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知识信息
第三节 枢纽布置
知识类型:
析出资源
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内容出处:
《白溪水庫志》
图书
唯一号:
113020020240000021
颗粒名称:
第三节 枢纽布置
并列题名:
重要指数选择
分类号:
TV221
页数:
16
摘要:
白溪水库枢纽布置是可行性研究阶段的重要成果,包括工程设计规模、等级及建筑物级别、洪水标准、正常蓄水位和死水位选择等。通过经济比较和径流调节计算,确定了正常蓄水位为170m,死水位为110m。
关键词:
白溪水库
枢纽布置
正常蓄水位
内容
白溪水库枢纽布置,主要是可行性研究阶段的研究成果。
一、重要指数选择
(一)工程设计规模
水库正常蓄水位170m,总库容1.684亿m3,为不完全多年调节水库。初步设计预审意见“同意按固定流量向宁波市供水的方式,供水流量为5.5m3/s,年供水量1.73亿m3(保证率94%)。”水库运行依据这一供水规模设计。
根据市水利局要求,可研阶段洪水调度设计标准为:当洪水流量2230m3/s(P=5%)时,下泄流量不大于1860m3/s。可行性研究报告预审意见第四条第3款“同意白溪水库下游河道整治相结合,将下游河道的防洪标准由5年一遇提高至20年一遇。为了减少河道的防洪工程量,根据白溪洪水尖瘦,水库库面较大的特点,下阶段研究适当降低下游河道防洪控制流量(建议由1860m3/s降为1340m3/s,相当于坝址5年一遇流量)。”根据这一意见,初步设计阶段再次调整水库调度设计,当来水流量为2230m3/s时,控制下泄流量1340m3/s,下游3.0万亩耕地约6.0万人口免遭洪水之灾。初步设计预审意见同意设计成果;统一正常蓄水位为170m,20年一遇防洪高水位173.5m。
“可研阶段推荐的装机容量为2.5万kW,日发电4~5h,反调节池的容积为50万m3。由于反调节池容积较大,在枢纽区难以找到合适的位置设置,为此需在九顷塘修建反调节池。这个方案不仅增加投资,还给输水工程设计与施工增加很大困难。因此,市水利局致函华东院(甬水工[1993]28号文),建议初步设计,每日发电小时延至10~14h,相应调整电站装机容量。经方案比较,确定电站装机容量为1.8万kW,年平均发电量4380万kW·h,其电量全部由宁海县吸收,电站在系统中担任腰荷和部分峰荷。初步设计审查意见是:“基本同意装机容量为1.8万kW。”
水库的灌溉面积为2.0万亩,保证率P=85%时,灌溉范围为白溪(现并入岔路镇)、岔路、前童、竹林(现并入前童镇)四个乡。灌溉引用流量1.5m3/s,年灌溉水量0.13亿m3。
(二)工程设计等级及建筑物级别
白溪水库总库容1.684亿m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,本枢纽属Ⅱ等工程。
工程枢纽由拦河坝、溢洪道、发电引水隧洞(兼供水、放空)、主副厂房、供水消能室下游反调节池建筑物、供水隧洞进水口等建筑物组成。其中,拦河坝、溢洪道、引水隧洞进水口、下游反调节池均为二级建筑物;水电站厂房、补充供水消能室为三级建筑物。
(三)主要建筑物洪水标准
白溪水库根据各建筑物的级别及功能确定洪水标准,白溪水库主要建筑物的洪水标准见表3-3-1。
(四)设计洪水计算成果
初步设计阶段洪水计算采用1957—1992年水文系列资料,蓄水安全鉴定设计自检报告将水文资料延长至1998年,共42年系列。洪水复核采用流量法计算,以地区综合法检验成果合理性。复核后的洪水成果与初步设计成果接近,洪量略小于初步设计成果,洪峰流量略大于初步设计成果,超过的幅度很小。因此,采用原初步设计成果是可行的。
蓄水安全鉴定报告第3.2.2条的结论是“经频率法计算的各频率洪峰流量和一日洪量均与初步设计阶段的相应洪水相差较小,选用初步成果是安全的。
