月与东北主网联接。北安电网内各发电厂总装机容量为71550kw，（其中北安火电厂装机容量65500千kw），1983年发电量为3.478亿度，最大负荷利用小时数为2629h。网内电源点的额定容量仅能按6万kw的负荷供电，而实测的最高负荷为12.1万kw，发电能力缺少一半，且无水电调峰电源，由火电调峰很不经济。为适宜本地区国民经济发展的需要，应该优先安排水电调峰电源。北安火电厂为北安电网的主要电厂，1983年发电标准煤耗率为591g/度，单位产品成本72.18元/千度，产品总成本2389.2万元，而工业总产值2351.0万元。系高耗亏损单位，故将逐步改为备用和辅助电源。北安电网电力供应将逐步移向富拉尔基二厂，送电距离480km，形成南电远距北送的不合理局面，从长远看，北安网内调峰电源更需进快解决。为适应全地区工农业总产值每年以7.5%的速率递增，相应的年用电量增长率预计为8.6%，1993年的供电量为10.54亿度。推算电力系统总负荷时，输电线路损失和厂用电率采用12%最大负荷利用小时数为6000h，夏季静态下降系数采用0.7。北安电网设计典型负荷曲线，见表1—1至1—4。表1—1北安电网春季（2月—4月）典型日负荷值 时间（h）12345678供电负荷(×103kw)65.564.565.565.570.772.894.693.6时间（h）910111213141516供电负荷(×103kw)73.868.669.768.668.671.873.892.6时间（h）1718192021222324供电负荷(×103kw)96.710410498.890.584.272.872.8表1—2北安电网夏季（5月—7月）典型日负荷值时间（h）12345678供电负荷(×103kw)61.16061.161.1666888.387.3时间（h）910111213141516供电负荷(×103kw)68.96465646466.968.986.3时间（h）1718192021222324供电负荷(×103kw)90.297979284.478.66868表1—3北安电网秋季（8月—10月）典型日负荷值时间（h）12345678供电负荷(×103kw)62.46162.462.467.369.39089.1时间（h）910111213141516供电负荷(×103kw)70.365.366.365.365.368.370.388.1时间h）1718192021222324供电负荷(×103kw)92.1999994.186.180.26969表1—4北安电网冬季（11月—1月）典型日负荷值时间（h）12345678供电负荷(×103kw)6362636368709190时间（h）910111213141516供电负荷(×103kw)7166676666697189时间（h）1718192021222324供电负荷(×103kw)9310010095878170701.3气象资料本流域属寒温带气候，夏季多雨，冬季寒冷而漫长，冬季温差很大，多年平均气温 -0.3℃，夏季最高气温36.5℃，冬季最低气温-44.5℃。流域多年平均降水量550mm左右，年内降水主要集中在5—9月份，占年降水量的87%以上。河流冰冻期从10月末到次年4月下旬，平均160天左右，最大冰冻厚达1.80m，最大冻土深度可达2.2m。多年平均无霖期124d，霜期最早日期为9月6日，最晚终止日期为5月26日。流域内冬季多西北风，夏季多西南风和东南风，多年平均风速为3.9m/s，最大风速为26.7m/s，汛期最大风速为18m/s。主要气象要素特征值见表1-5，其中降雨量为绿桦站资料，气温及风速为黑河站资料。表1-5公别拉河流域气象月份项目一二三四五六七八九十十一十二全年降雨量（mm）平均3.53.47.925.056.591.8141.1120.668.620.18.06.8551.6最大9.711.425.263.6164166.3252.4311.2142.4643.124.816.8686.1最小0.100.71.610.628.624.339.522.10.101.2383.1气温(℃)平均-23.9-19.7-9.12.711.217.720.418.011.31.6-12.1-22.1-0.3最高-6.43.21026.235.737.736.532.729.925.213.2-3.737.7最低-44.5-40.9-33.3-19.4-6.21.26.14.6-6.4-19.2-32.1-39.4-44.5风速（m/s）平均4.14.04.75.14.43.72.93.13.94.13.93.63.9最大1714242426.71812162018141626.7风向NWNWNWSSESSESSWSWENESWSWNWWNWNWNWSSW1.4径流资料绿桦水电站厂房下游4km处有绿桦水文站，该站自1956年8月至1983年，共有27年实测水文资料。据此资料用面积比方法移至坝址后进行参数计算，多年平均流量9.92m/s，多年平均径流总量3.13亿m，多年平均径流深188mm。年径流参数计算成果见表1-6。蒸发量资料移用绿桦气象站资料，用水量平衡法计算。多年平均水库水面蒸发增损值为467.5mm，分配见表1-7。坝址处年月平均流量见表1-8。