水工建筑物课程

水工建筑物课程设计

任务书及计算书

西北农林科技大学水建学院

二○一一年七月

第1章 基本资料

1.1 课程设计目的与要求

1.1.1 课程设计目的

1、使学生融会贯通本课程所学专业理论知识，独立地、系统地完成一个较完整的工程设计计算过程，以加深和巩固对所学理论的理解与应用。

2、使学生初步掌握水利工程坝设计的一般原则、方法和步骤，加深和巩固基础理论知识，培养学生独立工作和分析、解决实际问题的能力。

3、 培养学生正确的设计思想、严谨的工作作风和求实奋进的精神。

4、训练和提高学生在设计、计算、查阅参考书、应用规范、绘图、编写说明书等方面的能力和技巧。

1.1.2 课程设计要求

1.要发挥独立思考能力，创造性的完成设计任务。在设计中应遵循技术规范，借鉴参考已成工程的先进技术与经验。

2.对待设计、计算、绘图等工作，应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高水平，并从中得到锻炼。

3.必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在2周时间内圆满完成要求的设计内容。

4.成果包括:设计计算说明书一份，图纸不少于2张2号图(根据布图需求确定)。

1.1.3 设计任务

1.根据地质、地形条件、水文资料经方案比较，本枢纽工程挡水建筑物确定采用重力坝坝型。根据基础资料和选定的坝址，进行重力坝布置设计，绘制平面布置图和下游立视图。

2.非溢流坝的剖面设计：拟定剖面，典型断面的稳定（包括单一安全系数法和可靠度理论法），应力分析（用材料力学法计算边缘应力）并绘制设计图。

3.溢流重力坝剖面设计：拟定溢流坝剖面，绘制下泄水位流量曲线，进行消能设计与计算，进行稳定与应力分析，并绘制剖面图。

4.坝体剖面细部构造设计，包括：混凝土标号分区、分缝、止水等。 5.地基处理设计：开挖、地基加固，防渗排水、软弱带处理等。

1.1.4 进度安排

课程设计时间为两周，要求充分利用每天时间和晚自习时间开展设计，时间安排如下：

1、布置任务和熟悉资料 0.5天

2、枢纽布置 1.0天

3、非溢流坝设计 2.5天

4、溢流坝设计 2.5天

5、细部构造与地基处理 0.5天

5、绘图及写说明书 2.5天

6、说明书整理 1.5天

1.1.5 设计说明书参考目录

第一章 基本资料

第二章 工程总体布置（包括设计标准、工程等级等）

第三章 非溢流坝坝体设计（剖面拟定，稳定、应力分析，构造设计等）

第四章 溢流坝坝体设计（剖面拟定，消能防冲计算，稳定、应力分析）

第五章 细部构造设计

第六章 地基处理及两岸的连接

1.2 基本资料

1.2.1 工程概况

拟建的夕昌水库位于青海省循化县东南部的清水河左岸支流夕昌沟上。循化撒拉族自治县位于青海省东部，祁连山支脉拉鸡山东端，黄河由西向东横贯县境北部。县域东西长68km，南北宽57km，总面积2100km2。东与甘肃省积石山保安族东乡族撒拉族自治县和临夏县接壤，南临甘肃省夏河县和青海省同仁县，西靠尖扎县。北同化隆回族自治县为邻，东北与民和回族土族自治县相连。

图1-1 工程地理位置图

夕昌水库的修建有利于改善该流域的灌溉及人畜饮水现状，可以促进当地农业的较快发展，增加农民的经济收入，提高农民的生活水平，同时可以改善该地区的生态环境，所以，修建夕昌水库水库具有特殊的社会效益。

夕昌水库综合利用功能有，三乡农业灌溉（含改善和扩大灌溉面积）、三乡林业灌溉、三乡人畜饮水、生态用水兼顾防洪等功能。其功能主次顺序即为①农业灌溉 ②人畜饮水

③河道内生态用水 ④防洪。

1.2.2 工程规模

夕昌水库担负多项综合利用任务，其要达到的效益目标为：解决2020年设计水平年的城镇供水、人畜饮水问题。彻底改善项目控制区内的原水浇地（30113.5亩）的用水问题，解决项目区旱变水（7982.2亩）的灌溉用水问题，根据水量情况新增部分耕地500亩和林地4000亩，总计效益面积42595.7亩。

其中设计水平年农业万灌溉用水量为1724.70万m3/年，城镇与农村人畜饮水量为135.48m3/年，河道内生态用水量为360.00万m3/年，，合计2220.20m3/年。

