大河底一级水电站工程工程布置及建筑物设计方案.docx

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1、大河底一级水电站工程工程布置及建筑物设计方案1.1 设计依据1.1.1 工程等别及建筑物级别大河底一级水电站是以发电为主的小（2）型水电工程, 工程等别为V等，永久性主要建筑物为5级，次要建筑物及 临时建筑物为5级。设计洪水标准：引水坝为20年一遇洪水 设计，100年一遇洪水校核，引水式电站厂房及其它主要建 筑物按20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，次要建筑 物相应洪水标准为10年一遇设计，20年一遇校核，临时建 筑物（导流建筑物等）相应设计洪水标准为5 一遇年。地震设 计烈度为VI度。1.1.2 设计基本资料大河底一级水电站位于文山州麻栗坡县境内的八布河下游南青河左岸支流，下金厂乡境内，

2、距麻栗坡县城41km。消能工程量大，但溢流水深小，则溢流堰长度就长，影响前 池平面布置，所以在计算时两者应统筹兼顾。根据上述原则， 经试算确定堰顶长度和堰上平均水头。取 H 堰=0.5m,则 L 堰二2.99m;取 L 堰=5m,则 H 堰= 0.355m。本次设计取堰顶长L堰=5m,相应堰上水头H堰=0.355m。5.333压力前池各部分平面尺寸的拟定对于中小型电站进水室长度L进二35m,本工程取L进=3m单管的进水室宽度b进二1.8D=1.44m,取b进=3.0m进水室宽度B进=n 2b进+(n2-l)d=2.5m,取B进=3.0m前池池身宽度B前=1.5B进= 3.75m，取B前二3.0

3、m前池池身长度L前二3.0B前=9.0m，取L前二10.0m。5.334压力前池特征水位的拟定1、前池正常水位根据水电站引水渠道及前池设计规范第条，应 以设计流量下水电站正常运行时的水位作为前池的正常水 位Z正常=渠末渠底高程+渠道正常水深=1225.60m2、前池最高水位根据水电站引水渠道及前池设计规范第条，前 池和引水渠道内的最高水位，应按照设计流量下正常运行 时，水电站突然甩全部负荷时的最高涌波水位确定。根据水电站引水渠道及前池设计规范第条， 侧堰作为控制泄流建筑物，对涌波起到控制作用，即对引水 道系统来说，控制工况是：电站甩满负荷待水流稳定后（涌 波已消失），全部流量从侧堰侧堰溢出时，

4、将恒定流时的堰 上水头乘以1.11.2的系数，把这时的水位定为最高涌波水 位。即：Z最高=堰顶高程V3+1.2H堰Z 最高=1226.126m。3、前池最低水位设计根据水电站引水渠道及前池设计规范第7.0.6 条，前池最低水位可根据水电站运行要求确定。一般前池最 低水位为电站突然增加负荷前前池的起始水位Zo减去突然 增荷时的最低涌波 hmax.大河底一级水电站引水渠道属于非自动调节引水道，起 始水位位Zo可取溢流堰顶高程V3,最低涌波hmax按一 台机组运行突增到两台机组，由于水电站二台机容量一致， 前池涌波计算按一台机组运行时突然增加一台机组运行，取 发电流量由0.85m3/s突然增加1.6

5、9m3/s时的前池水位降落。引水道中产生落波时，波的传播速度c0和波高!（）可 按以下两式联立求解：负荷变化前的流量Q 0 = 0.85m3/s负荷变化后的流量Q =1.69m3/s下面试算求解波速c0、起始断面波高AhO:假设h0 = 0.7m,波流量Q = 0.85m3/sB 口= b+2m(h Ah0/2)=1.50m负荷变化前的过水面积W0=Q0/v0=0.9m2则波速 c0=3.142m/s则起始断面波高h0=0.191mh max=KAhO=2AhO=O.382mZ 最低=Z 正常一Ah max= 1225.218m。533.5压力前池各部位高程的拟定1、进水室淹没深度根据水电站引

