《渠化工程》第3章-渠化樞紐

第三章

渠化樞紐第一節(jié)

概述第二節(jié)

擋水建筑物和泄水建筑物第三節(jié)

通航建筑物第四節(jié)

水電站（自學(xué)）第五節(jié)

其他建筑物（自學(xué)）第六節(jié)

樞紐總體布置第七節(jié)

方案評價第一節(jié)

概述?

渠化樞紐?

為有效的開發(fā)和利用水資源

，通常需建造不同的水工建筑物，并把他們有機的組合在一起，這些建筑物的綜合體稱為水利樞紐。?

渠化樞紐一般由下列建筑物組成：擋水建筑物；泄水建筑物；通航建筑物；壩岸連接及護岸建筑物；其它建筑物永久船閘垂直升船機左岸電站廠房泄洪壩段右岸非溢流壩段右岸電站廠房右岸地下電站（預(yù)留）第二節(jié)

擋水建筑物和泄水建筑物一、重力壩：依靠壩體自重保持穩(wěn)定的壩。結(jié)構(gòu)型式:實體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩按是否溢流：溢流和非溢流重力壩；按材料：混凝土和漿砌石重力壩的特點?

優(yōu)點：1、設(shè)計方法簡便，安全可靠；2、對地形及地質(zhì)條件適應(yīng)性強；3、泄洪問題易解決；4、便于施工導(dǎo)流；5、施工方便；缺點：1、壩體尺寸大，材料用量大；2、壩體應(yīng)力低，材料強度不能充分發(fā)揮3、基礎(chǔ)接觸面大，揚壓力大；4、壩體體積大，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大第二節(jié)

擋水建筑物和泄水建筑物?

二、拱壩為固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，平面上拱形特點：1、穩(wěn)定特點：依靠兩岸拱端的反力2、結(jié)構(gòu)特點：高次超靜定結(jié)構(gòu)，超載能力強，安全度高，拱內(nèi)彎矩小，應(yīng)力分布均勻，材料省，3、荷載特點：不設(shè)永久伸縮縫，溫度荷載為主要荷載4、施工要求高，對材料及防滲要求高；三、土石壩?

特點：1、就地取材，節(jié)省工程水泥、木材和鋼材，2、能適應(yīng)各種不同地形、地質(zhì)和氣候條件3、施工進度快、施工較簡單；4、設(shè)計理論較為發(fā)展四、水閘?

按其承擔(dān)的任務(wù)可分為六種：1、節(jié)制閘2、引水閘3、分洪閘4、排水閘5、擋潮閘6、沖沙閘第三節(jié)

通航建筑物?

一、

船閘?

二、

升船機一、船閘1.通航建筑物的概念為船舶通過航道上集中水位落差而修建的建筑物.2.通航建筑物主要型式：

船閘、升船機（1）船閘:是用水力直接提升船舶過壩的一種通航建筑物。（2）升船機是利用機械的方法升降裝載船舶的承船廂，使船舶克服由于在天然或渠化河流以及在運河上建壩而形成集中水位落差的通航建筑物。1、船閘的組成是為船舶通過航道上集中水位落差而設(shè)置的一種通航建筑物。它主要由閘室、閘首、輸水系統(tǒng)、引航道、導(dǎo)航及靠船建筑物及相應(yīng)的設(shè)備所組成。2-3

船閘的組成平面示意圖a）縱斷面圖；

b）平面圖（1）閘室及其作用閘室系指船閘上、下閘首和兩側(cè)閘室墻環(huán)繞而形成的并提供過閘船舶停泊使用的空間。閘室的輔助設(shè)備：當(dāng)船閘灌水或泄水時，閘室中的水面逐漸由下游水位上升到上游水位齊平，或逐漸由上游水位下降到與下游水位齊平，停泊于閘室內(nèi)的過閘船舶隨閘室水面的升降而升降。由于灌泄水時閘室中水面升降較快，為保證過閘船舶的平穩(wěn)停泊與安全升降，沿閘室墻設(shè)有系船設(shè)備和其他輔助設(shè)備。（2）閘首及其作用閘首是將閘室與上、下游引航道隔開的擋水建筑物。z