“地区综合法用年最大值法统计洪家塔邻近站洪峰、1日洪量、加入调查洪水成果后进行计算。其洪水成果与初步设计成果接近。不同频率洪量皆小于初步设计成果,但1%频率洪峰流量大于2.7%,0.05%频率洪峰流量大于1.1%,由于以上洪峰流量超过初步设计成果的幅度不大,洪量又略小于初步设计成果,因此,初步设计成果也是可行的。
“为慎重起见,按本次复核洪水重新进行调洪计算,结果水库设计洪水位174.47m,校核洪水位176.31m,与原初步设计成果基本一致,不影响大坝防洪安全。”
白溪水库洪水及分期洪水计算成果见表3.3.2和表3.3.3。(五)正常蓄水位选择
1989年白溪水库选坝阶段,曾对正常蓄水位160m、170m、180m、190m四个方案做过比较。可行性研究阶段,在选坝阶段工作的基础上,进一步分析正常蓄水位选择的有关因素,并进行经济比较。
正常蓄水位选择的有关因素第一,库区淹没问题。据调查,白溪库区属山林区域,库区内无城镇居民点,农田淹没数量很少,仅在100m~130m高程间,淹没耕地155亩,迁移人口73人,这是为形成大型调节水库所无法避免的,对上述各水位方案并无不同。库区未发现矿产和文物。因此,在水库正常蓄水位选择中,该因素不起控制作用。第二,工程地质条件。坝址河谷呈V字形,两岸山体雄厚,地形基本对称,坝址基岩为含角砾熔结凝灰岩夹凝灰岩,岩性坚硬,渗透性小,工程地质条件良好,具备修建高坝枢纽的条件。第三,与上游梯级水库的衔接。按照白溪河流梯级开发规划,白溪水库为白溪干流骨干工程,上游梯级位置服从于白溪水库,因此,对于白溪水库正常蓄水位选择不存在与别的上游水库尾水衔接发生矛盾的问题。第四,水资源利用。白溪水库坝址控制流域面积254k㎡,占全流域面积的40.5%,坝址多年
白溪坝址10月16日一次年5月15日分期洪水成果比较表平均流量8.76m3/s,年径流总量2.81亿m3,由于水库天然的枯水流量仅为0.5m3/s左右,而水库下游农田年保证灌溉平均流量约为0.43m3/s,年需水量约0.13亿m3,向宁波市区均匀供水流量5.5m3/s,年供水量1.73亿m3,表明为满足上述供水、灌溉等要求,水库应具有相应的调蓄库容和正常蓄水位。
正常蓄水位选择方案的拟定根据白溪水库库区淹没少,坝址地形、地质条件好的特点,为充分利用白溪水资源,尽可能地提高白溪水库径流调节能力,为水库的综合利用项目提供充足水量。为此,在选坝阶段工作的基础上,拟定160m、165m、170m、175m四个正常蓄水位方案进行比较。
径流调节成果和正常蓄水位选定根据拟定的四个方案,进行了全系列(1957年至1988年)径流调节和能量指标计算,计算成果见表3-3-4。
从成果表可以看出,随着蓄水位的抬高,年供水量增大,发电量也有所增加。
正常蓄水位经济比较成果见表3-3-5。各方案的灌溉面积均为2万亩,灌溉用水量及保证率均相同,供水、发电设计保证率各方案皆一致,但年供水量、发电量及电站装机容量则随正常蓄水位的升高而增加,经济比较中使各方案的防洪、灌溉、供水、发电效益均具有与最高方案175m同等的水准,其不
白溪水库径流调节成果表足者分别以替代工程予以弥补,机电设备寿命按25年计,电力工业基准收益率为10%。另外,计算中对不同的经济指标均考虑一定的变化范围,以保证经济比较成果的可靠性。经济比较结果显示出170m方案总费用现值最小,为各方案中可取方案,建议采用。
白溪水库正常蓄水位选择经济比较①
①原设计注:第3项水电站年运行费按投资的1%计;第4项工程总投资现值系数1.34;第5项50年年费用现值系数9.915;第6项水电站装机利用小时取1680h;第10、12项投资现值系数取1.34;第11、13项年运行费,机电更新费分别按投资的3%和0.35%计,费用现值系数同第5项;第15、16项煤耗取400g/kW·h,燃料费用现值系数同第5项;第18、20项补充水源投资现值系数按工期3年考虑,分年投资比例取为50%,25%,25%,按基准收益率10%计,投资现值系数为1.243;第19、21项水源工程运行费,更新费分别取投资的1%和0.1%,运行费、更新费现值系数同第5项;第9、14项水、火电容量,电量当量系数取1.065。(六)死水位选择