表1-6绿桦水电站坝址年径流成果表流量：m3/s 系列控制面积多年平均流量CvCv/Cs线形设计值p（%）起讫年份N101520507585901956~19832716689.920.502.0P―Ⅳ16.614.913.79.136.355.164.35表1-7绿桦水电站水库蒸发增损月分配表项目月份一二三四五六七八九十十一十二全年蒸发月增损值（mm）3.35.619.651.991.285.569.255.643.030.98.92.8467月分配0.71.24.211.119.518.314.811.99.26.61.96.6100表1-8绿桦水电站坝址处年月流量F=1668km2单位：m3/s月年一二三四五六七八九十十一十二平均值19566.3531.619.04.770.4810.35700014.59.177.3813.423.535.714.85.130.3516.4580.0760.0089014.037.318.114.246.542.519.83.180.2613.4590.02000.7033.803.173.5217.446.857.419.57.480.489.17600.0240019.212.939.08.426.9214.787.242.170.449.88610.0890020.99.265.128.3432.030.49.701.870.4510.9620.068006.456.263.1023.621.353.811.92.750.30312.0630.01600.05116.116.212.522.150.314.97.532.690.4185.33640.0860.06108.0810.624.79.264.103.902.860.510.0243.44650002.917.492.784.318.587.755.551.420.18711.8660.01200.00513.715.817.550.123.39.975.953.050.743.4670.0510020.826.537.225.522.316.18.343.130.2945.27续表1-8绿桦水电站坝址处年月流量F=1668km2单位：m3/s月年一二三四五六七八九十十一十二平均值19680.0330.0010.2511.69.7914.18.999.175.292.811.150.08616.46900028.912.68.6823.874.935.88.401.910.2766.42700004.4712.63.738.128.2625.812.80.770.027.217100014.628.820.13.397.306.953.801.200.10714.7720005.507.9528.235.015.825.232.63.680.6710.6 730.38300.0225.6581.423.410.65.854.733.300.810.2763.31740005.144.149.615.233.685.984.231.240.1686.117500012.813.410.911.710.76.385.891.320.1168.07760002.819.88.9925.425.68.633.930.7210.0825.1477000.0044.5110.26.4416.814.84.632.800.6680.12311.0780.01100.00410.823.516.449.413.310.85.171.680.1947.81790.0040016.86.8920.511.57.8021.96.941.100.47611.0800.062005.796.0941.327.910.530.28.131.830.42313.0810.082003.5439.324.435.534.810.84.761.350.2737.70820.01900.00310.830.23.991.1117.08.906.182.590.54718.0830.1720.0480.05437.053.227.620.574.946.111.23.541.01840.2200.0670.082总数1.4280.18591.176341.09484.77439.24521.56566.31576.81255.1163.71910.273267.76平均0.0510.0070.04212.618.016.319.320.020.69.112.280.3179.92（%）0.040.010.0410.615.1413.716.2417.017.337.661.920.311001.5洪水资料流域内大洪水多发于夏季7、8月份，系由暴雨形成。根据历史洪水调查，公别拉河自1896年以来，近90a间共发生三次较大的洪水为1896、1922、1953年。其中1953年为最大一次，洪峰流量为1330m/s。洪峰、洪量均采用历史洪水1953、1922年和1956—1983年连续系列组成的不连续系列进行频率计算/频率曲线采用P—Ⅱ型，用绘线读点补距法计算频率曲线的统计参数，经适线比较采用Cs=2.5Cv，经单站及地区和例行检查和分析后，最终确定参数。洪峰采用面积比的2/3次方，洪量采用面积比的0.8次方移到坝址。洪峰、洪量计算成果见表1-9。分期洪水根据施工设计的要求，以绿桦水文站1956~1983年实测洪水资料进行频率计算，分别给出各分期洪峰流量各种频率设计值，并用面积比的2/3次方推到各工程地点，成果见表1-10。