位于上游端的稱為上閘首；z

位于下游端的稱為下閘首。z

在多級船閘中，將上、下相鄰兩個閘室隔開的閘首稱為中閘首。在閘首內(nèi)設(shè)有：z工作閘門、閥門z輸水系統(tǒng)z及閘、閥門的啟閉機械等設(shè)備。z工作閘門是用來封閉閘首口門，以保證閘首的擋水。z輸水系統(tǒng)包括輸水廊道和輸水閥門，是供閘室灌水和泄水用的。z啟閉機械用來啟閉工作閘門和輸水閘門。此外，在閘首范圍內(nèi)還設(shè)有檢修閘門、交通橋、啟閉機房以及其他輔助設(shè)備等。（3）引航道引航道是連接船閘閘首與主航道的一段航道，其作用是引導(dǎo)船舶迅速安全地進出閘室。z

與上閘首相接的稱為上游引航道；z

與下閘首相接的稱為下游引航道。z

在引航道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)航建筑物與靠船建筑物。?

導(dǎo)航建筑物的作用:引導(dǎo)船舶順利地進出閘室，一般均與閘首相連接。2、船閘的工作原理圖2-1

船舶過閘示意圖1-上閘門；

2-下閘門；

3-帷墻建設(shè)中的淮安三線船閘閘室3、船閘的類型?

（1）單級船閘和多級船閘?

（2）單線船閘與多線船閘?

（3）按閘室的型式分?

（4）內(nèi)河船閘和海船閘（1）單級船閘和多級船閘根據(jù)船閘級數(shù)的不同，可分為單級船閘和多級船閘。?

單級船閘是指只有一個閘室的船閘?

多級船閘是指沿船閘軸線方向有兩個及以上閘室的船閘。與多級船閘相比，單級船閘的優(yōu)點：?船舶過閘時間較短；?船舶的周轉(zhuǎn)較快；?船閘通過能力較大；?建筑物及設(shè)備集中，管理比較方便；?故障較少，檢修停航時間較短，占線路較短；?樞紐布置較易多級船閘的適用條件：z

當(dāng)船閘的水頭較大時，采用單級船閘，過閘用水量大；灌泄水時高速水流挾帶著巨大能量進入閘室或引航道，將影響船舶的停泊及輸水閥門的工作條件；z

水頭越高，閘室、閘首和閘門等結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；z

船閘所處位置的地形、地質(zhì)條件又受到限制時，采用單級船閘在技術(shù)上和經(jīng)濟上都會產(chǎn)生許多困難，有時甚至是不可能的，這時可考慮采用多級船閘。多級船閘形式主要有設(shè)中間渠道的多級船閘和連續(xù)梯級船閘兩種。兩個以上閘室縱向連續(xù)階梯排列的船閘稱為連續(xù)梯級船閘3-6

連續(xù)四級船閘設(shè)中間渠道的多級船閘：設(shè)中間渠道的兩級船閘（單位

米）影響船閘級數(shù)的因素很多，也很復(fù)雜，單級船閘與多級船閘的水頭也無明確界限，一般可按下述范圍考慮：?

H≤30m，單級船閘(H為水頭)；?

30m＜H≤40m，單級或雙級船閘；?

H＞40m雙級或多級船閘連續(xù)多級船閘可靠性差，船舶過閘時間長，停航檢修機率高，通過能力小。特別是只有一線的條件下，通過能力遠(yuǎn)較單級船閘小，因此在較重要航道上建連續(xù)多級船閘，應(yīng)考慮同時興建雙線3-

長江三峽樞紐雙線連續(xù)五級船閘（2）單線船閘與多線船閘根據(jù)船閘線數(shù)，可分為單線船閘與多線船閘。單線船閘是指在一個樞紐內(nèi)只建有一座船閘，多線船閘是指在一個樞紐內(nèi)建有兩座及以上的船閘。長江葛洲壩水利樞紐興建了大江、三江兩線3座船閘，除了滿足設(shè)計水平年內(nèi)客、貨過壩外，還考慮了船閘檢修、引航道沖沙、挖泥時能互相錯開，以保證長江航運不斷的需要。圖3-13

葛洲壩水利樞紐三線船閘布置示意圖多線船閘適用條件：z當(dāng)單線船閘的通過能力在設(shè)計水平年期限內(nèi)不能滿足運量的需要時；z船閘所處河段的航運對國民經(jīng)濟具有特殊重要意義，不允許因船閘檢修等因素而可能發(fā)生斷航時。（3）按閘室形式分z

