DL∕ T 5079-1997 水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范

水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范DesignspecificationsforhydropowerheadraceandforebayDL/T5079—1997批準(zhǔn)部門(mén)：中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部批準(zhǔn)文號(hào)：電綜［1998］33號(hào)實(shí)行日期：1998年5月1日本標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電力工業(yè)部、水利部《水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系》(1988年9月)中的水工部分—水力發(fā)電，編號(hào)15——水電站引水渠道設(shè)計(jì)規(guī)范的安排編制的，考慮到前池與引水渠道在工程上緊密相連，決定增加前池的設(shè)計(jì)內(nèi)容，名稱定為《水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范》。我國(guó)已建設(shè)了大量的渠道引水式水電站，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。為統(tǒng)一水電站引水渠道及前池的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)要求，指導(dǎo)設(shè)計(jì)，確保工程質(zhì)量，特制定本標(biāo)準(zhǔn)。為編制本標(biāo)準(zhǔn)，編制組對(duì)我國(guó)17個(gè)省、市、自治區(qū)的渠道引水式水電站進(jìn)行了調(diào)查，開(kāi)展了專(zhuān)題研究，經(jīng)充分論證，將成熟的工程經(jīng)驗(yàn)和科技成果引入標(biāo)準(zhǔn)。編制過(guò)程中先后召開(kāi)過(guò)專(zhuān)題研討會(huì)、征求意見(jiàn)稿討論會(huì)、送審稿審查會(huì)，于1996年5月完成報(bào)批稿。本標(biāo)準(zhǔn)系首次編制，其內(nèi)容反映了我國(guó)在水電站引水渠道和前池方面的技術(shù)水平。本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D，都是標(biāo)準(zhǔn)的附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由電力工業(yè)部水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局提出、歸口并負(fù)責(zé)解釋。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：電力工業(yè)部、水利部北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：林可冀、韓立、艾克明、謝致剛、羅觀育、吳季宏、陶志成、謝文伯、唐進(jìn)虎。本標(biāo)準(zhǔn)適用于中小型水電站工程中以發(fā)電為主的引水渠道及前池的設(shè)計(jì)。下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GB50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)GBJ71—84小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ139—90內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)DL/T5057—1997水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范SD133—84水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SD303—88水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范SD341—88溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ12—78水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(山區(qū)、丘陵部分)SDJ21—78混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)及其補(bǔ)充規(guī)定SDJ134—84水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ217—84灌溉排水渠系設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)SDJ217—87水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(平原、濱海部分)SDJ218—84碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL18—91渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范SL26—92水利水電工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范3.0.1為統(tǒng)一水電站引水渠道及前池的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)要求，確保工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，特制定本標(biāo)準(zhǔn)。3.0.2引水渠道和前池的設(shè)計(jì)，應(yīng)處理好防洪、防污、防滲漏、防泥沙以及防冰等方面的問(wèn)題。3.0.3引水渠道和前池的設(shè)計(jì)，應(yīng)具備水電站水能規(guī)劃，以及與建筑物設(shè)計(jì)有關(guān)的水文、氣象、地形、地質(zhì)、工程建設(shè)條件、環(huán)保要求、運(yùn)行條件等基本資料。資料的精度應(yīng)滿足不同設(shè)計(jì)階段的要求。4引水渠道布置4.1引水渠道型式的選擇4.1.1引水渠道型式的選擇，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、施工、運(yùn)行以及樞紐總體布置等條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道、非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道、或自動(dòng)與非自動(dòng)相結(jié)合的調(diào)節(jié)渠道。4.1.2符合下列條件可選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道：1)渠道進(jìn)水口水位變幅不大，渠道長(zhǎng)度較短，渠底縱坡較緩，渠道大都處于挖方內(nèi)；2)無(wú)適宜于修建泄水建筑物的條件；3)運(yùn)行要求利用渠道積蓄水量作為水電站的調(diào)節(jié)容量。4.2引水渠道線路的選擇4.2.1應(yīng)避開(kāi)大溶洞、大滑坡、泥石流等不良地質(zhì)地段，且不宜在凍脹性、濕陷性、膨脹性、分散性、松散坡積物以及可溶鹽土壤上布置渠線。若無(wú)法避免時(shí)，則應(yīng)采取相應(yīng)的工程措施。4.2.2宜少占或不占耕地，避免穿過(guò)集中居民點(diǎn)、高壓線塔、重點(diǎn)保護(hù)文物、軍用通信線路、油氣地下管網(wǎng)以及重要的鐵路、公路等。4.2.3山區(qū)渠道宜沿等高線布置渠線，采用明渠與明流隧洞或暗渠、渡槽、倒虹吸相結(jié)合的布置，以避免深挖高填。4.2.4引水渠道的彎曲半徑，襯砌渠道宜不小于渠道水面寬度的2.5倍，不襯砌土渠宜不小于水面寬度的5倍。4.2.5寒冷地區(qū)渠道線路的選擇，應(yīng)符合有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。4.3引水渠道進(jìn)水口的閘門(mén)設(shè)置4.3.1非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道應(yīng)在進(jìn)水口設(shè)置工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)。4.3.2自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道宜在進(jìn)水口設(shè)置事故檢修閘門(mén)。4.3.3具備下列條件的自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道可不設(shè)事故檢修閘門(mén)：1)渠道長(zhǎng)度短，且渠堤高度能滿足進(jìn)水口水位變幅要求；2)進(jìn)水口的水位能夠降低，從而為渠道檢修提供條件者。4.4引水渠道及渠系建筑物的防洪4.4.1引水渠道及渠道上建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)水工建筑物級(jí)別，按表4.4.1確定；如果建筑物失事會(huì)影響廠房安全，則其防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與水電站廠房的防洪標(biāo)準(zhǔn)相同。4.4.2對(duì)靠近進(jìn)水口的渠段，其堤外坡的防洪，應(yīng)根據(jù)泄洪情況確定防護(hù)范圍和相應(yīng)的工程措施。4.4.3對(duì)傍山渠道的坡面暴雨徑流，應(yīng)合理布設(shè)坡面截(排)水溝，使水流經(jīng)排洪建筑物泄走。表4.4.1引水渠道及渠系建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)水工建筑物級(jí)別防洪標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期)年設(shè)計(jì)校核330～20200～100420～10100～5054.5引水渠道上的建筑物布置4.5.1泄水建筑物宜采用側(cè)堰或虹吸式泄水道等型式。4.5.2側(cè)堰宜布置在前池內(nèi)(或距前池較近處)或渠道跨沖溝處；可布置單側(cè)溢流側(cè)堰，或根據(jù)需要布置兩岸對(duì)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范稱的雙側(cè)溢流側(cè)堰。根據(jù)需要可在堰上設(shè)置閘門(mén)。當(dāng)有超過(guò)電站引用流量的多余水量進(jìn)入渠道時(shí)，經(jīng)水力計(jì)算分析論證，可在適當(dāng)部位增設(shè)一道側(cè)堰。4.5.3側(cè)堰水力設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：1)引水渠道在設(shè)計(jì)流量下水電站正常運(yùn)行時(shí)，側(cè)堰的堰頂高程應(yīng)高于過(guò)境水流的水面高程0.1m～0.2m；2)堰頂長(zhǎng)度，堰上平均水頭，需經(jīng)計(jì)算比較確定；3)過(guò)堰水流應(yīng)保持自由出流，堰后應(yīng)因地制宜布置側(cè)槽或陡槽泄水和必要的消能防沖設(shè)施；4)堰型采用實(shí)用斷面堰或梯形堰，也可采用真空剖面堰；5)側(cè)堰兩側(cè)導(dǎo)墻滿足使水流保持平順的要求。