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2020 2 2 1 水工基础知识 2020 2 2 2 绪论 水是生命的源泉 是生态环境中最活跃的 影响最广泛的因素 水作为一种资源 主要表现在水量 水质 水能三个方面 水能资源包括河流水能 潮汐水能 波浪能和海洋热能资源 狭义的水能资源指河流水能资源 在一定技术 经济条件下 水能资源的一部分可以开发利用 2020 2 2 3 绪论 按资源开发可能性的程度 水能资源分3级统计 即 理论蕴藏量 技术可开发资源和经济可开发资源全国的水能理论蕴藏量总计6 76 108KW居世界第一位 其中便于开发的为 3 78 108KW 年发电量可达1 9 1012KW 2020 2 2 4 水能利用的原理 水能公式 N 9 81QH N 水电站出力 W H 水头 m Q 流量 m3 S 水轮发电机的效率系数 2020 2 2 5 水位 1 水位的定义江 河 湖 海 水库等水体的自由水面高出某一固定基面的高程 单位 m 基面通用的有绝对基面 标准基面 与测站基面 我国规定以黄海的多年平均海平面作为统一的高程零点基面 G 2020 2 2 6 水位 2 水位观测的目的1 直接应用于防汛 航运 给水 灌溉 水工等建筑物的设计 2 间接推径流量 3 水位观测的设备水尺 自记水位计 4 水位资料的整理 绘制水位过程线 2020 2 2 7 流量 1 流量的定义某时刻单位时间内 河流流过某断面的水的体积 叫流量 Q 单位m3 s 2 流量的测量3 水位与流量的关系 水位流量关系曲线 G Q 2020 2 2 8 水能开发方式 为了展现河川水能资源蕴藏的情况 以便合理规划与确定方案 通常需要计算和绘制水能资源蕴藏 由水能公式可知 水电站的出力和电能 主要决定于流量Q和落差H 所谓水能的开发方式就指集中落差和引取流量的方式 由于河道自然条件的差异 水电站的开发方式 按集中落差和引取流量的方式不同 主要分为 坝式 引水式和混合式三类 2020 2 2 9 河流 一 河流的形成和演变河流是流水浸蚀和地质构造作用的产物 水流具有挟砂能力 流速愈大 挟沙力愈大 河道的演变是无止境的 河流的变形甚至改道影响河流的开发利用 二 山区河流与平原河流的特点山区河流地势高峻 地形复杂 岸形不规则 宽度变化大 水流急 多险滩瀑布 洪水猛涨猛落 河谷断面多为U或V字形 河床由岩石组成 水流的切削作用进行缓慢 河道稳定 2020 2 2 10 河流 三 河流泥沙河流泥沙系指组成河床 滩地的泥沙及随水流运动的固体颗粒 影响河流泥沙的因素很多 主要是 气候因素 流域气温 降水 风力 温度等因素对岩石及土壤的风化侵蚀作用有直接影响 下垫面因素 主要指流域自然地理特征 如土壤 地质 地形 植被等特征 人类经济活动的影响 天然河流挟带的泥沙 给水利工程的规划设计 运行调度带来许多困难及危害 下面介绍一下 2020 2 2 11 河流泥沙对水利建设的影响 泥沙在水库 渠道及闸首的淤积 泥沙在河道及水库淤积 使河槽容蓄量减小 行洪能力减弱 洪水易成灾害 泥沙对水轮机叶片产生磨损 泥沙使通航河流港口发生淤塞 使河槽中的深槽与浅滩冲淤变化 造成航线游弋不定 影响航运 泥沙淤积增加水利工程管理调度难度 对工农业生产及居民饮水的直接影响 2020 2 2 12 