白溪水库死水位方案拟定为100m、110m、120m及130m方案,按正常蓄水位170m对每个方案进行径流调节,求出每个方案的年供水量、年发电量等指标,亦采用最小费用法进行比选。
死水位选择的有关因素 从供水这个角度看,为充分利用水库的水量,水库的消落深度以大为宜,但消落深度过大,电站的平均水头减小,调节流量却增加甚微,势必降低水电站的保证出力的年发电量。另外,消落深度过大,发电水头变化幅度也增大,不利于机组的选择和运行。根据泥沙淤积估算,水库使用100年时淤积库容约0.033亿m3。从白溪水库水位库容曲线看,水库水位大于90m时才能适应泥沙淤积的要求,故取100m为死水位下限方案。
死水位选定 根据拟定的100m、110m、120m、130m四个方案进行长系列径流调节和能量指标计算,成果见表3-3.6。死水位方案经济比较成果见表3-3-7。
从水库径流调节成果可知,年供水量随消落深度增加而增加,但其增值明显减少;年电量、保证出力均随消落深度增加而减少,原因是水电站水头降低值对出力的影响大于调节流量增加的影响,说明消落深度应适可而止。
从经济比较成果可知四个方案中以方案三、方案四总费用较小。按所取各项价格的上限,虽然方案四比方案三总费用低29万元(约为方案三总费用的1.3%),但是从水轮机运行工况分析,方案四水位变幅过大,水轮机运行工况不佳。综上所述,白溪水库死水位选为110m,水库消落深度60m。
白溪水库死水位选择径流调节成果表白溪水库死水位选择经济比较表①二、枢纽工程总布置
白溪水库枢纽工程主要由钢筋混凝土面板堆石拦河坝、溢洪道、发电引水隧洞(兼供水、放空)、主副厂房、供水消能室、下游反调节池建筑物、下游挡水堤、升压开关站、供水工程(进水闸、泄水侧堰、流量计、控制闸门等)等建筑物组成(见图3-3-1)。
拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝,坝顶高程177.4m,最大坝高124.4m,坝顶长398.0m,坝顶宽10m。大坝上游边坡为1∶1.4,下游平均边坡为1:1.52,结合施工需要,大坝背水面布置有10m宽的“之”字型上坝公路。
受坝址地形条件所限,溢洪道只能布置在左右两岸。溢洪道的布置对工程施工总工期及造价影响很大,可行性研究阶段对溢洪道左岸和右岸两个方案进行详尽比较后,推荐左岸溢洪道方案。初步设计阶段在以前工作的基础上,根据不同的溢流前沿长度及溢流堰顶高程拟定了3个方案进行比较,同时对枢纽其他建筑设计进行优化,最终选定左岸溢洪道,右岸引水隧洞(与导流洞分开)、发电厂房的枢纽布置方案。
岸坡式溢洪道布置在河床左岸,是枢纽主要泄洪建筑物,由进水渠、控制段(溢流堰)、陡槽、挑流鼻坎、出水明渠组成,全长883.0m。为了确保下游挡水堤结构安全,陡槽及挑流鼻坎与下游挡水堤之间保留不小于10m宽的岩坎。为了确保溢洪堰的水流顺畅,在溢流堰前进水明渠保留30m长的直线段(距溢流堰轴线)。溢洪道进水明渠底高程为157.0m,进口宽100m,中心线长240m,溢流堰顶部高程162.0m,共设3孔,孔口宽15m,堰顶设三扇弧形闸门,尺寸15.0×11.7m。溢流堰下游接单坡陡槽,陡槽长312.37m,纵坡坡度为1∶5。陡槽末端接挑流鼻坎,坎顶高程87.0m,鼻坎宽37m,鼻坎下游出水渠底部高程70.0m。由于溢洪道出口距里王村仅700m左右,为了使溢洪道下泄水流不直冲里王村,出水明渠布置一个弯道与下游河道床相接,经水工模型试验验证,里王村一带水流平顺,流速较小,不影响里王村的安全。
