第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容課件

第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容一、水利樞紐的建設階段為了興水利、除水害，而修建了大量的水利工程（樞紐）。水利工程項目投資多、建設時間長，必須嚴格按科學的自然規(guī)律進行建設。水利工程建設的全過程可分為流域規(guī)劃、項目建議書、可行性研究、工程設計、工程施工準備及施工、生產(chǎn)準備、竣工驗收和后評價等幾個階段。（1）流域規(guī)劃是根據(jù)流域的水資源及防洪條件，結合國家的長遠經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，提出該流域綜合治理和水資源梯級開發(fā)方案。（2）項目建議書是在流域規(guī)劃的基礎上，由投資者對準備建設的項目做出輪廓性設想和建議。提出項目建設的必要性、經(jīng)濟性。第九章水利樞紐第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容一、水利樞紐的建設階段第九1（3）可行性研究是在項目建議書的基礎上，通過勘測、調(diào)研等，對擬建項目技術上是否安全可行、經(jīng)濟上是否合理進行科學的分析論證，并提交可行性研究報告和設計任務書，作為項目決策、籌措資金、初步設計等工作的基礎和依據(jù)。（4）工程設計是在可行性研究報告批準后，項目法人選擇有相應資質(zhì)的勘測設計單位，以設計任務書為依據(jù)，對項目進行勘測設計，并提出全部設計文件。（5）初步設計完成后，即可進行施工場地、水、電、路的施工，并同時進行設備采購、主體工程施工招標等準備工作。當準備工作就緒，并經(jīng)主管部門批準后方可開工興建。開工后，承包單位應嚴格第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容第九章水利樞紐（3）可行性研究是在項目建議書的基礎上，通過勘測、調(diào)研等，對2按承包合同和設計要求施工，確保工程質(zhì)量，按時完成施工任務。（6）在施工過程中，項目法人應根據(jù)工程進度，進行生產(chǎn)組織、員工培訓、生產(chǎn)技術、生產(chǎn)物資等準備工作，為竣工投產(chǎn)創(chuàng)造條件。（7）竣工驗收是在工程試運行且達到設計標準后，由主管部門對其進行全面的檢查和考核，滿足各項要求后，辦理移交手續(xù)，交付使用。（8）后評價是工程項目交付使用一段時間內(nèi)，對項目立項決策、設計、施工、竣工驗收、生產(chǎn)運行等全過程進行系統(tǒng)評估。其評價內(nèi)容包括影響評價、經(jīng)濟效益評價、過程評價等。第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容第九章水利樞紐按承包合同和設計要求施工，確保工程質(zhì)量，按時完成施工任務。第3二、水利水電工程設計的任務和內(nèi)容工程設計是在設計任務書的基礎上，根據(jù)任務要求和工作深度，開展工作。在我國，一般水利工程設計可分為初步設計和施工詳圖設計兩個階段。對較重要的大型工程，因技術條件復雜，常增加技術設計階段。有時為了盡早開工，提前發(fā)揮工程效益，可將技術設計和施工詳圖設計合并在一個階段進行，稱技施設計。一般情況下，各設計階段的設計任務和內(nèi)容如下：(1)初步設計初步設計的主要任務是：在可行性研究報告和設計任務書的基礎上，論證本工程及主要建筑物的等級；選定合理的壩址、樞紐總體布置、主要建筑物型式和控制性尺寸；選擇水庫的各種特征水位；選擇電站的裝機容量、電氣主結線方式及主要第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容第九章水利樞紐二、水利水電工程設計的任務和內(nèi)容第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設4機電設備；提出水庫移民安置規(guī)劃；選擇施工導流方案和進行施工組織設計；提出工程總概算；進行技術經(jīng)濟分析和闡明工程效益。該階段的工作內(nèi)容和深度可參閱《水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程》。(2)技術設計對重要的或技術條件復雜的大型工程，在初步設計后，需增加技術設計。其主要任務是：在更深入細致地調(diào)查、勘測和試驗研究的基礎上，加深初步設計的工作，解決初步設計尚未解決或未完善的具體問題，確定或改進技術方案，編制修正概算。技術設計的項目內(nèi)容同初步設計，只是更為深入詳盡。審批后的技術設計文件和修正概算是建設工程撥款和施工詳圖設計的依據(jù)。