解决河流泥沙问题的对策 1 开展水土保持工作 控制水土流失 2 增加库容拦沙 延长水库寿命 汛期降低水位运行 排沙放淤 利用洪水期定期泄空水库冲沙以恢复库容 机械清淤 2020 2 2 13 洪水 洪水是江河经常发生的水文现象 由暴雨形成的洪水称为雨洪 由融雪形成的洪水称为春汛 洪峰流量 洪水总量 洪水过程线是表示洪水特性的三个基本变量 称为洪水三要素 简称 峰 量 型 设计洪水 设计水利水电工程所依据的各种标准洪水的总称 2020 2 2 14 水库 1 水库分类 A 日调节 只能对当日的天然来水量进行重新分配 可以承担负荷变化 B 周调节 只能对一周内的天然来水量进行重新分配 可以承担负荷变化 C 年调节 汛期将多余水量蓄在水库内 供枯水期使用 调节周期为一年 D 多年调节 把丰水年多余水量拦蓄在水库内 2020 2 2 15 水库 2 水库地形特性1 水库面积曲线 Z F曲线 是研究水库库容 淹没范围和计算蒸发损失的依据 2 水库水位与库容曲线 Z V曲线 2020 2 2 16 水库 3 水库的特征水位和库容 水库的水面高程称为库水位 库水位以下的蓄水体积称为库容 水库的总库容可分为死库容 兴利库容和防洪库容三部分 由各种库水位划分 2020 2 2 17 水库 3 1 死水位和死库容死水位是水库在正常运用情况下允许消落的最低水位 该水位以下的库容就是死库容 这部分库容的水量一般是不使用的 3 2 正常蓄水位与兴利库容 正常蓄水位是最高的兴利水位 该水位在正常来水和用水条件下 能够保持基本不变 也 2020 2 2 18 水库 称设计蓄水位 为充分利用水库库容 正常蓄水位一般都较高 所以又被称为正常高水位 多年调节水库在蓄水若干年后才能达到正常蓄水位 并可持续一段时间 年调节水库应在当年洪水期未达到正常蓄水位 一直持续到枯水期开始为止 正常蓄水位与死水位之间的库容就是调节库容 兴利库容 当上游来流量加大时 这部分库容可以用来蓄水备用 当发电 灌溉用水 2020 2 2 19 水库 增加时 该库容所蓄积的水量又可以补充上游来水量的不足 起到调节水量的作用3 3 防洪特征水位与防洪库容3 3 1 汛期限制水位是指水库在汛期允许蓄水的上限水位 3 3 2 设计洪水位是指水库设计洪水时达到的最高水位 2020 2 2 20 水库 3 3 3 校核洪水位是水库遇到校核洪水时达到的最高水位 3 3 4 防洪高水位和防洪库容当下游有防洪要求时 下游防护对象的设计洪水经水库调节后所达到的最高水位称为防洪高水位 该水位与防洪限制水位之间的库容称为防洪库容 2020 2 2 21 库容 3 4调洪库容是指防洪限制水位和校核洪水位之间的水库库容 它是在遇到特大洪水时起防洪作用的调节库容 3 5总库容是校核洪水位以下的库容 2020 2 2 22 水库的调度 水库调度工作是调节河川径流 保证水库安全 提高兴利用水 充分发挥水库综合利用效益的关键环节 1 防洪调度计划 防洪调度的主要任务是确保水库大坝安全和处理防洪与兴利的矛盾2 兴利调度计划 2020 2 2 23 考虑河流生态保护完善水库调度方式 现行调度方式存在的主要问题 一是大多数的水库调度方案没有考虑坝下游生态保护和库区水环境保护的要求 二是消落带利用而污染水库水质水华 现象的发生 三是缺乏对水资源的统一调度与管理 2020 2 2 24 考虑河流生态保护完善水库调度方式 