陈吉星龙潭水库溢洪道除险加固设计.docx
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陈吉星龙潭水库溢洪道除险加固设计
编号(学号):
12622019
毕业论文(设计)
(2012届本科)
题目:
龙潭水库溢洪道出险加固设计
学院:
水利学院
专业:
10水利水利水电工程专升本
姓名:
陈吉星
指导教师:
闫滨
完成日期:
2012年06月08日
毕业论文(设计)任务书
论文(设计)
题目
龙潭水库溢洪道除险加固设计
下发任务
日期
2012.3.12
学生姓名
陈吉星
指导教师
闫滨副教授
一.论文(设计)主要内容
1、溢洪道除险加固的目的、意义及国内外研究现状;
2、溢洪道主要病险问题及原因分析;
3、溢洪道除险加固措施选择及适用条件;
4、龙潭水库溢洪道除险加固设计;
5、溢洪道除险加固中应注意的问题。
二.论文(设计)的基本要求与成果
1、要求:
广泛查阅文献资料,注意引入新技术、新工艺。
论文条理清晰,实例丰富,图文并茂,勤于动手、善于思考,熟练运用CAD,独立完成全部设计任务。
2、成果:
毕业设计论文一份(15000字以上);文献综述一份(3000字以上);
英文翻译一份(6000字符以上);开题报告一份。
三.论文(设计)进度安排
阶段
论文(设计)各阶段名称
时间
1
查阅文献,了解溢洪道除险加固国内外研究现状并写出开题报告、文献综述
2012/3/12-2012/3/20
2
溢洪道主要病险问题及原因分析、英文翻译
2012/3/21-2012/3/31
3
溢洪道除险加固措施及适用条件
2012/4/1-2012/4/20
4
龙潭水库溢洪道除险加固设计以及应注意的问题
2012/4/21-2012/5/28
5
整理毕业论文、准备毕业答辩
2012/5/28-2012/6/16
备注:
预计经费200元
四.应收集的资料及主要参考文献
[1]陈维惠,周厚昌.加强安全管理发展水库经济[J].水利管理技术,1997,17(5):
62-64.
[2]唐连涛.对葫芦岛三合水库溢洪道除险加固技术措施的探讨[J].中国科技信息,2010,11(21):
26-35.
[3]管枫年,洪仁济.涵洞——灌区水工建筑物丛书[M].北京:
水利电力出版社,1989,
(1):
12-1
[4]薛占群,罗彩云.全国病险水库安全状况堪忧亟待抓紧实施除险加固[J].水利建设与管理,2000,20(4):
57-59.
[5]王平,徐永田等.我国病险水库现状与应对思路浅析[J].水利建设与管理,2002,22
(2):
9-11.
[6]刘忠庆,武继虎.乳山市花家疃水库溢洪道裂缝的成因分析[J].水利建设与管理,2001,21(6):
38,42.
[7]叶成林,徐梦华.混凝土裂缝成因分析与处理[J].广东水利水电,2008,5(03):
14-24.
[8]王境之,李继业,臧运存.墙夼水库除险加固工程新建溢洪闸方案优选[J].山东水利,2010,3
(2):
20-22.
[9]郭洪巍.我国水库的除险加固现状及其措施[J].北京水利,2000,5(5):
28-34.
[10]邱秀云,汤铁山,塔义尔等.驼峰堰堰面动水压力及泄流能力试验研究[J].宁夏工学院学报,1996,2
(1):
11-13.
[11]余国云.切实加强领导治理病险水库[J].湖南水利,1998,6
(1):
3-4.
[12]艾尔安,张志恒等.碾压混凝土坝阶梯式溢洪道的消能特性[J].西北水力发电,1990,5(02):
5-8.
[13]贾柏岑等.土石坝工程除险加固技术综述[J].吉林水利,1990,2(9):
8-12.
[14]郝福华,卫永立.水库除险加固工作的实践与思考[J].山西水利,2001,7(4):
30-31.
[15]董维鹏,王玉兰,侯京毅.设计水库溢洪道常见的问题及其建议[J].农田水利,2008,4(01):
12-14.
[16]施建华.南安市坂头水库溢洪道水毁抢险及加固措施[J].中国农村水利水电,2005,2(01):
13-15.
[17]花立峰,陈素文.乌江东风水电站溢洪道水力设计的试验研究[J].西北水力发电,1993,4(02):
22-26.
[18]徐海飞,柴革红.东阳市横锦水库工程除险加固设计与研究[J].浙江水利科技,2007,7(03):
30-32.
