引水式水電站設(shè)計方案基本資料

PAGEPAGE1引水式水電站設(shè)計方案基本資料1.1任務(wù)的提出渾江是鴨綠江在我國境內(nèi)的較大支流，也是我國東北地區(qū)水力資源較為豐富的一條河流，因此，合理開發(fā)利用渾江水力資源是個重要的課題。渾江發(fā)源于長白山老嶺，河流全長430余公里，河流坡降約為1/1000;流域面積15000平方公里。流域形狀近于橢圓，南北長160公里，東西寬約170公里。根據(jù)渾江河道自然特性的變化，大致以通化為上、中游之分界：以桓仁為中、下游之分界。河流系山區(qū)河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山勢陡峭，支流眾多，于支流入口處，地勢較為開闊，出現(xiàn)山間盆地。渾江下游（桓仁以下）的水能利用與梯級開發(fā)問題曾進(jìn)行了長時間的研究，基本上歸納為兩種開發(fā)方案，即：eq\o\ac(○,1)桓仁、沙尖子兩級開發(fā)方案與eq\o\ac(○,2)桓仁、回龍山、太平哨、高嶺、金坑等多級開發(fā)方案。目前，在桓仁水電站早已建成投產(chǎn)的情況下，實(shí)際上變成為沙尖子高壩大庫與回龍、太平哨、高嶺、金坑等梯級開發(fā)方式之爭。本任務(wù)書取材于梯級開發(fā)方案的太平哨水電站，并擬定為混合式開發(fā)的地面廠房型式。1.2工程地質(zhì)條件1.2.1地貌與地層本地區(qū)的地貌景觀按其成因類型可分為兩類：eq\o\ac(○,1)構(gòu)造剝蝕地形，海拔高程360—770米，相對高度200—600米，為中低山地形，由古老的變質(zhì)巖系組成，山脊較狹窄，起伏不大，無明顯的峰巒，地形坡度較大。eq\o\ac(○,2)侵蝕堆積地形，本區(qū)可見相對高度為20—30米的二級階地，3—12米的一級階地和2—4米的河漫灘。水庫區(qū)及水工建筑物區(qū)出露的地層有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱羅系、和第四系，簡單分述如下：eq\o\ac(○,1)前震旦系：主要為一套區(qū)域變質(zhì)巖石，部分經(jīng)受不同程度的混合巖化作用，形成各種類型的混合質(zhì)變質(zhì)巖。各水工建筑物均位于本地層的混合變質(zhì)巖上。eq\o\ac(○,2)震旦系：僅在水庫區(qū)東南局部出露，主要為石英砂巖、石英巖、粉砂巖、頁巖等。eq\o\ac(○,3)寒武系：該系出露更少，僅局部可見，主要為灰?guī)r。eq\o\ac(○,4)朱羅系：該系在水庫區(qū)北部，雅河口以上至回龍山一帶廣泛分布，為陸相火山巖建造，主要為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖等。eq\o\ac(○,5)第四系：在本區(qū)出露的有上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。前者分布于渾江二級階地，為洪—沖積層，主要為砂卵礫石、砂和亞粘土，后者包括一級階地、河漫灘及河床上堆積的亞砂土、砂礫石，殘積的亞粘土等。1.2.2水庫區(qū)工程地質(zhì)條件本庫區(qū)兩岸山體高峻，高程為360—700米，分水嶺厚度均在0.8公里以上。庫岸巖石在雅河口以上為侏羅紀(jì)火山碎屑巖類，以下為震旦紀(jì)變質(zhì)巖和混合質(zhì)變質(zhì)巖，地下水位較高，不會向鄰谷產(chǎn)永久性滲漏。不存在塌岸問題。1.2.3壩址工程地質(zhì)條件曾選兩條壩線（上壩線與下壩線）進(jìn)行比較。上、下壩線相距200—300米，地質(zhì)條件基本相同，但下壩線右岸地形更單薄，左岸巖石完整性較差，呈片狀破碎，風(fēng)化也較深，而上壩線左岸則比較完整。河谷部分，下壩線巖石普遍風(fēng)化較深，而上壩線只有個別地段風(fēng)化較深。從上述分析確定選用上壩線。不論修建土壩或混凝土重力壩，地質(zhì)上都是可能的。壩址區(qū)出露的地層有前震旦系和第四系。前震旦系為經(jīng)受中等程度混合巖化作用的變質(zhì)巖系，包括黑云母斜長石注入片麻巖、黑云母混合片麻巖和大理巖，前者分布在左岸，后者分布在右岸，兩者為整合接觸。第四系包括各種不同成因的松散堆積物。堆積層分布于兩岸山坡，為亞砂土夾碎石，厚度左岸為1.5—4.0米，右岸為0.3—2米。河床砂卵礫石厚0—3.5米。壩址區(qū)兩岸發(fā)現(xiàn)有斷層三條，其中一條為平推斷層（F3）位于左岸，走向NE36°,傾向南東，傾角70°，破碎帶寬5米。