第七章 進水口

《水電站》2014年6月第七章水電站引水建筑物功用：(1)集中落差，形成水頭(2)輸送水量(3)也用作尾水渠，將發(fā)電以后的水排到下游河道。第一節(jié)功用及要求要求（1）要有足夠的輸水能力。。（2）水質(zhì)符合要求。在壓力前池處采取防沙、防污和防冰措施（3）水頭損失小。線路、坡度、斷面、糙率（4）滿足水工建筑物的要求。運行安全可靠：滲漏、沖淤、安全超高、邊坡穩(wěn)定，造價經(jīng)濟合理。施工方便。類型無壓引水道：渠道(channel)、無壓隧洞(freeflowtunnel)。具有自由水面，引水道承受的水壓力不大。適用于無壓引水電站。有壓引水道：有壓隧洞(pressuretunnel)。洞中水流為壓力流，隧洞承受內(nèi)水壓力很大。適用有壓引水電站第一節(jié)渠道水電站的引水渠道稱為動力渠道(為適應(yīng)負荷變化，Q、H在不斷變化——非恒定流)一、渠道的類型1、要求：有足夠的輸水能力。按水電站的Qmax設(shè)計。水質(zhì)要符合要求。渠道進口、沿線及渠道末端都要采取攔污、防沙、排沙措施。水頭損失小運行安全可靠防沖、防淤：渠道內(nèi)水流速度：V淤<V設(shè)<V沖；對渠道加設(shè)護面，可減小糙率、防滲、防沖、防草、維護邊坡穩(wěn)定，保證電站出力；防草：維持渠道水深大于1.5m及流速大于0.6m/s；防凌：尤其是北方地區(qū)。結(jié)構(gòu)經(jīng)濟合理，便于施工及運行2、類型（1）非自動調(diào)節(jié)渠道渠頂大致平行渠底，末端壓力前池中設(shè)溢流堰。溢流堰作用：限制渠末水位；流量與水位：當引用流量Q=Qmax，前池水位低于堰頂；Q<Qmax,水位超過堰頂,開始溢流；Q=0時，通過渠道的全部流量泄向下游。QQmax自動調(diào)節(jié)渠道渠道首尾堤頂高程基本相同，渠末不設(shè)溢流堰。流量與水位：Q=Qmax為均勻流曲線；Q<Qmax時為雍水曲線；引用流量Q=0時，渠道水位水平，不漫流和不棄水；。渠道類型為什么稱為自動調(diào)節(jié)和非自動調(diào)節(jié)渠道？調(diào)節(jié)什么？渠道類型適用條件？適用：引水道較長，對下游有供水要求。適用：渠道不長，底坡較緩，上游水位變化不大，下游無供水要求

二、線路選擇盡量短而直轉(zhuǎn)彎半徑不宜過小。地質(zhì)條件較好，避免深挖高填。渠線應(yīng)盡量提高，以獲得較大的落差。不宜采用渠道的情況

山坡不穩(wěn)定山坡過陡有可能雪崩氣候嚴寒三、渠道的水力計算目的：選擇合理的渠道斷面，不同運行情況時的渠道水位變化、水頭損失和流速(1)恒定流計算：水力學

①正常水深與相應(yīng)流量之間的關(guān)系曲線

②臨界水深與相應(yīng)流量之間的關(guān)系曲線③渠末水深與相應(yīng)流量之間的關(guān)系曲線④渠末不同水深與溢流流量之間的關(guān)系曲線(2)非恒定流計算內(nèi)容：計算電站丟棄負荷時渠道涌浪(最高水位),確定堤頂高程計算電站增加負荷時渠道涌波(最低水位)，確定壓力管道進口高程。水電站按日負荷圖工作時，渠道中水位及流速變化過程，以研究水電站的工作情況。連續(xù)方程運動方程

方法有限差分法、特征線法等數(shù)值分析方法（1）斷面型式：梯形、矩形。四、渠道的斷面尺寸圖7-3各方案動能經(jīng)濟計算示意圖

動能經(jīng)濟計算電力系統(tǒng)計算支出最小法

F(D)↑→Ch↑→hw↓→E↑→△E↓→Ct↓

F(D)↓→Ch↓→hw↑→E↓→△E↑→Ct↑

制定多方案，進行比較Ch+Ct=Cmin→Fe(D)經(jīng)濟斷面。相應(yīng)的流速：經(jīng)濟流速(2)斷面尺寸：經(jīng)濟斷面-----電力系統(tǒng)最經(jīng)濟初估斷面時：可由經(jīng)濟流速估算。

Fe=Qmax/Ve渠道：1.5~2.0m/s；

有壓隧洞：3～5m/s；壓力管道：5~7m/s。渠道縱坡

中低水頭大流量引水渠道、自動調(diào)節(jié)渠道：1/2000～1/12000較緩縱坡；高水頭電站的引水渠道、傍山渠道、多泥沙渠道：1/500～1/2000的較陡縱坡。渠線較長，受地形、地質(zhì)條件影響，需分段變坡時，坡度宜沿程增大。第二節(jié)隧洞一、發(fā)電隧洞類型從功用上劃分：分為引水隧洞和尾水隧洞；從工作條件劃分：分為有壓隧洞和無壓隧洞。發(fā)電引水隧洞多數(shù)是有壓的，尾水隧洞則以無壓洞居多。棲鶴無壓引水式(a)(b)太平哨有壓引水魯布革二隧洞的特點