側(cè)堰水力計(jì)算按附錄A進(jìn)行。4.5.4重要建筑物和難工險(xiǎn)段之前，應(yīng)設(shè)置退水建筑物；在多泥沙條件下，宜與排沙設(shè)施相結(jié)合。4.5.5為滿足渠道檢修要求，應(yīng)設(shè)置放水孔。放水孔宜與排沙或灌溉、供水等設(shè)施相結(jié)合。4.5.6當(dāng)渠道較長(zhǎng)且沿途有較多污物進(jìn)入渠道時(shí)，宜在適當(dāng)部位增設(shè)攔污、清污設(shè)施。4.5.7對(duì)進(jìn)入渠道的泥沙(主要是推移質(zhì))，宜在渠道內(nèi)設(shè)置排沙渦管等有效的排沙設(shè)施。4.5.8引水渠道沿線應(yīng)設(shè)置必要的安全、交通等設(shè)施。5引水渠道縱坡及橫斷面設(shè)計(jì)5.0.1水電站引水渠道的縱坡及橫斷面設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)渠道沿線的地形、地質(zhì)條件，以及環(huán)境、施工、運(yùn)行管理等要求，通過(guò)水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。5.0.2引水渠道縱坡宜按下列條件選擇：1)中低水頭、大流量引水渠道，自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，清水渠道及土渠，采用較緩的縱坡；2)高水頭電站的引水渠道，多泥沙渠道，傍山襯砌渠道，不襯砌的巖石渠道以及輸冰運(yùn)行渠道，采用較陡3)當(dāng)渠線長(zhǎng)時(shí)，可根據(jù)地形、地質(zhì)條件分段選用不同縱坡，多泥沙和輸冰運(yùn)行渠道的分段縱坡宜沿程增5.0.3引水渠道橫斷面型式宜按下列條件選擇：1)地面坡降陡且起伏大、地下水位低的山丘地區(qū)，采用窄深式斷面；2)地勢(shì)平坦、地下水位高、基土凍脹性較強(qiáng)，以及有綜合利用要求的渠道，采用寬淺式斷面；3)易受洪水、泥石流等危害，以及穿越村鎮(zhèn)、工礦區(qū)的渠道，采用城門(mén)洞型、箱型等暗渠型式的斷面。5.0.4引水渠道在設(shè)計(jì)流量下的平均流速，應(yīng)小于護(hù)面的允許流速；在多泥沙條件下應(yīng)滿足不沖、不淤的要求。渠道的不沖、不淤流速，各種護(hù)面材料的允許流速，按SL18和SDJ217—84確定。5.0.5中型水電站和低水頭大流量的小型水電站引水渠道的設(shè)計(jì)流速，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定；小型水電站引水渠道的設(shè)計(jì)流速的選擇范圍：襯砌渠道宜選用1m/s～2m/s，土渠宜選用0.6m/s～0.9m/s；輸冰和結(jié)冰蓋運(yùn)行的引水渠道的流速，按有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范確定。5.0.6水電站引水渠道應(yīng)因地制宜、就地取材，選用耐久、防滲性能好的材料進(jìn)行襯砌。襯砌設(shè)計(jì)按SL18進(jìn)5.0.7引水渠道的邊坡和堤頂寬度可按SDJ217-84確定。5.0.8渠頂超高，對(duì)于中型工程應(yīng)按渠道通過(guò)設(shè)計(jì)流量水電站正常運(yùn)行條件下，突然甩全部負(fù)荷產(chǎn)生的最大涌波高度，再加安全超高來(lái)確定。對(duì)小型工程可按GBJ71的規(guī)定執(zhí)行。對(duì)兼有通航的引水渠道應(yīng)計(jì)入船行波的影5.0.9對(duì)傍山開(kāi)挖的引水渠道所形成的高邊坡，其穩(wěn)定坡度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、邊坡高度和施工條件等，進(jìn)行工程類(lèi)比和穩(wěn)定分析確定。為便于施工和監(jiān)測(cè)維護(hù)宜分級(jí)設(shè)置馬道。5.0.9.1對(duì)易于失水干裂、卸荷松弛、風(fēng)化掉塊和可能失穩(wěn)的邊坡，應(yīng)根據(jù)工程的重要性、邊坡高度與坡度、影響邊坡穩(wěn)定的主要因素、施工和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，確定綜合防護(hù)和處理措施。5.0.9.2對(duì)于需要加固處理的邊坡，可根據(jù)地質(zhì)條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用削坡、錨噴、灌漿、抗滑擋墻、抗滑樁(塞)、錨洞以及預(yù)應(yīng)力錨索錨固等措施。5.0.9.3應(yīng)分層設(shè)置排水設(shè)施和可靠的排水通道。5.0.9.4對(duì)高陡邊坡及地質(zhì)條件復(fù)雜的邊坡，應(yīng)加強(qiáng)施工期和運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)，以保證工程安全。邊坡開(kāi)挖及處理設(shè)計(jì)，可參照有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行。6前池及調(diào)節(jié)池布置設(shè)計(jì)6.1前池的布置設(shè)計(jì)6.1.1前池的布置，應(yīng)能引導(dǎo)和控制水流從引水渠道向壓力管道平穩(wěn)過(guò)渡和均勻配水，并保證水電站正常運(yùn)行和事故情況下的安全。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范6.1.2前池的設(shè)計(jì)包括連接段、池身和水電站進(jìn)水口的設(shè)計(jì)。根據(jù)需要可設(shè)置泄水、排沙、排冰、放空等建筑物，并應(yīng)布置適當(dāng)?shù)挠^測(cè)設(shè)備。6.1.3前池應(yīng)布置在穩(wěn)定的地基上，避開(kāi)滑坡和順坡裂隙發(fā)育地段，并充分注意前池建成后水文地質(zhì)條件變化對(duì)建筑物及高邊坡穩(wěn)定的不利影響，確保前池和下游廠房的安全。6.1.4引水渠道與池身間的連接段，在平面上應(yīng)兩邊對(duì)稱擴(kuò)展，其擴(kuò)展角不宜超過(guò)12°;底部縱坡宜小于或等6.1.5前池的長(zhǎng)、寬、深度，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，壓力水管的直徑、根數(shù)、間距，過(guò)柵流速，水電站進(jìn)水口的最小淹沒(méi)深度，排沙設(shè)施布置，水電站運(yùn)行條件等要求確定。6.1.6前池的平面布置，宜優(yōu)先采用水電站進(jìn)水口中心線與引水渠道中心線相重合的正面進(jìn)水方式，應(yīng)避免布置在彎道或緊靠彎道的末端。如難以避免時(shí)，則宜在彎道終點(diǎn)與前池入口間設(shè)直線調(diào)整段，或加設(shè)分流導(dǎo)向設(shè)施。重要工程或布置條件復(fù)雜的前池，其體型應(yīng)通過(guò)水工模型試驗(yàn)確定。受地形條件限制的小型工程可布置地下洞室式前池。6.1.7前池應(yīng)設(shè)爬梯(踏步)、欄桿、照明等設(shè)施，以及運(yùn)行管理用的觀測(cè)設(shè)備。6.1.8水電站進(jìn)水口，應(yīng)采用有閘門(mén)控制的布置型式；條件適宜時(shí)，也可采用虹吸式進(jìn)水口。6.1.8.1有閘門(mén)控制的水電站進(jìn)水口，應(yīng)設(shè)攔污柵、檢修閘門(mén)、工作閘門(mén)和相應(yīng)的啟閉設(shè)備。其設(shè)計(jì)按SD30有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。6.1.8.2小型水電站當(dāng)前池內(nèi)的水位變幅在3.0m左右時(shí)，可采用虹吸式進(jìn)水口，但前池最低水位至虹吸喉道斷面頂點(diǎn)間的高差應(yīng)小于當(dāng)?shù)睾０胃叱痰娜菰S吸入高度；其橫斷面型式，可采用矩形或圓形；可用鋼筋混凝土、鋼筋混凝土加鋼板內(nèi)襯或鋼板制作，應(yīng)保證其氣密性。6.1.8.3虹吸式進(jìn)水口的攔污柵可與進(jìn)水口分開(kāi)設(shè)置，也可設(shè)于進(jìn)水口處，視具體條件經(jīng)論證確定。虹吸進(jìn)水口的設(shè)計(jì)和水力計(jì)算，按附錄B進(jìn)行。6.1.9水電站進(jìn)水口上緣淹沒(méi)于最低水位以下的深度，應(yīng)按SD30確定。6.1.10前池內(nèi)設(shè)置側(cè)堰，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件布置，并滿足4.5.3有關(guān)水力設(shè)計(jì)的規(guī)定。6.1.11前池內(nèi)設(shè)排沙設(shè)施時(shí)，其設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：1)排沙設(shè)施的布置型式，以及沖沙方式和沖沙流量大小，應(yīng)考慮水源條件、泥沙特性及運(yùn)行方式等因素，合理選定；2)宜采用正面排沙，當(dāng)沖沙底孔布置在水電站進(jìn)水口底檻內(nèi)(或前池底部)時(shí)，其尺寸應(yīng)便于檢修并應(yīng)設(shè)控制閘門(mén)；3)當(dāng)采用非正面排沙時(shí)，宜輔以導(dǎo)沙設(shè)施。6.1.12寒冷地區(qū)的導(dǎo)冰、排冰設(shè)施的設(shè)計(jì)，按有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。6.2調(diào)節(jié)池的布置設(shè)計(jì)6.2.1調(diào)節(jié)池的位置，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件，根據(jù)所需的調(diào)節(jié)容積和消落深度，利用天然洼地或人工圍堤修6.2.2調(diào)節(jié)池布置設(shè)計(jì)，可因地制宜采用下列方式之一：1)與引水渠道結(jié)合或相連通；2)與前池結(jié)合或相連通；3)調(diào)節(jié)池通過(guò)連接管(渠)直接向壓力管道或前池供水。6.2.3調(diào)節(jié)池位置確定后，應(yīng)做好連接渠、旁通渠(管)、連接建筑物、泄水建筑物等的布置設(shè)計(jì)，并通過(guò)水力計(jì)算確定水流銜接關(guān)系。6.2.4調(diào)節(jié)池應(yīng)做好防滲設(shè)計(jì)，可選用瀝青混凝土、預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆的鋼筋混凝土或適宜的當(dāng)?shù)夭牧献霰砻嬉r護(hù)防滲。6.2.5對(duì)多泥沙渠道，應(yīng)采取有效的泥沙控制措施，防止調(diào)節(jié)池淤積。6.2.6寒冷地區(qū)的調(diào)節(jié)池防冰凍設(shè)計(jì)，按有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。