另外兩條北東向斷層F1與F2°據(jù)分析F1就是區(qū)域性的太平哨大斷裂，在右壩頭西北約300米處通過;F2位于右岸，產(chǎn)狀為走向北東40—50°，傾角80°，斷層帶寬3—4米。F1與F2對建筑物均無直接影響。壩址區(qū)基巖的透水性，根據(jù)19個孔、75次壓水試驗成果統(tǒng)計，單位吸水量由上而下逐漸減小。距地面深4.3—15米范圍內(nèi)單位吸水量的平均值為0.1升/分，25米以下時為0.027升/分。據(jù)分析，若采用混凝土重力壩壩型時（估計壩高40米左右），大壩將建基于比較完整的半風(fēng)化巖石之上。河谷部分的開挖深度（自基巖面算起）約為2—7米，相應(yīng)于此開挖標(biāo)準(zhǔn)，壩基巖石與混凝土摩擦系數(shù)建議為0.6，河床部位巖石風(fēng)化較淺，實(shí)際上可挖至微風(fēng)化巖石，建議摩擦系數(shù)采用為0.65。壩址右岸巖石強(qiáng)烈風(fēng)化，全風(fēng)化巖石深達(dá)30米。強(qiáng)烈風(fēng)化的原因主要是黑云母混合片麻巖中斜長石和黑色礦物含量較多，長石結(jié)晶體粗大，抗風(fēng)化能力較薄弱所致。建議處理意見是：砂礫狀全風(fēng)化層（深15米左右）可采用混凝土防滲墻方法處理，塊狀全風(fēng)化層以下采用帷幕灌漿方法處理。左岸F3斷層以及局部破碎帶可按常規(guī)辦法處理。1.2.4副壩工程地質(zhì)條件葫蘆細(xì)子地段山體低緩，最低點(diǎn)地面高程僅為192米，需要修建付壩。若主壩采用土壩型式，則此處可修建岸坡式溢洪道。此處山體最狹窄處寬僅70米，上、下游水為差7米。此坡地形陡峭，基巖裸露，南坡較緩，坡度一般約20°—30°。此堊口是渾江侵蝕堆積二級階地，堊口頂部和山坡上分布有砂卵礫石，厚度1—5米，其地質(zhì)時代為上更新世坡積層。本地段地層主要是前震旦紀(jì)黑云母斜長石注入片麻巖，混合巖化程度較低，巖性不均一，有的地方可見變質(zhì)巖基體。本地段發(fā)現(xiàn)斷層共七條，但規(guī)模均很小，寬度大都在一米以內(nèi)，最大寬對為1.5米。這些斷層大多延伸不長，對建筑物無影響，設(shè)計與施工時按常規(guī)方法處理即可。通過地質(zhì)分析與穩(wěn)定計算可以認(rèn)為，此地段山體是穩(wěn)定的。為了確保建筑物安全，建議在設(shè)計時要加強(qiáng)帷幕灌漿與排水措施。1.2.5引水隧洞和廠房區(qū)工程地質(zhì)條件渾江在中下游地段，側(cè)向侵蝕作用十分強(qiáng)烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，為修建引水式電站提供了有利的地形條件。太平哨水電站的引水隧洞和廠房位于南天門嶺，此處分水嶺寬約800米，而兩端河水位差達(dá)13米。本區(qū)地層主要為前震旦系的黑云母混合片麻巖，所有建筑物均將在此巖層上。第四紀(jì)包括出口和進(jìn)口河漫灘的沖積洪積層，巖性為亞砂土，細(xì)沙和砂卵礫石，兩側(cè)山坡的坡積殘積層，巖性為亞砂土，細(xì)砂和砂卵礫石；兩側(cè)山坡的坡積殘積層，巖性為亞砂土夾碎塊石。隧洞均將在黑云母混合片麻巖中通過，沿洞線未發(fā)現(xiàn)斷層，且洞頂上部覆蓋新鮮巖體很厚，達(dá)80—160米，深部裂隙已趨閉合，因此工程地質(zhì)條件較好，建議采用：f=6—7,k0=500。洞線前部通過兩條較大巖脈，均大致與洞線相交，一條為石英斑巖，寬30—40米，另一條為正常閃長巖。寬26—30米。據(jù)地表槽探觀察，巖脈與圍巖接觸良好，但從鉆孔資料分析，石英斑巖裂隙比較發(fā)育，故建議，通過巖脈處的參數(shù)選用為：f=4,K0=300。廠房后山坡地形坡度約50°—60°，坡高40米左右，通過剖面裂隙繪得知，廠房后坡存在兩組順坡裂隙第一組傾角為68°—74°，第二組傾角稍緩，為40°—45°。表部裂隙張開1—3厘米，坡腳部位巖塊已經(jīng)位移。根據(jù)上述情況?？烧J(rèn)為后山邊坡基本上是穩(wěn)定的，建議在開挖時基本上沿著上述兩組裂隙挖成階梯狀邊坡，對已經(jīng)位移或張開寬度較大的巖塊予以清除，對局部不穩(wěn)定巖塊可采取相應(yīng)的加固措施。廠房基礎(chǔ)將坐落在新鮮的黑云母混合片麻巖上。1.2.6建筑材料天然建筑材料的調(diào)查，包括混凝土重力壩和粘土心墻砂礫殼壩兩種壩型所需要的各種材料，其需要量初步按混凝土壩方案，混凝土方量50萬米3，砂礫石料150萬米3，土壩方案：粘土料14萬米3，壩殼砂礫料120萬米3，護(hù)坡塊石料5萬米3，反濾料4.5萬米3。