與渠道相比:線路短適應(yīng)較大水位和流量變幅（有壓隧洞）可利用圍巖抗力承擔部分內(nèi)水壓力不受氣候影響地質(zhì)條件、施工技術(shù)要求高、造價高、工期長二、發(fā)電隧洞路線選擇

1.綜合考慮進水口、調(diào)壓室、壓力管道、廠房位置，2.擬定不同方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定?？傇瓌t：洞線短、彎道少，沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件要好，并便于布置施工平洞。(1)地形條件好 (2)地質(zhì)條件好(3)施工條件好 (4)水力條件好三、隧洞的設(shè)計水力計算1斷面尺寸2襯砌設(shè)計3水工隧洞的構(gòu)造41、發(fā)電隧洞水力計算恒定流計算：確定隧洞尺寸。非恒定流計算：有壓隧洞；1)沿線最大內(nèi)水壓力，以確定襯砌設(shè)計水頭；2)沿線最小內(nèi)水壓力線，洞頂各點高程應(yīng)在最低壓坡線之下，并有1.5～2.0m壓力余幅，保證洞內(nèi)不出現(xiàn)負壓。；避免出現(xiàn)無壓、有壓交替的工作狀態(tài)圖7-7隧洞斷面型式(a)圓形；(b)城門洞形；(c)馬蹄形；(d)高拱形2、發(fā)電隧洞的斷面尺寸1．斷面型式有壓隧洞：圓形斷面。無壓隧洞：城門洞形—地質(zhì)條件良好時；

馬蹄形—洞頂和兩側(cè)圍巖不穩(wěn)時；

高拱形—洞頂巖石很不穩(wěn)定時采用。2．斷面尺寸：動能經(jīng)濟比較法、經(jīng)濟流速法。有壓隧洞：3～5m/s

左右；3.縱坡;無壓隧洞參照引水渠道有壓隧洞縱坡取決于施工運輸及排水要求，一般為0.1%～1.0%。(過水能力僅取決于洞長的水頭損失，與縱坡無關(guān)）隧洞照片第三節(jié)壓力前池與日調(diào)節(jié)池第三節(jié)壓力前池與日調(diào)節(jié)池壓力管道進水口壓力前池廠房一、壓力前池位置：引水渠道或無壓隧洞的末端。作用：(1)滿足壓力管道進水口布置要求(2)平穩(wěn)水壓、平衡水量。(3)均勻分配并控制流量。(4)渲泄多余水量。（5）攔阻污物和泥沙。2、組成：(1)前室(池身及擴散段)。(2)進水室及其設(shè)備(3)泄水建筑物。(4)放水和沖沙設(shè)備。(5)攔冰和排冰設(shè)備。前室(池身及擴散段)。其作用是將渠道斷面擴大并過渡到進水室所需的寬度和深度，減緩流速，便于沉沙，并形成一定容積。前室末端底板高程應(yīng)比進水室底板高程低(0.5～1.0)m，形成攔沙檻。為了縮短前室漸變段長度，可在前室首部中間設(shè)分流墩。當渠道軸線與壓力管道軸線不一致時，可用平緩的連接曲線和加設(shè)導流墻。分流墩與導流墻進水室及其設(shè)備通常指壓力管道進水口部分，常采用壓力墻式進水口。進水口處應(yīng)設(shè)閘門及控制設(shè)備、攔污柵、通氣孔等設(shè)施。其布置與有壓進水口相似。泄水建筑物渲泄多余水量，防止前池水位漫過堤頂，并保證向下游供水。泄水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能設(shè)施。溢流堰應(yīng)緊靠前池布置，形式為正堰或側(cè)堰。堰頂一般不設(shè)閘門，水位超過堰頂時自動溢流。

放水和沖沙設(shè)備。從引水渠道帶入的泥沙將在前池底部沉積，需在前池的最低處設(shè)置沖沙道，并在其末端設(shè)有控制閘門，以便定期將泥沙排至下游。沖沙道可布置在前室的一側(cè)或在進水室底板下設(shè)沖沙廊道。尺寸一般不小于1m2

。攔冰和排冰設(shè)備。排冰道只在北方嚴寒地區(qū)才設(shè)置，排冰道的底板應(yīng)在前池正常水位以下，并用疊梁門進行控制。3、壓力前池的布置------綜合考慮應(yīng)使水流平順，水頭損失最少。應(yīng)盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。應(yīng)建在天然地基的挖方中。注：選擇位置時應(yīng)特別注意地基穩(wěn)定與滲漏條件。二、日調(diào)節(jié)池作用：對擔