港口工程學(xué)第五章

1、第五章 河流渠化工程 在建設(shè)現(xiàn)代化航道網(wǎng)中，通常采用航道整治、疏浚和渠化等工程措施來改善天然河流的航行條件，并開挖運河以溝通不通水系的河流、湖泊和海洋。 河流渠化是增加航道水深、改善航行條件最有效的一種工程措施。 水利資源的綜合利用 河流渠化的類型及特點 河流渠化工程規(guī)劃嘉陵江渠化梯級規(guī)劃第一節(jié) 水利資源的綜合利用一、水庫的特征 河流渠化后，由于筑壩的壅水作用，壩上游形成水庫。水庫是調(diào)節(jié)河川徑流的主要工程措施。表征水庫的主要特征是水庫的面積和容積。在一般情況下，水庫的面積和容積越大，其徑流調(diào)節(jié)能力越強，通航保證率越高，綜合利用的經(jīng)濟效益也越大。 水庫的特征水位及其庫容 （一）水庫的特征水位1、

2、 死水位在正常運用情況下，允許水庫消落的最低水位。 該水位以下的水庫容積稱為死庫容。2、 正常蓄水位在正常運用情況下，為滿足興利要求， 水庫應(yīng)蓄到的水位。 正常蓄水位至死水位之間的深度，稱為消落深度。 正常蓄水位至死水位之間的庫容稱為興利庫容 （或稱調(diào)節(jié)庫容）。3、防洪特征水位水庫各項防洪水位的總稱，包括 校核洪水位、設(shè)計洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。（1）校核洪水位是遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，壩前達(dá)到的最高水位。（2）設(shè)計洪水位是遇到大壩的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，泄洪建筑物閘門全開，壩前達(dá)到的最高水位。（3）防洪高水位是遇到下游防護(hù)對象的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水位時，水庫按下游安全泄量放水，壩前達(dá)到的最高水位。

3、（4）防洪限制水位是水庫在汛期蓄水的上限水位。 防洪限制水位至防洪高水位之間的庫容稱為防洪庫容。 防洪限制水位至校核洪水之間的庫容稱為調(diào)洪庫容。4、 通航水位能保證水庫正常通航的水位。（二） 水庫的水文情勢 水庫的水文情勢是指水庫中多年的各水文要素（如水位、水溫、流速、泥沙、波浪及水化學(xué)成分等）的一般情況。水文情勢變化將帶來以下一些不利影響:1 水量損失；2 水庫淤積和壩下沖刷；3 波浪；4 水溫及冰情；5 水質(zhì)的變化。（三） 徑流調(diào)節(jié)的基本概念 按照用水部門的需要，借助專門的建筑物（主要是攔河筑壩形成水庫）將河川徑流加以控制和重新分配，這一過程稱為徑流調(diào)節(jié)。即將汛期多余水量暫時攔蓄在水庫中，

4、而在枯水期泄放以補充河川徑流的不足。 水庫由放空到蓄滿再放空所需時間稱為水庫的蓄泄周期（調(diào)節(jié)周期）。 徑流調(diào)節(jié)按調(diào)節(jié)周期的長短，可以分為日調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)等。1、 日調(diào)節(jié)：為適應(yīng)水電站調(diào)峰的需要，將一天均勻的來水過程（洪水期除外）改變?yōu)椴痪鶆虻挠盟^程，其周期為一晝夜，稱為日調(diào)節(jié)。2、 年調(diào)節(jié)：利用水庫的調(diào)節(jié)作用，把一年內(nèi)洪水期多余水量的一部分或全部攔蓄于水庫中供枯水期使用，其調(diào)節(jié)周期為一年，稱為年調(diào)節(jié)。3、 多年調(diào)節(jié)：將河流中豐水年的多余水量攔蓄在水庫中，以補充若干連續(xù)的枯水年的水量不足，其周期較長，稱為多年調(diào)節(jié)。 徑流調(diào)節(jié)示意圖形 1水庫蓄水 2水庫供水二、水電站的基本概念 水力發(fā)電

5、的基本原理是借助水力機械將水流的勢能轉(zhuǎn)變成機械能，再通過發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?利用水工建筑物及有關(guān)的機電設(shè)備使水流的勢能變?yōu)殡娔艿墓こ蹋Q為水電工程。 （一）水電站的出力計算 水電站的規(guī)模一般由電站的發(fā)電能力決定。水電站的發(fā)電能力取決于水流所做的功的大小。當(dāng)流量Q（m3/s）的水體落下一個高度H（m）時，其所做功的功率等于： N = Q H （kW） 水電站的出力 在一定水頭和流量的條件下， 水電站所能發(fā)出的最大功率。 由于水電站的水輪機、發(fā)電機以及輸配電設(shè)備中均有功率的損耗，實際上發(fā)出的電的功率（稱為有效功率）要比理論功率?。篘有效= Q H式中：機組總效率系數(shù)。 在工程規(guī)劃設(shè)計中，上