一 充分考虑下游水生态及库区水环境保护 二 充分考虑水生生物及鱼类资源保护 三 充分考虑泥沙调控问题 四 充分考虑湿地保护需要 2020 2 2 25 水工建筑物的分类 水工建筑物种类繁多 按其作用 可以分为以下几类 一般性建筑物与专门建筑物 一 一般性建筑物 不仅为某一水利事业部门服务的水工建筑物 1 挡水建筑物 用以拦截水流 抬高水位或形成水库 如各种闸 坝以及为抗卸洪水或挡潮沿江河海岸修建的提防等 2 泄水建筑物 用以宣泄多余水量 泥沙和冰凌或人防 检修而放空水库 渠道等以保证坝和其它建筑物的安全 如溢流坝 2020 2 2 26 水工建筑物的分类 溢洪道 泄洪洞等 3 取水建筑物 用以自水库和河流取水以供灌溉 发电 给水的需要 如进水闸 抽水站 4 输水建筑物 为灌溉 发电和供水的需要 从上游向下游输水用的建筑物 如引水隧洞 引水函管 渠道 渡槽等 5 整治建筑物 用以改善河流的水流条件 调整水流对河床及河岸的作用以及为防护水库 湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷 如导流堤 护底和护岸等 2020 2 2 27 水工建筑物的分类 二 专门性水工建筑物 1 水电站建筑物如水电站的压力管道 压力前池 调压井和电站厂房等 2 灌溉建筑物如灌溉渠道上的节制闸 分水闸和倒吸虹等 3 水运建筑物保证河流通航及浮运木材而修建的建筑物 如船闸 升船机 筏道等 4 给水 排水建筑物如自来水厂的 2020 2 2 28 水工建筑物的分类 抽水站 滤水池和水塔 以及排除污水的下水道等 5 渔业建筑物为了使河流中的鱼类通过闸坝而修建的鱼道 升鱼机等 水工建筑物按使用时间长短分为永久性建筑物和临时建筑物两类 2020 2 2 29 水工建筑物的分类 永久性建筑物系指枢纽工程运行期间使用的建筑物 根据其重要性分为 主要建筑物系指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物 如 坝 泄洪建筑物 输水建筑物及电站厂房 次要建筑物系指失事后不致于造成下游灾害或对工程效益影响不大 易于恢复的建筑物 例如 失事后不影响主要建筑物和设备运行的挡土墙 导流墙 工作桥及护岸等 临时建筑物系指枢纽工程施工期间使用的建筑物 如 导流建筑物 2020 2 2 30 水利水电工程的分等和水工建筑物的分级 1 工程等别 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 本标准自2000年8月1日起实施 2 1 1水利水电工程的等别 应根据其工程规模 效益及在国民经济中的重要性 按表2 1 1确定 2020 2 2 31 水利水电工程分等指标 2020 2 2 32 拦河水闸工程的等别 拦河水闸工程分等指标 2020 2 2 33 水工建筑物级别 2020 2 2 34 水电站的基本布置形式及其组成建筑物 与水能开发方式有着密切联系 主要介绍四种水电站的布置形式 1 坝后式水电站2 河床式水电站3 无压引水式水电站4 有压引水式水电站 2020 2 2 35 坝式水电站 在河流峡谷处筑坝 抬高水位 形成集中落差 这种水能开发方式称为坝式开发 用坝来集中落差获得水头的水电站 称为坝式水电站 如 三峡 紫坪铺 宝珠寺等 坝式水电站按坝与厂房的相对位置分为 