第七章 进水口

《水电站》2014年6月第七章水电站引水建筑物功用：(1)集中落差，形成水头(2)输送水量(3)也用作尾水渠，将发电以后的水排到下游河道。第一节功用及要求要求（1）要有足够的输水能力。。（2）水质符合要求。在压力前池处采取防沙、防污和防冰措施（3）水头损失小。线路、坡度、断面、糙率（4）满足水工建筑物的要求。运行安全可靠：渗漏、冲淤、安全超高、边坡稳定，造价经济合理。施工方便。类型无压引水道：渠道(channel)、无压隧洞(freeflowtunnel)。具有自由水面，引水道承受的水压力不大。适用于无压引水电站。有压引水道：有压隧洞(pressuretunnel)。洞中水流为压力流，隧洞承受内水压力很大。适用有压引水电站第一节渠道水电站的引水渠道称为动力渠道(为适应负荷变化，Q、H在不断变化——非恒定流)一、渠道的类型1、要求：有足够的输水能力。按水电站的Qmax设计。水质要符合要求。渠道进口、沿线及渠道末端都要采取拦污、防沙、排沙措施。水头损失小运行安全可靠防冲、防淤：渠道内水流速度：V淤<V设<V冲；对渠道加设护面，可减小糙率、防渗、防冲、防草、维护边坡稳定，保证电站出力；防草：维持渠道水深大于1.5m及流速大于0.6m/s；防凌：尤其是北方地区。结构经济合理，便于施工及运行2、类型（1）非自动调节渠道渠顶大致平行渠底，末端压力前池中设溢流堰。溢流堰作用：限制渠末水位；流量与水位：当引用流量Q=Qmax，前池水位低于堰顶；Q<Qmax,水位超过堰顶,开始溢流；Q=0时，通过渠道的全部流量泄向下游。QQmax自动调节渠道渠道首尾堤顶高程基本相同，渠末不设溢流堰。流量与水位：Q=Qmax为均匀流曲线；Q<Qmax时为雍水曲线；引用流量Q=0时，渠道水位水平，不漫流和不弃水；。渠道类型为什么称为自动调节和非自动调节渠道？调节什么？渠道类型适用条件？适用：引水道较长，对下游有供水要求。适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大，下游无供水要求

二、线路选择尽量短而直转弯半径不宜过小。地质条件较好，避免深挖高填。渠线应尽量提高，以获得较大的落差。不宜采用渠道的情况

山坡不稳定山坡过陡有可能雪崩气候严寒三、渠道的水力计算目的：选择合理的渠道断面，不同运行情况时的渠道水位变化、水头损失和流速(1)恒定流计算：水力学

①正常水深与相应流量之间的关系曲线

②临界水深与相应流量之间的关系曲线③渠末水深与相应流量之间的关系曲线④渠末不同水深与溢流流量之间的关系曲线(2)非恒定流计算内容：计算电站丢弃负荷时渠道涌浪(最高水位),确定堤顶高程计算电站增加负荷时渠道涌波(最低水位)，确定压力管道进口高程。水电站按日负荷图工作时，渠道中水位及流速变化过程，以研究水电站的工作情况。连续方程运动方程

方法有限差分法、特征线法等数值分析方法（1）断面型式：梯形、矩形。四、渠道的断面尺寸图7-3各方案动能经济计算示意图

动能经济计算电力系统计算支出最小法

F(D)↑→Ch↑→hw↓→E↑→△E↓→Ct↓

F(D)↓→Ch↓→hw↑→E↓→△E↑→Ct↑

制定多方案，进行比较Ch+Ct=Cmin→Fe(D)经济断面。相应的流速：经济流速(2)断面尺寸：经济断面-----电力系统最经济初估断面时：可由经济流速估算。

Fe=Qmax/Ve渠道：1.5~2.0m/s；

有压隧洞：3～5m/s；压力管道：5~7m/s。渠道纵坡

中低水头大流量引水渠道、自动调节渠道：1/2000～1/12000较缓纵坡；高水头电站的引水渠道、傍山渠道、多泥沙渠道：1/500～1/2000的较陡纵坡。渠线较长，受地形、地质条件影响，需分段变坡时，坡度宜沿程增大。第二节隧洞一、发电隧洞类型从功用上划分：分为引水隧洞和尾水隧洞；从工作条件划分：分为有压隧洞和无压隧洞。发电引水隧洞多数是有压的，尾水隧洞则以无压洞居多。栖鹤无压引水式(a)(b)太平哨有压引水鲁布革二隧洞的特点