6、式通常簡化為：N有效= A Q H式中：A出力系數(shù)。 根據(jù)水電站的保證率，在流量歷時曲線上查得相應(yīng)的流量，可得到水電站的保證出力。即：N保證=A Q保證H （KW）（二） 水電站的開發(fā)方式及主要建筑物利用水工建筑物和相應(yīng)的機電設(shè)備產(chǎn)生電能的方式有多種多樣，而其中最主要的開發(fā)方式有壅（抬）水式、引水式和混合式三種。1、壅（抬）水式電站， 根據(jù)水電站廠房的位置，可分為： 河床式、壩后式和壩內(nèi)式三種布置型式。（1）河床式：水電站廠房建筑在河床內(nèi)，廠房與壩并列或成某一交角共同起擋水作用。河床式水電站 大化水電站平面布置 （2）壩后式：水電站廠房位于壩后， 庫中水流通過壩內(nèi)輸水管道引入壩后廠房壩后式水電

7、站 1大壩；2引水管；3水輪機；4尾水閘門（3）壩內(nèi)式：水電站廠房位于壩內(nèi) 這類電站的攔河壩壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除特殊地形、地質(zhì)條件外，一般多不采用。 1大壩；2壓力管道；3水輪機2、引水式電站：利用引水建筑物集中落差來獲得發(fā)電水頭 引水式水電站 1-引水渠； 2-電站廠房； 3-調(diào)壓塔 3、混合式電站：壅（抬）水式和引水式電站兩者的綜合 混合式水電站 1-大壩； 2-引水管道； 3-電站廠房 當(dāng)上游河床平坦，有修筑水庫的條件，而下游河床坡度較陡，修建不長的引水建筑物可獲得較大水頭時，才宜建造混合式水電站。 （三） 水電站的工作特點及裝機容量1 水電站的工作特點（1） 出力多變，保證率較低；（2）

8、機組啟動和停機迅速，負(fù)荷增減方便；（3） 土建投資比重大，機電投資比重小。2、 水電站的裝機容量 電站全部機組滿載運行時的總額定容量， 即水電站全部水輪發(fā)電機組的總生產(chǎn)能力。三、農(nóng)田水利工程（一） 農(nóng)田水利工程的一般概念1、 農(nóng)作物對水分的要求 2、 調(diào)節(jié)農(nóng)田水份狀況的措施3、 農(nóng)田水利工程的組成對于干旱地區(qū)，農(nóng)田水利工程主要包括渠道工程、輸水及配水渠系、田間灌溉調(diào)節(jié)網(wǎng)、排水系統(tǒng)及容泄區(qū)等。灌溉排水系統(tǒng)示意圖 （二） 丘陵山區(qū)的農(nóng)田水利工程 對于丘陵山區(qū)，由于地形起伏，峰谷交錯，易洪易旱，農(nóng)田水利措施往往從“治山、治水、治土”相結(jié)合的原則出發(fā)，實行外河取水和攔蓄地面徑流相結(jié)合，引水灌溉與水土保

9、持相結(jié)合的方法。長藤結(jié)瓜水利系統(tǒng)示意圖1河流；2干渠；3小山塘；4田間渠道；5平塘；6水庫四、城鎮(zhèn)供水工程 城鎮(zhèn)供水工程是城鎮(zhèn)公用設(shè)施的一個組成部分，其任務(wù)是向工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)居民提供生產(chǎn)和生活用水。一般要求給水工程的保證率在95%以上。給水工程一般由取水建筑物、凈化系統(tǒng)和輸配水系統(tǒng)三部份組成。 供水工程示意圖 1第一抽水泵站2凈水工程3清水池4第二抽水泵站5輸水管6水塔7給水管網(wǎng)第二節(jié) 河流渠化的類型及特點一、河流渠化的作用 1、定義：河流渠化在天然河流上修建一系列的閘壩，利用閘壩的壅水作用，抬高上游河段水位來增加河道的通航水深和寬度，然后利用通航建筑物來克服建壩所形成的集中水位落差，以保證船