基本的工程参数特征表见下表1-1：

表1-1 基本的工程参数特征表

序号 项目 数值 单位

1 坝址控制流域面积 229.5 km2

2 多年平均径流量 2373.09 万m3

3 50%的年径流量 2311.00 万m3

4 下游河道防洪标准洪峰流量（P=5%） 67 m3/s

5 下游河道防洪标准洪量（P=5%） 156.48 万m3

6 设计洪峰流量（P=1%） 159 m3/s

7 设计洪量（P=1%） 320.93 万m3

8 校核洪峰流量（P=0.1%） 365 m3/s

9 校核洪量（P=0.1%） 559.34 万m3

10 悬移质输沙量 3.65 万T/a

11 3.04 万m3/a

12 推移质输沙量 1.15 万m3/a

13 死库容 107.00 万m3

14 死水位 2900.00 m

15 兴利库容 834.87 万m3

16 正常蓄水位 2941.85 m

17 正常蓄水位以下库容 941.87 万m3

18 回水长度 2.89 Km

19 溢流坝宽度 15 m

20 设计洪水位 2944.80 m

21 滞洪库容 99.40 万m3

22 设计洪水位以下库容 1041.27 万m3

23 设计洪水位时回水长度 2.97 Km

24 校核洪水位 2947.02 m

25 调洪库容 179.89 万m3

26 校核洪水位以下库容（总库容） 1121.76 万m3

27 校核洪水时回水长度 3.03 Km

28 最大取水流量 20 m3/s

1.2.3 工程等别及建筑物级别

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》，确定工程规模、工程等别、防洪标准及设计标准。

夕昌水库总库容1121.76万m3，在1.0-0.1亿m3之间，属于Ⅲ等中型工程。供水对象为整个循化县的核心部分，可以列为中等，属于Ⅲ等中型工程。保护城镇为清水乡，属于一般，保护农田在5-30万亩之间，属于Ⅳ等小（1）型工程。

根据规范，按各指标中最高等级确定工程等别：综合取夕昌水库工程等级为Ⅲ等中型工程。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）》中“水库大坝提级指标”表中的规定，混凝土和浆砌石重力坝大坝高度超过了100m，按提高一级的规定，大坝的建筑物级别提高为2级。其余永久性水工建筑物中的主要建筑物为3级，次要建筑物和临时建筑物为4级，而洪水标准不提高。

1.2.4 气象水文资料

一、 流域概况

拟建的夕昌水库位于青海省循化县东南部的清水河左岸支流夕昌沟上。清水河（又称清水沟、起台沟）是循化县境内除黄河干流以外最大的一条河流，发源于循化县境东南隅达里加山的达力加错天池以西约1km的砾石地，海拔为4155m，自南向北流经循化县的刚察乡、白庄乡、道帏乡、清水乡，在县城积石镇以东约7km处的清水乡境内从右岸汇入黄河，干流全长50.5km，流域面积689km2，天然落差达2319m，河道比降37.4‰。

清水河流域属典型的黄土低山丘陵山区，上游地区由于受气候的影响，降水较丰沛，植被良好；中下游地区，沟壑纵横，农业生产较发达，是循化县的重要农业区之一。清水河流域水土流失以水力侵蚀为主，土壤侵蚀模数在1000-1800t/.km2a。水土流失主要以暴雨作用下产生泥石流、滑坡、崩塌等形式存在。

1. 气象

清水河流域地处青藏高原与黄土高原过渡地带，属高原半干旱大陆性气候，有冷暧季和干温季之分，春季冷暧多变，干旱风大，在回暧升温中常遇剧烈降温现象；夏季凉爽，降雨较多，雨热同季；秋季较短暂，气温骤降，逐日平均气温下降可达4～7℃；冬季漫长，干旱寒冷。

根据循化县气象站1959～2006年气象要素统计，坝址多年平均气温8.0℃；极端最高气温达32.0℃，极端最低气温-25℃，多年平均冻土深度为150cm，无霜期约150天；多年平均风速3.6m/s，主导风向为东南风，50年重现期最大风速达20m/s；多年平均年降水量为264.9mm，年内分配不均，一般春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月～2月）的降水量分别占全年降水量的16.2%、63.5%、19.9%、0.4%。

2. 径流与洪水

水文分析主要参照清水河水文站、同仁站和隆务河口站的资料按无资料地区进行计算，径流分析成果和洪水分析成果见表1-2与表1-3。

表1-2 夕昌水库坝址处年径流计算成果表

频率P

（%） 10 15 20 25 30 50 70 75 80 85 90

年径流WP

（104m3） 3254 3057 2906 2781 2671 2311 1985 1897 1803 1698 1571

表1-3 夕昌水库不同频率洪峰流量表

频率P（%） 0.05 0.1 0.2 0.33 0.5 1 2 3.33 5 10

Qm（m3/s） 452 365 308 256 218 159 112 85 67 42

τ（h） 3.6 3.8 4.0 4.2 4.3 4.7 5.1 5.5 5.8 6.5

表1-4 夕昌水库不同频率设计洪水过程线

概化过程 不同频率设计洪水

Tti

（%） miQQ（%） P=0.05% P=0.1% P=0.2% P=0.33% P=0.5% P=1% P=2% P=3.33%

t Q t Q t Q t Q t Q t Q t Q t Q

0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

5 13.0 0.5 58.8 0.5 47.5 0.5 40.0 0.5 33.3 0.6 28.3 0.6 20.7 0.7 14.6 0.7 11.1

10 35.0 0.9 158.2 1.0 127.8 1.0 107.8 1.1 89.6 1.1 76.3 1.2 55.7 1.3 39.2 1.4 29.8

15 66.0 1.4 298.3 1.5 240.9 1.5 203.3 1.6 169.0 1.7 143.9 1.8 104.9 2.0 73.9 2.1 56.1

20 91.5 1.9 413.6 2.0 334.0 2.0 281.8 2.1 234.2 2.2 199.5 2.4 145.5 2.6 102.5 2.8 77.8

22 100.0 2.0 452.0 2.2 365.0 2.2 308.0 2.4 256.0 2.4 218.0 2.6 159.0 2.9 112.0 3.1 85.0