水電站水工知識(shí)要點(diǎn)與答案解析_全面掌握水電站水工技術(shù)要點(diǎn)，助力電站高效運(yùn)行引言水電站作為清潔能源的重要生產(chǎn)基地，其安全、高效運(yùn)行對(duì)于保障能源供應(yīng)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有至關(guān)重要的意義。而水工技術(shù)作為水電站建設(shè)和運(yùn)行的核心支撐，涵蓋了眾多復(fù)雜的知識(shí)領(lǐng)域。全面掌握水電站水工技術(shù)要點(diǎn)，不僅能夠確保水電站水工建筑物的安全穩(wěn)定，還能提高發(fā)電效率，降低運(yùn)行成本。本文將深入剖析水電站水工知識(shí)的關(guān)鍵要點(diǎn)，并進(jìn)行詳細(xì)的答案解析，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供有益的參考。水電站水工建筑物概述擋水建筑物擋水建筑物是水電站的核心水工建筑物之一，其主要作用是攔截河流，形成水庫，抬高水位，以集中水頭。常見的擋水建筑物有重力壩、拱壩和土石壩。-重力壩：依靠自身重力來維持穩(wěn)定，抵抗水的推力。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是工程量大，水泥用量多。例如三峽大壩就是典型的重力壩，它壩高185米，壩長(zhǎng)2335米，總裝機(jī)容量2250萬千瓦。在設(shè)計(jì)重力壩時(shí)，需要考慮壩體的抗滑穩(wěn)定、應(yīng)力分布等因素。答案解析：抗滑穩(wěn)定是重力壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通過計(jì)算壩體與地基之間的摩擦力以及壩體自身的重力來確保壩體不會(huì)因水的推力而滑動(dòng)。應(yīng)力分布則要保證壩體在各種荷載作用下不會(huì)出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力，以免壩體開裂。-拱壩：是一種空間殼體結(jié)構(gòu)，通過拱的作用將水壓力傳遞到兩岸巖體。拱壩的優(yōu)點(diǎn)是工程量小，超載能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是對(duì)地形和地質(zhì)條件要求高。例如二灘水電站拱壩，壩高240米，是中國(guó)在20世紀(jì)建成投產(chǎn)的最高拱壩。在設(shè)計(jì)拱壩時(shí)，需要精確分析拱壩的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況。答案解析：由于拱壩的受力特點(diǎn)，其應(yīng)力分析較為復(fù)雜，需要考慮拱和梁的共同作用。變形分析則要確保拱壩在水壓力、溫度變化等因素作用下的變形在允許范圍內(nèi)，以保證壩體的安全。-土石壩：由土料、石料或混合料填筑而成，是歷史最為悠久的一種壩型。土石壩的優(yōu)點(diǎn)是就地取材，造價(jià)低，對(duì)地質(zhì)條件要求相對(duì)較低；缺點(diǎn)是壩體透水性較大，需要設(shè)置防滲設(shè)施。例如小浪底水利樞紐的大壩就是土石壩，壩高154米。在設(shè)計(jì)土石壩時(shí)，防滲設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。答案解析：土石壩的防滲設(shè)計(jì)通常采用心墻、斜墻等防滲體，以及壩基的防滲處理措施，如帷幕灌漿等，以減少壩體和壩基的滲漏，保證壩體的穩(wěn)定。泄水建筑物泄水建筑物的作用是宣泄水庫多余的水量，保證水庫水位不超過設(shè)計(jì)水位，確保大壩安全。常見的泄水建筑物有溢流壩、泄水孔和溢洪道。-溢流壩：既可以擋水，又可以泄水。溢流壩的溢流面形狀對(duì)泄流能力和水流流態(tài)有重要影響。例如新安江水電站的溢流壩，采用了曲線型溢流面，提高了泄流效率。在設(shè)計(jì)溢流壩時(shí)，需要確定合適的溢流堰頂高程和溢流孔口尺寸。答案解析：溢流堰頂高程的確定要綜合考慮水庫的防洪要求、發(fā)電要求等因素。溢流孔口尺寸則要根據(jù)設(shè)計(jì)洪水流量和泄流能力來計(jì)算，以保證在洪水來臨時(shí)能夠及時(shí)宣泄多余水量。-泄水孔：一般設(shè)置在壩體內(nèi)部，用于放空水庫、排放泥沙或在低水位時(shí)泄水。泄水孔的工作條件較為復(fù)雜，需要考慮水流的空化、磨損等問題。例如丹江口水利樞紐的泄水孔，采用了抗空蝕材料和合理的孔口體型設(shè)計(jì)，減少了空化和磨損的影響。答案解析：空化是指水流在高速流動(dòng)過程中，局部壓力低于飽和蒸汽壓時(shí)產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，氣泡潰滅會(huì)對(duì)孔壁造成破壞。磨損則是由于水流中攜帶的泥沙等顆粒對(duì)孔壁的沖刷作用。通過優(yōu)化孔口體型和采用抗空蝕材料可以有效解決這些問題。-溢洪道：通常布置在河岸或壩肩處，是一種獨(dú)立的泄水建筑物。溢洪道的類型有正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道等。例如豐滿水電站的溢洪道為正槽溢洪道。在設(shè)計(jì)溢洪道時(shí)，需要進(jìn)行水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。