(3)施工詳圖設計其主要任務是：以經(jīng)過批準第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容第九章水利樞紐機電設備；提出水庫移民安置規(guī)劃；選擇施工導流方案和進行施工組5的初步設計或技術設計為依據(jù)，確定地基處理方案，進行處理措施設計；對各建筑物進行結構及細部構造設計，并繪制施工詳圖；進行施工總體布置及確定施工方法，編制施工進度計劃和施工圖預算等。施工詳圖是施工的依據(jù)；施工圖預算是工程承包或工程結算的依據(jù)。水利工程的興建必須遵循先勘測、再設計、后施工的建設程序。在規(guī)劃、設計工作之前應進行必需的調(diào)查和勘測，以便為設計提供準確、可靠的依據(jù)，確保設計和施工的順利進行?？睖y調(diào)查工作的內(nèi)容、范圍和精度與工程規(guī)模、自然條件的復雜程度以及設計階段相對應，隨著設計階段的深入，勘測工作也應逐步深入，以勘測資料的精度及范圍能滿足不同設計階段的要求為準則。第一節(jié)水利樞紐的建設階段及設計內(nèi)容第九章水利樞紐的初步設計或技術設計為依據(jù)，確定地基處理方案，進行處理措施設6

蓄水樞紐設計的主要內(nèi)容有壩址、壩型選擇和樞紐布置等。壩址、壩型選擇和樞紐布置共同受所在河流(區(qū)域)的社會經(jīng)濟和自然條件的制約。

一、壩址與壩型選擇

壩址和壩型的選擇工作貫穿在各設計階段之中，并且是逐步深入的。在可行性研究階段，一般是根據(jù)開發(fā)任務的要求和地形、地質(zhì)及施工等條件，初選幾個可能筑壩的地段和若干條有代表性的壩軸線，通過樞紐布置進行綜合比較，選擇其中最有利的地段和相應較好的壩軸線，提出推薦壩址。并在推薦壩址上進行樞紐布置，通過方案比較，初選基本壩型(重力壩、拱壩、土石壩)和初選樞紐布置方式。在初步設計階段，根據(jù)掌握的地質(zhì)資料，通過技術經(jīng)濟比較，選定最合理的壩軸線，確定壩型及第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐蓄水樞紐設計的主要內(nèi)容有壩址、壩型選擇和樞紐布置等。壩7其它建筑物的型式和主要尺寸，進行樞紐布置。在施工詳圖階段，隨著地質(zhì)資料和試驗資料的進一步深入和完善，對已確定的壩軸線、壩型和樞紐布置做最后的修改和定案。壩址、壩型選擇和樞紐布置關系密切，不同的壩軸線可選用不同的壩型和樞紐布置；對同一條壩軸線，也可采用幾種壩型和樞紐布置方案。在優(yōu)選壩址、壩型時，一般應考慮以下幾個因素：(1)地質(zhì)條件地質(zhì)條件是建庫建壩的基礎；是衡量壩址優(yōu)劣的重要條件之一，在某種程度上決定著樞紐工程的結構和投資。在選擇壩址、壩型階段，應摸清各比較方案的區(qū)域、庫區(qū)和建筑物區(qū)的地質(zhì)情況。堅硬完整、無構造缺陷的巖基是最理想的壩基。但天然地基總會存在地質(zhì)缺陷，可通過妥善的第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐其它建筑物的型式和主要尺寸，進行樞紐布置。在施工詳圖階段，隨8地基處理措施使其達到筑壩的要求。在該階段作為宏觀決策，關鍵是：不能疏漏重大地質(zhì)問題；對重大地質(zhì)問題要有正確的定性判斷，以便決定壩址的取舍或定出防護處理的措施，或在壩型選擇和樞紐布置上設法適應壩址的地質(zhì)條件。一般情況下，拱壩對兩岸壩基地質(zhì)條件要求較高，重力壩或支墩壩次之，土石壩要求最低；高壩要求較嚴格，低壩要求較低。壩址選擇還必須對區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性及庫區(qū)的滲漏、庫岸塌滑、岸坡及山體穩(wěn)定等地質(zhì)條件做出評價。(2)地形條件壩址地形條件必須滿足開發(fā)任務對樞紐布置的要求。一般說，壩址河谷狹窄，壩軸線短，壩體工程量較小，但河谷太窄則不利于泄水建筑物、發(fā)電建筑物、施工導流及施工場地的布置，第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐地基處理措施使其達到筑壩的要求。在該階段作為宏觀決策，關鍵是9是否經(jīng)濟應根據(jù)樞紐總造價來衡量；通常，河谷兩岸有適宜的高度和必需的擋水前緣寬度時，則對樞紐布置有利；對于多泥沙河流及有漂木要求的河道，應注意壩址位置對取水、防沙及漂木是否有利；對于通航河道，還應考慮通航建筑的布置；對壩址上游，希望河谷開闊，爭取在淹沒損失較小的情況下獲得較大庫容。壩址地形條件還應與壩型相互適應，拱壩要求河谷窄狹；土石壩要求河谷寬闊、岸坡平緩、壩址附近或庫區(qū)內(nèi)有高程合適的天然山埡口，可供布置河岸式溢洪道，以及壩址附近有開闊的地形，便于布置施工場地。

