水利水电枢纽布置

水利水电枢纽布置与设计水利水电枢纽布置与设计 第一部分第一部分 拦河坝水利枢纽布置拦河坝水利枢纽布置 拦河水利枢纽布置的主要工作内容有坝址 坝型选择和枢纽工程布置等 一 一 坝址及坝型选择坝址及坝型选择 在初步设计阶段 要进一步进行枢纽布置 通过技术经济比较 选定最合理 的坝轴线 确定坝型及其他建筑物的形式和主要尺寸 并进行具体的枢纽工程布置 一 坝址选择 一 坝址选择 选择坝址时 应综合考虑下述条件 1 地质条件 选择坝址 首先要清楚有关区域的地质情况 坚硬完整 无构造缺陷的岩基是最 理想的坝基 但如此理想的地质条件很少见 天然地基总会存在这样或那样的地质缺 陷 要看能否通过合宜的地基处理措施使其达到筑坝的要求 在该方面必须注意的是 不能疏漏重大地质问题 对重大地质问题要有正确的定性判断 以便决定坝址的取舍 或定出防护处理的措施 或在坝利选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件 2 地形条件 坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽组成建筑物的布置要求 通常 河谷两岸 有适宜的高度和必需的挡水前缘宽度时 则对枢纽布置有利 3 建筑材料 在选择坝址 坝型时 当地材料的种类 数量及分布往往起决定性影响 对土石 坝 坝址附近应有数量足够 质量能符合要求的土石料场 如为混凝土坝 则要求坝 址附近有良好级配的砂石骨料 4 施工条件 从施工角度来看 坝址下游应有较开阔的滩地 以便布置施工场地 场内交通和 进行导流 应对外交通方便 附近有廉价的电力供应 以满足照明及动力的需要 从 长远利益来看 施工的安排应考虑今后运用 管理的方便 5 综合效益 坝址选择要综合考虑防洪 灌溉 发电 通航 过木 城市和工业用水 渔业以 及旅游等各部门的经济效益 还应考虑上游淹没损失以及蓄水枢纽对上 下游生态环 境的各方面的影响 二 坝型选择二 坝型选择 常见的坝型有土石坝 重力坝及拱坝等 坝型选择仍取决于地质 地形 建材及施工 运用等条件 1 土石坝 在筑坝地区 若交通不便或缺乏三材 而当地又有充足实用的土石料 地质方面 无大的缺陷 又有合宜的布置河岸式溢洪道的有利地形时 则可就地取材 优先选用 土石坝 随着设计理论 施工技术和施工机械方面的发展 2 重力坝 有较好的地质条件 当地有大量的砂石骨料可以以利用 交通又比较方便时 一 般多考虑修筑混凝土重力坝 可直接由坝顶溢洪 而不需另建河岸溢洪道 抗震性能 也较好 3 拱坝 当坝址地形为 V 形或 U 形狭窄河谷 且两岸坝肩岩基良好时 则可考虑选用拱坝 它工程量小 比重力坝节省混凝土量 1 2 2 3 造价较低 工期短 也可从坝顶或坝体 内开孔泄洪 二 枢纽的工程布置二 枢纽的工程布置 一 枢纽布置的原则 一 枢纽布置的原则 进行枢纽布置时 一般可遵循下述原则 1 应综合考虑防洪 灌溉 发电 航运 渔业 林业 交通 生态及环境等各 方面的要求 2 枢纽布置应同时考虑便是选择施工导流的方式 程序和标准便是选择主要建 筑物的施工方法 与施工进度计划等进行综合分析研究 3 因地制宜地将人工环境和自然环境有机地结合起来 创造出一个完美的 多 功能的宜人环境 二 枢纽布置方案的选定 二 枢纽布置方案的选定 1 主要工程量 如土石方 混凝土和钢筋混凝土 砌石 金属结构 机电安装 帷幕和固结灌浆等工程量 2 主要建筑材料数量 如木材 水泥 钢筋 钢材 砂石和炸药等用量 3 施工条件 如施工工期 发电日期 施工难易程度 所需劳动力和施工机械 化水平等 4 运行管理条件 如泄洪 发电 通航是否相互干扰 建筑物及设备的运用操 作和检修是否方便 对外交通是否便利等 5 经济指标 指总投资 总造价 年运行费用 电站单位千瓦投资 发电成本 单位灌溉面积投资 通航能力 防洪以及供水等综合利用效益等 三 枢纽建筑物的布置 