1 河床式水电站电站厂房与坝一起修建在河床中 承受上游水压力 起挡水作用 成为挡水建筑物的一部分 通常是低水头大流量水电站 如 三台明台电站 2 坝后式水电站电站厂房在坝的下游 上游水压力由坝承担 这种 2020 2 2 36 坝式水电站 电站水头一般都较高 一般在河流的中上游 由于坝高 不仅有较大的水头 而且在坝的上游形成可以调节径流的水库 能发挥综合效益 对水电站的运行也相当有利 3 坝内式水电站电站厂房设在坝体内部的空腹内 2020 2 2 37 引水式电站 河道上游河段的坡度较陡 修筑低坝 由坡度平缓的引水建筑物引取流量和集中落差的方式 称为引水式水电站 如果用明渠或无压隧洞引水集中落差 称为无压引水式水电站 如果用的压隧洞或管道引水集中落差 称为有压引水式水电站 引水式水电站一般库容不大 流量较小 水头较高 山区一些中小型电站多用这种开发方式 如 映 渔 耿水电站 2020 2 2 38 引水式水电站的组成建筑物 首部枢纽拦河闸 冲沙闸 进水口 泄水建筑物 有时设有沉沙池 引水建筑物明渠或无 有 压洞 其前端与进水口相接 厂区枢纽压力前池 调压室 泄水道 压力水管 电站厂房 尾水渠及变电配电建筑物 2020 2 2 39 取水枢纽工程 为了从水源引取符合一定要求的水流 以满足灌溉 发电 城市工业和生活用水部门的需要 在渠首兴建的取水建筑物的综合体 称为取水枢纽工程 取水枢纽有两大类 一是自流取水 一是机械抽水 自流取水有以下三种 1 无坝取水枢纽 当河道枯水期水位流量能满足发电引水要求时 不必在河床上修建拦河建筑物 只需在适宜的地点修建必要的建筑物引水 这种枢纽不能控制河道水位流量 枯期的引水可靠性差 无坝取水枢纽的布置 A 位于弯道凹岸取水枢纽的布置利用河流弯道环流原理 取水口建在河流的弯道凹 2020 2 2 40 取水枢纽工程 岸引取表层较清水流 主要由拦沙坎 引水渠 进水闸和沉沙设施组成 拦沙坎用来加强环流作用 使底部泥沙顺利冲走 引水渠的作用是引导水流平顺地进入闸孔 进水闸起着控制和调节流量的作用 沉沙池用来沉淀悬移质中的粗颗粒泥沙 B导流堤式无坝取水枢纽布置在山区河道或在不稳定河道上取水时 常采用设有导流堤的取水枢纽 如 都江堰水利工程 2020 2 2 41 取水枢纽工程 2 有坝取水枢纽布置在河道水位较低不能自流引水 或在枯水期需引用河道大部或全部来水时 须修建拦河雍水建筑物以抬高水位自流引水 这种取水方式工作可靠 有利于综合利用 有坝取水枢纽由 雍水坝 或拦河闸 进水闸及各种防沙入渠的设施 如冲沙闸 沉沙池等 组成 映 渔 耿都是这种形式 2020 2 2 42 取水枢纽防沙的工作原理 在取水枢纽的布置和设计中 如何做到引水防沙 一直是人们研究的重要问题 下面简单介绍一下防沙的工作原理 结合实际的水工运行工作也有一定的指导作用 1 泥沙与弯道环流 泥沙的分布规律是水流的表层泥沙少而颗粒细 底层多而颗粒粗 水流具有挟沙能力 流速越大 挟带泥沙的能力越大 当水中含沙量小于挟沙能力时就产生冲刷 当水流的挟沙能力大于其挟沙能力时就产生淤积 2020 2 2 43 取水枢纽防沙的工作原理 水流经过弯曲河道时产生离心力 使凹岸水面产生雍高 凸岸水面降低 上下面产生横比降 因而产生压力差 由于底部压力差大于离心力使水流由凹岸流向凸岸 表层水流则由凸岸流向凹岸 