光伏發(fā)電項(xiàng)目對(duì)七方地水庫(kù)大壩穩(wěn)定復(fù)核分析

2017-03-08 09:24:09于洋

黑龍江水利科技 2017年12期

于洋

(遼寧省鞍山市岫巖水文站，遼寧鞍山 114300)

1 概述

彰武七方地漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目工程位于遼寧省阜新市彰武縣前福興地鄉(xiāng)七方地水庫(kù)蓄水區(qū)，項(xiàng)目面積 312518m2，容量為13.156MWp。七方地水庫(kù)本流域設(shè)計(jì)灌溉面積133hm2，下保護(hù)游耕地167hm2，人口8500人。

壩頂高程復(fù)核:壩頂高程分別按工程影響后的設(shè)計(jì)、校核運(yùn)用條件時(shí)最大水位重新計(jì)算復(fù)核，取其中最大值。

計(jì)算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為壩頂超高，m;R為最大波浪在壩頂上的爬高，m;e為最大風(fēng)壅水面高度，m;A為安全加高，m，正常運(yùn)用情況A=0.5m；非常運(yùn)用情況A=0.3m；

1)波浪爬高R的計(jì)算：

采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算：

a)平均波高h(yuǎn)m計(jì)算：

(1)

式中：W為計(jì)算風(fēng)速(多年平均年最大風(fēng)速采用17.6m/s；D為吹程(校核水位D=1000m，設(shè)計(jì)水位800)；Hm為平均水域深；hm為波浪平均高，m；Tm為平均波周期，m。

b)平均波長(zhǎng)Lm按公式計(jì)算如下：

(2)

式中：H為壩迎水面前水深，正常高水位H=13.3m；

2)風(fēng)壅水面高計(jì)算：

(3)

式中：e為計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度，m；k為綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；W為計(jì)算風(fēng)速，m/s；Hm為水域的平均水深，m；β為風(fēng)向與水域中線的夾角,°β=30°；D為吹程，從壩前(風(fēng)向)沿至水庫(kù)對(duì)岸的水面最大直線距離,(校核水位1000m，設(shè)計(jì)水位800m)。

3)波浪爬高Rm計(jì)算:

(4)

式中：Rm為計(jì)算爬高，m；KΔ為糙率滲透系數(shù)，取0.85；KW為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，去1.12;m為坡度系數(shù)，m=3.0；Lm為波長(zhǎng)，m。

壩頂高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 壩頂高程復(fù)核成果表

根據(jù)壩頂高度復(fù)核成果可知，按照壅高后的設(shè)計(jì)、校核工況水位計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水位工況壩高52.184m，校核洪水位工況壩高52.492m。

2 大壩穩(wěn)定復(fù)核

2.1 壩坡穩(wěn)定復(fù)核

選擇主壩有代表性的主河道斷面，壩頂高程選取52.6m，壩頂寬取5m，河底高程47.0m，上游壩坡1∶3.0，下游壩坡1∶4.0。

計(jì)算公式：

(5)

式中：Wi為單寬壩長(zhǎng)的土條重，Wi=bhiγ；b為土條寬度；hi為土條的平均高度；γ為土的容重，按有滲透水壓力計(jì)算土的容重方法選用；αi為土條弧邊的弦與水平線的夾角，即切線角；tgφ為土的內(nèi)摩擦角φ的正切值，即摩擦系數(shù)；C為土的黏結(jié)力；L為圓弧的長(zhǎng)度；采用北京理正軟件研究所《理正巖土》邊坡穩(wěn)定分析軟件，中等厚度土層土坡穩(wěn)定計(jì)算，成果見(jiàn)表2：

表2 穩(wěn)定滲流期現(xiàn)狀壩坡穩(wěn)定復(fù)核成果表

按照計(jì)算成果可知，邊坡整體抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

2.2 大壩滲流穩(wěn)定復(fù)核

選擇主河道斷面，壩頂高程52.60m，壩頂寬取5m，河底高程47.0m，上游壩坡1∶3.0，下游壩坡1∶4，下游無(wú)排水體。

根據(jù)原有土工試驗(yàn)成果，結(jié)合建壩時(shí)的過(guò)程管理資料，綜合分析確定各部位滲透計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3：

表3 滲流計(jì)算參數(shù)表

按不透水地基上均質(zhì)土壩進(jìn)行滲流計(jì)算。滲透系數(shù)2.53×10-5(cm/s)，采用北京理正軟件研究所的《理正巖土》軟件中滲流分析軟件中公式法計(jì)算。規(guī)范采用《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)。

(6)

式中：H為上游水頭高;m1為上游坡比降;a1為浸潤(rùn)線在濾水壩上游腳處的逸出高度;a0為浸潤(rùn)線在堆石濾水壩上游腳處的浸潤(rùn)線高度;hx為壩體浸潤(rùn)線位置;

經(jīng)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，土體的滲透變形類型根據(jù)土的細(xì)粒含量，采用下列方法進(jìn)行判別。

流土

(7)

管涌

(8)

式中：Pc為土的細(xì)顆粒含量，以質(zhì)量百分率計(jì)，%；n為土的孔隙率，%。

根據(jù)地質(zhì)資料，n取0.39，Pc=27%。

故判斷土體的滲透變形類型為管涌。

管涌的臨界水利比降根據(jù)公式：

(9)

式中：k為土的滲透系數(shù)，cm/s，2.66×10-4；d3為占總土重3%的土粒粒徑，mm，0.1；n為土的空隙率，%，0.38；Jcr=0.6032，查表M，得到允許水力比降為0.15。

由《土壩設(shè)計(jì)規(guī)范》上冊(cè)，壩體滲透坡降計(jì)算公式為：

J=(H-h1)/(L1-εm1H)

(10)

式中：H為上下游水位差；h1為棱體排水的始點(diǎn)，浸潤(rùn)線的縱坐標(biāo)；L1為水面線與壩坡交點(diǎn)到排水設(shè)備內(nèi)坡腳的距離；ε為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.4。

表4 浸潤(rùn)線計(jì)算特征值

表5 浸潤(rùn)線坐標(biāo)

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6，各種水位工況下的壩體滲透坡降均小于允許滲透坡降，壩體滲透是穩(wěn)定的。

表6 土壩滲透坡降計(jì)算表

2.3 溢洪道泄流能力復(fù)核

采用公式：

(11)

式中：m為二元水流寬頂堰流量系數(shù)，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000中查表A.2.3-1得m=0.385；Ho為計(jì)入行進(jìn)流速的堰上總水頭，m；B為溢洪道總凈寬，m，B=20m；ε為側(cè)收縮系數(shù)，ε=[εz(n-2)+2εB]/n。

(12)

(13)

式中：n為孔數(shù)；b為各孔凈寬；d為中墩厚；△d為邊墩邊緣至河岸距離；K為閘墩形狀影響系數(shù)，矩形取0.19，圓弧形取0.1；B為堰上游距堰3 Ho-4 Ho處的寬度；b為堰頂寬度。

經(jīng)計(jì)算得：εz=0.94，εB=0.95，則ε=0.95，m=0.385。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7及表8。

表7 溢洪道泄量計(jì)算成果表

溢洪道最大泄流能力143.768m3/s，大于校核洪水時(shí)下泄流量84.5m3/s，溢洪道泄流能力滿足要求。溢洪道出口處河床設(shè)有消能防沖石籠，洪水由懸槽直接下泄入主河道，不存在阻水問(wèn)題；發(fā)生校核洪水時(shí)下游水深1.2m，回水不會(huì)對(duì)壩腳構(gòu)成威脅，溢洪道消能防沖情況滿足要求[1-3]。