[19]郭玉芹,周崇,徐和平.双鸭山市山河水库土坝除险加固设计实例[J].黑龙江水利科技,2005,2(02):
10-12.
[20]谢清良.病险水库除险加固方法初探[J].中南水力发电,2001,8
(1):
51-52.
[21]牛运光.水库溢洪道存在的问题及解决措施[J].中国水运,2005,10(10):
12-15.
[22]刘建飞,刘景学等.病险水库除险加固问题探讨[J].西北水资源与水工程.2001,12
(2):
51-57.
[23]任景胤.临潼县改建土基溢洪道陡槽效果良好[J].陕西水利.1990,7(05):
10-12.
[24]黄仁奎.浅析中小型水库溢洪道设计[J].内蒙古水利.2011,5(01):
13-18.
[25]叶成林.高埔水库大坝除险加固设计[J].广东水利水电,2006,6(04):
23-25.
说明:
此任务由指导教师填写一式两份,一份发给学生,一份发给指导教师留存。
沈阳农业大学毕业论文(设计)选题审批表
选题名称
龙潭水库溢洪道除险加固设计
题目来源
自选
学号
12622019
姓名
陈吉星
专业
水利水电工程专升本
指导教师
闫滨
职称
副教授
研究
内容
针对龙潭水库除险加固工程枢纽总布置方案,研究溢洪道的各种病险问题及对其成因分析,提出除险加固的相应措施及适用条件;进行龙潭水库溢洪道陡坡段不同频率的水面线计算,边墙顶高程的确定,消能设计等。
研究
计划
1、2012/3/12-2012/3/20,整理资料,对龙潭水库溢洪道现状有一定的认识了解。
2、2012/3/21-2012/4/20,参考文献资料,总结溢洪道的病险问题及成因,除险加固措施及适用条件。
3、2012/4/21-2012/5/20,对龙潭水库溢洪道除险加固设计。
4、2012/5/21-2012/6/16,撰写论文,修改大论文,PPT。
特色
结合溢洪道病险问题及除险加固措施,对龙潭水库溢洪道不同频率的水面线计算,确定边墙高度,消能设计等。
指导教师意见
教研室意见
学院意见
毕业论文(设计)指导记录
学生姓名
陈吉星
专业
水利水电工程专升本
指导教师姓名
闫滨
职称
副教授
本年度指导毕业生人数
12
论文(设计)题目
龙潭水库溢洪道除险加固设计
指导过程
时间
地点
指导内容
3.12
3.19
3.26
4.01
4.08
4.15
4.21
5.10
5.25
6.17
水利馆216
指出需要收集的参考文献和相应的参考书目;并书写文献综述
指导修改文献综述,并给出专业外文资料,完成外文翻译内容
指导修改文献综述和外文翻译,并给出毕业论文所需求的相关资料,讲解工程概况
给出相关数据资料,讲解数据处理的相关方法和注意事项,以及毕业论文大纲的下发
指导修改开题报告
指导修改数据处理不合理之处,并讲解如何分析图表
指导word中的格式修改
对论文提出修改意见,并且要求完成论文主体内容
检查论文的总体格式,提供建议
指出论文格式的不规范之处,并要求认真核对,修改大论文,制作PPT,论文装订。
学生签字:
2012年6月8日
指导教师签字:
年月日
教研室主任签字:
年月日
沈阳农业大学毕业论文(设计)考核表
论文题目:
龙潭水库溢洪道除险加固设计
姓名:
陈吉星学号:
12622019专业:
水利水电工程专升本
指导教师评语:
指导教师(签字):
年月日
评阅人评审意见:
评阅人(签字):
年月日
成绩:
答辩委员会意见:
主任委员(签字):
年月日
注:
答辩委员会意见除填写简要评语、给出成绩外,还要提出是否授予学位的建议
摘要
目前,不少水库的溢洪道存在问题,影响水库的安全运用,所以为了增强抗洪减灾能力,增加灌溉面积,必须引起高度重视。
溢洪道的设计和布置合理与否,不仅直接影响到水库的安全,而且关系到整个工程造价。
土石坝一般中小型溢洪道,约占水库枢纽工程造价的25~30%及劳动力的30%,故溢洪道合理的布局和选型,在水库工程设计中是一个非常重要的环节。
本文总结了研究溢洪道除险加固的主要目的及意义,并举例说明了目前的国内外研究现状;论述了溢洪道运用过程中各部分存在的主要病险问题,并进行概括分析其成因,提出了相应的除险加固的主要措施及其各自的适用条件;然后龙潭水库为例,针对溢洪道的各种病险问题提出相应的除险加固措施,并进行除险加固设计;最后,总结了溢洪道除险加固过程中应注意的相关问题。
对溢洪道进行定期的安全监测,及时发现并认真对待分析病险问题,进而采取适当、合理的除险加固措施,保证溢洪道安全稳定的运行,在水库工程的设计、施工及运行管理过程中十分重要,对于水库防洪兴利和国民经济发展有绝对重要的意义。