与渠道相比:线路短适应较大水位和流量变幅（有压隧洞）可利用围岩抗力承担部分内水压力不受气候影响地质条件、施工技术要求高、造价高、工期长二、发电隧洞路线选择

1.综合考虑进水口、调压室、压力管道、厂房位置，2.拟定不同方案，进行技术经济比较后确定。总原则：洞线短、弯道少，沿线的工程地质、水文地质条件要好，并便于布置施工平洞。(1)地形条件好 (2)地质条件好(3)施工条件好 (4)水力条件好三、隧洞的设计水力计算1断面尺寸2衬砌设计3水工隧洞的构造41、发电隧洞水力计算恒定流计算：确定隧洞尺寸。非恒定流计算：有压隧洞；1)沿线最大内水压力，以确定衬砌设计水头；2)沿线最小内水压力线，洞顶各点高程应在最低压坡线之下，并有1.5～2.0m压力余幅，保证洞内不出现负压。；避免出现无压、有压交替的工作状态图7-7隧洞断面型式(a)圆形；(b)城门洞形；(c)马蹄形；(d)高拱形2、发电隧洞的断面尺寸1．断面型式有压隧洞：圆形断面。无压隧洞：城门洞形—地质条件良好时；

马蹄形—洞顶和两侧围岩不稳时；

高拱形—洞顶岩石很不稳定时采用。2．断面尺寸：动能经济比较法、经济流速法。有压隧洞：3～5m/s

左右；3.纵坡;无压隧洞参照引水渠道有压隧洞纵坡取决于施工运输及排水要求，一般为0.1%～1.0%。(过水能力仅取决于洞长的水头损失，与纵坡无关）隧洞照片第三节压力前池与日调节池第三节压力前池与日调节池压力管道进水口压力前池厂房一、压力前池位置：引水渠道或无压隧洞的末端。作用：(1)满足压力管道进水口布置要求(2)平稳水压、平衡水量。(3)均匀分配并控制流量。(4)渲泄多余水量。（5）拦阻污物和泥沙。2、组成：(1)前室(池身及扩散段)。(2)进水室及其设备(3)泄水建筑物。(4)放水和冲沙设备。(5)拦冰和排冰设备。前室(池身及扩散段)。其作用是将渠道断面扩大并过渡到进水室所需的宽度和深度，减缓流速，便于沉沙，并形成一定容积。前室末端底板高程应比进水室底板高程低(0.5～1.0)m，形成拦沙槛。为了缩短前室渐变段长度，可在前室首部中间设分流墩。当渠道轴线与压力管道轴线不一致时，可用平缓的连接曲线和加设导流墙。分流墩与导流墙进水室及其设备通常指压力管道进水口部分，常采用压力墙式进水口。进水口处应设闸门及控制设备、拦污栅、通气孔等设施。其布置与有压进水口相似。泄水建筑物渲泄多余水量，防止前池水位漫过堤顶，并保证向下游供水。泄水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能设施。溢流堰应紧靠前池布置，形式为正堰或侧堰。堰顶一般不设闸门，水位超过堰顶时自动溢流。

放水和冲沙设备。从引水渠道带入的泥沙将在前池底部沉积，需在前池的最低处设置冲沙道，并在其末端设有控制闸门，以便定期将泥沙排至下游。冲沙道可布置在前室的一侧或在进水室底板下设冲沙廊道。尺寸一般不小于1m2

。拦冰和排冰设备。排冰道只在北方严寒地区才设置，排冰道的底板应在前池正常水位以下，并用叠梁门进行控制。3、压力前池的布置------综合考虑应使水流平顺，水头损失最少。应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度。应建在天然地基的挖方中。注：选择位置时应特别注意地基稳定与渗漏条件。二、日调节池作用：对担