1、水 電 站,第四章 水電站引水建筑物,功用：集中落差，形成水頭，輸送水量到水輪機。也用作尾水渠，將發(fā)電以后的水排到下游河道。 類型: 無壓引水道：渠道(channel)、無壓隧洞(free flow tunnel)。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(pressure tunnel)。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、渠道的要求和類型,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

2、要采取攔污、防沙、排沙措施。 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 非自動調(diào)節(jié)渠道 渠頂大致平行渠底，渠道的深度沿途不變，在渠道末端的壓力前池中設(shè)溢流堰。 適用：引水道較長，對下游有供水要求。 溢流堰作用：限制渠末水位；保證向下游供水。 當(dāng)水電站引用流量Q =Qmax，壓力前池水位低于堰頂；QQmax, 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。,自動調(diào)節(jié)渠

3、道 渠道首部和尾部堤頂?shù)母叱袒鞠嗤?，并高出上游最高水位，渠道斷面向下游逐漸加大，渠末不設(shè)泄水建筑物。 適用：渠道不長，底坡較緩，上游水位變化不大的情況。 水電站引用流量Q = 0時，渠道水位是水平的，渠道不會發(fā)生漫流和棄水現(xiàn)象；QQmax時為雍水曲線。Q =Qmax為降水曲線。,渠道類型,3、渠道的線路選擇 渠線應(yīng)盡量短而直，以減小水頭損失，降低造價。需轉(zhuǎn)彎時，有襯砌渠道的轉(zhuǎn)彎半徑宜不小于渠道水面寬度的2.5倍，無襯砌的土渠宜不小于水面寬度的5倍。 應(yīng)選擇地質(zhì)條件較好的地段 渠線應(yīng)盡量提高，以獲得較大的落差。避免深挖高填。,二、渠道的水力計算,主要任務(wù)： 根據(jù)設(shè)計流量，選定斷面尺寸、糙率、縱

4、坡、和水深。 (1) 恒定流計算：確定底坡、橫斷面尺寸。 (2) 非恒定流計算 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。,渠道的橫斷面 與渠底中心線垂直的鉛垂平面與渠底及側(cè)壁的交線構(gòu)成明渠的橫斷面。 天然河道的橫斷面多為不規(guī)則形狀 人工渠道的橫斷面形狀比較規(guī)則，常見的有梯形、矩形、U型，圓形、馬蹄形等。 對梯形斷面 過水?dāng)嗝?濕周 水面寬度,明渠均勻流的計算公式,綜合反映斷面形狀、尺寸、 水深、糙率對過水能力的影響。 物理意義：水力坡度為1時

5、的流 量（當(dāng) i =1 時，Q = K）。 單位：（m3/s）,16,水力最佳斷面及允許流速,水力最佳斷面的一般條件,均勻流算公式,當(dāng)i、n、A = 給定 min R Rmax Q Qmax,渠道的允許流速是根據(jù)渠道所擔(dān)負的生產(chǎn)任務(wù)(如通航、水電站引水或灌溉)，渠槽表面材料的性質(zhì)，水流含沙量的多少及運行管理上的要求而確定的技術(shù)上可靠，經(jīng)濟上合理的流速。,（2）允許流速,保證渠道正常運行的允許流速上限和下限值,不淤流速v 渠道中懸沙淤積的臨界流速，取決于水流條 件和挾沙的特性以及水中含沙量大小，可根據(jù)經(jīng) 驗公式確定。,明渠均勻的水力計算步驟,（2）計算類型,一類是對已建成的渠道。根據(jù)生產(chǎn)運行要求