关键词:
除险加固;溢洪道;病险;龙潭水库;消能
显示对应的拉丁字符的拼音
字典
Abstract
Reservoirspillwayisthehubofoneofthemainbuilding,whichplaystheimportantroleofrespectingthefloodandconstructionsafetyprotection.SpillwayFromthereservoirupstreamtodownstreamriverisusuallywatersegment,controlsegment,venttank,energydissipationfacilitiesandtailchanneloffiveparts.Spillwayanddangerousproblemsthreateningallthemassesoflifeandpropertysecurityaretheweaklinkinthefloodcontrolsystem.Reinforcementhastwomainpurpose,namelytoincreasethesafetyofreservoiroperationandfurthertapthereservoirbenefits.Basedontheunderstandingspillwayreinforcementofpurpose,meaningandcurrentresearchathomeandabroad,thispaperproposesspillwayoperationdilapidatedpartsofthemainproblems,analysesthecauseanalysis,andputsforwardthecorrespondingreinforcementmeasuresandtheirrespectiveapplicationconditions.TheninLongtanReservoirasanexample,foravarietyofdangerousthispaperissuesspillwaycorrespondingreinforcementmeasures,andthereinforcementdesign.Finally,relatedproblemssummarizedthespillwaybasereinforcementprocessshouldbepaidattentionto.Periodicallytospillwayofsafetymonitoring,timelydiscoverandanalysisdangerousproblemsseriously,thentakeappropriateandreasonablereinforcementmeasures,ensuresafeandstableoperationofthespillway,inthereservoirprojectdesign,constructionandoperationmanagementprocessisveryimportant,andforthereservoiragainstfloodcontrol,Hennesseyandnationaleconomicdevelopmentitisabsolutelyimportant.
Keywords:
Reinforcement;Spillway;Dilapidated;LongtanReservoir;Energydissipation
1概述
1.1溢洪道除险加固的目的及意义
为了减少洪水灾害或蓄水兴利修建的水库工程,其库容大小的选择需进行经济比较。
有时候根据防洪和兴利的需要,库容越大、蓄水越多越好,但是在经济上不一定合理,例如库区淹没范围太大,移民安置困难和搬迁任务太重,就不可能把库容修建得很大。
水库库容既然有限,水库蓄满以后,上游再来洪水没有出路,洪水就要从坝顶上漫溢流过。
如果水库的大坝是上坝,洪水从坝顶上漫溢流过时就会冲垮大坝,为了水库工程能充分发挥效益,就得设置溢洪道,也就是给水库上游来的超额水量以出路。
溢洪道是保证水库大坝安全的必须设施。
建设溢洪道要根据水库所在地的地形地质条件;做到布置合理,坚固可靠。
除险加固是延长水库寿命、提高水库自身经济效益和社会效益,解决地区水资源紧张状况的一条途径,其防洪效益主要体现在加固后防洪标准的提高。