从而形成横向环流 横向环流与纵向的水流结合而产生螺旋流 这种含沙量少的表层水流流向常使凹岸产生冲刷 凸岸产生淤积 2020 2 2 44 经典实例 都江堰水利枢纽 2020 2 2 45 经典实例 都江堰水利枢纽 1 弯道环流对金刚堤 鱼嘴的建造作用2 河流动力均衡原理的科学应用 2020 2 2 46 重力坝的特点 1 主要依靠自重来维持稳定 2 便于泄水和其他建筑物的布置 3 对地形 地质条件适应性较好 4 受扬压力影响大 5 需要温控散热措施 6 材料强度一般不能充分发挥 2020 2 2 47 重力坝的荷载 重力坝的荷载 1 坝体自重WG WG V A L 混凝土密度 23 0 23 5KN m32 静水压力PH1水库水的水平方向静水压力PH1 它作用到坝体的上游面 是指向下游的推力 如果上游面不是垂直的 而是倾斜的或部分垂直部分倾斜 那么斜面上还要受到垂直的静水压力WH1的作用 同理坝段坝址侵在水中 坝下游还要受到下游水平水压力PH2和垂直水压力WH2的作用 2020 2 2 48 重力坝的荷载 PH1 1 2H1 0H1 1 2 0H12 0 水的密度3 坝底扬压力和坝体扬压力扬压力由两部分组成 浮托力WF和渗压力WS两部分组成 为了降低扬压力 主要是为了降低渗压力 提高重力坝的稳定性 一般要采取设防渗帷幕和帷幕后排水的措施 2020 2 2 49 重力坝的荷载 防渗帷幕通常设在靠近上游坝踵附近的地基中 沿坝轴线方向钻深孔并灌以水泥浆或其他材料 以堵塞灌浆孔附近基岩的裂隙 使得这一部分基岩象一片隔开渗流的幕墙一样 故称为灌浆帷幕 它加长了渗流途径 可使帷幕下游的渗压力降低 坝基设防渗帷幕后 仍有水流渗过或绕过帷幕 若再在帷幕后面设排水孔 使渗水从排水孔排出 则能进一步降低渗压力 除了坝底扬压力外 还存在作用于坝体内部的扬压力 称为坝体扬压力 因为坝体混凝土是分层 2020 2 2 50 重力坝的荷载 分块浇筑的 必然存在着一些缝隙 混凝土本身也有很多缝隙 有的孔隙还是连通的 因此混凝土实际上是透水的 渗入坝体内部的水流就产生了扬压力 为了减少坝体扬压力 通常是在坝体的上游3 5米的范围内采用防渗混凝土 形成防渗层 4 泥沙压力和土压力5 浪压力 水库水面受到风力吹动形成波浪 对坝面产生冲击力 称为浪压力 2020 2 2 51 重力坝的荷载 分块浇筑的 必然存在着一些缝隙 混凝土本身也有很多缝隙 有的孔隙还是连通的 因此混凝土实际上是透水的 渗入坝体内部的水流就产生了扬压力 为了减少坝体扬压力 通常是在坝体的上游3 5米的范围内采用防渗混凝土 形成防渗层 4 泥沙压力和土压力5 浪压力 水库水面受到风力吹动形成波浪 对坝面产生冲击力 称为浪压力 2020 2 2 52 重力坝的荷载 6 冰压力 在寒冷的地区 冬季水库表面结成冰层 其厚度可达1米以上 冰层温度上升时体积会膨胀 便产生冰层对坝面的挤压力 7 动水压力 溢流坝溢流时 溢流面上有动水压力的作用 8 地震荷载 地震时 地面运动使坝体发生振动 就是说坝体受到了由于地震引起的力的作用 这个力称为地震惯性力 地震的时候可能发生向各个方向运动 而当地面向上游水平方向运动时 坝则受到向下游方向的水平地震惯性力作用 增大向下游方向的水平推力 在水库水位较高时会威胁大坝的安全 2020 2 2 53 重力坝的类型 1 按坝的高度分为 低坝 中坝 高坝 