水利水电实务教材精讲班第2讲讲义
水利水电工程设计(二)

2015年全国一级建造师执业资格考试《水利水电工程管理与实务》
(教材精讲班)
1F410000 水利水电工程施工技术

1F411000 水利水电工程勘测与设计

1F411020 水利水电工程设计
1F411021 水利水电工程设计阶段划分及其任务

一、水利工程项目设计阶段的划分和任务
水利工程设计阶段一般可分为项目建议书、可行性研究、初步设计、招标设计及施工图设计阶段。对于重大项目和技术复杂项目,可根据需要增加技术设计阶段。
(一)技术设计
技术设计是针对初步设计中的重大技术问题而进一步开展的设计工作。
(二)招标设计
招标设计是在批准的初步设计或加深的可行性研究报告的基础上,将确定的工程设计方案进一步具体化。
(三)施工图设计
完成对各建筑物进行结构和细部构造设计。
二、水电工程项目设计阶段的划分
大、中型水电枢纽工程设计曾经按四个阶段进行,即可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工详图设计阶段。
为了与国际接轨,将水电工程设计阶段以《关于调整水电工程设计阶段的通知》(电计[1993] 567号文)调整如下:
1.增加预可行性研究阶段。预可行性研究报告经主管部门审批后,即可编报项目建议书。
2.将原可行性研究与初步设计两阶段合并,统称为可行性研究阶段。
3.招标阶段。招标文件分三类:主体工程、永久设备和业主委托的其他工程的招标文件。
4.施工图设计阶段。配合工程进度编制施工详图。

1F411022 水利水电工程等级划分及工程特征水位
一、水利水电工程等别划分
水利水电工程的等别根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性,划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五等
1.水利电工程等别的划分主要依据水库总库容、防洪、治涝、供水、发电等指标确定。对于综合利用的水利水电工程,如按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时,其工程等别应按其中的最高等别确定。

工程等别

规模

库容(108m3)

装机容量
(104kw)

大(1)

≥10

≥120

大(2)

10~1

120~30

1~0.1

30~5

小(1)

0.1~0.01

5~1

小(2)

0.01~0.001

<1

2.平原区拦河水闸工程的等别,应根据其过闸流量的大小进分等。

工程等别

工程规模

过闸流量(m3/s)

大(1)型

≥5000

大(2)型

5000~1000

中 型

1000~100

小(1)型

100~20

小(2)型

<20

3.灌溉、排水泵站的等别,应根据其装机流量与装机功率确定。

工程等别

工程规模

分等指标

装机流量(m3/s)

装机功率(104kW)

大(1)型

≥200

≥3

大(2)型

200~50

3~1

中 型

50~10

1~0.1

小(1)型

10~2

0.1~0.01

小(2)型

<2

<0.01

4.引水枢纽工程等别应根据引水流量的大小确定。

工程等别

1

2

3

4

5

工程规模

大(1)

大(2)

小(1)

小(2)

引水流量

≥200

200~50

50~10

10~2

<2

二、水工建筑物级别划分
(一)永久性水工建筑物级别
1.水利水电工程永久性水工建筑物的级别,根据建筑物所在工程的等别和建筑物的重要性划分为五级。

工程等别

主要建筑物

次要建筑物

1

3

2

3

3

4

4

5

5

5

2.失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2-5 级主要永久性水工建筑物,经过论证并报主管部门批准,可提高一级;失事后造成损失不大的水利水电工程的1-4级主要永久性水工建筑物,经过论证并报主管部门批准,可降低一级。 (特殊情况调整)
3.水利枢纽工程水库大坝2级、3级的永久性水工建筑物,如坝高超过表1F411022-6指标,其级别可提高一级,但洪水标准可不提高。
水库大坝等级指标 1F411022-6

级别

坝型

坝高(m)