因此,对溢洪道进行除险加固,保证溢洪道工程安全稳定的运行,对于水库防洪兴利和国民经济发展有绝对重要的意义。
首先,病险水库溢洪道除险加固是加强防洪体系建设的需要。
众所周知,病险问题给下游城镇、人民生命财产以及主要交通干线等基础设施造成严重威胁。
一旦失事,会造成毁灭性的灾害,给社会局部稳定或国民经济全局带来重大负面影响,严重的会导致社会、政治动荡。
由于水库存在病险,造成全国防洪库容减少约150亿m3,水库不能充分利用原设计的防洪库容对洪水进行调蓄,已有的防洪体系起不到应有的防洪作用[1]。
其次,除险加固是提高水利基础设施投资效益的需要。
据列入全国病险水库除险加固一期项目中的995座典型水库调查,除部分水库尚未开工外,除险加固后的水库设计防洪标准和校核防洪标准一般均达到国家规定标准。
病险水库除险加固项目完成后,平均每座大型水库可恢复或新增防洪库容1070.16万m3,新增防洪效益887.67万元;平均每座中型水库可恢复或新增防洪库容168.39万m3,新增防洪效益336.25万元;平均每座小型水库可恢复或新增防洪库容19.91万m3,新增防洪效益32.38万元。
据推算,全国病险水库除险加固一期项目完成后,可直接保护下游耕地108.1万hm2、人口1.88亿人、铁路干线长度0.84万km、下游高速公路长度1.04亿km,恢复或新增防洪库容27.04亿m3,新增防洪效益30.03亿元[2]。
第三,增强农业综合生产能力,促进农村与农业经济发展。
根据调查区调查资料统计分析,病险水库除险加固工程项目实施后,每座大型水库可恢复及新增兴利库容1942.62万m3,增加灌溉供水量2063.10万m3,新增灌溉面积2253.33hm2,每座中型水库可恢复及新增兴利库容438.36万m3,增加灌溉供水量388.28万m3,新增灌溉面积553.33hm2,每座小型水库可恢复及新增兴利库容67.75万m3,增加灌溉供水量71.34万m3,新增灌溉面积93.33hm2。
全国病险水库除险加固一期项目完成后,可恢复及新增兴利库容59.98亿m3,增加灌溉供水量57.83亿m3,新增灌溉面积72.12万hm2。
此外,病险水库除险加固工程实施后,可有效提高水库供水灌溉保证率,为种植结构调整以及养殖业和农村企业发展提供充足的水源,从而带动农村经济发展,出现粮食增产、农业增效、农民增收的“多赢”局面。
第四,除险加固是稳定队伍,改善水利职工工作条件和生活条件的需要。
除险加固后,水库的效益得到提高,基本的管理条件和管理设施得到进一步改善,为管理单位利用自身的水土资源优势开展适当的多种经营,增加水管单位收入创造了条件。
第五,减少水库移民,减少生态影响。
据初步统计仅全国大型和重点中型水库加固后,就可恢复或增加兴利库容几十亿立方米,相当于修建几十座大型水库,同新建水库相比,病险水库的除险加固对环境的不利影响要小得多。
新建水库必然会造成大量的耕地淹没和移民搬迁,移民问题已成为制约、影响水库建设最大环境问题。
随着人口增长和社会经济发展,耕地减少这一问题会愈来愈突出。
而病险水库的除险加固,涉及移民安置问题较少。
总之,病险问题时刻威胁着广大人民群众的生命和财产安全,是防洪体系中的薄弱环节,是心腹之患病险水库的大量存在,严重影响防洪安全,制约水库效益的发挥,给其下游人民群众的生命财产带来威胁。
实施除险加固,完善防洪体系,与广大人民群众的根本利益密切相关,是“三个代表”重要思想在水利工作中的具体体现。
各级人民政府和水行政主管部门,必须从对人民生命财产负责的高度来充分认识除险加固工作的重要性和紧迫性,克服麻痹思想,采取有力措施,加快实施进度,早日消除威胁。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
随着坝工(尤其是大型土石坝)建设的蓬勃发展,闸门和启闭设备设计、制造水平的提高,消能防冲技术和高速水流研究的迅猛发展,岸边式溢洪道的设计不断发展和创新,近年来更是对一些常规和老框框有所突破,出现了许多观点新颖、具有特色的新成果、新经验。
近年来,国内外一些高坝、大泄量的工程趋向于采用坝肩式溢洪道。
好处是:
解决溢洪道布置的困难;溢洪道的开挖料能作土石坝的筑坝材料,运距短且有利于环境保护。
巴西的伊塔坝,系混凝土面板堆石坝,主溢洪道在右坝肩,该处是筑坝材料的主要开挖地,该坝是该国正在规划的造价最低的大型水电站之一。
如瑞典Stenkullafor水库大坝设有一个2闸控制的敞开式溢洪道。
该水库修改后的设计洪水将比现有溢洪道泄洪能力提高40%。