三 枢纽建筑物的布置 1 挡水建筑物的布置 挡水建筑物的布置 为了减少拦河坝的体积 除拱坝外 其他坝型的坝轴线最好短而直 但根据实际 情况 有时为了利用高程较高的地形以减少工程量 或为避开不利的地址条件 或为 便于施工 也可采用较长的直线或折线或部分曲线 2 泄水及取水建筑物的布置 泄水及取水建筑物的布置 泄水及取水建筑物的类型和布置 常决定于挡水建筑物所采用的坝型和坝址附近 的地质条件 1 土坝枢纽 土坝枢纽一般均采用河岸溢洪道作为主要的泄水建筑物 而取水建筑物及辅助的 泄水建筑物 则采用开凿于两岸山体中的隧洞或埋于坝下的涵管 3 电站 航运及过木等专门建筑物的布置电站 航运及过木等专门建筑物的布置 对于水电站 船闸 过木等专门建筑物的布置 最重要的是保证它们具有良好的 运用条件 并便于管理 关键是进 出口的水流条件 布置时 须选择好这些建筑物 本身及其进 出口的位置 并处理好它们与泄水建筑物及其进 出口之间的关系 电站建筑物的布置应使通向上 下游的水道尽量短 水流平顺 水头损失小 进 水口应不致被淤积或受到冰块等的冲击 尾水渠应有足够的深度和宽度 平面弯曲度 不大 且深度逐渐变化 并与自然河道或渠道平顺连接 泄水建筑物的出口水流或消 能设施 应尽量避免抬高电站尾水位 第二部分第二部分 取水枢纽布置取水枢纽布置 一一 取水枢纽布置的一般要求取水枢纽布置的一般要求 在任何时期 都应根据引水要求不间断地供水 在多泥沙河流上 应采取有效的防沙措施 防止泥沙入渠 对于综合利用的渠首 应保证各建筑物正常工作互相不干扰 应采取措施防止冰凌等漂浮物进入渠道 枢纽附近的河道应进行必要的整治 使主流靠近取水口 以保证引取所需水量 枢纽布置应便于管理 易于采用现代化管理设施 二 无坝取水枢纽的布置二 无坝取水枢纽的布置 一 无坝取水枢纽位置选择 一 无坝取水枢纽位置选择 无坝取水枢纽因没有拦河建筑物 不能控制河道水位和流量 所以 渠首位置的 选择 对于提高引水保证率 减少泥沙入渠 起着决定性作用 根据河流弯道的水流特性 无坝渠首应设在河岸坚固 河流弯道的凹岸 以 引取表层较清水流 防止泥沙入渠 在有分汊的河段上 一般不宜将取水口布置在汊道上 由于分汊河段上主流 不稳定 常发生交替变化 导致汊道淤塞而引水较困难 无坝渠首也不宜设在河流的直段上 因从河道直段的侧面引水 河道主流在取 水口处流向下游 只有岸边的水流进入取水口 二 无坝取水枢纽的布置形式 二 无坝取水枢纽的布置形式 1 位于弯道凹岸的渠首 当河床稳定 河岸土质坚硬时 可将渠首进水闸建在河流弯道的凹岸 利用弯道 环流原理 引取表层较清水流 排走底沙 这种渠首由拦沙坎 进水闸及沉沙设施等 部分组成 进水闸的作用主要是控制入渠流量 进水闸一般布置在取水口处 在保证工程安全的前提下 应昼减少引水渠的长度 这样一方面可减少水头损失 又可减轻引水渠的清淤工作 2 引水渠式渠首 当河岸土质较差易受水流冲刷而变形时 可将进入闸设在距河岸有一定距离的地 方 使其不受河岸变形的影响 3 导流堤式渠首 在山区河流坡降较陡 引水量较大及不稳定的河道上 为控制河道流量 保证引 水防沙 一般采用导流堤式 三 有坝取水枢纽的布置三 有坝取水枢纽的布置 1 1 沉沙槽式渠首 沉沙槽式渠首 由于沉沙槽式渠首的布置和结构简单 施工容易 造价较低 故在我国西北 华 北等地区得到广泛应用 但在运用实践中 发现这种渠首布置存在下述主要问题 由于进水闸与河流垂直 水流需转 90 急弯进入进水闸 这样便在进水口处产 生横向环流 把部分推移质泥沙带入渠道 当冲沙闸冲沙时 槽内推移质发生跃移运动 为防止泥沙入渠 必须关闭进水 闸 停止取水 当壅水坝前淤平后 该坝便失去控制水流作用 此时 进水闸处于无坝引水状 态 引水得不到保证 针对这些缺点 改进措施有 加大沉沙槽及冲沙闸的尺寸 采用弧形沉沙槽 槽内增设潜没分水墙 导沙坎 等改变水流内部结构 使表层水进入进水闸 