通過勘探、試驗工作，可以滿足上述要求，砂礫料與粘土料場分布、儲量、質(zhì)量評價等詳見表1與表2。土壩護(hù)坡用石料場，選擇了葫蘆頭和榆樹底兩處。葫蘆頭石料場位于壩址上游左岸約3公里，交通方便，基巖為黑云母混合片麻巖，榆樹底位于壩上游右岸約3公里，料場山體比高100—500米，山勢陡峻，覆蓋厚約1米，基巖仍為黑云母混合片麻巖。砂礫料場位置、儲量及質(zhì)量情況一覽表表1料場名稱位置面積（米2）體積（萬米2）勘探等級質(zhì)量評價開采意見無效層有效層水上水下合計葫蘆頭（漫灘）壩線上游右岸1公里277，8006.345.581.1126.6B各項指標(biāo)均滿足混凝土骨料要求運(yùn)距短交通方便夾心子壩線下游0.5—2.5公里216，300296060120B本料場為土壩方案服務(wù)上長嶺壩線下游右岸6公里414,00001020102B各項指標(biāo)能滿足混凝土骨料要求運(yùn)輸困難下長嶺廠區(qū)上游左岸2.5公里175,000047047B同上南天門隧洞進(jìn)口36,800212012B各項指標(biāo)能滿足混凝土骨料要求粘土雜質(zhì)含量較高下甸子廠區(qū)上游右岸1公里90,000024024B同上粘土料場儲量、質(zhì)量情況一覽表表2料場名稱地貌單元位置體積（萬米3）天然含水量（%）天然容重滲透系數(shù)固結(jié)快剪有效層無效層濕干凝聚力內(nèi)摩擦角葫蘆頭一級階地壩線上游右岸0.5—1.5公里46.48.228.3231.81.891.411.541.3×10-63.9×10-60.210.1722.226老營溝一級階地壩線上游左岸5公里184.924.91.751.401.8×10-60.26251.3水文與氣象1.3.1流域自然地理概況太平哨電站位于鴨綠江支流渾江下游，本站以上集水面積12950平方公里，其上游約86公里和37公里處分別有桓仁，回龍山水電站，其集水面積壩址以上分別為10，375平方公里與12，506平方公里。渾江流域地理坐標(biāo)在東經(jīng)124°24′—126°36′北緯40°40′—42°10′之間。其相鄰流域北為第二松花江，東為鴨綠江干流，西側(cè)為遼河流域左岸支流渾河、太子河，南為鴨綠江右岸支流蒲石河、河。渾江屬于山區(qū)性河流，流域內(nèi)高山群立，山勢陡峭，地勢起伏較大，山坡上一半多生雜草和林從，植被較好。1.3.2氣象條件渾江屬于山區(qū)河流，地形對氣候的作用比較明顯，流域東北系長白山系的主峰白頭山，海拔高達(dá)2744米，自此分向西北，西南與東南三方向逐漸低下，到流域南部的丹東，海拔高程為59米，自丹東向北至寬甸，地形突然上升（海拔高程約300米），高差達(dá)240米，因此當(dāng)偏南氣流入境后，受地形抬升影響，產(chǎn)生強(qiáng)烈降水，降雨中心多在鴨綠江下游至寬甸間，渾江正處于該暴雨中心北部邊緣，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8兩月為最多，最多月雨量與最小月雨量之比達(dá)30倍之多。渾江流域正處于西風(fēng)帶大陸的東部，冬季在蒙古高壓的控制下，天氣寒冷干燥，為期漫長，全流域一月份平均溫度均在-10°以下，極端最低氣溫發(fā)生在一月份，并在-30°以下。全年右4—5個月氣溫在零度以下，夏季炎熱而短促，極端最高氣溫可達(dá)39.5°C(桓仁)，年差很大，參見表3。1.3.3水文資料渾江桓仁以下，干流有桓仁、回龍山、沙尖子水文站，支流有二戶來、普樂堡及太平哨水文站。各站資料以桓仁較長。太平哨水庫年徑流系用回龍山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站徑流資料，按面積比推求而得，詳見表4。各站年徑流有關(guān)參數(shù)詳見表5。渾江的洪水主要由急劇而強(qiáng)烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中強(qiáng)度最大的暴雨又多集中在一天之內(nèi)。就較大洪水年份分析，形成暴雨的天氣系統(tǒng)有臺風(fēng)，氣旋（華北氣旋，渤海氣旋、江淮氣旋、黃海氣旋）以及副熱帶高壓邊緣的幅合擾動，如1960年發(fā)生了渾江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天氣系統(tǒng)在黃海上空正在恢復(fù)中的臺風(fēng)輸送水汽與副熱帶高壓邊緣的擾動，再加上南部連續(xù)移來三個低壓想遭遇。