第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐是否經(jīng)濟應根據(jù)樞紐總造價來衡量；通常，河谷兩岸有適宜的高度和10(3)建筑材料壩址附近應有數(shù)量足夠、質(zhì)量符合要求的建筑材料，應便于開采、運輸，且施工期間料場不會被淹沒。(4)施工條件壩址和壩型選擇要考慮易于施工導流，施工交通運輸、能源供應及便于布置施工場地。(5)綜合效益及環(huán)境影響對不同壩址要綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、通航、過木、城市和工業(yè)用水、漁業(yè)以及旅游等各部門的經(jīng)濟效益，并考慮興建水庫后，原來的陸相地表和河流型水域變?yōu)楹葱退?，改變了地區(qū)自然景觀，對自然生態(tài)和社會經(jīng)濟產(chǎn)生多方面的環(huán)境影響。其有利的是發(fā)展了水電、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游等水利事業(yè)和消除了洪水災害、改善氣候條件等。但是，也會帶來淹沒第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐(3)建筑材料壩址附近應有數(shù)量足夠、質(zhì)量符合要求的建筑11損失、浸沒損失、土壤沼澤化、水庫淤積、誘發(fā)地震、生態(tài)平衡受到破壞以及造成下游沖刷、河床演變等等不利影響。雖然水庫對環(huán)境的不利影響與其社會、經(jīng)濟效益相比是次要的，但處理不當也能造成嚴重的后果，故在進行水利規(guī)則和壩址選擇時，必須進行認真研究。二、樞紐布置攔河筑壩以形成水庫是蓄水樞紐的主要特征。其樞紐組成除攔河壩和泄水建筑物外，還包括輸水建筑物、水電站建筑物和過壩建筑物等。樞紐布置主要是研究和確定樞紐中各水工建筑物的相互位置，其涉及泄洪、發(fā)電、通航、導流等各項任務，并與第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐損失、浸沒損失、土壤沼澤化、水庫淤積、誘發(fā)地震、生態(tài)平衡受到12壩址、壩型密切相關，應統(tǒng)籌兼顧，認真分析，全面安排，最后通過綜合比較，從若干個比較方案中選優(yōu)。樞紐布置的一般原則如下：(1)樞紐布置應滿足各建筑物在布置上的要求，并應避免運行時相互干擾，確保各建筑物在任何工作條件下都能正常工作。(2)樞紐布置應同時考慮合理選擇施工導流的方式、施工程序和標準，合理選擇主要建筑物的施工方法。工程實踐證明，在某種情況下，配合得當不僅能方便施工，還能使部分建筑物提前發(fā)揮效益(提前蓄水、發(fā)電等)。(3)樞紐布置應做到在滿足安全和運用管理要求的前提下，盡量降低樞紐總造價和年運第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐壩址、壩型密切相關，應統(tǒng)籌兼顧，認真分析，全面安排，最后通13行費用；如有可能，應考慮使一個建筑物能發(fā)揮多種作用；應對樞紐建筑物進行優(yōu)化設計或采用先進的技術、工藝和材料。例如，結合實際條件盡量選用雙曲拱壩、堆石面板壩、碾壓混凝土壩等新壩型。(4)樞紐布置應與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，因地制宜地將人工環(huán)境和自然環(huán)境有機地結合起來，創(chuàng)造出一個完美的、多功能的宜人環(huán)境。三、樞紐布置方案的選定水利樞紐設計最后需通過論證比較，從若干個樞紐布置方案中選出一個最優(yōu)方案。最優(yōu)方案應該是技術上先進且可能、經(jīng)濟上合理、施工期短、運行第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐行費用；如有可能，應考慮使一個建筑物能發(fā)揮多種作用；應對樞紐14安全可靠以及管理維修方便的方案。方案選擇時主要論證比較的內(nèi)容有以下幾個方面：(1)主要工程量如土石方、混凝土和鋼筋混凝土、砌石、金屬結構、機電安裝、帷幕和固結灌漿等工程量。(2)主要建筑材料用量如木材、水泥、鋼筋、鋼材、砂石和炸藥等用量。(3)施工條件如施工工期、發(fā)電日期、施工難易程度、所需勞動力和施工機械化水平等。(4)運行管理條件如泄洪、發(fā)電、通航是否相互干擾，建筑物及設備的運用操作和檢修是否方便，對外交通是否便利等。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐安全可靠以及管理維修方便的方案。方案選擇時主要論證比較的內(nèi)容15(5)經(jīng)濟指標指總投資、總造價、年運行費用、電站單位千瓦投資、發(fā)電成本、灌溉單位面積投資、通航能力、防洪以及供水等綜合利用效益等。(6)其他根據(jù)樞紐具體情況，需專門進行比較的項目。上述項目有些可以定量計算，有些則難以量化，這就給樞紐布置方案的選定增加了復雜性。因而，必須以國家的技術政策為指導，在充分掌握基本資料的基礎上，以科學的態(tài)度，實事求是地全面論證，通過綜合分析和技術經(jīng)濟比較，確定最優(yōu)方案。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐(5)經(jīng)濟指標指總投資、總造價、年運行費用、電站單位16四、蓄水樞紐布置實例1．