设计洪水过程线根据电站工程设计和下游防洪的要求，选择峰高最大，峰型集中及资料较完整，精度较高的实测1966、1978年洪水过程线作为典型，采用峰量同频率控制放大（Qm、W、W控制）成果见表1-11、表1-12。坝址及厂房出口水位~流量关系曲线见表1-13及表1-13。 表1-9绿桦水电站设计洪水成果表单位：Qm—m3/s，W—106m3地点项目系列均值CvCs/Cv设计值P(%)Nna0.050.10.20.51251020厂房F=1km62683431.26280024902190179015001220855595362W62315.11.042.513312010789.276.363.346.734.623.0W628337.40.902.527324722218816313810580.455.7坝址F=1668km259023002030166013901130791551335W12110997.581.369.557.742.531.521.0W24922520217114812697.573.250.7表1-10绿桦水电站坝址分期洪峰流量表洪峰流量：m3/s频率p（%）洪峰流量(分期)3.35102050四月3.2427720314087.3五、六月48139326517175.8七、九月94479155133511.0十月85.173.655.037.117.4十一月26.222.116.210.55.86表1-11绿桦电站1966年坝址设计洪水过程线单位：m3/s1966年典型过程线设计值P（%）月日时流量0.050.10.20.51251071819160556504454390341297261206222147446756085224564173292671240835756682585512465357275430010409468527316405174742877363110099289174764253640030110593259023002030166013901130791551135131550140012501052906756565425 164311300118010608877626374753581941612601140102085773661445934522401121011009848257095924423332013721120102091376665854941030943581080978879737633529395297731010509578607126175263822871028210109098216886025233692771326993684876466057850835626716238828750676590518452344257192197926906225444774163342482220069663056849843738130723721119467561155148342467029922841776165585034323783292732197164570517466400350304254211101535324824353733262842382051314751246341735831427323020016139483438395439296258218289表1-12绿桦电站1978年坝址设计洪水过程线单位：m3/s1978年典型过程线设计值P（%）月日时流量0.050.10.20.51251077104509568657776525604683492631390025902300203016601390113079155116815173015701410118010108476324761972515401390125010509037535634232263513501220110091979166049337181550117010609507966855714273214470998904812681585488365264740786478370358950742331624810356851771693583503422315247 133158387596835764994213142461628082574767357049542031324519250812735663563491419312244222207997236525574874183112439120078571264155048241731024341767696976285404734103092427157753682615529464403308242101527376676015184553963072411314572165258750744639030624016142705637574496437384305240191366886225604854273783042392213266960654647441737230423810112665259153246340736530323741186325765184523963573022367112615561504439386350301235表1-13绿桦水电站坝址水位~流量关系曲线水位（m）312.0313.0314.0315.0316.0317.0318.0318.5318.6318.7318.8318.9流量（m3/s）051265150290500640680710755813水位