合理选择进水闸与拦河建筑物之间的夹角 一般采用进水闸水流与河道水流成 30 60 角 以减弱环流强度 将壅水坝全部或大部分改为拦河闸以稳定主流 2 2 人工弯道式渠首 人工弯道式渠首 这种渠首是将弯曲河段整治为有规则的人工弯道 利用弯道环流原理 在弯道未 端按正面引水 侧面排沙的原则布置进水闸和冲沙闸 以引取表层清水 排走底层泥 沙 以达到引水排沙的目的 该渠首由人工弯道 进水闸 冲沙闸 泄洪闸以及下游排 沙道等组成 图 11 4 3 3 底栏栅式渠首 底栏栅式渠首 在山溪河道上 河床坡度较陡 水流中带有大量的卵石 砾石及粗沙 为防止大 量泥沙入渠 常采用底栏栅式渠首 这种渠首的主要建筑物有底栏栅坝 溢流堰 泄洪冲沙闸 导沙坎及上下游导流堤 等组成 4 4 底部冲沙廊道式渠首 底部冲沙廊道式渠首及两岸引水式渠首两岸引水式渠首 5 5 少泥沙河流上综合利用的有坝渠首布置 少泥沙河流上综合利用的有坝渠首布置 在我国南方山区及平原地区河道上 多修建综合利用的取水枢纽工程 以满足灌 溉 航运 筏运 发电和渔业的要求 因此 这类枢纽建筑物的组成 除进水闸的和 溢流坝外 根据用途的不同 还要修建一种或几种专门建筑物 第三部分第三部分 堤防工程堤防工程 一 堤防工程规划一 堤防工程规划 一 堤防规划与堤防的选线 1 堤防规划 堤防规划的一般原则如下 1 堤防规划应考虑流域水资源综合利用 并与其他工程防洪措施如水库 分蓄 洪工程等协同配合 以达到最有效 最经济地控制洪水的目的 2 堤防的上下游 左右岸 各地区 各部门必须统筹兼顾 根据河流 河段及 其防护对象的不同 选定不同的防洪标准和不同的堤型 堤身断面 当所选的防洪标 准和堤型 堤身断面短期内难以达到时 可分期分段实现 3 保证主要江河的堤防不发生改道性决口 并确保对国民经济关系重大的堤段 不发生决口 4 规划中应统筹考虑当堤防遭遇超标准洪水袭击时的对策措施 2 堤防选线 堤线的选择是规划设计的前提 堤线选择合理与否 对河道泄洪 当地经济 防 汛抢险影响很大 故在选线时要考虑以下几点 1 堤线尽量与河流流向保持一致 两岸堤线基本平行 避免出现局部突然变窄或 变宽的现象 以利洪水宣泄 2 堤线与主河槽保持一定距离 在河弯处 不宜离凹岸河槽太近 以防洪水主流 顶冲 造成坍塌 危及堤防的安全 第四节第四节 厂区布置厂区布置 一 厂区布置一 厂区布置 一 厂区布置的任务和原则 一 厂区布置的任务和原则 1 综合考虑自然条件 枢纽布置 厂房型式 对外交通 厂房进水方式等 因素 使厂区各部分与枢纽其它建筑物相互协调 避免或减少干扰 2 要照顾厂区各组成部分的不同作用和要求 也要考虑它们的联系与配合 要统筹兼顾 共同发挥作用 主厂房 副厂房 变压器场等建筑物应距离短 高差 小 满足电站出线方便 电能损失小 便于设备的运输 安装 运行和检修 3 应充分考虑施工条件 施工程序 施工导流方式的影响 1 主厂房布置 主厂房布置 主厂房应布置在地质条件较好 岸坡稳定 开挖量小 对外交通方便 施工条 件好且导流容易解决 对整个水利枢纽工程经济合理的位置 坝后式水电站厂房与整个枢纽紧密相连 厂房位置与泄洪建筑物的布置密切相 关 当河谷较宽 以重力坝作挡水建筑物时 常采用河床泄洪方案 将溢流坝段布 置在主河槽中 以利泄洪和施工导流 2 2 副厂房布置 副厂房布置 大中型水电站都设有副厂房 小型水电站有时可以不设专门副厂房 水轮机辅 助设备尽可能放在副厂房内 而电气辅助设备多装设在副厂房内 按副厂房的作用 可分为三类 1 直接生产副厂房 是布置与电能生产直接有关的辅助设备的房间 如中 央控制室 低压开关室等 直接生产副厂房应尽量靠近主厂房 以便运行管理和缩 短电缆 2 检修试验副厂房 是布置机电修理和试验设备的房间 如电工修理间 机械修理间 高压实验室等 此类副厂房可结合直接生产副厂房布置 3 生产管理副厂房 是运行管理人员办公和生活用房 如办公室 警卫室 等 办公用房宜布