一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年降水量（毫米）沙尖子多年平均10.311.827.247.373.696.9286.1261.31.0551.637.2171020.2太平哨多年平均14.810.923.350.357.788.7326.7313102.151.339.418.61089.6寬甸多年平均13.913.627.448.975.9102.8394.8316.4120.362.742.619.71218.5蒸發(fā)量（毫米20厘米蒸發(fā)皿）沙尖子多年平均13.724.955.1113.9155.9135.8116.3100.88862.331.517.4916.3太平哨多年平均13.625.960.4138.4214.7174.2136.8116.396.471.333.314.61095.9寬甸多年平均20.430.660.4106.3156.8140.3118.7122.399.177.337.422.3998.3沙尖子平均-15.1-11-2.88.114.119.122.422.316.37.6-1.4-15.45.4太平哨最高4916.2263134.237.535.228.224.516.3337.5寬甸最低-31-28.4-25.5-8.7-0.2814.511.87-6.5-17.6-32.1-32.1極端最大風(fēng)速（米/秒）沙尖子風(fēng)速8.66.78.312.5169.3167.915115.815.516太平哨風(fēng)向NWNWSWNWSENSNNNWNWNSES寬甸發(fā)生年月1955545555585558555454551956本區(qū)氣象要素表表3PAGEPAGE65一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年平均193627.811.192.227331638460150753715016145.425919372017.720.93204555.612294812054.524413.214619389.78.446.673.694.221962438553224014240.5201193922.44440.117422651429969.59301.849.722208194014.29.740.481.273.3356340105018658.775.932.9193194115.97.815123732047897.634012616197.436.2173194218.81377.916014536.7112070117290.510234.4222194314.41196.83793101012095393899653.629.3185194420.416.966.315312030440930525861.942.319.614819459.27324.593.635435014518958.734420.213.2109194614.414335.724112763.376438155.944.723.818.4148194721.815.623.427515112563381434154.473523.3209194817.817.158.624713614020722799.066.13219.2105194912.226.235.425835495.260847412580.452.930.3179195016.910.136.582.780.835785210678.67356.811.614719512.82.228.38973.4231158172021832716769.2258195222.616.756.625013610714925613210210720.811319537.16.841.61092425219639221094319.411250195412.510.6138164134164312191069514397.967.2318195521.317.477.81441881546188660.150.568.830.2126195610.47.446.313428538041923839070.88327177195717.113.122.3386127162360105030611470.347.7216195821.416.210713211273.659245271.965.941.319.598.3195911.114.535.113615315372028034822712