（m）319.0319.1319.2319.3319.4319.5319.6319.7319.8319.9320.0320.1流量（m3/s）8609401010107911801280140015001580167017501850表1-14绿桦水电站厂房出口水位~流量关系曲线水位（m）167.8167.9168.0168.1168.2168.3168.4168.5169.0流量（m3/s）2.926.711.518.226.535.146.068.0128.0水位（m）169.5170.0170.5171.0171.5172.0172.5173.0173.5流量（m3/s）2133174456007709481140134015401.6地形地质资料库区：水库区地貌特征为低山峡谷地形，库区基岩为海西期花岗岩。两岸河谷狭窄，植被覆盖良好。库水位342.0m时，水库回水长度约20km 。库区内有少量可耕的农田，没有居民点，库区内尚未发现有价值的矿藏，库区周边无低于该水位的邻谷和较大的断裂构造，因此水库永久性渗漏和侵没问题是不存在的。坝址：区地貌特征为低谷山区，海拔高程312.00~350.00m。河流蜿蜒迂回由北向南西流经坝址，为不对称的“U”字型河谷。平水期和水位为315.77m，水深1.00~2.00m，最深3.77m，水面宽55.00m。左岸为凹岸，山体相对比高约30m，谷坡为1：1.7；右岸为凸岸，并有一级阶地，相对比高3~5m，右岸山体低矮，相对比高15m，谷坡1：2.5，山体后侧，马鞍形垭口，宽约200m，地面高程为329.00~334.00m。坝址区出露地层为海四期花岗岩，并有后期石英安山岩脉和方解石岩脉等穿插。花岗岩全风化下限2~3m，是砂粒状，强风化下限3~7m，成碎块状，强度较低；若风化下限10~18m，岩石较坚硬，但裂隙张开，新鲜岩石坚硬完整。第四系冲洪积层分布于河床及河谷中，厚度2.5~6.7m，以砂砾石为主，砂砾石的浮容重为10.2kN/m3，水下内摩擦角28°渗透系数3.2×10-4m/s。阶地上部为砂壤土，下部为砂卵砾石。山坡上分布残坡积壤土夹碎石，厚度1~2m。穿过坝轴线有三条断层，其中F断层，位于河床，走向NE40°与坝轴线近于直交，倾向SE，倾角70~85°，破碎带宽2~6m，其中岩石碎裂，手捏即碎；F、F断层均位于右岸副坝处，破碎带宽2.5~2.6m，由破碎岩夹泥组成，胶结不佳，走向分别为NE30°和NE35°~40°，倾向均为SE，倾角分别为72°和65°。水文地质条件简单，河谷两岸基岩中含有裂隙潜水，一般埋藏深度11~12m。岩石透水性较弱，在基岩面以下0~15m岩石单位吸水率一般为0.02~0.05kg/min；岩面下15~30m单位吸水率为0.01~0.02kg/min。河谷两岸第四系松散堆积物中，含有孔隙潜水，其水位略高于河水位，受大气降水补给，河床F1断层破碎带渗透稳定条件较差，应采取防渗处理措施。坝基岩石物理力学性质见表1-15。表1-15坝基岩石物理力学性质表（均值）岩石名称比重天然容重（KN/m3）紧密度（%）吸水率（%）抗压强度（MPa）软化系数孔隙率（%）花岗岩2.7227.698.20.301750.941.58基岩与混凝土的摩擦系数f=0.65溢洪道：坝址右岸垭口可布置溢洪道，残坡积层为壤土夹碎石，厚度1.3~2.0m。出露基岩为花岗岩，岩质坚硬，风化不深，强风化下降5m左右，弱风化下限8~18m，裂隙不甚发育。F4断层走向NE，倾角55°，破碎带宽度4m，分布在溢洪道下游。 引水系统：洞线所经地段地面高程为345~380m，处在青春河与公别拉河分水岭下，局部地形较低洼。进水口洞顶以上掩体淡薄，厚度约14m，其中弱风化岩厚仅3m，而且岩体裂隙发育，岩体被切割成棱形体，岩石大部分是全风化状态，不完整，进口顶岩体不稳定，建议将洞口部位岩体按全部塌落计算，岩体临时开挖边坡建议为1:1，全风化覆盖层开挖边坡不陡于1:1.5，隧洞洞身大部分地里埋深30~50m，处于弱风化花岗岩中，岩石较坚硬完整，地质条件较好。大杨树沟处厂40~50m地段，地形低洼，隧洞埋深仅30m，且有三条断层通过，强风化达40m，围岩破碎不稳定，地质条件差，施工中有产生坍塌和冒顶的可能，应及时支护，加强永久衬砌。F7、F13较大断层通过地段围岩稳定条件差，亦应加强支护处理。调压室，下室埋深40多米，围岩为为风化砂岩，岩石较坚硬完整，地质条件好。隧洞岩体压力系数及岩石抗力系数见表1-16。表1-16隧洞岩体压力系数及岩石抗力系数表岩石名称岩石状态岩体压力系数单位岩石抗力系数（N/cm）无岩隧洞的岩石抗力系数（N/cm）SySx花岗岩较坚硬完整、弱风化强风0.1150001200松软岩石化破碎且有层破碎带0.50.2400080厂房：位于绿桦水文站上游4km的青春河口上游1km公别拉河左岸漫滩阶地上。地面高程169~170m，覆盖层厚度4.9m，由砂卵砾石组成，基岩高程167m，出露基岩为侏罗系砂砾岩，岩质坚硬，岩层走向NE75°，倾向SE，倾角50°~60°，岩石风化不深，强风化下限11m，岩石强度能够满足基础要求。开挖边坡建议：强风化岩为1:1，弱风化岩为2:1。地震：本地区为6°地震区。