10、舶安全過壩，維持航道的連續(xù)性。 2、河流渠化的作用： 河流渠化后，上游形成了寬廣的水庫，淹沒了上游灘險、急彎，較大幅度地增加了航道尺度，使通航水深不再受天然流量大小的控制； 庫區(qū)流速減小，有利于船舶的航行，提高了航道通過能力； 提高了船只的載重量，相應(yīng)也降低了運輸成本； 此外，河流渠化同水資源的綜合利用相結(jié)合，還能滿足灌溉、發(fā)電、防洪、城鎮(zhèn)供水、漁業(yè)等需要，促進(jìn)流域經(jīng)濟的發(fā)展，從而獲得最大的經(jīng)濟效益。 大壩上游二、河流渠化的分類 （一）按是否連續(xù)分1、連續(xù)渠化：沿整條河流建造一系列閘壩，將整條河流劃分成若干河段（稱為渠化河段），下級閘壩的回水與上級閘壩尾水相銜接，并滿足通航水深要求，從而使整條

11、河流成為彼此連接的渠化河段，稱連續(xù)渠化。2、局部渠化：指渠化僅在局部河段進(jìn)行，或在相當(dāng)長的區(qū)間河段進(jìn)行，但下一級閘壩的回水與上級閘壩尚有一段距離，渠化河段之間有一段天然河段，各個渠化河段互不連接。（二）按水頭大小分1、高壩渠化：主要用于多目標(biāo)的綜合開發(fā)河流，一般水頭H大于20m。2、低壩渠化：主要用于改善航行條件為主的河流，一般水頭H小于20m。高壩渠化多用于多目標(biāo)開發(fā)的河流。從現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢來看，多傾向于采用高壩渠化。大壩下游三、河流渠化的影響 河流渠化后，表征河流特性的水文情勢發(fā)生的根本變化，必將引起航行條件、水文條件、生態(tài)環(huán)境等變化，主要有：(1)改善了河流航行條件，提高航道的通過

12、能力；(2)庫區(qū)內(nèi)易形成較大的風(fēng)浪同時易產(chǎn)生庫岸滑坡、坍塌現(xiàn)象；(3)庫區(qū)和鄰近地區(qū)的氣候?qū)⑹艿揭欢ǖ挠绊懀?4)對漁業(yè)的發(fā)展和水質(zhì)環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響；(5)將改變壩上下游泥沙的淤積規(guī)律，對河床演變有一定影響。第三節(jié) 河流渠化工程規(guī)劃一、渠化工程規(guī)劃的內(nèi)容與原則渠化工程規(guī)劃一般包括以下幾項內(nèi)容：1 渠化河流航道等級的擬定；2 渠化樞紐壩址的選擇及梯級布置方案的擬定；3 樞紐的平面布置及其主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的計算；4 進(jìn)行梯級布置方案的比較及開發(fā)程序的確定。梯級開發(fā)規(guī)劃（cascade development planning） 在河流或河段上研究布置一系列階梯式水利樞紐的開發(fā)方式與總體安排。以

13、最大限度地興利除害，有效控制和利用河流、河段的水能，水利資源。制定渠化工程規(guī)劃應(yīng)遵循以下一些基本原則：1、因地制宜、綜合治理2、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、水運成網(wǎng)3、經(jīng)濟合理4、遠(yuǎn)近結(jié)合5、平戰(zhàn)結(jié)合6、技術(shù)先進(jìn)二、渠化工程規(guī)劃的方法（一）渠化河流的航道等級的擬定其目的就是使干流和支流達(dá)到統(tǒng)一的航道標(biāo)準(zhǔn)，形成內(nèi)河航道網(wǎng)，目前我國的內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)將航道分成級。內(nèi)河航道等級 （二）渠化樞紐壩址選擇及梯級布置一般情況下，對中小型渠化工程在壩址選擇時應(yīng)考慮以下一些因素：（1）必須貫徹綜合利用的原則（2）樞紐位置應(yīng)選在開闊的河段上（3）壩址宜選在河岸高程較高、水深較淺的地方（4）盡可能選在順直的河段上（5）盡可能選在地質(zhì)條件良好的河段上（6）應(yīng)盡可能減少淹沒損失（7）壩址附近應(yīng)具有豐富的建材渠化梯級時，應(yīng)注意以下一些基本要求：（1）梯級方案必須滿足航運的要求，一般應(yīng)做到：各梯級水位銜接，或滿足最小水深的要求；梯級之間的通航時間應(yīng)大于船舶（隊）過閘時間；梯級上下游應(yīng)有足夠長的順直段和水域面積；梯級應(yīng)布置在支流河口或分汊河口的下游；梯級應(yīng)盡量選在灘險的下游。（2）盡量減少淹沒損失（3）充分發(fā)揮梯級的綜合效益（4）梯級位置應(yīng)具有良好的地形、地質(zhì)條件（5）梯級方案應(yīng)利于縮短工期和降低工程造價（三）樞紐平面布置及其主