中、低水頭水利樞紐修建在河流中、下游的丘陵或平原地區(qū)的水利樞紐一般是位于河床坡度平緩、河谷寬闊的河段上，其主要建筑物是攔河閘（壩），由于其上下游水頭差不大，稱作中、低水頭水利樞紐。此時，擋水建筑物可建在巖基或軟基上，由于地形開闊，通常是將擋水建筑物、過壩建筑物、泄水建筑物和電站廠房一字擺開。樞紐布置的關鍵問題是妥善處理好泄洪消能及防淤排沙問題。它是我國在長江干流上修建的第一座大壩，位于三峽出口南津關下游2.3km處，下距宜昌市約6km。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐四、蓄水樞紐布置實例第二節(jié)蓄水樞17樞紐主要任務是對三峽電站進行反調(diào)節(jié)，解決未來三峽電站日調(diào)節(jié)不穩(wěn)定流對下游航道及宜昌港的不利影響以及發(fā)電。主體建筑物有泄水閘、船閘、電站廠房、沖沙閘及擋水壩段等。樞紐總庫容15．8億m3，最大閘壩高47m，大壩全長2595m。電站總裝機容量271．5萬kW。1、2號大型船閘可通過萬噸級貨駁船及客輪，是世界最大船閘之一。葛洲壩工程壩址處河寬2200m。江中有葛洲壩和西壩兩座小島自右向左將長江分為大江、二江和三江。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐樞紐主要任務是對三峽電站進行反調(diào)節(jié)，解決未來三峽電站日調(diào)節(jié)不18

圖9—1為長江葛洲壩水利樞紐布置圖1—土石壩；2—3號船閘；3—三江沖沙閘4—三江混凝土壩5——2號船閘6一混凝土壩；7—二江電站，8—左導墻：9—泄水閘；10—右導墻(縱堰)11—大江電站12—1號船閘；13—大江沖沙閘；14一右岸土石壩15、16一開關站17、18一防淤堤，19、20--導沙坎第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐第二節(jié)蓄水樞紐第九章19大江是主河槽，二、三江枯水期斷流。其壩址地形和水文條件的主要問題是，長江出南津關后自東轉向南流，南津關以上峽谷河寬約300m到壩址處急劇擴展至2200m，水流流速減緩，向下至宜昌市江面又縮至800m。壩址又位于河流彎道，泥沙較多，如樞紐布置不當，將淤塞航道和影響發(fā)電。，因而，在樞紐布置時，首先應適應長江河勢，妥善安排好主流位置，以利于通航、發(fā)電、排沙和泄洪。經(jīng)過多種方案比較和水工、泥沙模型試驗，最后確定樞紐布置如下：挖掉江中葛洲壩，將樞紐中的關鍵建筑物即27孔泄水閘居中布置在正對主流的深槽位置，以利于泄洪、排沙和滿足河勢要求。在上游，左右各設置一道防淤堤，既可束窄主流河道，有利于拉沙、穩(wěn)定主槽和消除回流淤積，又能在兩側形成與第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐大江是主河槽，二、三江枯水期斷流。其壩址地形和水文條件的主要20主流分開的三江和大江兩條獨立的人工航道(大江下游并設導航墻)。在大江航道中設有1號大型船閘；三江航道中設有2號和3號大、中型船閘各一座。為防止上游航道淤積，在大江航道1號船閘右側布置9孔泄洪沖沙閘；在三江航道2、3號船閘之間布置6孔泄洪沖沙閘一座，在需要時可開閘拉沙、沖沙。為提前發(fā)揮發(fā)電效益，將樞紐電站分設在大江、二江兩處，二江電站裝機容量2X17萬kW+5X12．5萬kW，大江電站裝機為14X12．5萬kW。第一期工程建二江電站，使其提前投產(chǎn)發(fā)電。為防止廠前泥沙淤積和減少粗砂通過水輪機，在兩座廠房進水口上游均布置了導沙坎，進水口下部設置排沙底孔。在西壩和大江右岸，分別布置220kV和500kV開關站。該工程壩址的主要工程地質(zhì)問題是壩基存在著粘第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐主流分開的三江和大江兩條獨立的人工航道(大江下游并設導航墻)21土巖類軟弱夾層，其抗剪強度低，且產(chǎn)狀和傾角對抗滑和抗?jié)B透均不利。因而，沿夾層的深層滑動是閘室抗滑穩(wěn)定的控制條件。此外，地層中還存在著規(guī)模較大的緩傾角斷層所構成的強透水帶，亦需處理。對抗滑穩(wěn)定的加固措施，曾研究過多種方案，并對泥化夾層進行了野外大型抗力體試驗，經(jīng)分析比較，最后采用防滲板、混凝土齒墻、尾巖抗力(部分抗力體還加設鋼筋混凝土加固樁)和加強防滲排水等綜合性阻滑措施。對于溯河洄游性魚類中珍稀的中華鱘魚的保護問題，經(jīng)長期的調(diào)查、研究和試驗，證明中華鱘魚已適應了環(huán)境的變化，在壩下進行了有效的自然繁殖，同時，輔以人工繁殖放流后，可取得良好效果。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐土巖類軟弱夾層，其抗剪強度低，且產(chǎn)狀和傾角對抗滑和抗?jié)B透均不22實踐證明，雖然葛洲壩工程壩址的地形、水文和地質(zhì)條件比較復雜，并有重大地質(zhì)缺陷，但采用了合理的優(yōu)化設計方案和地基處理措施，樞紐布置非常成功。