7.0.1水力設(shè)計(jì)應(yīng)完成下列各項(xiàng)任務(wù)：1)引水渠道—前池系統(tǒng)的恒定流和非恒定流的水力計(jì)算；2)泄水建筑物的水力設(shè)計(jì)及消能防沖；3)排沙設(shè)施的水力設(shè)計(jì)和計(jì)算；4)其他過(guò)水建筑物的水力計(jì)算。7.0.2引水渠道的設(shè)計(jì)流量應(yīng)包括水電站的最大引水發(fā)電流量(Qp)，以及計(jì)入渠道的滲漏、蒸發(fā)等損失的流量。下列情況下，可加大相應(yīng)渠段的設(shè)計(jì)流量：水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范1)引水渠道兼有灌溉、航運(yùn)、工業(yè)和民用取水用途的流量；2)考慮專(zhuān)門(mén)用于排沙、排冰的流量。7.0.3當(dāng)經(jīng)過(guò)論證有大于設(shè)計(jì)流量的多余流量進(jìn)入引水渠道或有區(qū)間入流時(shí)，可作為校核工況。7.0.4應(yīng)以設(shè)計(jì)流量下水電站正常運(yùn)行時(shí)的水位作為前池的正常水位。此時(shí)，引水渠道系統(tǒng)應(yīng)在均勻流或接近均勻流狀態(tài)下工作。7.0.5前池和引水渠道內(nèi)的最高水位，應(yīng)按照設(shè)計(jì)流量下正常運(yùn)行時(shí)，水電站突然甩全部負(fù)荷時(shí)的最高涌波水7.0.6前池和引水渠道的最低水位，可按下列情況之一來(lái)確定：1)設(shè)計(jì)頻率枯水期的最小引水發(fā)電流量，渠道正常運(yùn)行時(shí)；2)冬季有排冰運(yùn)行要求時(shí)；3)根據(jù)電站運(yùn)行要求的其他情況。最低運(yùn)行水位應(yīng)保證滿足6.1.9所要求的淹沒(méi)深度。7.0.7引水渠道—前池系統(tǒng)恒定流的水力設(shè)計(jì)和計(jì)算，應(yīng)完成下列各項(xiàng)任務(wù)：1)從渠道進(jìn)水口至水電站進(jìn)水口范圍內(nèi)，在渠道進(jìn)水口前為正常水位下引用設(shè)計(jì)流量，確定引水渠道的基本尺寸和前池特征水位，給出各部位的水深、流速和水面高程。2)通過(guò)水力計(jì)算確定渠道進(jìn)水口來(lái)流與引水渠道的水流銜接關(guān)系。3)對(duì)于通常布置一道側(cè)堰的非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，應(yīng)計(jì)算機(jī)組關(guān)閉后，全部設(shè)計(jì)流量從側(cè)堰下泄時(shí)的水面線。4)對(duì)于渠道沿程上設(shè)置兩道側(cè)堰的情況，當(dāng)入渠流量Qo＞Qp時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算機(jī)組正常引水發(fā)電(Q＝Qp)，以及機(jī)組關(guān)閉時(shí)(Qp＝0)，全部流量由側(cè)堰宣泄，系統(tǒng)在恒定流狀況下的水面線。5)根據(jù)需要，計(jì)算其他情況下的水面線。電站在設(shè)計(jì)流量正常運(yùn)行條件下，對(duì)棱柱體渠道，應(yīng)按明渠均勻流進(jìn)行計(jì)算；對(duì)非棱柱體渠道應(yīng)按明渠恒定緩變流進(jìn)行計(jì)算。水頭損失包括沿程摩擦損失，以及斷面變化、彎道、橋墩、攔污柵、門(mén)槽等局部損失，計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)于各項(xiàng)水頭損失的水位變化量。恒定流水力計(jì)算按附錄C進(jìn)行。7.0.8水電站引水渠道—前池系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行水電站突然甩負(fù)荷引起的最高涌波和突然增負(fù)荷時(shí)的最低涌波計(jì)算。涌波計(jì)算按附錄D進(jìn)行。7.0.9水電站突然甩負(fù)荷時(shí)的涌波計(jì)算，宜采用下列計(jì)算條件：1)初始條件為：渠道進(jìn)水口前為正常水位，在設(shè)計(jì)流量下引水渠道—前池系統(tǒng)為恒定流，電站滿負(fù)荷運(yùn)2)假定水電站各機(jī)組均突然由滿發(fā)流量減至零；3)當(dāng)采用涌波控制措施時(shí)，可按實(shí)際的流量變化進(jìn)行計(jì)算。7.0.10電站突然增負(fù)荷時(shí)的負(fù)涌波計(jì)算，宜針對(duì)孤立運(yùn)行的水電站，或在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)事故備用任務(wù)的水電站進(jìn)行。其突然增負(fù)荷的容量(機(jī)組數(shù))，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性或電力系統(tǒng)的要求確定。8結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地基處理8.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定8.1.1建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度、變形、抗裂、抗?jié)B及抗凍等方面的要求。8.1.2建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：1)結(jié)構(gòu)型式、布置及材料的選擇；2)荷載計(jì)算及其組合；3)穩(wěn)定計(jì)算；4)強(qiáng)度計(jì)算；5)細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。8.2荷載及其組合8.2.1作用在建筑物上的荷載分為基本荷載和特殊荷載兩類(lèi)。基本荷載包括：1)結(jié)構(gòu)自重及其上的永久設(shè)備重量；2)設(shè)計(jì)水位時(shí)的靜水壓力；3)設(shè)計(jì)水位時(shí)的揚(yáng)壓力(包括滲透壓力和浮托力)；4)泄流時(shí)的動(dòng)水壓力(只在泄水建筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮)；5)土壓力；6)泥沙壓力；7)冰壓力、凍脹力；荷載 組合荷載 組合8)其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多的荷載。特殊荷載包括：1)最高水位時(shí)的靜水壓力；2)最高水位時(shí)的揚(yáng)壓力；3)最高水位時(shí)的波浪壓力；4)最高水位時(shí)的動(dòng)水壓力(只在泄水建筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮)；5)地震荷載；6)其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)很少的荷載。8.2.2荷載計(jì)算方法和公式，應(yīng)按SDJ21、SD341等有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。8.2.3荷載組合分為基本組合和特殊組合兩類(lèi)?；窘M合由基本荷載組成；特殊組合由基本荷載和一種或幾種特殊荷載所組成。根據(jù)各種荷載實(shí)際同時(shí)出現(xiàn)的可能性，按表8.2.3選擇最不利的情況進(jìn)行計(jì)算。表8.2.3荷載組合表荷載荷靜水壓力 (2)√√計(jì)算情況靜水壓力 (2)√√計(jì)算情況水位冰凍情況檢修情況最高水位地震情況揚(yáng)壓力√√√√√√√√特√√其他荷載(10)其他荷載(10)冰壓力地震荷載 (9)泥沙壓力 (7)√√√√√土壓力√√√√√動(dòng)水壓力√按冬季按冬季運(yùn)行水位計(jì)算(2)(3)項(xiàng)前池完全放空按正常水位計(jì)算(2)(3)(4)√項(xiàng)1.對(duì)施工期情況，應(yīng)做必要的核算，作為特殊組合。2.在運(yùn)行期，可考慮排水失效的情況，作為特殊組合。3.檢修情況是考慮前池完全放空，作為控制條件。如存在降低前池水位檢修的工況，則應(yīng)考慮實(shí)際情況進(jìn)行核算8.3.1巖基上的擋水墻、堰、閘等重力式建筑物，沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)按下列抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算式中：K1——按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f1——混凝土與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；c——混凝土與基巖接觸面的抗剪斷粘聚力(MPa)；A——建筑物與基巖接觸面的面積(m2)；ΣW——作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量(包括揚(yáng)壓力)(kN)；ΣP——作用在結(jié)構(gòu)物上的全部荷載對(duì)計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量(包括揚(yáng)壓力)(kN)。對(duì)中、小型工程，若無(wú)條件進(jìn)行抗剪試驗(yàn)取得c值時(shí)，也可按下列抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范式中：K2——按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f2——混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。8.3.2采用式(8.3.1-1)或式(8.3.1-2)計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于表8.3.2規(guī)定的數(shù)值。表8.3.2抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)荷載組合K1K2345基本組合特殊組合2.58.3.3當(dāng)巖石地基內(nèi)存在不利的軟弱構(gòu)造時(shí)，其抗滑穩(wěn)定需作專(zhuān)門(mén)研究。8.3.4土基上重力式建筑物沿基礎(chǔ)底面的抗滑穩(wěn)定和地層整體穩(wěn)定，按SD133進(jìn)行設(shè)計(jì)。8.3.5擋水土堤設(shè)計(jì)，應(yīng)按SDJ218中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。8.4.1各種荷載組合情況下，建筑物基底面上的最大垂直正應(yīng)力，應(yīng)小于地基容許壓應(yīng)力；最小垂直正應(yīng)力應(yīng)大于零。必要時(shí)應(yīng)復(fù)核地基深層應(yīng)力。8.4.2應(yīng)力分析可用材料力學(xué)方法。閘室底板可用彈性地基梁法或用有限元法計(jì)算。8.5地基處理設(shè)計(jì)8.5.1地基處理設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用特點(diǎn)，滿足各部位對(duì)承載能力、抗滑穩(wěn)定、地基變形、滲流控制以及耐久性等方面的要求，保證運(yùn)行安全。8.5.2當(dāng)?shù)鼗鶠檐泿r或存在規(guī)模較大、性狀差的斷層破碎帶、軟弱夾層、巖溶等不良地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理設(shè)計(jì)。