答案解析：水力計(jì)算主要是確定溢洪道的泄流能力、水面線等參數(shù)，以保證溢洪道在各種工況下都能安全泄流。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則要保證溢洪道的邊墻、底板等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受水流的沖擊力和自身的重力。引水建筑物引水建筑物的作用是將水庫中的水引向水輪機(jī)，以實(shí)現(xiàn)水能向電能的轉(zhuǎn)換。常見的引水建筑物有渠道、隧洞和壓力管道。-渠道：是一種較為簡(jiǎn)單的引水方式，適用于地形較為平坦的地區(qū)。渠道的設(shè)計(jì)需要考慮渠道的糙率、比降等因素，以保證水流的穩(wěn)定和輸水效率。例如南水北調(diào)工程中的部分渠道就是采用明渠引水。答案解析：渠道糙率反映了渠道壁面的粗糙程度，糙率越大，水流的阻力就越大，輸水效率就越低。比降則是渠道底面的坡度，合理的比降可以保證水流的流速和流量符合設(shè)計(jì)要求。-隧洞：當(dāng)遇到山體等障礙物時(shí)，常采用隧洞引水。隧洞的設(shè)計(jì)需要考慮圍巖的穩(wěn)定性、襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等問題。例如錦屏二級(jí)水電站的引水隧洞，洞長(zhǎng)超過16公里。答案解析：圍巖穩(wěn)定性分析是隧洞設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、地應(yīng)力等因素，采用合適的支護(hù)方式，如錨桿、噴混凝土等，以保證隧洞在施工和運(yùn)行過程中的安全。襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則要根據(jù)隧洞的受力情況和使用要求，選擇合適的襯砌材料和厚度。-壓力管道：用于將水以較高的壓力輸送到水輪機(jī)。壓力管道的設(shè)計(jì)需要考慮管道的強(qiáng)度、水錘效應(yīng)等問題。例如三峽水電站的壓力管道，管徑達(dá)12.4米。答案解析：管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)要保證管道在水壓力作用下不會(huì)發(fā)生破裂或變形。水錘效應(yīng)是指當(dāng)管道內(nèi)的水流突然改變流速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力波動(dòng)，可能對(duì)管道造成破壞。通過設(shè)置調(diào)壓室等措施可以減小水錘效應(yīng)的影響。水電站廠房水電站廠房是安裝水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的場(chǎng)所，也是運(yùn)行人員進(jìn)行操作和管理的地方。水電站廠房可分為地面廠房、地下廠房和壩后廠房等類型。-地面廠房：建在地面上，施工方便，便于設(shè)備的安裝和維護(hù)。例如葛洲壩水電站的廠房就是地面廠房。在設(shè)計(jì)地面廠房時(shí)，需要考慮廠房的布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)備布置和運(yùn)行管理的要求。答案解析：廠房布局要合理安排水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器等設(shè)備的位置，便于設(shè)備的安裝、檢修和操作。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則要保證廠房能夠承受設(shè)備的重量、地震力等荷載，確保廠房的安全。-地下廠房：建在地下巖體中，具有不占地面空間、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。例如溪洛渡水電站采用了地下廠房。地下廠房的設(shè)計(jì)需要考慮圍巖的穩(wěn)定性和通風(fēng)、防潮等問題。答案解析：圍巖穩(wěn)定性分析和支護(hù)設(shè)計(jì)與地下隧洞類似，要保證廠房在施工和運(yùn)行過程中不會(huì)因圍巖失穩(wěn)而發(fā)生事故。通風(fēng)和防潮設(shè)計(jì)則要確保廠房?jī)?nèi)有良好的空氣質(zhì)量和適宜的濕度，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和人員的健康。-壩后廠房：布置在大壩下游壩腳處，與大壩緊密相連。壩后廠房的優(yōu)點(diǎn)是可以利用壩體的部分結(jié)構(gòu)作為廠房的基礎(chǔ)，減少工程量。例如三門峽水電站的廠房就是壩后廠房。在設(shè)計(jì)壩后廠房時(shí)，需要考慮壩體與廠房之間的相互作用。答案解析：壩體與廠房之間的相互作用主要包括地震力、溫度變化等因素引起的變形協(xié)調(diào)問題。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和連接方式，確保壩體和廠房在各種工況下的安全和穩(wěn)定。水電站水工建筑物的運(yùn)行管理與維護(hù)安全監(jiān)測(cè)安全監(jiān)測(cè)是保證水電站水工建筑物安全運(yùn)行的重要手段。通過對(duì)水工建筑物的變形、應(yīng)力、滲流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑物的異常情況，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。