2

土石坝
混凝土坝、浆砌石坝

90
130

3

土石坝
混凝土坝、浆砌石坝

70
100

4.水电枢纽工程2级土石坝坝高超过100m、混凝土坝或浆砌石坝坝髙超过150m,3级土石坝坝高超过80m、混凝土坝或浆砌石坝坝高超过120m时,大坝的级别相应提高1级,洪水标准宜相应提高,但抗震设计标准不提高。
5.当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂或采用新型结构时,对2-5级建筑物可提高一级设计,但洪水标准不予提高。

(二)堤防工程级别

防洪标准

Y≥100

100>Y≥50

50>Y≥30

30>Y≥20

20>Y≥10

级别

1

2

3

4

5

穿堤水工建筑物的级别,按其所在堤防工程的级别和与建筑物规模相应的级别中的最高级别确定。

(三)临时性水工建筑物级别
1.水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的级别,应根据保护对象的重要性、失事造成的后果使用年限和临时建筑物的规模确定。

级别

保护对象

使用年限(年)

临时性水工建筑物规模

高度(m)

库容(108m3)

3

有特殊要求的1级永久性水工建筑物

>3

>50

>1.0

4

1、2级永久性水工建筑物

3~1.5

50~15

1~0.1

5

3、4级永久性水工建筑物

<1.5

<15

<0.1

2 .当临时性水工建筑物根据上表指标同时分属于不同级别时,其级别应按照其中最高级别确定。对于3级临时性水工建筑物,符合该级别规定的指标不得少于两项

3.利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时,经过技术经济论证,3级以下临时性水工建筑物的级别可提高一级。

三、水利水电工程洪水标准
(一) 一般规定
1.在水利水电工程设计中不同等级的建筑物所采用的按某种频率或重现期表示的洪水称为洪水标准,包括洪峰流量和洪水总量。
2.永久性水工建筑物采用的洪水标准,分为设计洪水标准和校核洪水标准两种情况。临时性水工建筑物的洪水标准,应根据建筑物的结构类型和级别,结合风险度综合分析,合理选择。
4.当山区、丘陵地区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于15m,且上下游最大水头差小于10m时,其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。
当平原、滨海地区的水利水电工程其永久性水工建筑物的挡水高度高于15m,且上下游最大水头差大于10m时,其洪水标准宜按山区、丘陵区标准确定。
(二)山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物
1.山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准,按下表确定。


项目

水工建筑物级别

1

2

3

4

5

设计

1000~500

500~100

100~50

50~30

30~20

校核

土石坝

可能最大洪水(PMF)或10000~5000

5000~2000

2000~1000

1000~300

300~200

混凝土坝、浆砌石坝

5000~2000

2000~1000

1000~500

500~200

200~100

2.山区、丘陵区水利水电工程的永久性泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准。对超过消能设标准的洪水,容许消能防冲建筑物出现局部破坏,但必须不危及挡水建筑物及其他主要建筑物的安全,且易于修复,不致长期影响工程运行。
山区、丘陵区水利水电工程消能防冲建筑物洪水标准

永久性水工建筑物级别

1

2

3

4

5

洪水重现期(年)

100

50

30

20

10

(三)平原、滨海区水利水电工程永久性水工建筑物
1.平原区永久性水工建筑物洪水标准

项目

永久性水工建筑物级别

1

2

3

4

5

水库工程

设计

300~100

100~50

50~20

20~10

10

校核

2000~1000

1000~300

300~100

100~50

50~20

拦河水闸

设计

100~50

50~30

30~20

20~10

10

校核

300~200

200~100

100~50

50~30

30~20

2.潮汐河口和滨海地区永久性水工建筑物的洪水标准。


永久性水工建筑物级别

1

2

3

4、5

设计洪水位重现期(年)