2．高水頭水利樞紐高水頭水利紐一般修建在河流上游的高山狹谷之中，通?？尚纬捎幸欢ㄕ{(diào)節(jié)能力的水庫，壩基多為巖基，地形陡峻，施工場地布置困難。當樞紐兼有防洪、發(fā)電和通航等多項綜合任務時，尤其是洪峰高、裝機規(guī)模大和過船噸位大的情況，樞紐布置必須妥善處理好泄洪、發(fā)電、導流和通航等建筑物之間的相互關系，以免互相干擾。泄洪和發(fā)電建筑物的布置通常有兩者分散布置和兩者重疊布置兩大類。一般說，分散布置可能更有利第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐實踐證明，雖然葛洲壩工程壩址的地形、水文和地質(zhì)條件比較復雜，23于施工和運行，但重疊布置使樞紐布置緊湊并可能節(jié)省投資。圖9—2為湖南東江水電站樞紐工程布置圖。電站樞紐任務以發(fā)電為主，兼有防洪、航運、工業(yè)用水和養(yǎng)殖等綜合效益。東江水電站位于湖南省湘江支流耒水的中上游，為耒水流域梯級開發(fā)第六級，控制流域面積4719km2，為耒水總流域面積的40％。水庫正常蓄水位以下庫容81.2億m，死庫容為24.5億，有效庫容56.7億m，庫容系數(shù)高達1.3。具有庫容大、水頭高、有效蓄能多、一般水文年不棄水的特點，是國內(nèi)已建和在建水電工程中調(diào)節(jié)性能最優(yōu)越的水庫。它能有效地對梯級及系統(tǒng)進行徑流電力補償調(diào)節(jié)，為提高系統(tǒng)的保證出力和改善系統(tǒng)運行條件發(fā)揮主導作用。因而，東江水電站是優(yōu)選梯級的范例。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐于施工和運行，但重疊布置使樞紐布置緊湊并可能節(jié)省投資。第二節(jié)24東江電站壩址河谷呈V形，兩岸對稱，岸坡40°—45°，河谷寬高比為2，基巖裸露，常水位時水面寬20m—40m，水深lm～3m，河床砂卵石覆蓋層僅厚3m～5m。壩基為單一塊狀花崗巖，巖性致密，新鮮完整，強度高，無較大斷層、巖脈通過，壩址區(qū)地震基本烈度為6°°是一處難得的、得天獨厚的優(yōu)良壩址。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐東江電站壩址河谷呈V形，兩岸對稱，岸坡40°—45°，河谷寬25圖9—2東江水電站樞紐工程布置圖1—混凝土雙曲拱壩2—重力墩3—電站進口4—壩后背管5—主廠房6—右岸滑雪道式溢洪道（窄縫式）7—左岸溢洪道（扭曲式挑坎）8—二級放空洞（兼導流及供水）9—一級放空洞（兼泄洪）10—擴機引水洞11—電梯井2—開關站13—變壓器場14—副廠房15、17—公路16、18、19—交通洞第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐第二節(jié)蓄水樞紐第九章26東江壩型采用變圓心、變半徑、混凝土雙曲拱壩，最大壩高157m,底厚35m,頂厚7m；壩頂中心弧長438m，最大中心角95。7‘18”中心半徑305．8m，倒懸度控制在0．25：1以內(nèi)。在壩型方案比較時，不少專家考慮到東江工程的重要性及顧慮當時的技術和管理水平，曾主張采用重力壩或重力拱壩，以求穩(wěn)妥。而后通過綜合分析、全面論證，并對設汁施工條件進行了充分的估量，最后審定為較薄的混凝土雙曲高拱壩。經(jīng)過精心設計，施工，東江雙曲拱壩已聳立在湘江耒水之上，工程質(zhì)量達到了優(yōu)良水平。東江拱壩的建設經(jīng)驗為我國雙曲高拱壩的大發(fā)展開拓了光明的前景。初設階段，東江拱壩樞紐的布置方案主要有兩種：第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐東江壩型采用變圓心、變半徑、混凝土雙曲拱壩，最大壩高127（1）廠、壩集中布置的壩后式廠房方案；（2）廠、壩分散布置的左岸地下式或左岸長隧洞引水的河岸式廠房方案。兩種樞紐布置方案各有利弊，經(jīng)綜合分析，全面比較，由于壩后式廠房方案比地下式廠房方案可減少55％～70％的洞挖量；比河岸式廠房方案減少40％—60％的洞挖量，考慮到施工開挖的實際條件和其他因素，最后審定為第一方案。樞紐建筑物有：混凝土雙曲拱壩；壩后式廠房（裝機容量4X12.5萬kW）；發(fā)電引水管道，采用單管引水式，它由斜面式進水口、壩內(nèi)埋管、壩后背管和壩后平管段四部分組成；其中壩后背管是新技術，具有減少廠壩施工干擾，加快拱壩施工進度的優(yōu)點，東江電站是率先采用；泄洪布置經(jīng)多種第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐（1）廠、壩集中布置的壩后式廠房方案；第二節(jié)28方案試驗、分析比較，采用左、右岸滑雪道式溢洪道，其消能工選用左岸為扭曲式挑坎和右岸為窄縫式挑坎的挑流形式，窄縫式消能工也是東江電站在國內(nèi)率先采用。