處理方案應(yīng)根據(jù)工程的重要性、部位、地質(zhì)條件、施工條件和運(yùn)用要求等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較土質(zhì)地基的處理設(shè)計(jì)，按SD133有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。8.5.3地基的滲流控制應(yīng)采用防、排并重的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，建筑物的重要性和部位，作用水頭的大小等，確定相應(yīng)的措施。8.5.4建筑物建基面及邊坡坡面開(kāi)挖，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求成型，其開(kāi)挖深度應(yīng)根據(jù)要求，結(jié)合地質(zhì)條件、施工條件及處理措施等因素綜合研究確定。前池閘室、擋水建筑物的地基宜開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖層中部，或經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。對(duì)易風(fēng)化、易泥化的基巖，應(yīng)提出相應(yīng)的施工保護(hù)措施。地基處理措施的設(shè)計(jì)，應(yīng)參照有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)側(cè)堰水力計(jì)算A.0.1本附錄適用于側(cè)堰段為矩形斷面棱柱體渠道，且渠內(nèi)水流為緩流的情況。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范圖A1明渠側(cè)堰溢流示意圖A.0.2如圖A1所示，描述側(cè)堰段恒定變量流的基本微分方程為(A1)(A2)(A1)(A2)對(duì)于沿程減量流的側(cè)堰，其單寬流量為當(dāng)把堰上水頭用側(cè)堰首末端的平均值來(lái)表示，即，且其流量系數(shù)用mL表示時(shí)，側(cè)堰的泄流能力公式為(A3)(A3)以上三式中：i——渠道底部縱坡；if——側(cè)堰段的水力摩阻坡降，用謝才公式計(jì)算；β——?jiǎng)恿扛恼禂?shù)，可取1.1；Q——側(cè)堰段任一斷面的渠道流量(m3/s)；Q1、Q2——分別為側(cè)堰上游和下游的渠道流量(m3/s)；Ucosφ——側(cè)向出流速度在渠道流速v方向上的分量(m/s)；v——側(cè)堰段渠道任一斷面的平均流速(m/s)；η——側(cè)向出流影響系數(shù)，η=Ucosφ/v；P——側(cè)堰堰高(m)；h——側(cè)堰段任一斷面的渠道中線水深(m)；A——與H相對(duì)應(yīng)的斷面面積(m2)；B——與A和h相對(duì)應(yīng)的水面寬(m)；L——側(cè)堰長(zhǎng)度(m)；g——重力加速度(m/s2)。式(A1)可用數(shù)值計(jì)算求解。多在0.20.4范圍內(nèi)，其η值的大體范圍是1.21.7，且側(cè)堰分流比(Q多在0.20.4范圍內(nèi)，其η值的大體范圍是1.21.7，且側(cè)堰分流比(QL/Q1)大，F(xiàn)r值小時(shí)，η取大值。作為一種簡(jiǎn)化處理，應(yīng)用時(shí)宜在此范圍內(nèi)選取。這里要指出的是，盡管側(cè)堰段前后流量的平衡關(guān)系是Q1＝QL＋Q2，但堰后渠道內(nèi)與Q2相適應(yīng)的水深卻只能是在Q1、QL、Q2動(dòng)態(tài)平衡條件下的水深，而不是相應(yīng)于Q2均勻流動(dòng)時(shí)的水深。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范A.0.3對(duì)于通常設(shè)一道側(cè)堰的布置，當(dāng)水電站在設(shè)計(jì)流量下正常水位運(yùn)行，側(cè)堰不溢水；當(dāng)水電站突然甩全部負(fù)荷待水流穩(wěn)定后全部流量從側(cè)堰溢出時(shí)，為控制工況。此時(shí)，側(cè)堰下游引水渠道流量為零，側(cè)堰泄流能力可按式(A3)確定；根據(jù)試驗(yàn)資料，這種情況下其H1/H2＝0.9～1.0，可近似看作H1≈H2，其流量系數(shù)mL宜取(0.9～0.95)m0，而m0為正堰的流量系數(shù)。A.0.4對(duì)于渠道沿程上設(shè)兩道側(cè)堰的布置，當(dāng)確認(rèn)存在水電站正常運(yùn)行兩道側(cè)堰也同時(shí)過(guò)水的工況時(shí)，則應(yīng)利用上述公式和渠道水面線計(jì)算公式，通過(guò)試算，求得在渠道進(jìn)水口流量Q0、第一道側(cè)堰泄流量QL1、第二道側(cè)堰泄流量QL2、機(jī)組引水流量Qp的條件下的動(dòng)態(tài)平衡，并且水輪機(jī)導(dǎo)葉按推得的前池水位來(lái)操作，計(jì)算方可成立。鑒于側(cè)堰段的水流為復(fù)雜的三維流動(dòng)，用一維流水力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，只能得到近似的結(jié)果。對(duì)重要工程或條件復(fù)雜的布置宜進(jìn)行水工模型試驗(yàn)。(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)前池虹吸式進(jìn)水口的設(shè)計(jì)B.0.1對(duì)于圖B1所示的矩形斷面虹吸式進(jìn)水口，其特點(diǎn)是：斷面由高矩形進(jìn)水口(1—1)等寬過(guò)渡到矩形喉道斷面(2—2)，再經(jīng)適當(dāng)長(zhǎng)度(l1)的漸變段變到圓形。其主要參數(shù)可在下面的范圍內(nèi)選擇：圖B1矩形斷面虹吸式進(jìn)水口示意圖2)喉道中心半徑與喉道高之比：r0/h0＝1.5～2.5；3)進(jìn)口斷面面積與喉道斷面面積之比：A1/A0＝2～2.5；4)喉道斷面面積與壓力管道面積之比：A0/Am＝1～1.65；6)進(jìn)口斷面和喉道斷面間的水平距離與其高度之比：l/P＝0.70.9；5)喉道斷面底部高程(b點(diǎn))在前池正常水位以上的超高值：△6)進(jìn)口斷面和喉道斷面間的水平距離與其高度之比：l/P＝0.70.9；7)當(dāng)斷面1—1和2—2間的上肢段采用圓形斷面時(shí)，其主要特點(diǎn)是：A0/Am＝1.0或略大于1.0；r0／d0≥1.9；彎管采用分節(jié)焊接時(shí)，每節(jié)中心角宜為22.5°左右；進(jìn)水口(斷面1—1)后的圓錐形收縮段長(zhǎng)度宜大于或等于進(jìn)水口直徑的0.6倍，或根據(jù)布置需要合理確定。B.0.2最大負(fù)壓值出現(xiàn)在喉道斷面頂點(diǎn)a處，a點(diǎn)的最大負(fù)壓值按下式確定2式中：z——前池內(nèi)正常水位與最低水位間的高差(m)；水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范h0——喉道斷面高度(m)；Σhw——從進(jìn)水口斷面1—1至喉道斷面2—2間的水頭損失(m)；p*/γ——因法向加速度所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)水頭(m)。附加壓強(qiáng)水頭按下式計(jì)算式中：r0——喉道斷面中心半徑(m)。計(jì)算結(jié)果，須滿足下列條件(B2)(B3)式中：ha計(jì)算斷面處的大氣壓強(qiáng)水柱高，對(duì)不同海拔高程▽按10.33-估算(m)；hv——水的汽化壓強(qiáng)水柱高，可由表B1按水溫查取(m)。式(B1)中的Σhw項(xiàng)，在體型擬定后可參照一般水力計(jì)算確定。一般情況下，hB.a可依下面的簡(jiǎn)化公式近似計(jì)算20a-hv(B4)表B1水溫與水的汽化壓強(qiáng)水柱高關(guān)系表水溫水溫℃0540hvm0.060.090.240.320.430.75B.0.3最小淹沒(méi)深度S(圖B1)，可按下式估算00式中：Fr0——喉道斷面的水流弗勞德數(shù)，F(xiàn)r0=V0/B.0.4虹吸的發(fā)動(dòng)與斷流宜選用以下的幾種裝置和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：1)用真空泵抽氣發(fā)動(dòng)，可根據(jù)設(shè)計(jì)條件和工況做設(shè)備選型；2)自發(fā)動(dòng)；3)水力真空裝置；4)水箱抽氣裝置。B.0.5斷流裝置常采用真空破壞閥。在已知hB.a值時(shí)，真空破壞時(shí)的瞬間最大進(jìn)氣量可按下式估算式中：μ——真空破壞閥系統(tǒng)的流量系數(shù)；wa——真空破壞閥的斷面面積(m2)；ρ、ρa(bǔ)——分別為水和空氣的密度。(B5)(B6)可根據(jù)式(B6)合理選擇真空破壞閥的形式和直徑。對(duì)于虹吸發(fā)動(dòng)和斷流的裝置和方式，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)因地制宜，參照已建工程的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)論證比較后合理選擇應(yīng)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)引水渠道恒定流水力計(jì)算C.0.1明渠恒定均勻流的基本公式如下。流速公式流量公式流量模數(shù)式中：C——謝才系數(shù)，對(duì)于平方摩阻區(qū)宜按曼寧公式確定，即R——水力半徑(m)；i——渠道縱坡；A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)；n——曼寧粗糙系數(shù)，其值按SL18確定。(C1)(C2)(C3)(C4)C.0.2水電站引水渠道中的水流為緩流。水面線以a1型壅水曲線和b1型落水曲線最為常見(jiàn)。求解明渠恒定緩變流水面曲線，宜采用逐段試算法，對(duì)棱柱體和非棱柱渠道均可應(yīng)用。逐段試算法的基本公式為水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范hk—未縮窄渠道斷面的臨界水深(m)；hk2—橋墩間斷面處的臨界水深(m)；△z—水位變化量(m)；h1、h3—收縮前、后渠道斷面的水深(m)；Wc—渠道斷面總寬度(m)圖C1水位變化量求解圖(a)水面線示意圖；(b)λ3—X關(guān)系曲線式中：△x——流段長(zhǎng)度(m)；g——重力加速度(m/s2)；h1、h2——分別為流段上游和下游斷面的水深(m)；v1、v2——分別為流段上游和下游斷面的平均流速(m/s)；α1、α2——分別為流段上游和下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù)；if——流段的平均水力坡降，一般可采用(C6)(C6)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范或(C7)(C7)式中：hf——Δx段的水頭損失(m)；n1、n2——分別為上、下游斷面的曼寧粗糙系數(shù)，當(dāng)壁面條件相同時(shí)，則n1＝n2＝n；R1、R2——分別為上、下游斷面的水力半徑(m)；A1、A2——分別為上、下游斷面的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)。