≥100

100~50

50~20

20~10

(四)临时性水工建筑物

临时性建筑物类型

临时性水工建筑物级别

3

4

5

土石结构

50~20

20~10

10~5

混凝土、浆砌石结构

20~10

10~5

5~3

四、水利水电工程抗震设防标准
水工建筑物的工程抗震设防类别,应根据其重要性和工程场地基本烈度确定。

工程抗震设防类别

建筑物级别

场地基本烈度

1(雍水)

≧6

1(非雍水)、2(雍水)

2(非雍水)、3

≧7

4、5

五、水库特征水位及特征库容
(一) 水库特征水位
校核洪水位
设计洪水位
防洪高水位
防洪限制水位
(汛前限制水位)
正常蓄水位(正常高水位、设计蓄水位、兴利水位)死水位(设计低水位)

(二)水库特征库容

总库容=最高洪水位以下的水库静库容
防洪库容=防洪高水位至防洪限制水位之间的库容
调洪库容=校核洪水位至防洪限制水位之间的库容
兴利库容=正常蓄水位至死水位之间的库容
重叠库容(共用库容、结合库容)=防洪库容与兴利库容重叠部分的库容,是正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积。
死库容(垫底库容)=死水位以下的水库容积
应用分析
1.兴利库容是水库死水位与( )之间的库容。(2012)
A.校核洪水位 B.正常蓄水位
C.防洪高水位 D.设计洪水位
【答案】B
【解析】
兴利库容是正常蓄水位至死水位之间的水库容积。用以调节径流,按兴利要求提供水库的供水量或水电站的流量。

1F411023 水利水电工程枢纽布置
一、工程坝址(闸址、厂址)选择
(一)坝址选择
1.地形条件
河谷狭窄,地质条件良好,适宜修建拱坝;河谷宽阔,地质条件较好,可以选用重力坝或支墩坝;河谷宽阔、河床覆盖层深厚或地质条件较差,且土石、砂砾等当地材料储量丰富,适于修建土石坝
2.地形条件
重力坝坝址,首先要求岩石有足够的强度及完整性、均匀性;混凝土拱坝坝址,对岩体的强度及完整性比重力坝要求更高,同时坝肩要具有良好的稳定性;土石坝坝址应查清坝基覆盖层厚度,并注意坝基是否存在可能液化的土层。
3.施工条件
坝址选择要便于施工导流,特别是坝址附近应有较开阔的地形,以便于布置施工场地,同时应注意施工总布置和运行管理条件的差别,使枢纽运行管理方便。坝址选择还应注意外部交通条件。
4.建筑材料条件
不同建筑材料的种类、储量、质量、数量、分布及运距情况,会影响到坝址及相应坝型的选择。
5.其他条件
(1)水库区的淹没大小和移民搬迁安置的难度,是坝址比选考虑的重要因素之一。
(2)坝址比选时,还要考虑对环境的影响,尽量避开敏感对象。
(3)选择技术可靠、经济合理的坝址作为工程的选定坝址。
(二)闸址选择
闸址宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基,尽量避免采用人工处理地基。选择闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件。选择闸址应考虑水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件。选择闸址还应考虑占用农地及拆迁房屋少。
(三)水电站厂房(泵站)厂址选择
引水式电站的厂房远离大坝,厂址往往在高陡坡下,并往往在高陡坡上设置调压井;河床式厂房进水口应注意避免泥砂的淤积和磨蚀、漂浮污物的堵塞和冰凌的壅阻;地下厂房宜布置在地质构造简单、岩体完整坚硬、上覆岩层厚度适宜、地下水微弱以及山坡稳定的地段;洞室位置宜避开较大断层、节理裂隙发育区、破碎带以及高地应力区。
二、枢纽布置的原则
应满足各个建筑物在布置上的要求,保证其在任何工作条件下都能正常工作;枢纽中各建筑物应尽可能紧凑布置,在满足功能要求前提下,减少工程投资,方便运行管理;尽量使临时建筑物和永久建筑物相结合布置;枢纽布置要做到施工方便,工期短,造价低;尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产,提前发挥效益。