兩岸還分別布置有放空隧洞，右岸二級放空隧洞，除用于水庫二級放空任務外，兼作導流和向下游供水，左岸一級放空隧洞除用于一級放空任務外，兼作輔助泄洪和擴大裝機容量時地下廠房的引水隧洞；另外，考慮上游木材外運，在庫區(qū)內(nèi)專門設有木材轉運設施。第二節(jié)蓄水樞紐第九章水利樞紐方案試驗、分析比較，采用左、右岸滑雪道式溢洪道，其消能工選用29一、概述1．引水樞紐的作用及類型引水樞紐的作用是把河流中的水引入渠道，以滿足灌溉、發(fā)電、工業(yè)及生活用水等需要；并防止粗粒泥沙進入渠道。引水樞紐位于引水渠道首部，又稱渠首工程。根據(jù)是否有攔河閘（壩）又分為有壩引水樞紐和無壩引水樞紐。無壩引水樞紐：它是一種最簡單的引水方式，在河道上選擇適宜地點開渠并修建必要的建筑物引水，稱無壩引水樞紐。通常由進水閘、沖沙閘、沉沙池、河道整治建筑物及泄水排沙渠等組成。無壩引水樞紐在大江、大河的下游或山區(qū)河流上采用較多。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐一、概述第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐30有壩引水樞紐：當河道水量比較豐富，但水位較低，不能自流灌溉；或引水量較大，無壩引水不能滿足要求時，則應修建攔河壩（閘），以抬高水位，保證引取灌溉所需的流量。這種引水方式稱有壩引水樞紐或有壩渠首。通常由溢流壩（亦稱壅水壩）或攔河閘、進水閘、防沙沖沙措施、船閘、閥道、魚道、電站等組成。由于工作可靠被廣泛使用。引水樞紐的形式亦受經(jīng)濟條件制約。日本在50年代的有壩渠首多為閘壩結合式渠首（即壅水壩及沖沙閘），但隨著其經(jīng)濟發(fā)展逐步改建成對天然河流狀態(tài)無影響的攔河閘式渠首，目前多采用閘壩結合式（泄洪閘及壅水壩，大孔口泄洪閘兼作泄洪、排沙、排冰）進行改造原有半永久性渠首（壅水壩及第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐有壩引水樞紐：當河道水量比較豐富，但水位較低，不能自流灌溉；31行洪灘地）。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展其攔河閘式渠首是未來的發(fā)展方向。2．引水樞紐的特點（1）無壩引水樞紐特點無壩引水樞紐的優(yōu)點是工程簡單、投資少、施工容易、工期短及收效快，而且不影響航運、發(fā)電及漁業(yè)，對河床演變影響小。其缺點是受河道的水位變化影響大，枯水期引水保證率低；在多泥沙河流上引水時，還會引入大量的泥沙，使渠道發(fā)生淤積現(xiàn)象，影響渠道正常工作；當河床變遷時，一旦主流脫離引水口，就會導致引水不暢，甚至引水口被泥沙淤塞而報廢；當從河流側面引水時，由于水流轉彎，產(chǎn)生強烈的橫向環(huán)流，以致引水口的上唇受到泥沙淤積，而下唇則受到水流沖刷。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐行洪灘地）。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展其攔河閘式渠首是未來的發(fā)展方32實驗表明，水流轉彎產(chǎn)生的橫向環(huán)流，使大量推移質(zhì)泥沙隨底流進入渠道，并隨引水率（引水流量與河道流量的比值）的增大而增大。當引水率達50%時，河道中的底沙幾乎全部進入渠道。我國河套地區(qū)的經(jīng)驗認為，引水率不宜大于20%～30%。2．有壩引水樞紐的特點其優(yōu)點是引水保證率高，而且不受引水率限制。缺點是工程量大、造價高，且破壞了天然河道的自然狀態(tài)，改變了水流、泥沙運動的規(guī)律，尤其是在多泥沙河流上，會引起渠首附近上下游河道的變形，影響渠首的正常運行。1）對上游河道壩區(qū)的影響建壩后，上游水位抬高，流速減小，挾沙能力減低，故河流中的推移質(zhì)泥沙淤積在上游，使河床逐漸抬高。這種淤積發(fā)展很快第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐實驗表明，水流轉彎產(chǎn)生的橫向環(huán)流，使大量推移質(zhì)泥沙隨底流進入33有的工程在短期內(nèi)將壩前淤平。壩前淤平后，失去對主流的控制作用，進水閘處于無壩引水的工作狀態(tài)，而且由于主流的擺動，加劇了上游河岸的沖刷變形，甚至使主流改道，招致工程報廢。壩前淤平也使泄流能力降低，回水水位亦增高。2）對下游河道的影響溢流壩運行初期，上游河床的淤積，下泄的水流含沙量減小，具有很大的沖刷力，使壩下游河床發(fā)生沖刷現(xiàn)象。當壩前泥沙淤平后，泥沙被挾帶到下游，由于上游大量引水結果，下游河道流量相應減小，而含沙量增大，水流挾沙能力降低，使下游河床淤積。如果下游河道坡度較緩，這種淤積將使河床抬高。嚴重時會產(chǎn)生埋壩現(xiàn)象。根據(jù)以上特點，在進行引水樞紐設計時，合理布置樞紐建筑物，充分考慮泥沙對天然河道的影響，確保渠首正常工作。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐有的工程在短期內(nèi)將壩前淤平。壩前淤平后，失去對主流的控制作用34圖9—3河流彎道沖淤圖