6、水渠道及前池设计规范第条规定, 水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，淹没深度按戈登公式确定:式中:c 一系数，对于对称进水口，C=0.55d 一进水口闸门高度，本工程d=0.8mV进水口闸门断面流速，本工程V=3.362m/s经计算，s=1.65m.2、进水室底板高程公式1 ：设计进水室底板高程二最低水位-S-d=1222.768m。公式2:压力钢管管顶高程按低于最低涌浪水位减压力 钢管内最大流速水头的2倍计算为取管顶高程为1224.20m, 相应进水室底板高程为1223.00m;木工程进水室底板高程取1223.00m o3、前池前墙墙顶高程（池顶）按下式确定:池顶=z最高+安全超高=1

7、226.50m o压力管道压力钢管布置大河底一级采用压力钢管联接前池和发电厂房，首端接 压力前池，末端接电站厂房，压力钢管道管床主要利用旧引 水渠道布置，局部跨山坡林地。534.2压力钢管管材选择和管径计算大河底一级水电站压力管道供水方式为联合供水方式。 管道设计流量按电站设计流量并考滤电站机组汛期超额定 出力运行要求，用L21.3倍比系数取管道最大流量为 1.69m3/s设计，管道最大静水头142.6mo钢管采用焊接钢管。钢材采用Q345的C级钢板。1、按经济流速条件选择管径小型水力发电站钢管经济流速一般为35m/s, 一般低 水压段用小流速，高水压力段用大流速。以经济流速选择管 径时采用如

8、下计算公式：2 =1.28N %(m)Qmax钢管的设计引用流量(m3/s)压力管道设计取略大于机组额定流量取，按Qmax =1.69m7s进行计算。得：Do=O.76-O.99m 。2、按经验公式选择管径采用经济管径D。的经验公式计算 采用“彭德舒”经验式5 .2Q3n1axH(m)H=300m计算得：Do=O.8O54根据计算结果，本阶段选择采用DO=0.8m。534.3压力管道水力计算1、水击压力计算根据管道布置设计，压力管自前池进水口至厂房水轮机 主阀前，管路总长35O.m,水力计算按设计流量L69 m3/s计 算，主管内径0.8m。水电站厂房装机二台混流式水轮发电机 组。取调保计算取

9、导叶关闭时间T,为4秒。压力管流速V=Q/F = 3.362m/so水锤波的传播速度按下式计算:ai= 1069.6m/s水锤波在管路中来回传播一次所需的时间为：Tr =兰=2X 350.0/1070 = 0.632s2水击压力升高值：Z末=8=0.242 2-a水击压力降低值：巧=2b =0.170 1 + p + o-水击压力水头升高值（阀前）：AH =Z1H = 34.8m水击压力水头降低值（阀前）：AH =y1H =23.4m。2、水头损失计算管道管路水头损失为局部水头损失和沿程水头损失之 和，在设计流量Q=1.69m3/s下，大河底水电站压力管道水 流速度为V = 3.362m/s。

10、、局部水头损失：h局=1局捺二式中t局=1.176 经计算：h局=0.77m 大河底水电站是一个集灌溉与发电一体的综合性水利工程 项目，电站在下金厂乡现有的云岭村灌溉渠道下游取水发 电，下金厂乡云岭村灌溉渠道的引水水源是大河底河，现有 引水渠道总长4361m,现有渠道标准断面宽0.8m,高为0.9m, 渠道沿山坡布置，渠底纵坡陡缓不均匀，最缓段渠道纵坡为 1/W0,相应断面宽0.8m,高为1.0m,按水力计算，渠道现 有过流能力为1.69m3/so水经过溶洞后由大河底古溶洞河流 入大河底电站引水渠道。大河底一级水电站所处河段为峡谷地带，上、下游无通 航要求，是一个发电和灌溉综合利用工程。工程项