库容特性：见表1-17表1-17绿桦水电站库容特性表水位(m)312314316318320322324326327328329330331332面积(106m2)0.000.160.340.600.901.201.662.222.52.783.303.804.505.00库容(106m3)0.0000.0020.0070.0160.0310.0520.0810.1200.1440.1700.200.0.2360.2780.326水位(m)333334335336337338339340341342343344345346面积(106m2)5.606.407.368.409.6811.0012.4014.0015.6017.8020.0021.4822.5423.400.3790.4390.5080.5870.6770.7800.8971.0291.1771.3441.5331.7401.9602.190 库容(106m3)1.7天然建筑材料物砂砾石骨料：料场位于绿桦村公别拉河两岸，距厂房5km，距坝址13km。勘探面积左岸为500×150m2，右岸为400×100m2，大部分试坑无效层为零，少数试坑无效层厚0.4~1.6m，有效厚度水上2.5m，计算勘探储量28×104m3。砾石成分以火成岩为主。中等蚀园度，岩质坚硬，质量良好。砂为中粗砂为主，成份以长石、石英为主，质量指标均满足技术要求。块石料：料场分布在坝下游左岸石匠沟口左侧山体处，距坝0.8km。山体比高30m，勘探面积1000×100m2，无效层厚6m，有效层厚8m，计算储量80×104m3。块石为海西期花岗岩，中粗粒结构块状构造，岩石坚硬完整，质量可以满足要求，砂石料：料场在小团山子处，位于坝址左岸上游，距坝址2.2km，勘探面积0.9km2，无效层厚0.3m，有效层厚1.2~2.0m，计算储量118×104m3。理力学指标见表1-18~1-19。土料：料场位于坝址下游两岸，距坝址约1.5km。左岸料场为土壤，右岸料场为砂壤土。勘探面积为0.6及0.4km2，无效层厚0.3m，有效层平均厚度1.8m。计算储量：左岸料场108×104m3，右岸料场70×104m3。土料的物理力学特性见表1-19~1-20。料场名称颗粒组成百分比（%）土料名称储量(104m3)粒径（毫m）10~22~0.50.5~0.250.25~0.100.10~0.050.05~0.0250.025~0.005<0.005小团山6.215.451.624.30.80.31.10.3中砂1180.57.920.928.731.210.8壤土108 下游左岸下游右岸3.85.026.623.811.67.85.915砂壤70表1-18土料颗粒分析试验成果表1-19砂料物理力学性质指标名称比重天然含水量（%）最大孔隙比e最小孔隙比e相对密度D渗透系数K（m/s）内摩擦角Φ（°）凝聚力C(kN/m2)水上水下中砂2.6612.40.980.570.75×32290表1-20土料物理化学性质指标名称比重液限WL（%）塑性WP（%）塑性指标IP天然含水量W（%）有机质含量（%）水溶盐含量（%）PH值壤土2.7029.217.511.716~200.850.075.2砂土2.6722.815.27.615~180.960.124.7表1-21土料击实实验成果表数据击数土名项目2040壤土含水量（%）17.018.921.222..823.916.118.019.221.222.915.415.816.115.915.715.916.216.516.416.1 干容重（KN/m3）砂壤土含水量（%）15.617.319.420.0921.914.716.117.019.421.0干容重（KN/m3）15.716.116.416.216.016.516.817.117.016.7表1-22土料渗透压缩及剪切强度试验成果表土名壤土砂壤土干容重（KN/m）16.116.516.417.1渗透系数(cm/s)5×4×3×2×压缩系数(m/KN)2.5×2×1.4×1×内摩擦角(°)19.222.624.026.3凝聚力(KN/m)8.011.85.06.8注：剪切强度指标系饱和固结不排水试验的总应力强度指标。1.8施工条件有关自然条件已如前述。对外交通，有国家公路，绿桦至嫩江线经过绿桦村，距电站厂房5km，距坝区16km，通过公路可达嫩江和龙镇火车站，也可达黑龙江的绿桦港。电站据西岗子火电厂1.5km，局5千伏输电线路5km，施工用电有保证。施工需用的各职常规机械和劳动力均能满足要求。施工期限要求开工后第五年汛后开始蓄水发电。 2．设计任务2.1水能计算2.1.1保证出力和保证电能的计算2.1.2装机容量的确定2.1.3多年平均发电量的确定2.1.4特征水头2.2洪水调节2.2.1调洪计算的任务2.2.2枢纽工程的等级与建筑物的级别2.2.3确定洪水标准2.2.4防洪限制水位的确定2.2.5调洪演算的原则2.2.6泄水建筑物各参数的确定2.2.7调洪演算2.3枢纽布置2.3.1坝址与坝型的选择2.3.2枢纽建筑物的组成2.4主要机电设备选择2.4.1水轮机的选择2.4.2计算安装高程2.4.3水轮机的进出水设备2.4.4水轮机辅助设备的选择2.4.5发电机的选择2.5引水系统设计2.5.1基本资料2.5.2引水隧洞的布置设计2.5.3进口的布置设计2.5.4引水隧洞的水力计算2.5.5调压室水力设计2.6水电站厂房2.6.1场区布置2.6.2主厂房的布置 2.6.3主厂房宽度的布置2.6.4副厂房的布置2.6.5厂房的结构设计——机墩的结构设计2.6.6机墩的静力计算2.6.7机墩的动力计算2.6.7机墩的配筋