第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐35圖9—4彎道環(huán)流原理示意圖1—表層流2—底層流第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐36二、彎道環(huán)流原理天然河道都是彎曲的，對于土質(zhì)河床，由于流量的隨機性、地形及地質(zhì)的千差萬別，只有10～20%的直線段河道能保證其在不沖、不淤的穩(wěn)定狀態(tài)，而彎道均處于沖淤演變、擺動狀態(tài)。其彎曲演變?nèi)鐖D9—3所示。河流在直線段上的水深、流速及含沙量的分布是比較均勻的。彎道則不然，在彎道受離心力的作用，使表層的水流向凹岸水面壅高，凸岸水面降低，形成橫向比降，如圖9—4（b），因水流所受離心力的大小是和水流流速的二次方成正比，而河道水流流速的分布是表層大、底層小，故表層水流所受離心力較大，并沿水深逐漸減小。因離心力的方向與橫向水位差所引起的水壓力的方向相反，這第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐二、彎道環(huán)流原理第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐37兩種作用力的合力方向如圖9—4（c）。在其合力作用下，表層的水流向凹岸，底層的水流向凸岸，從而形成橫向環(huán)流，橫向環(huán)流與縱向流合成為螺旋狀前進水流，如圖9—4（a）所示。當橫向環(huán)流由上向下流動時，流速增大、含沙量較小，當流速大于凹岸的抗沖流速時，凹岸就產(chǎn)生沖刷。而底流流向凸岸時，含沙量大增，在岸坡處，底流轉而向上流動，因重力作用，流速減小而使泥沙淤積。當水流到達表層后，改變方向再流向凹岸，周而復始。這樣發(fā)展的結果，凹岸便成為水深流急的主流深槽，而凸岸則成為水淺流緩的淺灘。如凹岸不夠堅固，則會使彎道逐漸向下游移動（如圖9—3）。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐兩種作用力的合力方向如圖9—4（c）。在其合力作用下，表層的38根據(jù)彎道環(huán)流的特性，引水樞紐應布置在凹岸，引取表層較清水流，有效的防止泥沙入渠，并可防止引水口被淤積，保證引水量要求。三、無壩引水樞紐布置1．無壩引水樞紐位置選擇合理確定無壩渠首位置，對于保證正常引水減少泥沙入渠起著決定性的作用，在確定位置時，必須詳細了解河岸的地質(zhì)、地形情況、河道洪水特性、含沙量及河床變遷規(guī)律。位置選擇時可按如下原則確定：（1）根據(jù)彎道環(huán)流分沙原理，無壩渠首應設在河道堅固、河流彎道的凹岸，以引取層較清水流，防止泥沙入渠。設在彎道頂點以下水深最深、單寬流第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐根據(jù)彎道環(huán)流的特性，引水樞紐應布置在凹岸，引取表層較清水流，39量最大、環(huán)流作用最強的地方。這個地點距彎道起點的距離（L）可按下式初步擬定。（9—1）式中m—系數(shù)，一般取m=0.8～1.0時；B—河道設計水位時水面寬度，m；R—彎道中心半徑，m。當?shù)匦螚l件受到限制，不能把渠首布置在凹岸而必須設在凸岸時，應將渠首設在凸岸中點偏上游處，該處環(huán)流較弱，泥沙較少。必要時可在對岸設置丁壩將主流逼向凸岸，以利引水。（2）在分汊河段上，一般不宜設置引水口，因其主流擺動不定。常常發(fā)生交替變化，導致汊道淤塞，引水困難。如引水口必須設在汊道上時，并對河道進行整治，將主流控制在汊道上。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐量最大、環(huán)流作用最強的地方。這個地點距彎道起點的距離（L）可40圖9－5引水口位置圖9—6無壩引水樞紐

第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐413）無壩渠首設在河道的直段也是不理想，因在直段側向引水時，引水口會產(chǎn)生漩渦，不僅進水量小而且也不均勻。必需從河道的直段引水時，應把引水口設在主流靠近岸邊、河床穩(wěn)定、水位較高、流速較大的地段。（4）渠首位置應選在干渠路線比較短，而且經(jīng)過的地方?jīng)]有陡坡、深谷及坍方的地段，以減少土方工程量。2．無壩引水樞紐的布置形式無壩引水樞紐布置形式，可分為一首制渠首和多首制渠首兩類。（1）一首制渠首，有彎道凹岸渠首及導流堤式渠首兩種布置形式。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐3）無壩渠首設在河道的直段也是不理想，因在直段側向引水時，引421）彎道凹岸渠首：它適用于河床穩(wěn)定，河岸土質(zhì)堅固的凹岸。