11、目由一级水电站引水渠道、前池，压力管道和发 电厂房及输电线路组成。1.1 .3法律法规依据和技术规范及文件中华人民共和国水法（2002年修订）沿程水头损失计算采用公式卜沿=亲? C A取钢管糙率n = 0.0125,计算得：h沿=4.93m3、水轮机工作水头计算总水头损失：I2h = h 局+ h 沿= 0.77+ 4.93 = 5.7m设计工作水头H设=11毛一Zh= 1225.6-1083.0 5.7=136.9mo534.4 压力钢管管壁厚度计算1、按强度条件计算管壁厚度设计只按内水压力作用于管壁上所产生的环向应力计算，公式采用：式中:钢管管壁厚度（mm）;H设设计水头（m）；D钢管内径

12、（m）;钢材允许应力（kg/cm2）；对小型电站，可适 当降低，在此按降低30%计。对于3号钢，允许应力取1300 X0.70=910kg/cm2;9接缝坚固系数，取0.9。本站管道最大工作水头发生在水轮机主阀前，最大工作水头为Hmax= 172.7m,经计算最大管壁厚为6 = 7.9mm考虑钢管加2mm的锈蚀裕度，经计算得按强度条件时 主管管壁最大厚度为10.0mm o2、按刚度条件算D压力钢管管壁厚度按刚度条件应满足G 说由 6= 130 = 800/130= 6.15mmo考虑钢管加2mm的锈蚀裕度，得按刚度条件时主管管 壁厚度应为8.0mmo故本站压力钢管最小厚度取8.0mm o135

13、发电厂房大河底一级水电站发电厂房位于杨家坪村的一处山洼 地，主厂房由主机间及安装场组成，主手动单梁桥式起重机 一台。大河底一级水电站厂房为地面式厂房，砖混结构。厂 内装机二台混流式水轮发电机组，总容量1800kW,主厂房 长 25.52m,宽 10.5m。1.3.6 厂区布置大河底一级水电站厂区有电站厂房、升压站，生活区住房和进厂公路组成。1.3.7 建筑物主要工程量大河底一级水电站主要工程量见下表。大河底一级水电站主要工程量表序号项目及名称单位渠道及前池压力管道电站厂房合计1土方明挖m32290870340065602石方明挖m3492412306110122643砂砾石覆盖层开挖m3100

14、3854854土石方回填m3430175521855Ml 0浆砌块石m38808806M7.5浆砌块石m1490401400293037C20碎m311518070030458C25碎m32202504709回填灌浆m22000200010模板m21460146011钢筋t5.357.2427.840.3912钢材t28028413土石围堰m36006001415161718中华人民共和国森林法（2009年修订）;中华人民共和国环境保护法（2014年修订）中华人民共和国防洪法中华人民共和国水土保持法中华人民共和国水污染防治法防洪标准GB50201-94;小型水力发电站设计规范GB50071-2

15、002;水利水电工程等级划分及洪水标准SL252- 2000;水利水电工程可行性研究报告编制规程DL5020- 2007;硅重力坝设计规范SL319-2005;浆砌石坝设计规范SL25-2006;混凝土拱坝设计规范SL282-2003;溢洪道设计规范SL253-2000;水电站厂房设计规范SL266-2001;水工隧洞设计规范SL279-2002;水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997;水利水电工程进水口设计规范SL258-2003o1.2 工程总体布置物大河底一级水电站位于麻栗坡县下金厂乡云岭村杨开 坪组，电站通过新建一条长450 m输水渠（管）道从现有灌 溉渠道末端取水引入一级电站前

16、池，由前池用压力钢管将水 引到云岭村桃子湾，新建发电厂房。根据现有灌溉渠道水面 高程位置，确定大河底一级电站前池正常水位为1225.6m。前池后面接压力管道，根据地形条件，管道采用钢管明敷布 置，钢管管径为0.8m,管道长度350mo一级电站厂房位于 云岭村桃子湾，电站设计尾水高程1083m。设计水头142.6m, 一级电站（P = 90%）保证出力为165.1kW;装机1800kW（2 X 900kW）,年均发电量634.1万kWh,装机年利用小时为 3522.6ho发电尾水排入下游渠道。工程总体布置是：水经过溶洞后由大河底古溶洞河一并 流入大河底河，然后经大河底右岸引水渠道引水到金厂云岭