計(jì)算時(shí)將整個(gè)明渠分成若干段，一般落水曲線變化大，分段宜短；壅水曲線水面變化小，分段可長(zhǎng)些；計(jì)算段內(nèi)的斷面形狀、粗糙系數(shù)和縱坡應(yīng)盡可能一致，如有變化宜作為分段的位置。C.0.3各項(xiàng)水頭損失的計(jì)算如下：1)沿程水頭損失的計(jì)算公式為(C8)2)矩形斷面明渠內(nèi)橋墩的水位變化量可按圖C1確定。求解時(shí)，按已知的λ3值作水平線和圖內(nèi)已知α曲線相交，由交點(diǎn)向下作直線即可定出X值。求通過(guò)橋墩的水位差Δz時(shí)，對(duì)于圓頭橋墩，由無(wú)橋墩縮窄時(shí)渠道臨界水深hk，乘以X就得Δz；對(duì)于圖中示出的其他墩形(有聯(lián)結(jié)隔板的雙圓柱墩、無(wú)隔板的雙圓柱墩等)，則以臨界水深hk乘以rX得Δz，其中，r值由圖C1的右上角小圖按λ3值查取。3)漸變段的水頭損失，當(dāng)斷面漸縮變化時(shí)，水頭損失計(jì)算公式為相應(yīng)的水位變化量按下式計(jì)算式中：hω——漸變段的水頭損失(m)；hc——斷面漸縮或漸擴(kuò)引起的局部水頭損失(m)；hf——漸變段長(zhǎng)度L的沿程水頭損失(m)；fc——斷面漸縮或漸擴(kuò)的局部損失系數(shù)；v1——漸縮或漸擴(kuò)段前的斷面平均流速(m/s)；v2——漸縮或漸擴(kuò)段后的斷面平均流速(m/s)；(C9)(C10)if漸變段長(zhǎng)度L范圍內(nèi)水力坡度的平均值，if1和if2分別為漸變段前、后的水力坡22 v1v2當(dāng)斷面漸擴(kuò)變化時(shí)，其計(jì)算公式的形式與式(C9)和式(C10)相同，只需將右邊括號(hào)中的2g和2g互相換位對(duì)于倒虹吸、隧洞、暗渠進(jìn)出水口漸變段的fc值，可按照?qǐng)DC2和表C1選用。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范圖C2漸變段形狀圖表C1漸變段的局部損失系數(shù)漸變段形狀變化情況漸縮的fc漸擴(kuò)的fc矩形斷面，寬度對(duì)稱漸變，末端與矩形的進(jìn)口相連接［圖C2(a)］短形斷面，寬度對(duì)稱漸變，末端與圓形進(jìn)口平順連接［圖C2(b)、(c)］梯形與矩形斷面間用扭曲面連接［圖C2(d)］梯形與矩形斷面間用扭曲面連接，末端與圓形進(jìn)水口平順連接［圖C2(e)、八字墻Ⅰ,梯形與矩形斷面間用折線(八字墻)連接，末端與矩形進(jìn)口相接八字墻Ⅱ,梯形與矩形斷面間用折線(八字墻)連接，末端與圓形進(jìn)口相接注：表中局部損失系數(shù)，是在兩邊壁與渠道中心線間的夾角為12。30′的實(shí)驗(yàn)條件下做出的，故明渠漸變段的長(zhǎng)度須按此角度推算圖C3漸縮段與漸擴(kuò)段的型式水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范 1(a)扭曲面；(b)4直立圓柱面；(c)八字斜墻表C2明渠漸變段局部損失系數(shù)漸變段形狀變化情況漸縮的fc漸擴(kuò)的fc扭曲面［圖C3(a)］1/4的直立圓柱面［圖C3(b)］0.25八字斜墻［圖C3(c)］4)彎道段的總水頭損失可按下式計(jì)算2其中損失系數(shù)x式中：B——按中心線水面高程算得的水面寬度(m)；L——彎道中心線長(zhǎng)度(m)；C——謝才系數(shù)；R——水力半徑(m)；r——彎道中心線半徑(m)；v——斷面平均流速(m/s)。彎道橫向水面超高可按下式推算式中：K——超高系數(shù)，對(duì)于梯形和矩形明渠的簡(jiǎn)單圓曲線式彎道，可取K＝0.5。當(dāng)彎道中心半徑與水面寬度之比值大于10時(shí)，彎曲損失可以不計(jì)。5)門(mén)槽、攔污柵的水頭損失計(jì)算，參照SD303進(jìn)行。(C11)(C12)(C13)(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)引水渠道系統(tǒng)的涌波計(jì)算D.0.1按明渠非恒定流的基本方程——圣維南方程進(jìn)行涌波計(jì)算。對(duì)任一形狀斷面棱柱體明渠，其運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)方程為(D1)(D1)(D2)式中：A——橫斷面面積(m2)；Q——流量(m3/s)；v——平均流速(m/s)；h——水深(m)；i0——渠底縱坡；if——摩擦坡度；t——時(shí)間(s)；x——沿渠底度量的距離，向下游為正(m)；g——重力加速度(m/s2)；水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范q——橫向進(jìn)流量，入流為正，出流為負(fù)［m3/(s·m)vq——橫向進(jìn)流流速沿下游方向的分量(m/s)。對(duì)于求解的水電站引水渠道中的涌波，屬于弱解，其差分格式應(yīng)滿足相容性、收斂性、穩(wěn)定性及幅度耗散計(jì)算的初始條件：渠道恒定流時(shí)的流速和水深。上游邊界條件：一般假定上游水位為常數(shù)，這對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道是適宜的；對(duì)非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道(通常設(shè)有側(cè)堰)或有調(diào)節(jié)池布置的情況，宜按實(shí)際情況建立其上游邊界條件。下游邊界條件：一般為出流量變化條件，此時(shí)忽略壓力管道中水的彈性，假定機(jī)組過(guò)流量的變化就是前池出流量的變化。D.0.2水電站突然甩負(fù)荷或增荷時(shí)，在引水渠道系統(tǒng)中所產(chǎn)生的正涌波或負(fù)涌波，也可用行進(jìn)波方法來(lái)計(jì)行進(jìn)波所攜帶的流量——波流量可用下式確定波的傳播速度的公式為n0(D4)式中：ξn——涌波高度(m)；m——梯形斷面的邊坡系數(shù)；Bn0——斷面n-n處初始的水面寬度(m)；An0——斷面n-n處初始的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)；vn0——斷面n-n處初始的平均流速(m/s)。腳標(biāo)“n”代表斷面序號(hào)，例如，n為0時(shí)代表起點(diǎn)斷面0—0，對(duì)起點(diǎn)斷面0—0，式(D4)中的各參數(shù)應(yīng)寫(xiě)式(D4)中的±號(hào)，對(duì)于逆行波，根號(hào)外取“-”號(hào)，順行波，根號(hào)外取“＋”號(hào)；對(duì)正涌波，根號(hào)內(nèi)取“＋”號(hào)，對(duì)負(fù)涌波，根號(hào)內(nèi)取“-”號(hào)。電站突然甩負(fù)荷在引水渠道系統(tǒng)中產(chǎn)生逆行正涌波，而突然增荷時(shí)產(chǎn)生逆行負(fù)涌波。圖D1水電站突然甩負(fù)荷時(shí)涌波分析示意圖D.0.3如圖D1所示，初始條件為電站正常運(yùn)行時(shí)的水面線和相應(yīng)的水力要素。當(dāng)電站突然甩負(fù)荷時(shí)，流量從原來(lái)的Q0減至Q′0，于是有ΔQ＝Q0－Q′0當(dāng)甩全部負(fù)荷時(shí)，Q′0＝0，則波流量ΔQ＝Q0。這時(shí)，在前池—引水渠道系統(tǒng)內(nèi)將產(chǎn)生逆行正涌波。隨著涌而且水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范頁(yè)而且波向上游行進(jìn)，渠中水位逐漸升高，一直持續(xù)到反射波(這反射波是在渠首斷面當(dāng)逆行正涌波抵達(dá)時(shí)所產(chǎn)生的)回到渠道系統(tǒng)的末端斷面為止，這個(gè)時(shí)候就相當(dāng)于末端斷面處的最高水位。最高水位的計(jì)算，可分為三個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，計(jì)算逆行正涌波由水電站斷面0—0傳播到渠首斷面L—L所需的時(shí)間T1。先要由式(D3)和式(D4)聯(lián)立求解，找出起點(diǎn)斷面0—0相應(yīng)于甩負(fù)荷時(shí)刻的初始波高ξ0和波速C0，如圖D1。把全部渠道分為若干段。例如，距渠道末端為Sn的斷面n和距渠道末端斷面為Sn＋1的斷面n＋1，就組成一個(gè)渠段，其長(zhǎng)度為l＝Sn＋1-Sn。進(jìn)行逆行正涌波計(jì)算，要利用波額到達(dá)斷面與起點(diǎn)斷面0—0間的連續(xù)方程。例如，涌波從n斷面行進(jìn)到n+1斷面(所需時(shí)間為Δtn)的連續(xù)方程為式(D6)右邊即為圖D1中的陰影線部分的體積。式中：C——n斷面與n＋1斷面間的涌波平均傳播速度，則Cn＋1可表示為f0B000n+1)fn+1n+1式中：f0、fn＋1——分別為涌波在斷面0-0和斷面n＋1處的波面積(m2)；Bn＋1,0——斷面n＋1處初始的水面寬度(m)；Δn＋1——斷面n＋1和斷面0-0間初始的水面落差(m)。(D6)(D7)(D8)(D9)(D10)(D11)任設(shè)一個(gè)ξn＋1值進(jìn)行計(jì)算，直到所設(shè)的ξn＋1滿足式(D4)所求出的Cn＋1值為止。依次求出沿程各斷面的ξ值和渠首斷面L-L的ξL值。逆行正涌波傳播到渠首斷面的總歷時(shí)式中：k——所分渠段的數(shù)目；Δti——各渠段長(zhǎng)度內(nèi)涌波的行駛時(shí)間(s)。在t＝T1時(shí)刻，渠首斷面的水位▽LL0式中：▽L0——斷面L－L處初始的水位(m)。而前池處有▽0L第二階段，計(jì)算反射波(順行負(fù)涌波)由斷面L－L傳播到斷面0-0所需的時(shí)間T2。波流量(D12)(D13)(D14)水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范式中：B′L——斷面L－L在逆行正涌波半波高處的過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?m)。反射波的傳播速度可采用簡(jiǎn)化了的公式式中：AnL、BnL——分別為當(dāng)渠中水位為▽L時(shí)，任一斷面n－n處的過(guò)水?dāng)嗝娣e和斷面頂(D15)(D16)將式(D16)中各量的下標(biāo)n換成n＋1便可求出相應(yīng)的Cn＋1。仍像計(jì)算逆行正涌波那樣，求出各段的涌波平均傳播速度C［參見(jiàn)式(D7)］，渠段長(zhǎng)li所需的時(shí)間Δti，進(jìn)而求出反射波從斷面L－L推進(jìn)到斷面0-0所需的時(shí)間(D17)圖D2渠末水位隨時(shí)間變化關(guān)系圖圖D3水電站突然增負(fù)荷時(shí)涌波分析示意圖涌波往返一次的總歷時(shí)T0＝T1＋T2第三階段，繪制關(guān)系曲線▽0＝f(t)，如圖D2所示，從中查取斷面0—0處的最高水位▽″0max。圖D2中的▽00為斷面0—0處未受擾動(dòng)的初始水位，▽′0=▽00+ξ0為突然甩負(fù)荷后的瞬間升高水位。D.0.4水電站突然增荷時(shí)，前池—引水渠道系統(tǒng)最低水位計(jì)算，如圖D3所示，其方法與D1.0.3相類(lèi)似，只是應(yīng)先計(jì)算逆行負(fù)涌波，然后再計(jì)算順行正涌波(即反射波)，在反射波到達(dá)該斷面時(shí)出現(xiàn)最低水位。計(jì)算仍可分水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范為三個(gè)階段。第一階段仍是用式(D3)和式(D4)計(jì)算出斷面0-0相應(yīng)于電站增加負(fù)荷時(shí)刻的波高ξ0和波速C0。這時(shí)，如果初始流量Q0＝0，則應(yīng)當(dāng)有v00＝0。