6、，進行某些必要的水力計算。如校核已成渠槽的輸水能力，即已知渠道的斷面形狀尺寸、水深、底坡、粗糙系數(shù)，求渠道能通過的流量；或者對某段渠道測定流量，計算粗糙系數(shù)。一般都可直接計算。 另一類是設(shè)計新渠槽。主要有下列情況：已知流量、斷面形狀尺寸、水深以及粗糙系數(shù)，要求確定渠道的底坡。已知流量、底坡、粗糙系數(shù)，要求確定渠道的斷面尺寸。一般要進行試算求解。,試算求解方法：,1）試算圖解法 以求正常水深為例來介紹試算法。 試算法的主要內(nèi)容是：假設(shè)若干個水深值，代入基本公式計算相應(yīng)的流量值。若所得的值與已知流量相等，則這個相應(yīng)的值即為所求，否則，繼續(xù)試算，直到算到與已知流量相等為止。 在實際試算過程中，為了減

7、少試算工作量，常常假設(shè)35個水深值，求出35個相應(yīng)的流量值，這些求出的流量值必須把已知流量值包含在中間。然后，繪出曲線，利用該曲線可確定出與已知流量相對應(yīng)的水深值，即在曲線上根據(jù)已知流量值對應(yīng)地查出值，該值即為所求。,2）查圖法 由于試算法工作量大，比較繁瑣。為了簡化計算，工程中已制成了許多圖，已備查用，見附圖、。 查圖法的優(yōu)點是不用內(nèi)插；缺點是查曲線圖費視力，同時，因圖幅小，圖中曲線的某些部分精度差甚至查不出。因此，為保證查圖結(jié)果的可靠，一般可將查圖結(jié)果再回代檢驗。 3）電算解法 電算解法具有速度快，精度高，應(yīng)用方便的優(yōu)點，在實際工作中正在逐步普及。電算解法根據(jù)其計算方法常用的有二分法、牛頓

8、法、迭代法。,例 一電站已建引水渠 為梯形斷面， m =1.5， 底寬b=35m，n = 0.03， i =1/6500，渠底到堤頂 高程差為3.2m，電站引水流量 Q = 67m3/s。因工業(yè)發(fā) 展需要，要求渠道供給工業(yè)用水。試計算超高0.5m條 件下，除電站引用流量外, 還能供給工業(yè)用水若干？,b,3.2,超高,m =1.5,29,30,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。,二、發(fā)電隧洞路線選擇 綜合考慮進水口、調(diào)壓室、壓力管道以及廠房的位置，在認真勘測的基礎(chǔ)上擬

9、定不同的方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 三、隧洞布置的總原則 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,四、隧洞的設(shè)計,1、發(fā)電隧洞水力計算,恒定流計算：研究隧洞斷面、引用流量及水頭損失之間的關(guān)系，以便確定隧洞尺寸。與渠道計算相同 非恒定流計算： 1) 求隧洞沿線最大內(nèi)水壓力，以確定襯砌設(shè)計水頭； 2) 求隧洞沿線最小內(nèi)水壓力線，洞頂各點高程應(yīng)在最低壓坡線之下，并有1.52.0m壓力余幅，保證洞內(nèi)不出現(xiàn)負壓。 有壓隧洞要避免出現(xiàn)無壓/有壓的工作狀態(tài)； 無壓隧洞工作條件與渠道相似，水力計

10、算內(nèi)容也相同。,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)濟比較法和經(jīng)濟流速法。原理與渠道相同。,隧洞照片,第三節(jié) 壓力前池與日調(diào)節(jié)池,一、壓力前池,壓力前池設(shè)置在引水渠道或無壓隧洞的末端，是水電站引水建筑物與壓力管道的連接建筑物。 1、作用： (1) 平穩(wěn)水壓、平衡水量。 (2) 均勻分配流量。 (3) 渲泄多余水量。 (4) 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。 (

11、5) 攔冰和排冰設(shè)備。,壓力前池組成建筑物,壓力前池組成建筑物,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(0.51.0)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(dāng)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(dǎo)流墻。,分流墩與導(dǎo)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

12、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 應(yīng)結(jié)合整個引水系統(tǒng)及廠房布置進行全面和綜合考慮。 前池整體布置時，應(yīng)使水流平順，水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。 前池應(yīng)盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度。 前池應(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,當(dāng)引水渠