2 按筑坝材料分为 混凝土重力坝和浆砌石重力坝 3 按泄水条件分为 溢流坝 非溢流坝 2020 2 2 54 重力坝的类型 4 按断面结构型式分为 宽缝重力坝 空腹重力坝 宽缝填碴重力坝 实体重力坝 2020 2 2 55 重力坝的构造 4 重力坝的构造 A 坝体分缝 为了防止坝体因温度变形和地基不均匀沉陷而生裂缝 而对坝体进行的分缝 1 永久性横缝 垂直于坝轴线 将坝体分成若干段 间距 坝段长度 一般为12 20米 有时可达24米 绝大数重力坝的横缝为平面直缝 宽度为1cm左右 2 纵缝 减小施工时温度应力 而与横缝一起将坝体分成若干块 坝体温度降低后进行接缝灌浆 分垂直纵缝 间距15 30米 错缝 斜缝 以及不分纵缝的通仓浇筑 3 水平施工缝 坝体混凝土是由下向上分层 2020 2 2 56 重力坝的构造 浇筑的 层厚1 5 4 0米 上下层混凝土浇筑块之间的交界面形成水平施工缝 为了使两层混凝土结合良好 在浇筑上一层混凝土之前 必须对下一层已浇筑的混凝土的表面进行凿毛 冲洗等处理 使之成为干净的麻面 并铺上一薄层高标号水泥砂浆 然后再在其上浇筑新混凝土 B 防渗 1 铺盖 坝体上游 水库与重力坝交接处 2 混凝土防渗墙 3 帷幕灌浆C 防冲 1 护坦 重力坝下游 2 海漫D 河道整冶工程 改变水流形态 改善水力条件 2020 2 2 57 溢流重力坝 溢流坝既要挡水 又要通过坝顶溢流 必须解决下泄水流对建筑物可能产生的气蚀 振动以及对下游河床的冲刷问题 溢流堰顶形状 我国 混凝土重力坝设计规范SDJ21 78 推荐采用幂曲线 溢流坝的下游消能形式有 1 底流式水跃消能 在坝址下游设置消力池 消力坎或综合静水池等 促使水流在规定范围内产生水跃 使高速水流通过内部旋滚 摩擦 渗气和撞击等作用消耗能量 以减轻下游的冲刷 2 挑流消能 下泄的高速水流经挑流鼻坎向空中抛射 使水流扩散 并掺入大量的空气 在同空气的摩擦中消耗一部分能量 水流进入下游后 形成强烈的旋滚 水垫加厚 消耗大部分能量 2020 2 2 58 水闸 水闸的作用是控制水位和调节流量 主要有开敞式和封闭式两种型式 开敞式应用广泛 水闸由上游联接段 闸室段 下游联接段三部份组成 1 上游联接段 引导水流平顺地进入闸孔 防冲 防渗 包括铺盖 护底 两岸的翼墙和护坡 2 闸室段 闸室是水闸的主体 其主要作用是安装闸门和启闭机械 进行操作控制水流 包括闸底板 闸墩 闸门 胸墙 工作桥 交通桥等 3 下游联接段 主要功能是消能 防冲 促使水流均匀扩散 避免不利流态对下游的影响 同时排出地基渗流 包括消力池 海幔 防冲槽 翼墙和护坡 2020 2 2 59 闸门 一 闸门闸门按工作性质分为 工作闸门与检修闸门两类 工作闸门主要是用来控制流量和水位 检修闸门在检修工作闸门或门槽时作为临时挡水之用的 闸门的结构型式 最常用的是 1 平板闸门 挡水面板是平面的 启闭时闸门在铅直方向上升降 2 弧形闸门 挡水面板是圆弧形的 启闭时闸门绕铰轴旋转 3 叠梁闸门 需要挡水时将单个梁逐根放入门槽内 2020 2 2 60 启闭机 按启闭机是否移动 分为固定式和移动式 最常用的启闭机有以下三种 1 卷扬式启闭机 一般用于弧形闸门 启门速度快 我国有定型产品QPQ型系列 由电动机 减速箱 卷筒等组成 有单吊点与双吊点两种型式 2 螺杆式启闭机 多用于深孔闸门 