顯然，斷面0-0在電站突然增加負(fù)荷以后的瞬時(shí)降低水位高程(如圖D3所示)為▽00利用下列簡(jiǎn)化公式?jīng)Q定水量W，即n式中：Bn0、B00——斷面n-n和0-0處初始的水面寬度；η0——在斷面0-0處相應(yīng)于Δtn時(shí)段末的水位下降值，且(D19)(D20)(D21)C為兩斷面間涌波的平均傳播速度［參見(jiàn)式(D7)］。根據(jù)斷面n-n和斷面0-0間的流量連續(xù)條件和緩變流動(dòng)條件，可得式中：K——計(jì)算段流量模數(shù)的平均值，用該段的平均水深來(lái)確定；(D22)I′坡降，I,=且Δ為斷面n-n和斷面0-0間自由水面初始的降落差值。n借助上述方法，任設(shè)一個(gè)ξn值進(jìn)行計(jì)算，直到所設(shè)的ξn值滿足式(D4)所求出的Cn值為止。并依次求出沿程各斷面的ξn值和渠首斷面L-L的ξL值。逆行負(fù)涌波傳播到斷面L—L的總歷時(shí)當(dāng)t＝T1時(shí)刻，渠首斷面L-L的水位L▽=▽L0LL(D23)(D24)圖D4渠末水位隨時(shí)間變化關(guān)系圖隨著逆行負(fù)涌波向上游推進(jìn)，在斷面0-0處的水位將不斷下降，繪制▽0＝f(t)曲線，在已知總歷時(shí)T1條件下，可求得斷面0-0的水位▽″0，如圖D4所示。第二階段，計(jì)算反射波(順行正涌波)，而已知斷面的最低水位高程包括斷面0-0在內(nèi)，將在反射波到達(dá)該斷面的時(shí)刻發(fā)生。計(jì)算時(shí)假定：正涌波推進(jìn)時(shí)，自由水面曲線呈直線狀，如圖D3所示的AB，其坡降由下式?jīng)Q定水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范且在正涌波推進(jìn)的全部時(shí)間內(nèi)，波流量保持不變，并等于斷面L-L在負(fù)波到達(dá)該斷面時(shí)的流量，即(D25)(D26)反射波的傳播速度仍采用式(D16)計(jì)算。逐段計(jì)算出負(fù)涌波通過(guò)各該渠段所需的時(shí)間。求出反射波從斷面L-L推進(jìn)到斷面0-0的時(shí)間T2［見(jiàn)式(D17)］，進(jìn)而得到涌波往返一次的總歷時(shí)T0［見(jiàn)式(D18)］。第三階段，繪制▽0＝f(t)關(guān)系圖，如圖D4所示，從中查取斷面0-0處的最低水位▽0min。D.0.5對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，采用圣維南方程的數(shù)值解法，可求得任一斷面的水位瞬變過(guò)程；采用行進(jìn)波方法可求得所設(shè)斷面特別是前池處的最高涌波水位或最低涌波水位。對(duì)設(shè)有側(cè)堰的非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，涌波通過(guò)側(cè)堰段屬?gòu)?fù)雜的三維流動(dòng)，上述任何方法計(jì)算都只能取得近似的結(jié)果。但側(cè)堰作為控制泄流的建筑物，對(duì)涌波起到控制作用，即對(duì)引水渠道系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制工況是：電站甩滿負(fù)荷待水流穩(wěn)定后(涌波已消失)，全部流量從側(cè)堰溢出時(shí)，計(jì)算方法如下：1)將恒定流時(shí)的堰上水頭乘以1.1～1.2的系數(shù)，把這時(shí)的水位定為最高涌波水位。對(duì)側(cè)堰上游的渠道內(nèi)的將各處水深乘以1.11.2的系數(shù)構(gòu)成新的水面線，在此基礎(chǔ)上再加安全超高，以確定其所需渠頂高程。水面線，可依恒定變流方法，以側(cè)堰首端斷面水深為起點(diǎn)(水深等于堰高加堰上水頭將各處水深乘以1.11.2的系數(shù)構(gòu)成新的水面線，在此基礎(chǔ)上再加安全超高，以確定其所需渠頂高程。2)對(duì)于入渠流量Q0＞Qp，電站以流量Qp正常運(yùn)行，而同時(shí)側(cè)堰以Q0-Qp的流量泄出的條件下，突然甩全部負(fù)荷的情況，可視布置情況而定。當(dāng)側(cè)堰處于前池內(nèi)或靠近前池處時(shí)，其處理方法同前述1)。當(dāng)側(cè)堰位于距前池相當(dāng)遠(yuǎn)處時(shí)，則應(yīng)首先確定出前池與側(cè)堰間渠道的涌波高度，在此基礎(chǔ)上再加上安全超高，確定出渠頂高程；而對(duì)側(cè)堰上游渠道仍按前述1)的方法處理，但應(yīng)乘以1.2的系數(shù)構(gòu)成新的水面線，再加上安全超高，確定該段渠頂高程。對(duì)重要工程或布置條件復(fù)雜時(shí)，宜進(jìn)行水工模型試驗(yàn)。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5079—1997據(jù)1991年底的統(tǒng)計(jì)資料，全國(guó)14個(gè)省、市、自治區(qū)中已建(含在建)裝機(jī)容量大于0.5MW的渠道引水式電站共128座，其中裝機(jī)容量等于或大于10MW的電站43座，大于25MW的13座。這13座電站的主要特性，見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)已建的渠道引水式電站尚無(wú)一座Ⅱ等或Ⅰ等工程。究其原因，這類(lèi)電站多建于山區(qū)，受地形條件限制難以修建大型引水渠道；在平原、丘陵地區(qū)，則因人口稠密，如占地過(guò)多，對(duì)環(huán)境及社會(huì)影響較大，也限制了大型引水渠道的修建。我國(guó)已建的渠道引水式電站，絕大多數(shù)是裝機(jī)容量等于或小于0.5MW的Ⅴ等——小(2)型水電站，故本規(guī)范是針對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等水電站編制的。表1部分Ⅲ、Ⅳ等渠道引水式電站主要特性表序序號(hào)電站名稱地址引水渠道長(zhǎng)度m引水渠道設(shè)計(jì)流量m3/s裝機(jī)容量MW設(shè)計(jì)水頭m發(fā)電流量m3/s1東西關(guān)四川武勝373.262南津渡湖南永州468.423991.0480.03福建華安47.08000.04遙田湖南耒陽(yáng)466.7477.75貴州鎮(zhèn)寧4841.52637.045.06四川蓬安46.1450.0455.6450.07四川汶川45391.05432.08磨房溝二級(jí)四川冕寧37.5457.89.753015.09蘇帕河云南保山232.05399.0喀什二級(jí)新疆疏附26.496.026446.038.0水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范瑪河三級(jí)新疆瑪納斯26.2569.0446.52500.056.0西大橋新疆阿克蘇9150.0福建南靖91.025.010779.025.0設(shè)計(jì)水電站引水渠道和前池，除遵照本規(guī)范外，還應(yīng)遵守所引用的一些主要的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)某些特殊技術(shù)問(wèn)題，如抗冰凍方面的設(shè)計(jì)，應(yīng)按有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。3.0.1為編制本規(guī)范，編制組對(duì)我國(guó)17個(gè)省、市、自治區(qū)的渠道引水式水電站進(jìn)行了調(diào)查研究，收集了近百個(gè)水電站工程的資料，總結(jié)了不同類(lèi)型工程在渠線選擇和布置、渠道—前池系統(tǒng)的水力設(shè)計(jì)和計(jì)算、前池和引水渠道上建筑物的設(shè)計(jì)，以及不同條件下防洪、防泥沙、防污物、防滲漏、防冰等方面的經(jīng)驗(yàn)。開(kāi)展了專(zhuān)題研究，將成熟的工程經(jīng)驗(yàn)和科技成果引入規(guī)范，并吸取了國(guó)外在這一領(lǐng)域的有益經(jīng)驗(yàn)，用以指導(dǎo)水電站引水渠道和前池的設(shè)計(jì)。3.0.2渠道引水式水電站，較壩后式、有壓引水式水電站更易受到洪水、污物、滲漏以及泥沙、冰的損害。泥沙問(wèn)題在我國(guó)西北、西南地區(qū)的工程中所常見(jiàn)，冰凍問(wèn)題則是在寒冷地區(qū)水電站冬季運(yùn)行時(shí)存在。國(guó)內(nèi)大量工程實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)渠道引水式水電站必須因地制宜，處理好上述五個(gè)方面的問(wèn)題，使水電站得以正常運(yùn)行，充分發(fā)揮工程效益。調(diào)查中見(jiàn)到，某水電站引水渠線上有一處排洪渡槽設(shè)計(jì)流量偏低，1994年被洪水沖毀，引水渠道隨之也被沖決，造成水電站運(yùn)行中斷。污物問(wèn)題在渠道引水式水電站設(shè)計(jì)上應(yīng)給予足夠的重視，攔污設(shè)施不僅在渠道進(jìn)水口和前池是必須設(shè)置的，對(duì)渠線較長(zhǎng)且沿途仍有可觀數(shù)量的污物來(lái)源時(shí)，還應(yīng)考慮在適當(dāng)部位增設(shè)攔污柵，并采用適宜的清污機(jī)械，以保證水電站正常運(yùn)行和減少電能損失。在多泥沙條件下修建引水渠道式水電站，應(yīng)做好防沙、排沙工程的設(shè)計(jì)，避免停機(jī)沖沙，或動(dòng)用大量勞力清淤而造成經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)寒冷地區(qū)的水電站，則應(yīng)按有關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，做好導(dǎo)冰、排冰設(shè)施的布置和設(shè)計(jì)。3.0.3本條指出了設(shè)計(jì)引水渠道和前池應(yīng)具備的基本資料，這是設(shè)計(jì)工作的依據(jù)。水能規(guī)劃資料應(yīng)包括工程的基本參數(shù)，以及水電站將投入的電網(wǎng)情況和對(duì)水電站運(yùn)行的要求(如是否要求水電站承擔(dān)事故備用)，水電站的機(jī)組特性等。條文中提到的水文、氣象、地形、地質(zhì)、工程建設(shè)條件、環(huán)保要求、運(yùn)行條件等基本資料，其內(nèi)容十分廣泛，基本上包括了整個(gè)水電站設(shè)計(jì)的基本資料。但我們?cè)谇懊婕幼⒘恕芭c建筑物設(shè)計(jì)有關(guān)的”限定詞，也就是說(shuō)，在這些資料中，我們只需要掌握與渠道、前池建筑物設(shè)計(jì)直接有關(guān)的部分，另一部分則僅與建筑物設(shè)計(jì)有間接關(guān)系。因此，渠道和前池建筑物設(shè)計(jì)僅需要有水文分析、電力系統(tǒng)、機(jī)電、施工運(yùn)行、環(huán)保及綜合利用等方面的設(shè)計(jì)成果資料，而不是全部原始資料。4引水渠道布置4.1引水渠道型式的選擇根據(jù)SL26—92《水利水電工程技術(shù)術(shù)語(yǔ)》，水電站引水渠道按其控制方式可分為自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道和非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道。