17、杨开坪。大河底一级水电站通过新建一条长450 m输水渠 （管）道从现有灌溉渠道末端取水引入一级电站前池，由前 池用压力钢管将水引到云岭村桃子湾，一级水电站发电厂房 发电，电能经升压后并入麻栗坡南方电网。1.3 工程建筑物1.3.1 取水枢纽大河底一级水电站本次设计由灌溉渠道把水流引到大 河底一级电站输水渠（管）道的压力前池。大河底一级水电 站为无调节径流式水力发电站，引水坝均采用浆砌石重力坝 （已建）。132发电输水渠（管）道大河底一级水电站通过新建一条长450 m输水渠（管） 道从云岭村杨开坪灌溉渠道末端取水引入一级电站前池，依 据规范水电站引水渠道及前池设计规范（DL/T5079-2007

18、） 及实地线路情况，在前池上游侧设置溢流侧堰，引水渠道采 用矩形断面，设计引用流量1.69m3/s。溢流堰前段的渠道过 水面按（BXH）2m设计，坡降采用1/200,渠内设计水深0.85m,渠道安全超高0.35m满足要求。溢流堰后段 的渠道过水面宽度按1.5 m设计，坡降采用1/500,渠内设计 水深0.9m,渠道按全断面衬砌厚0.1mo过水能力计算：渠道的过流能力，按明渠均匀流公式计算:溢流堰前渠道过流断面为矩形断面：3二bh。x=b+2hoR=co/xC=l/nXR1/6渠道底坡=1/200,断面宽度b=1.2m,水深ho=0.85m时, 渠内过水面按衬砌条件取n=0.02oco=bho=

19、1.2 X 0.85=1.02m2x=b+2ho=1.2+2 X 0.85=2.9mR=w/x=1.02/2.9=0.3517mC= 42QcoC4Ri =1.02 X 42 X (0.3517/0.005)l/2=1.8m3/sQ 设 = 1.69m3/s；渠道过流能力满足要求。压力前池根据地形条件，大河底一级水电站压力前池布置在渠道 末端山脊上，布置方式为侧进正处方式。前池有前室、进水室、溢流堰和排砂口等设施。前室是引水隧洞末端下进水室 的扩大加深部分，主要作用是把引水隧洞断面形状平缓地过 渡到进水室前缘，以减缓前池中的流速，使泥砂和污物沉积 下来通过排砂孔排走，前室设溢流堰和排砂槽，槽口

20、设排砂 孔排砂，进水室是压力水管的入口，布置有拦污栅等设施。前池设计基本资料机组台数：2台；单机容量900kW;引水渠设计引水流 量1.69m3/s；单机引水流量0.9m3/s；引水渠末端底板高程 1224.80m；引水渠末端渠底宽度1.5m；引渠末端设计水深 0.9m;输水渠（管）道末端设计流速1.33m/s；压力钢管根数 1根；压力 钢管直径0.8m;堰顶与过境水流的水面的高差0.1mo5.332侧堰布置及水力计算一、侧堰堰顶高程的确定：根据水电站引水渠道及前池设计规范第条的规 定，侧堰的堰顶高程应高于设计流量下水电站正常运行时的 过境水流水面高程h(0.10.2m),本工程取h = 0.

21、1m。过境水流水面高程V2 =渠末渠底高程+渠道正常水 深= 1225.60m；侧堰堰顶高程V3=V2+ Ah = 1225.70m；2、侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定根据水电站引水渠道及前池设计规范第条， 对于设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常运行， 侧堰不溢水；当水电站突然甩全部负荷待水流稳定后全部流 量从侧堰溢出，为控制工况。此时，侧堰下游泄水渠道流量 为零，侧堰泄流能力按如下公式确定：流量系数mL宜取(0.90.95) mo,本工程取mL=0.9 mO,即 mL=0.38o根据水电站引水渠道及前池设计规范第条，侧 堰的堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定。溢流堰 长度与溢流堰顶水深有关，溢流水深过大，则单宽流量大，