发电引水、供水、放空三结合隧洞及发电支洞布置在右岸,全长482.97m,进水口位于大坝上游约170.0m处,进口底板高程90.Om。进水口上游为一喇叭形进水明渠,明渠底部高程89.2m。进水口前段设单孔斜面拦污栅一道,倾角75°,孔口尺寸4.6×6.6m(宽×高),拦污栅检修平台设在145m高程。拦污栅槽在113.5m高程以下顺岸坡布置,113.5m高程以上采用混凝土支墩结构。
在桩号引0+164.46m处设有闸门井,内设事故检修平板闸门一扇,作为隧洞、放空洞弧门和厂房机组蝶阀的事故保护及正常检修挡水闸门,闸门孔口尺寸为3.0×3.5m,闸门尺寸3.66×4.09m,顶部180.0m高程布置一台卷扬式启闭机操作闸门。闸门检修平台设在170.50m高程,高于正常蓄水位,保证闸门全年均可维修,启闭机房与坝顶之间设有简易公路连接。
引水隧洞长309.936m,引水隧洞衬砌后洞径3.5m,其末端通过岔管与两条压力钢管连接,引水钢管或压力钢管直径为2.5m,在机组蝶阀前缩小至1.9m,两条压力钢管长度分别为79.337m及86.793m。
白溪水库工程效益以供水为主,在正常情况下,发电尾水作为供水水源。当停止发电时,水源中断,需另设补充供水系统,保证供水不中断。在2#钢管下游左侧(桩号引(2)0+397.774m)接出一条补充供水钢管,其管径为1.0m,长19.64m,末端设有锥阀,用以控制出口流量。锥阀操作平台高程为82.2m,为了使上游库水平稳地引入反调节池内,锥阀下游设有消能室,布置在主厂房左侧,消能室宽5.0m,长14.15m。经水工模型试验验证,进入反调节池内的水流流态平稳,最大流速2.11m/s,可确保大坝坡角及下游挡水堤结构安全。
引水隧洞右侧,桩号引0+189.46m处设有放空洞、连通洞,通向导流洞。放空洞全长189.966m(不含引水洞段),分前、中、后三段,前段利用发电引水洞,后段利用导流洞改建,中段由引水洞与导流洞连接。连通起点位于桩号引0+189.46m处,连通洞洞径在引水隧洞一侧衬砌后的洞径3.5m,导流洞一侧衬砌后的洞径为2.5m,总长88.73m。为了防止导流洞侧临空面渗漏,桩号放0+049.646m至出口弯管前为钢衬。水库蓄水初期放空洞末端为一半球形钢闷头,后期割去出口闷头,在桩号放0+119.825m处(闸室)增设一扇弧门,弧门孔口尺寸为2.2×2.2m,弧门底坎高程73.75m,弧门的启闭机室高程为81.8m,液压启闭。放空洞出口段由镇墩、Φ2.5m连接钢管、闸室、消力池、出水渠组成。
放空洞下游接消力池,消力池底板高程71.15m,长35.34m,宽8.40m,消力坎顶高程75.23m。考虑到弧门启闭导流洞外远程操作,引水洞进口段设有事故检修闸门,故此处不再设置交通洞和检修闸门。
电站厂房布置在右岸大坝下游的山脚处,紧靠右坝脚,即引水隧洞末端82.0m高程平台上,为引水式地面厂房,厂内安装2台9MW水轮发电机组,尾水流入反调节池;开挖边坡最高点约115m高程,最低处65m高程。主厂房长24.50m,宽20.65m,高27.70m。主要建筑物包括主厂房、安装间、上游副厂房(主厂房上游侧)、端副厂房和下游挡墙等。机组运行的控制设备、主变压器及35kV开关柜均布置在安装间右侧的端副厂房内。安装间布置在主厂房右侧,长16.Om。
白溪电站在电网中担任腰荷和峰荷,一天之内,机组尾水出流是不均衡的,为了降低输水系统的工程造价,需要均衡供水。为解决这一问题,大坝下游设一反调节池,反调节池调节容积20万m3。反调节池建筑物由下游挡水堤、溢流侧堰、泄水涵洞、放水管组成。电站尾水进入反调节池后通过泄水底孔,可最大限度降低反调节池水位,增加发电水头,增加发电效益。当供水工程系统完建后,封堵泄水底孔,使反调节池发挥作用,调节水量,满足向宁波供水需要;挡水堤左侧溢流侧堰的作用为:当上游来水量较大,每天机组尾水水量大于供水量时,多余水量从侧堰溢出。
为满足下游生活用水及灌溉用水的需要,在溢流侧堰右边墩布置一条放水钢管,直径0.8m,中心高程73.8m,其进口段设有蝶阀,用以控制下泄流量。