當(dāng)水電站甩部分或全部負(fù)荷時(shí)，渠道內(nèi)水位僅能升高至與水庫(kù)水位齊平而不發(fā)生棄水的渠道，稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道；當(dāng)水電站甩部分或全部負(fù)荷時(shí)，渠道內(nèi)的水位僅能升高至引水渠或前池溢流堰頂限制水位高程的引水渠道，稱為非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道。實(shí)際上也可歸結(jié)為設(shè)與不設(shè)泄水建筑物的差別。泄水建筑物宜采用側(cè)堰，也可采用虹吸式泄水道或其他型式。側(cè)堰是開(kāi)敞式泄水建筑物，對(duì)于給定的流量，泄水時(shí)的堰上水位，就相當(dāng)于該流量下機(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí)的涌波水位。顯然，自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道能夠充分利用水電站的發(fā)電水頭以提高枯水期的電能效益。引水渠道型式的合理選擇要綜合考慮各方面的條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。本節(jié)指明有利于選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道的條件。在進(jìn)行水電站規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，尤其在平原、丘陵地區(qū)，應(yīng)對(duì)采用自動(dòng)或非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道進(jìn)行方案比較，擇優(yōu)選用。四川省蒲陽(yáng)河雙柏水電站，地處平原、丘陵地區(qū)，設(shè)計(jì)水頭10.5m，裝機(jī)2×5MW，機(jī)組引用流量2×60.95m3/s，引水渠道總長(zhǎng)1106.5m，底寬10.2m，邊坡1∶1，底坡1/3000。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道和非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道做了方案比較，認(rèn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道方案從投資和占地等方面均優(yōu)于非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道方案，且可增加電能效益，因此選擇了自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道方案。我國(guó)規(guī)模最大的裝機(jī)180MW的渠道引水式水電站——四川東西關(guān)水電站，其引水渠道長(zhǎng)度為373.26m，渠道位于深50m左右的挖方地段。雖然取水河道(嘉陵江)的水位變幅大，但渠道較短，河道上的樞紐工程具有良好的調(diào)節(jié)控制能力，采用了自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道。表2列出了國(guó)內(nèi)部分自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道的工程特性。水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范表2國(guó)內(nèi)部分自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道工程特性表工程名稱譚家堰雙柏紅石橋永久晨光301遙田南津渡沉江渡都江堰市都江堰市彭縣黑龍江省湯原縣黑龍江省依藍(lán)縣吉林省安圖縣湖南省耒陽(yáng)市湖南省永州市湖南省城步縣裝機(jī)容量MW2×5.02×5.02×10.02×2.55×2.53×3.04×12.53×20.03×3.2設(shè)計(jì)水頭m11.814.530.5按正常水位計(jì)算(2)(3)(4)項(xiàng)設(shè)計(jì)流量m3/s2×55.72×60.82×62.492×53.55×53.53×13.29466.7468.4237.8引水渠道m(xù)370027372283991639m26.544648.5邊坡系數(shù)222.55/1000設(shè)計(jì)流量m3/s26077.748037.8設(shè)計(jì)水深m4.24.584.23.683.424.4襯砌形式混凝土抹面混凝土抹面土渠土渠混凝土塊襯護(hù)混凝土塊襯護(hù)混凝土襯砌混凝土塊襯護(hù)非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道多用于山區(qū)引水式水電站，這是因?yàn)榘介_(kāi)挖修建引水渠道，無(wú)論從工程量還是從安全運(yùn)行方面考慮，都適宜于修建帶有泄水建筑物的非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道。當(dāng)引水渠道長(zhǎng)，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)型式又不經(jīng)濟(jì)時(shí)，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)與非自動(dòng)調(diào)節(jié)相結(jié)合的渠道，允許前池內(nèi)水位有一定的抬高可能是合理的。為實(shí)現(xiàn)這一目的，要在渠道中設(shè)置泄水建筑物，其堰頂要高于引水渠道通過(guò)最大流量時(shí)的水位，這種情況下引水渠道分成兩段，上段可按非自動(dòng)調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)，而泄水建筑物下游的那一段具有自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道的性質(zhì)。這種布置在沿渠線有調(diào)節(jié)池的引水渠道布置中就能見(jiàn)到?？傊?，渠道型式的合理選擇，應(yīng)結(jié)合具體工程的地形、地質(zhì)、施工、運(yùn)行、河流水源情況及樞紐總體布置等條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。4.2引水渠道線路的選擇4.2.1～4.2.3線路選擇是引水渠道設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，線路選擇得合理，可給施工帶來(lái)方便，減少維護(hù)管理費(fèi)用，提高水電站運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。渠線選擇，特別是地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，渠線又較長(zhǎng)的引水渠道，除應(yīng)在各設(shè)計(jì)階段不斷增加工作深度，進(jìn)行優(yōu)化比選工作外，在施工中尚應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做局部的優(yōu)化調(diào)整，才能真正做出經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠的水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范選擇。例如，1988年建成的四川省草坡水電站，引水渠在規(guī)劃階段渠道全長(zhǎng)5432.44m，其中包括一段長(zhǎng)1040m的隧洞，是以明渠為主的引水方式。后為避開(kāi)不良地質(zhì)條件和泥石流，修改成以隧洞為主的明渠和隧洞相結(jié)合實(shí)踐表明，水電站引水渠道采用明渠和明流隧洞(或暗渠)相結(jié)合的方式是一種常見(jiàn)的布置型式，并且，渠線優(yōu)化工作應(yīng)貫穿于整個(gè)工程的建設(shè)中去。4.3引水渠道進(jìn)水口的閘門(mén)設(shè)置渠道進(jìn)水口閘門(mén)設(shè)置的規(guī)定和要求，是根據(jù)國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的。調(diào)查表明，作為水電站引水渠道，為保證水電站的安全運(yùn)行，絕大多數(shù)在進(jìn)水口設(shè)有閘門(mén)，用以控制調(diào)節(jié)水流或?yàn)榍罊z修提供條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道和非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道均如此。設(shè)置閘門(mén)還具有一定的防沙、防污、防冰以及導(dǎo)漂等作用。對(duì)于非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，還須依靠操作進(jìn)水閘門(mén)來(lái)適當(dāng)限制汛期進(jìn)入渠道的流量。但在4.3.3所列的情況下可不設(shè)閘門(mén)，例如東西關(guān)水電站，引水流量達(dá)1296m3/s，進(jìn)水口位于河道凹岸，于防沙有利；渠道位于50m深的挖方地段，河床樞紐有足夠的控泄能力，在引水渠道進(jìn)口處未設(shè)閘門(mén)。4.4引水渠道及渠系建筑物的防洪渠道引水式水電站多建于山區(qū)、丘陵地區(qū)。對(duì)于傍山開(kāi)挖的引水渠道及渠道上建筑物的防洪安全，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予足夠的重視。引水渠道在暴雨洪水情況下，發(fā)生事故的不乏其例。因此，對(duì)引水渠道所經(jīng)溝道、坡面的暴雨徑流要按一定的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算，并作好防洪設(shè)計(jì)，見(jiàn)表4.4.1。對(duì)于引水渠道上的重要建筑物，如大的跨溝渡槽、倒虹吸等，若發(fā)生大的事故，將對(duì)水電站運(yùn)行產(chǎn)生很大影響時(shí)，應(yīng)采用與廠房相同的防洪標(biāo)準(zhǔn)。4.4.2是指對(duì)洪水暴漲暴落的山區(qū)河流，靠近進(jìn)水口外側(cè)的一定長(zhǎng)度的渠段渠堤外坡的防洪問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)計(jì)算分析，確定適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)范圍和措施。4.5引水渠道上的建筑物布置4.5.1～4.5.3根據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道上的泄水建筑物絕大多數(shù)采用側(cè)堰(僅收集到兩個(gè)采用虹吸泄水道的實(shí)例)。側(cè)堰是一種開(kāi)敞式泄水建筑物，布置在前池內(nèi)或引水渠道的一側(cè)(有時(shí)也可對(duì)稱布置雙側(cè)溢流側(cè)堰)，利用天然有利地形泄水，運(yùn)行安全可靠。側(cè)堰上通常不設(shè)閘門(mén)，可自行對(duì)引水渠道中的水位(流量)起控制與調(diào)節(jié)作用。也有少數(shù)工程在側(cè)堰上設(shè)置舌瓣閘門(mén)或翻板閘門(mén)，堰頂高程可適當(dāng)降低，用以提高調(diào)節(jié)性能，如新疆的西大橋水電站、喀什二級(jí)水電站的側(cè)堰上都設(shè)有舌瓣門(mén)。