-變形監(jiān)測(cè)：包括水平位移監(jiān)測(cè)和垂直位移監(jiān)測(cè)。常用的監(jiān)測(cè)方法有視準(zhǔn)線法、水準(zhǔn)測(cè)量法等。例如三峽大壩的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用了多種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)大壩的變形情況。答案解析：變形監(jiān)測(cè)的目的是掌握水工建筑物在各種荷載作用下的變形規(guī)律，判斷建筑物的穩(wěn)定性。如果變形值超過了允許范圍，可能意味著建筑物存在安全隱患，需要進(jìn)一步分析原因并采取加固等措施。-應(yīng)力監(jiān)測(cè)：通過在水工建筑物內(nèi)部埋設(shè)應(yīng)力計(jì)等儀器，測(cè)量建筑物的應(yīng)力變化。應(yīng)力監(jiān)測(cè)可以了解建筑物的受力狀態(tài)，評(píng)估建筑物的安全性能。例如在拱壩中，應(yīng)力監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)拱和梁的應(yīng)力分布情況。答案解析：應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。如果監(jiān)測(cè)到的應(yīng)力值異常，可能是由于建筑物的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化或受到了意外荷載的作用，需要及時(shí)進(jìn)行處理。-滲流監(jiān)測(cè)：主要監(jiān)測(cè)水工建筑物的滲流量、滲透壓力等參數(shù)。滲流監(jiān)測(cè)可以判斷建筑物的防滲效果，發(fā)現(xiàn)滲漏隱患。例如在土石壩中，滲流監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)壩體和壩基的滲漏情況。答案解析：滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以反映防滲設(shè)施的工作狀態(tài)。如果滲流量突然增大或滲透壓力異常，可能是防滲設(shè)施出現(xiàn)了損壞，需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，以防止?jié)B漏進(jìn)一步擴(kuò)大，影響壩體的穩(wěn)定。維護(hù)與加固定期對(duì)水工建筑物進(jìn)行維護(hù)和加固是保證其長(zhǎng)期安全運(yùn)行的重要措施。-混凝土建筑物的維護(hù)與加固：對(duì)于混凝土壩、溢洪道等混凝土建筑物，常見的病害有裂縫、碳化等。對(duì)于裂縫，可以采用灌漿、表面修補(bǔ)等方法進(jìn)行處理；對(duì)于碳化，可以采用涂刷防護(hù)涂料等方法進(jìn)行防護(hù)。例如在一些老混凝土壩中，通過對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿處理，提高了壩體的整體性和抗?jié)B性。答案解析：裂縫會(huì)降低混凝土建筑物的強(qiáng)度和抗?jié)B性，影響其安全性能。灌漿處理可以填充裂縫，恢復(fù)混凝土的整體性。碳化會(huì)使混凝土的堿性降低，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，涂刷防護(hù)涂料可以阻止二氧化碳等氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)部，延緩碳化過程。-土石壩的維護(hù)與加固：土石壩的常見病害有壩體滑坡、滲漏等。對(duì)于壩體滑坡，可以采用減載、反壓等方法進(jìn)行處理；對(duì)于滲漏，可以采用防滲加固等措施。例如在一些土石壩中，通過在壩體上游面鋪設(shè)土工膜等防滲材料，減少了壩體的滲漏。答案解析：壩體滑坡會(huì)嚴(yán)重威脅土石壩的安全，減載和反壓可以改善壩體的受力狀態(tài)，增加壩體的穩(wěn)定性。防滲加固措施可以提高土石壩的防滲性能，防止?jié)B漏對(duì)壩體造成破壞。-金屬結(jié)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)：水電站的金屬結(jié)構(gòu)包括閘門、壓力管道等，需要定期進(jìn)行防腐、潤(rùn)滑等維護(hù)保養(yǎng)工作。例如對(duì)閘門的門葉進(jìn)行防腐涂裝，對(duì)啟閉機(jī)的軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。答案解析：金屬結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)受到水的侵蝕、磨損等作用，防腐可以延長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，潤(rùn)滑可以保證金屬結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，減少設(shè)備的故障和損壞。結(jié)論水電站水工技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜而龐大的知識(shí)體系，涵蓋了擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、水電站廠房等多個(gè)方面的知識(shí)要點(diǎn)。