为了增加库容,有效地利用和节约水资源,提高经济效益,2005年11月25日至2006年6月4日,在白溪水库下游反调节池左岸的侧溢流堰后、泄水涵洞前加装了控制闸门,此工程于2006年7月投入试运行。
供水工程进水口布置在坝后反调节池左岸,溢洪道的下方,主洞全长1602.633m,隧洞纵坡i=1/1170。此系统包括进水口、工作闸门、检修闸门、启闭机房、消力沉沙池、隧洞等,工作检修闸门均为平板钢闸门,卷扬式启闭机,隧洞型式分城门型,开挖尺寸3×3.3m(宽×高),进水口设有拦污栅,底高程为71.0m。其中,取水口包括进水口、半岭山隧洞及1#施工支洞。主洞为3.0×3.3m(宽×高,开挖断面)城门洞,1#施工支洞为3.0×3.Om城门洞,全长443.449m,纵坡i=1/548。
反调节池原设计蓄水位为84.70m,相应的调节库容20万m3。泄水涵洞进口加装控制闸门,反调节池的蓄水位可提高到86.2m,相应的调节库容23万m3,调节库容增加3万m3。在溢流侧堰右边墩布置一条放水钢管,直径0.8m,管内设有蝶阀,用以控制放水流量。为此,2005年11月25日至2006年6月4日建成了泄水涵洞控制闸门工程。该工程主要由闸门井、上部排架及启闭机房和蝶阀井机房组成。闸门井长5.32m,宽7.17m。检修闸门和工作闸门为2.2×3.5m(宽×高)平板门。闸门底坎底部高程73.3m,底坎厚45cm。启闭机房排架位于闸门井86.5m检修平台上,尺寸为0.6×0.4×5.9m,排架柱之间用0.3×0.4m的排架梁连接。其启闭机房楼板厚12cm,起闭平台高程为93.0m,屋面高程为96.3m,建筑面积为53.94㎡,屋内安装3m(宽)×1.4m(高)的手推式塑钢窗3扇,2.0×2.5m塑钢门一扇。平台有楼梯与88.8m交通公路相连接。蝶阀启闭机房排架机房平台高程为87.0m,屋面高程为90.Om,建筑面积为23.72㎡,屋内安装1.8(宽)×1.4m(高)的手推式塑钢窗3扇,1.2×2.5m塑钢门一扇。
2005年8月18日至2006年5月,增加了引水工程进水口流量计工程。该工程位于白溪水库下游反调节池左岸引水工程进口处,即原进水口后沉砂池隧洞内。流量计直径为2200mm,根据流量计运行要求,前后采用钢管连接,直径为DN2200mm。从进水口92.Om高程沿引水洞方向开挖一水平洞,作为流量计水平运输道,再开挖竖井至引水洞,安装流量计。流量计底部设尺寸为0.6×1.5×0.8m的一口集水井,配一台型号为50wq15-30-4的潜水泵,负责日常及检修时的井内排水。
导流洞布置在右岸山体中,由进口明渠、进水口、洞身、出口明渠组成。进口距坝轴线上游约140m处,导流洞全长573m,进口明渠长55m,出口明渠长275m。断面尺寸为10×13m(宽×高)城门型,进口高程74m,出口高程72m。
水位计井布置在拦河坝上游左岸,由水位计筒体工作桥组成,坝顶配电房布置在坝顶右侧与山体连接处。
三、水库特征值
白溪水库的设计特征值(水库经济技术指标)见表3.3.8。第四节 枢纽主要建筑物及机电设计
白溪水库枢纽主要工程由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水建筑物、放空连通洞、发电厂房、反调节池等建筑物组成。
一、钢筋混凝土面板堆石坝
白溪水库大官山坝址的地质、地形条件可满足当地材料坝及混凝土坝的筑坝要求。可行性研究阶段对钢筋混凝土面板堆石坝、混疑土重力拱坝、混凝土双曲拱坝等三种坝型方案进行比较,推荐钢筋混凝土面板堆石坝为主要坝型。初步设计阶段对坝型选择工作进行了复核,同时增加碾压混凝土重力坝方案参与比较,综合考虑技术及经济指标,仍推荐坝型为钢筋混凝土面板堆石坝。
知识出处
《白溪水庫志》
《白溪水库志》由白溪水库志编纂委员会编纂,详细记录了白溪水库的历史沿革、建设过程、运营管理、社会文化影响等方面,展现了水库对当地经济社会发展的重要作用。
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