3 液压启闭机 是一种很有发展前途的启闭机 一般用油作介质 利用液压泵系统带动多个活塞杆以启闭闸门 2020 2 2 61 水工隧洞 隧洞是开凿在岩石或地层中的地下建筑物 在不利工程中 为输送水流而修建的隧洞 称之为水工隧洞 一 水工隧洞的类型1 按承担的任务有 发电引水隧洞 灌溉和供水隧洞 泄洪隧洞 排沙隧洞 放空和施工导流隧洞 2 按水利条件有 无压洞 有压洞 发电引水隧洞一般是有压隧洞 施工导流或泄水洞是无压洞 二 水工隧洞的主要组成部分及构造水工隧洞由进口建筑物 洞身段和出口段三部分组成 1 进口建筑物的型式常有 坚井式 塔式和岸塔式 2 进口段的构造 2020 2 2 62 水工隧洞 隧洞进口段常由拦污栅 喇叭口 闸门 通气孔和渐变段等组成 A 喇叭口 主要是为使水流平顺 避免产生负压和气蚀破坏 B 闸门 用于正常操作调节流量 C 渐变段 保证水流平顺衔接 D 通气孔 当闸门部分开启时 闸门后空气逐渐被水流带走 形成负压区 设通气孔补气 可降低门后负压 稳定流态 2020 2 2 63 有压引水式电站中的调压室 一 调压井的作用有压管中的水锤 对于水电站来说 如果电力系统负荷变化 就需要调节水轮机导叶的开度 改变水轮机的流量 调节机组的出力 当导叶突然关闭 开启 时 由于管中流速突然减小 增大 使压强突然增大 减小 压力管中的这种压强迅速升 降现象 称为水锤 或水击 水击对压力管道和水电站运行的不利影响 为了减小水击的不利影响 常在压力引水隧洞或压力管道上修建调压室 二 调压室的类型有五种 圆筒式 阻抗式 双室式溢流式 差动式 2020 2 2 64 无压引水式电站中的压力前池 压力前池的作用有 1 将引水渠中的流量适当分配给各压力水管 并加以必要的控制 2 拦阻渠道来的漂浮物和有害泥沙 3 宣泄多余水量 4 水轮机引用流量迅速改变时 有一定的调节作用 可减小水位的波动的幅度 稳定水头 压力前池的组成有 1 池身和渐变段 2 压力水管进水口3 泄水建筑物 4 冲沙道或冲沙孔 5 排冰道 2020 2 2 65 水流型态和水头损失 液体流动过程中 由于粘滞性的存在 同时固体边界的影响 使水流断面上的速度分布不均匀 各流层水质点的运动速度不同 使流层间产生了内摩擦力 内摩擦力阻力消耗一部分机械能而产生的能量损失 即水头损失 水头损失分为 沿程水头损失与局部水头损失 两者之和为总水头损失 水流有两种型态 一种是层流 一种是紊流 水利工程中 绝大多数水流都属紊流运动 紊流最基本的特征是液流质点的相互混掺和运动要素 各点流速 动水压强 的脉动现象 压强的脉动增加了建筑物的瞬时荷载 可能引起建筑物的振动 从而增大气蚀的可能性 同时也是水流掺气和挟沙的原因之一 2020 2 2 66 水工建筑物的气蚀 发生气蚀的原因 水工建筑物及水力机械的易气蚀部位 气穴与气蚀的产生 取决于边界条件及动水压强的分布 凡边界发生急剧变化的局部地方 水流流速可能增大 流线发生弯曲 水流与边界分离 这些都会形成低压区 产生气穴 而在下游侧气穴破裂 溃灭区可出现气蚀 如 隧洞进口收缩部位 溢流堰顶 闸门槽 隧洞转弯段 突起的钢筋头 转轮叶片出口边的背面 2020 2 2 67 水工建筑物的气蚀 防止和减轻气蚀的的措施 1 改善过流边界的轮廓线 使水流能平顺流过建筑物 2 对水流局部低压区通入空气 如通气孔的设置 3 选用抗气