363.98919602519.093.7117169599298166030391.562.227290196115.615.079.314396.346.851054253514196.295.1194196220.615.641.326320251.222963728414494.147.4170196321.615.538.310275.946.7116028610712485.5342177196422.313.847.2700152136635150026166.446.321.1301196518.218.553.32123538051329285.248.440.617.9107太平哨電站年徑流系列表（流量：秒立米）表4渾江下游主要站年徑流參數(shù)表（流量：秒立米）表5站名多年平均流量CVCS/CV設(shè)計值P%510509095桓仁1440.3222272051398978回龍山1780.32228025417211096.6太平哨1870.322295266181116101沙尖子2440.322353319216138121從東北歷年大暴雨的分布規(guī)律看，在鴨綠江的中下游（包括渾江一帶）暴雨出現(xiàn)的機(jī)會和強(qiáng)度都才超過其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。渾江歷史洪水的調(diào)查曾先后進(jìn)行了5次，調(diào)查河段上至通化，下至沙尖子。這對洪水分析提供了可靠的歷史資料?；溉收緦?shí)測洪水資料較長，加之歷史洪水調(diào)查資料，故洪水分析成果較為可靠?；佚埳脚c沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相關(guān)插補(bǔ)而延長。太平哨水電站由于無實(shí)測資料，故洪峰洪量參數(shù)用回龍山參數(shù)，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面積比推求。由于上游桓仁電站庫容較大，對洪水起一定的調(diào)蓄控制作用，故區(qū)間洪水對下游梯級起主要作用。太平哨水電站設(shè)計洪水地區(qū)組成曾用典型年法和頻率組合法（以回龍山為控制）推求組合洪水進(jìn)行比較,兩種方法計算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太區(qū)間設(shè)計洪水過程線，系以回龍山三日洪量為控制，按典型年分配，同倍比放大各控制點(diǎn)設(shè)計洪水過程線。太平哨水庫入庫洪水系將桓仁入庫洪水，經(jīng)桓仁調(diào)節(jié)后，如桓—回區(qū)間而得回龍山水庫入庫洪水，在經(jīng)回龍山水庫調(diào)節(jié)后，加回—太區(qū)間而得太平哨入庫洪水，詳見表6。太平哨水庫入庫洪水成果表流量：秒立米單位水位：米表60.010.10.512桓仁入流量出流量庫水位2980018500308.32320014600306.01850011200305.46165009470304.85144008780304.22回龍山入流量出流量庫水位1690016800225.821200012000223.251100011000222.7395009500221.85回—太區(qū)間洪峰流量3170253022601970太平哨入庫流量1750014000.12400108003.351020桓仁入流量出流量庫水位89907750301.2280206880301.665505830300.9549604120300.86回龍山入流量出流量庫水位92909250221.7475007500220.5865506100219.9245004500218.50回—太區(qū)間洪峰流量1610902835557太平哨入庫流量98208070695049801.4水利、動能及水庫1.4.1電站任務(wù)太平哨水電站位于渾江干流，是桓仁、回龍山的下一級，本工程開發(fā)主要目的是發(fā)電。由于本電站承接上游桓仁等梯級水庫對渾江豐富水量的調(diào)節(jié)，故能以較少庫容獲得較好的能量指標(biāo)。電站建成后以下沿江無較大城鎮(zhèn)與工礦企業(yè)，對水庫無防洪要求。庫下寬甸縣太平哨公社有5000畝耕地需灌溉，在水庫水量平衡中可按1秒立方米考慮。1.4.2水庫水位渾江自然落差較大，水量豐富，在太平哨水庫回水范圍內(nèi)多為崇山峻嶺，淹沒耕地、村屯較少。庫區(qū)老營溝附近雖發(fā)現(xiàn)