根据成本效益分析,提高溢洪道泄流能力的主要措施是降低其中一个闸门顶高程,以适应需要提高的泄洪能力。
通过水工模型试验,一方面优化溢洪道顶部轮廓,另一方面降低溢洪道顶部改造和新闸门的成本。
溢洪道右侧闸门底高程降低4.3m,并新安装一扇更高的闸门。
现在,大坝的安全性能已得到提高。
对水工模型试验和施工时的洪水风险,施工过程及其遇到的困难进行了介绍,并对坝体加固、上游坡新的侵蚀防护、下游消能及下游行洪渠道等工程措施进行了描述如下图[3]。
图1-1stenkullafors-溢出修改前的溢洪道
图1-2stenkullafors坝水利模型
但是目前阶梯溢洪道应用也比较广泛,在许多工程中,世界上已建成的RCC阶梯式溢洪道有20多座,典型工程实例如表1-1所示[4]。
表1-1阶梯溢洪道典型工程实例
工程名称
坝高(m)
最大单宽流量(m3/s/m)
坡度
阶梯高度(m)
坝型
上静水坝
61
11.6
0.6,0.3
0.61
RCC坝
布尔东峡
26
55
0.9
1.2
RCC坝
百色水电站
130
203
0.8
0.9
Y形宽尾墩
RCC坝
毛儿盖水电站
147
72
0.22,0.26
2
鱼背山水库
70
100.8
0.33
2
混凝土面板堆石坝
注:
毛儿盖水电站设前置掺气坎。
阶梯溢洪道最早追溯到公元前1300年希腊人在Akarnania修建的土质溢流堰。
早在1892一1906年修建新克洛顿坝时已采用过,然而,人们对它研究甚少。
1982年,美国垦务局进行了上游静水坝(修建在犹他州)阶梯溢洪道模型研究,并将研究成果发表了。
美国在1986年利用RCC技术在MonksvilleDam上修建了第一个阶梯溢流坝。
1987年美国上静水坝(UpperStillWaterDam)上阶梯溢洪道的成功修建和运行,使阶梯溢洪道的修建和研究逐渐成为世界水利的热点[5]。
图1-3西班牙阶梯式溢洪道
前苏联的工程师们首次提出在土石坝的下游面采用阶梯式混凝土陡槽设计。
选择阶梯式结构可使独立的混凝土块体能与相邻部分相互咬合而且有利于消能。
对于新修的大坝,由混凝土块组成的阶梯式溢洪道是土石坝的主要泄洪建筑物。
这种设计方案最近在美国和英国进行了多次试验。
虽然并不能证明其成本低,但发达国家仍乐意采用这种阶梯式混凝土溢流防护系统[6]。
图1-4阶梯式溢洪道(模型)
布鲁西斯克拉夫坝溢洪道受破坏的情况多次见诸报道,包括混凝土块的破坏。
根据实践经验,建议采用更大的混凝土块,以避免被水冲走,提高抗破坏的能力。
在最坏的情况下,如果不能避免人为破坏的话,就应选用其他施工技术(如浇筑碾压混凝土衬砌层)[6]。
自倾门是一种非机械的溢洪道控制装置,用以增加溢洪道泄流能力及水库库容。
使用自倾门可以减少溢洪道的尺寸,同时,自倾门还具有可靠性高、操作和维护费用低等特点。
作为一种可靠的溢洪道控制装置,它在国际上已获得相当高的认可。
该装置在加利福尼亚州特尔米诺斯(Terminus)坝中成功运行,美国陆军工程师团一直在考虑将它应用于更多的工程中。
奥特布鲁克坝和坎顿坝便是因溢洪道尺寸达不到现代安全标准而采用这种装置进行改造的两个实例[7]。
1.2.2国内研究现状
我国上世纪60年代的土石坝设计规范中,明确要求溢洪道与大坝要有相当的距离,但这往往是困难的,并要付出较大代价,限制了土石坝的发展。
现在我国《溢洪道设计规范》及其编制说明,对采用坝肩式溢洪道时保证大坝安全的措施做出了明确规定。
同时又认为可以因地制宜采用,不必受过大的限制。
从上世纪70年代末至今,我国碧口、石头河、龙羊峡、鲁布革、天生桥一级等水电站均采用了坝肩式溢洪道。
图1-5贵州引子渡水电站溢洪道
如鲁布革水电站溢洪道紧靠心墙堆石坝的左坝肩,为开敞式,分为两孔,每孔净宽13m,全长约550m。
溢洪道泄流量为4,740m3/s(校核洪水)及6.459m3/s(保坝洪水),占首部枢纽总泄量的55~62%,是首部枢纽的主要泄洪建筑物。
目前溢洪道已全面开挖1,122m高程以上边坡已形成,并正在向下继续开挖。
从边坡开挖至今的情况看,设计所采用的直边坡方案是成功的[8]。
隧洞式溢洪道有的采用开敞式控制段,后接明流隧洞,既保持了开敞式溢洪道的优点,又避免了对坝体稳定的影响。
也有未采用开敞式控制段的,如我国二滩水电站在右侧山体中布置了两条泄洪洞,进水口设胸墙,在立面上呈龙抬头型,从水力学分类属无压隧洞。
为消除空蚀,沿洞每隔200m设一掺气槽,为保持顶部有
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