廣室船閘即閘首口門的寬度小于閘室的寬度。閘首口門寬度小，可以使閘門及相應(yīng)的啟閉機械簡單，節(jié)省鋼材用量；廣室船閘中，船舶需要橫向移動，使過閘船舶的操縱復(fù)雜化，延長了過閘時間結(jié)論：廣室船閘僅用于小河支流上的小型船閘中。z

具有中間閘首的船閘當(dāng)過閘船隊種類較多，尺度又相差較大時，為縮短船隊過閘時間和節(jié)省耗水量，在閘室中設(shè)中間閘首，將閘室分為兩段，這種船閘稱為具有中間閘首的單級船閘3-9具有中間閘首的單級船閘z

省水船閘為減少過閘用水量，可采用省水船閘：即在閘室的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置貯水池，暫時貯存閘室泄出的部分水量，待閘室灌水時又將其灌入閘室，從而節(jié)省過閘用水量，如(圖6-9)。6-9

省水船閘z

井式船閘當(dāng)船閘水頭較高，地基又較好時，為減小下游閘門的高度，在下閘首的上部建造一道橫向胸墻，過閘船舶從胸墻下面進出閘室，胸墻下緣的高程取決于設(shè)計船舶所必須的通航凈空，這種船閘稱為井式船閘。6-10

井式船閘（4）內(nèi)河船閘和海船閘按照船閘所處的地理位置和航行船舶，可分為內(nèi)河船閘與海船閘。內(nèi)河船閘是指建于內(nèi)陸河流及人工運河上，供內(nèi)河船舶航行的船閘。海船閘是指建于封閉式海港港池口門、海運河及入海河口，供海船航行的船閘。二、升船機?

1、組成?

（1）承船廂?

（2）支承結(jié)構(gòu)或斜坡道?

（3）閘首?

（4）機械傳動設(shè)備?

（5）事故裝置：在事故狀態(tài)下，阻止承船廂運動并支承承船廂的事故裝置；?

（6）電氣控制系統(tǒng)：2、工作原理a）斜面升船機在運行中b）斜面升船機停止在下閘首c）垂直升船機1-承船箱停止在上閘首；2-承船箱停止在下閘首；3-船吊鋼絲繩3、升船機的類型（1）承船廂載運船舶的方式不同，升船機可分為干運和濕運兩類。濕運升船機：將承船廂充水，船舶浮載在承船廂內(nèi)水體上。干運升船機：船舶支承在承船廂的承臺上。干運升船機特點：干運升船機因不需要浮載水，升船機運動部分總重減小，可以減少升船機驅(qū)動裝置的驅(qū)動功率，并使升船機閘首、支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的設(shè)備簡化，但對船體結(jié)構(gòu)不利。一般只用于船舶噸位不大的情況，多為小型斜面升船機。濕運升船機特點：濕運升船機運動部分的總重量較大，但不論每次通過船舶噸位大小如何，這個總重量是不變的，便于采用平衡設(shè)備，減少驅(qū)動功率；同時在運轉(zhuǎn)過程中，船舶浮載在水上，船體的受力狀態(tài)沒有變化。因此，現(xiàn)代建造的通過數(shù)百噸以上船舶的升船機均為濕運。（2）按裝載船舶的承船廂的運行方向，升船機可分為垂直升船機和斜面升船機兩大類。斜面升船機的承船廂接斜坡道作升降運動，其支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為傾斜的軌道。垂直升船機的承船廂，則沿垂直方向升降，其支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是直立的支架斜面升船機的型式：?

斜面升船機還可分為縱向斜面升船機和橫向斜面升船機。?

縱向斜面升船機的升降方向與船舶的長度方向一致；?

橫向斜面升船機的升降方向則與船舶的長度方向垂直。在工程實踐中，一般多采用縱向斜面升船機；只是在水域和陸域的特殊情況下，才建造橫向升船機。垂直升船機的形式根據(jù)平衡方式，主要可分為：?提升式?均衡重式垂直升船機；?浮筒式垂直升船機；?利用水壓來平衡承船廂運動重量力的水壓式垂直升船機。垂直升船機類型a.均衡重式

b.浮筒式

c.水壓式1-支架；2-平衡重；3-繩輪；4-浮筒；5-活塞；6-承船箱3.與船閘相比，升船機有以下特點：(1)在運轉(zhuǎn)時基本上不耗水，在水量不充沛的河流和運河上，建造升船機較為有利；(2)升船機的升降速度遠(yuǎn)較船閘閘室灌泄水速度快，船舶通過升船機所需的時間較船舶通過船閘的時間要短；(3)在高水頭的通航建筑物中升船機的造價一般較??；(4)機電設(shè)備是保證升船機安全運行的一個重要部分，升船機的建造與安裝要求有較高的設(shè)計與工藝水平。各國建筑和科研工作經(jīng)驗表明：?