側(cè)堰位置選擇要依地形、地質(zhì)條件經(jīng)方案比較確定。從水力學(xué)角度來(lái)看，宜布置在前池內(nèi)或靠近前池處，對(duì)于控制涌波，減少水面波動(dòng)是有利的，且工程布置緊湊，便于運(yùn)行管理。在所調(diào)查的40個(gè)工程實(shí)例中，大多數(shù)在一岸設(shè)一道單側(cè)溢流側(cè)堰，只有5例在渠道上和前池處各設(shè)一道側(cè)堰。由于渠道引水式電站多建于山區(qū)，易于布置單側(cè)溢流側(cè)堰。但有的工程，如裝機(jī)60MW的福建省華安水電站，由于引水隧洞出口緊接前池，受地形條件限制，在前池內(nèi)布置了兩岸對(duì)稱的雙側(cè)溢流側(cè)堰，其靠山一側(cè)的堰后水流通過(guò)前池下部的廊道排出。我國(guó)援建的赤道幾內(nèi)亞畢克莫水電站，在渡槽上對(duì)稱布置了雙側(cè)溢流側(cè)根據(jù)調(diào)查資料，側(cè)堰的水力設(shè)計(jì)條件可概括為：給出0.1m0.2m，供選擇之用。這樣，水電站在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行時(shí)側(cè)堰不過(guò)水，當(dāng)水電站甩負(fù)荷或進(jìn)水口來(lái)流量超過(guò)機(jī)組引水流量時(shí)，側(cè)堰溢水。給出0.1m0.2m，供選擇之用。這樣，水電站在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行時(shí)側(cè)堰不過(guò)水，當(dāng)水電站甩負(fù)荷或進(jìn)水口來(lái)流量超過(guò)機(jī)組引水流量時(shí)，側(cè)堰溢水。2)側(cè)堰的堰頂長(zhǎng)度L，與所在位置處的渠道水面寬(或前池水面寬)b之比L/b，在40個(gè)工程實(shí)例中，L/b＝2~8的約占50%；布置在前池中的側(cè)堰多在0.5＜L/b＜2的范圍；布置在渠道中的L/b值都大于2，個(gè)別最大的達(dá)37.5%，大于1.0m的占12.5%?？梢?jiàn)堰上水頭多在0.5m1.0m范圍選用，這也是由引水渠道的斷面和前池的尺3)堰上水頭H(以側(cè)堰段渠道中線水深計(jì))，40個(gè)工實(shí)例中，H＝0.5m37.5%，大于1.0m的占12.5%?？梢?jiàn)堰上水頭多在0.5m1.0m范圍選用，這也是由引水渠道的斷面和前池的尺寸所限定的。側(cè)堰溢流為非均勻變量流，過(guò)堰的單寬流量是不相等的。對(duì)于緩流條件下的水電站引水渠道上的側(cè)堰，過(guò)堰水流沿堰長(zhǎng)度方向呈壅水曲線，受側(cè)向出流角度、分速度的影響，據(jù)典型試驗(yàn)資料表明，大約自堰首端算起的2/3的堰長(zhǎng)上的過(guò)流量為全部泄量的50%，而其余堰末的1/3堰長(zhǎng)要宣泄50%的流量。對(duì)于設(shè)置在渠道進(jìn)口或渠線上的側(cè)堰具有這一特點(diǎn)，而設(shè)置在前池內(nèi)的側(cè)堰，則因流速變緩，過(guò)堰流量較均勻，設(shè)計(jì)應(yīng)就堰頂長(zhǎng)L和堰上水頭H做出適宜的比較和選擇，根據(jù)泄量大小、渠道規(guī)模、地形地質(zhì)條件、堰后泄水消能布置，以及有時(shí)要兼顧排污、排冰等方面做綜合研究，通過(guò)方案比較，達(dá)到合理、經(jīng)濟(jì)的要求。4.5.4在引水渠道上的重要建筑物，如渡槽、倒虹吸以及難以避開(kāi)的難工險(xiǎn)段之前，設(shè)置必要的保護(hù)性退水建筑物是合理的。建筑物應(yīng)力求阻水作用小，操作運(yùn)行方便；多泥沙的渠道宜與排沙相結(jié)合。在陜西省寶雞峽引水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范渭干渠(Q＝50m3/s)的98km塬邊灌溉渠道上有采用無(wú)節(jié)制閘的退水閘布置的成功經(jīng)驗(yàn)，其特點(diǎn)是退水閘的底板高程較所在處前后的渠底高程略低，開(kāi)閘退水時(shí)下游渠道可不過(guò)水；而渠底的低下部分可以淤沙。4.5.7泥沙對(duì)引水渠道、前池的淤積和水輪機(jī)的磨損問(wèn)題，在我國(guó)較為普遍存在，特別是西北、西南地區(qū)。泥沙防治首先應(yīng)在渠道進(jìn)水口防止和減少泥沙入渠。對(duì)于進(jìn)入渠道的泥沙(主要是推移質(zhì))，則應(yīng)考慮在渠道上采取排沙措施。前池由于其斷面較渠道擴(kuò)大，流速降低，有利于泥沙沉積，設(shè)置排沙設(shè)施也是必要的，但不宜把前池排沙當(dāng)做清除入渠泥沙的唯一措施，更不宜當(dāng)做沉沙池來(lái)對(duì)待。調(diào)查資料表明，排沙底孔難以有效地排除前池中的泥沙，有的電站常需降低水位增大流速?zèng)_沙，有的甚至被迫停機(jī)沖沙或清淤。(a)平面圖；(b)斷面A-A近年來(lái)國(guó)內(nèi)在引水渠道上行之有效的排沙措施有：1)渦管排沙，其布置如圖1所示。渦管排沙的原理是利用置于渠底的開(kāi)口的管，在過(guò)境水流切向流速的作用下，管內(nèi)產(chǎn)生螺旋式前進(jìn)水流，進(jìn)入管中的泥沙靠旋轉(zhuǎn)水流以少量的水將其排出，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。(1/31/5)h范圍內(nèi)選用(h為上游渠道水深)；開(kāi)口角度α=75°9°,一般可用90°,(1/31/5)h范圍內(nèi)選用(h為上游渠道水深)；開(kāi)口角度α=75°9°,一般可用90°,或其口寬度b≥(1.22.0)dm，dm為泥沙的最大粒徑。渦管排水流量約為來(lái)水流量的5%15%，其排沙比可達(dá)75%90%。渦管排水流量Qs可用下式估算，即式中：A渦管斷面面積h——上游渠道水深(m)；μ——流量系數(shù)，在α=30°μ——流量系數(shù)，在α=30°90°范圍內(nèi)，可采用μ=0.60.7。排沙渦管出口應(yīng)設(shè)閥門(mén)并有必要的落差，保證出流順暢，排沙便利。渦管排沙一般適用于渠底坡較陡的山區(qū)引水渠道，適宜排除粒徑大于0.5mm的粗沙和礫石。在我國(guó)陜西、新疆、甘肅等有十余處工程上應(yīng)用。例如，陜西省鎮(zhèn)安縣孫家砭水電站，設(shè)計(jì)流量8m3/s，裝機(jī)2×1.25MW，引水渠道全長(zhǎng)6.5km，底坡1/2000，矩形斷面底寬2.8m，水深2.4m。1990年3月，在渠道進(jìn)水口下游500m處安裝一直徑D400mm的排沙渦管，僅用25min便把原沉積在渦管上游段的20～30m3砂石全部排除，排出物中有粒徑裝一直徑D400mm的排沙渦管，僅用25min便把原沉積在渦管上游段的20～30m3砂石全部排除，排出物中有2)強(qiáng)螺旋流排沙漏斗也是利用螺旋流原理進(jìn)行排沙的有效方式，用水量為來(lái)流量7%左右。在新疆輪臺(tái)縣迪那河引水渠道上應(yīng)用，獲得排除推移質(zhì)泥沙的較好效果。5引水渠道縱坡及橫斷面設(shè)計(jì)5.0.1在渠線選定后應(yīng)進(jìn)行引水渠道的縱坡及橫斷面設(shè)計(jì)，以確定渠底縱坡和橫斷面尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮渠道沿線的地形、地質(zhì)條件，以及環(huán)境(如移民搬遷，占用耕地等)、施工(施工設(shè)備、條件、挖填平衡等)、運(yùn)行管理等要求，通過(guò)不同方案的水力計(jì)算和相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選用。5.0.2本條根據(jù)工程調(diào)查資料，給出了引水渠道縱坡的選用條件。由表2所示的工程中可知，中低水頭大流量引水渠道、自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道、清水渠道以及土渠，采用1/2000～1/12000的較緩縱坡；高水頭電站的引水渠道、水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范傍山渠道、多泥沙渠道等，采用1/500～1/2000的較陡縱坡。當(dāng)渠線較長(zhǎng)且受地形、地質(zhì)條件影響，需分段變坡時(shí)，坡度宜沿程增大，對(duì)多泥沙和輸冰運(yùn)行渠道這一點(diǎn)尤為重要，原因是可避免局部落淤或壅冰。5.0.3本條根據(jù)國(guó)內(nèi)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給出了不同情況下選擇渠道橫斷面型式的適宜條件。圖2為根據(jù)工程資 b 料點(diǎn)繪的寬深比h(即β)與邊坡系數(shù)m的關(guān)系。該圖表明，渠道斷面形狀矩形、梯形均有，以梯形居多；圖中的β0～m曲線反映水力最佳斷面的條件，雖有少數(shù)工程采用β≈β0的斷面型式，但多數(shù)采用窄深式斷面，這說(shuō)明渠道斷面b/h的選擇因涉及到地形、地質(zhì)、高邊坡問(wèn)題、施工條件、泥沙特征、使用條件、動(dòng)能經(jīng)濟(jì)等多方面的因素，通過(guò)計(jì)算分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，不一定選擇水力最佳斷面。圖2β~m關(guān)系曲線5.0.4～5.0.5這里給出了確定引水渠道流速的一些原則和規(guī)定。根據(jù)國(guó)內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)了對(duì)中型水電站工程和低水頭大流量的小型水電站引水渠道的設(shè)計(jì)流速合理取值的重要性，由于低水頭大流量情況下發(fā)電水頭對(duì)水電站出力的影響較大，因此直接關(guān)系到水頭損失的渠道流速，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。對(duì)小型水電站引水渠道的設(shè)計(jì)流速，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)給出了選用值的范圍。水電站引水渠道設(shè)計(jì)流速的大小，根據(jù)國(guó)內(nèi)94個(gè)工程的資料統(tǒng)計(jì)，流速小于1m/s的占20%，這些多為土渠；流速1m/s～2m/s的占60%，2m/s～2.5m/s的約占17%，流速大于2.5m/s的是個(gè)別的，這些均為襯砌渠道。據(jù)此，本規(guī)范給出了設(shè)計(jì)流速的選擇范圍。此外，從水力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，渠道流速大或者水流的弗勞德數(shù)(Fr=為平均流速，h為平均水深)偏大，例如達(dá)0.6左右，渠內(nèi)水流易產(chǎn)生波動(dòng)，且對(duì)側(cè)堰泄流不利。5.0.6據(jù)調(diào)查，我國(guó)已建水電站引水渠道絕大部分都用混凝土、漿砌石等材料進(jìn)行了襯砌。少數(shù)未襯砌或襯砌標(biāo)準(zhǔn)低的渠道，大都運(yùn)行效果不良。作為以發(fā)電為主的引水渠道，要求盡量減少滲漏損失，保證渠道行水的安全可靠，故本條指出應(yīng)選用耐久、防滲性能好的材料進(jìn)行襯砌，且應(yīng)貫徹因地制宜，就地取材的原則。5.0.8渠道超高是考慮運(yùn)行中不可預(yù)見(jiàn)的因素為工程安全提供儲(chǔ)備的綜