當(dāng)水頭在70m以上，宜建造升船機；?

水頭在40-70m之間應(yīng)進行升船機與船閘的比選；?

水頭在40m以下，采用船閘通常比升船機優(yōu)越。三峽垂直升船機效果圖第四節(jié)

水電站（自學(xué)）?

一、水力發(fā)電的基本原理?

水能~機械能~電能二、水電站的基本類型?

1、按水庫的調(diào)節(jié)能力：?

無調(diào)節(jié)?

有調(diào)節(jié)2、按集中水頭的方式：（1）壩式；（2）引水式（3）混合式1、壩式水電站?

（1）壩式水電站水頭?

（2）綜合利用率高?

（3）規(guī)模大、淹沒損失大、投資大、工期長?

適用條件：有筑壩條件，通常采用壩后式2、河床式水電站擋水壩與廠房并排建在河床中適用水頭不大，河床中下游縱坡平緩的河段，水頭一般小于30~40米3、引水式水電站?

用引水道集中水頭?

特點：水頭大，流量小、無調(diào)節(jié)，水量利用率低，綜合利用價值差?

（1）無壓引水式?

（2）有壓引水式三、水電站出力及發(fā)電量計算?

水電站理論出力：單位時間內(nèi)水體向水電站所提供的能量N

=

γVH

/

t

=

γQH

=

9.81QH1000水電站實際出力：N

=

9.81Q(H

?

Δh)

=

9.81ηQH10N1

=

9.81ηQH

=

KQH=?

發(fā)電量：

E

NT平均出力：時間四、水電站建筑物?

為控制水流，實現(xiàn)水力發(fā)電而修建的一系列建筑物。1、樞紐建筑物（1）擋水建筑物：壩或閘（2）泄水建筑物：溢洪道、泄水隧洞、放水底孔（3）過壩建筑物：過船、過木、過魚等建筑物2、發(fā)電建筑物（1）進水建筑物（2）引水建筑物（3）平水建筑物（4）水電站廠房樞紐第五節(jié)

其他建筑物（自學(xué)）?

一、壩岸連接建筑物1、作用（1）擋土（2）改善通航建筑物、泄水建筑物及水電站的出流條件，引導(dǎo)水流平順、均勻擴散、提高消能防沖效果（3）控制壩、閘滲流，防止土壤產(chǎn)生滲透變形（4）減輕結(jié)構(gòu)邊載作用，減少兩岸地基沉降對相鄰結(jié)構(gòu)的不利影響。2、壩岸連接建筑物布置二、過木建筑物?

1、筏道?

2、漂木道?

3、過木機三、過魚建筑物?

1、魚道?

2、魚閘?

3、機械升魚機四、取水建筑物?

作用：是將河水引入渠道，以滿足農(nóng)田灌溉、水力發(fā)電、工業(yè)、及生活供水等需要?

（1）無壩取水?

（2）有壩取水?

（3）水庫取水?

（4）水泵站引水第六節(jié)

樞紐的總體布置?

樞紐總體布置的任務(wù)：確定樞紐中各主要建筑物的相互位置。一、樞紐總體布置時應(yīng)考慮的因素二、樞紐的集中布置三、樞紐的分散布置四、連接段航道布置五、錨地和前港布置一、樞紐總體布置應(yīng)考慮的主要因素?

（1）地形、地質(zhì)、水文及泥沙條件；?

（2）上、下游航道銜接條件?

（3）主要水工建筑物的使用要求；?

（4）淹沒損失及環(huán)境影響；?

（5）施工難易、施工期長短、及施工期通航條件?

（6）分期投

產(chǎn)及其銜接條件?

（7）使用管理條件?

（8）工程量及投資二、樞紐集中布置二、樞紐集中布置集中布置時應(yīng)注意的問題：（1）避免泄水建筑物、通航建筑物、電站三者水流的互相干擾；（2）三者之間應(yīng)設(shè)置足夠長度的分水堤；（3）嚴(yán)禁將通航建筑物布置在緊鄰泄水建筑物與電站兩過水建筑物之間（4）通航建筑物與電站建筑物宜異岸布置；（5）通航建筑物宜布置在主航道一側(cè)通航建筑物與電站建筑物需布置在同一岸時應(yīng)考慮以下因素：（1）兩建筑物上游進口，應(yīng)位于河流主流一側(cè)，避免泥沙堵塞；（2）通航建筑物應(yīng)靠岸布置，電站布置在通航建筑物外臨河一側(cè)；（3）通航建筑物與電站之間，宜設(shè)置一定長度的非溢流壩段（4）通航建筑物上下游與電站之間，應(yīng)設(shè)置足夠長度的分水堤；（5）電站尾水出流方向應(yīng)與通航建筑物下游引航道軸線方向一致；（6）當(dāng)下游引航道與電站尾水匯合口下游共用一河槽或渠道時，應(yīng)同時滿足通航和電站尾水渠設(shè)計，出口段與主航道交角不宜大于25度；（7）電力線路跨越通航建筑物，應(yīng)有必要的保安措施；（8）合理布置進出電站的公路，進出安全便利、管理方便有江心洲河段樞紐布置有江心洲河段樞紐布置?

（1）水工建筑物壩軸線宜與主流方向垂直?

（2）通航建筑物與電站分別布置在不同的河槽；?

（3）通航建筑物宜布置在主河槽凹岸一側(cè)，上下游引航道出口與主航道平順銜接；?

（4）避免建壩后分流比變化，河勢演變不利?

（5）設(shè)置壩岸連接物，下游護底，兩岸護岸三、樞紐分散布置三、樞紐分散布置布置方式三種：（1）擋水建筑物與電站布置在河床內(nèi)，通航建筑物布置在開挖的渠道中；（2）擋水建筑物布置在河床內(nèi)，通航建筑物與電站布置在同一渠道中；（3）擋水建筑物河床內(nèi)，通航建筑物、電站分別布置在不同的渠道中分散布置應(yīng)注意的問題?

1、渠道進口與壩軸線間有足夠的距離，保證船隊安全進出渠道口門；2、渠道進口段與壩上游河勢平順銜接，出口段與下游主航道銜接；3、通航建筑物如位于凸岸，應(yīng)位于中下段；四、連接段航道布置?

1、概念:連接段航道指通航建筑物上

下

游引航道口門區(qū)末端與河流主航道

之間的

銜接段航道?

2、要求：連接段航道軸線與引航道軸線及主航道軸線的

交角不宜大于25°，

連接段航道軸線宜為直線，尺度滿足規(guī)范要求。?

3、當(dāng)上下游引航道位于非主航道時，連接段布置原則：（1）連接段航道宜位于河道穩(wěn)定，沖淤變化不

大，通航水流條件較好的

河段；（2）連接段航道與壩軸線有足夠的安全距離；（3）連接段航道內(nèi)水流流態(tài)符合下

列規(guī)定：最大表面縱向流速滿足設(shè)計船舶隊自航要求；橫向流速不影響設(shè)計船舶隊

安全操縱（4）連接段航道尺度和水流條件達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)通過工程措施滿足要求。（5）必要時應(yīng)進行模型試驗，保證船舶隊通過連接段航道的安全和暢通。五、錨地和前港的布置?

1、錨地?

2、前港1．錨地(1)錨地的作用錨地位于上、下游引航道外，供過閘船舶在過閘前或過閘后重新編隊，更換推輪、拖船和等待過閘停泊的水域。在有條件時．亦可供風(fēng)暴期船舶停泊之用。（2）錨地應(yīng)滿足的條件：外停泊區(qū)應(yīng)具有風(fēng)浪小、水流緩、無泡漩、水深不小于引航道最小水深和足夠的水域面積等條件。以錨泊區(qū)為主的外停泊區(qū)，河床底質(zhì)一般以沙質(zhì)粘土為宜，淤沙嚴(yán)重的水域不宜選作外停泊區(qū)。在有條件時，錨地盡可能離上、下引航道近些，以便候閘船舶盡快過閘，不具備條件時也可遠(yuǎn)些（3）錨地的水域面積及設(shè)備：錨地的水域面積，應(yīng)滿足:z

船閘在最繁忙時過閘船舶等候過閘停泊需要;z

重新編解