由進水閘、攔沙坎及沉沙設施等建筑物組成，如圖9—7所示。進水閘：其作用是控制入渠水流，一般布置在引水口處，應盡量減少引渠的長度，以減小水頭損失和減輕清淤工程量。引水口兩側的土堤應為喇叭口的形狀，以使入渠水流平順，避免出現(xiàn)漩渦，減少水頭損失。進水閘的中心線與河道水流所成的夾角，叫引水角。一般應為銳角，通常為了使水流平順，增大引水量，常采用30°～45°。進水閘堰頂高程應高于河床1.0m～1.5m，與干渠渠底齊平或略高。攔沙坎：其作用是用來加強天然河道環(huán)流，使底沙順利排走，一般布置在引水口的岸邊。坎的形狀第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐1）彎道凹岸渠首：它適用于河床穩(wěn)定，河岸土質(zhì)堅固的凹岸43通常采用“?！毙??？岔敻叱銮椎母叨燃s0.5m～1.0m，見圖9—7。沖沙閘：在洪水期打開沖沙閘，沖洗進水閘前、引渠內(nèi)沉積的泥沙，見圖9—8，其底板高程比進水閘低0.5m～1.0m。沉沙設施：一般布置在進水閘后面適當?shù)牡胤?。通常將總干渠加寬加深而成沉沙池；也可建成廂形的；或利用天然洼地布置成條渠沉沙。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐通常采用“?！毙??？岔敻叱銮椎母叨燃s0.5m～1.0m，見44圖9－7引嫩渠首攔沙坎布置圖1－攔沙坎；2—疊梁第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐452）導流堤式渠首：在不穩(wěn)定的河流上及山區(qū)河流坡降較陡，引水量較大的情況下，采用導流堤式渠首來控制河道流量，保證引水。導流堤式渠首由導流堤、進水閘及泄水沖沙閘等建筑物組成。導流堤的作用是束窄水流，抬高水位，保證進水閘能引取所需要的水量。導流堤軸線與主流方向夾角成10°～20°，向上游延長，接近主流。進水閘與泄水排沙閘的位置一般按正面引水排沙的形式布置，如圖9—8（a）所示，進水閘軸線與河流主流方向一致，沖沙閘軸線多與水流方向成接近90°的夾角，以加強環(huán)流，有利排沙。當河流來水量較大，含沙量較小時，也可按側面引水、正面排沙的形式布置，如圖9—8（b）,泄水排沙閘方向與水流方向一致，進水閘的中心線與主流方向以第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐2）導流堤式渠首：在不穩(wěn)定的河流上及山區(qū)河流坡降較陡，4630°～40°為宜。

圖9－8導流堤式渠首（a）正面引水，側面排沙示意圖（b）正面排沙，側面引水示意圖

第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐30°～40°為宜。第三節(jié)引水樞紐第九章水利472）多首制渠首：在不穩(wěn)定的多泥沙河流上，采用一個引水口時，常常由于泥沙的淤塞而不能引足所需的水量，嚴重時甚至使渠首廢棄。這時應采用多首制渠首。多首制渠首一般設有2～3條引水渠，各渠相距1～2公里，甚至更遠些。洪水期僅從一引水口引水，其余引水口關閉?？菟?，由于水位較低，則由幾個引水口同時引水，以保證引取所需水量。在圖9－9所示的布置中有兩條引水渠與進水閘相連。其優(yōu)點是：某一個引水口淤塞后可由其它引水口進水，不致停止供水；引水渠淤積后，可以輪流清淤、引水。其主要缺點是清淤工作量大，維修費用大。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐2）多首制渠首：在不穩(wěn)定的多泥沙河流上，采用一個引水口48圖9－9多首制渠首布置示意圖第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐493）無壩引水樞紐上下游河道整治天然的彎曲河道一般都得擺動變遷的，修建無壩引水樞紐后改變了原來河道的水流條件，加劇了河道變遷，引水樞紐上下游應進行整治。整治的目的主要是：使河道主流靠近引水口，并能維持所需要的水位，以便引入所需的水量；調(diào)整水沙分布結構，引取表層清水，排走底層泥沙；保證渠首建筑物不受沖擊或淘刷破壞，平順水流以增加引水量。河道整治措施應根據(jù)河床的穩(wěn)定性、地形、地質(zhì)條件、水力特性，進行全面規(guī)劃、綜合治理。通常采取的措施是1）修建丁壩、順壩：丁壩、順壩是用來控制和束窄水流，防止河床淤積變形，調(diào)整河寬，并保護河岸不受水流沖刷的河道整治建筑物，如圖9—10所示。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐3）無壩引水樞紐上下游河道整治第三節(jié)引水樞紐第九章50用于引水口的上游河岸受水流沖刷而坍塌變形，河道主流軸線改變，偏離引水口，惡化引水條件等情況。2）清除引水口處的凸出體：當引水口前有硬土堆或硬石妨礙水流時，必須清除，以避免導致主流偏離引水口。3）堵塞河汊：當引水口處河道枯水時期形成幾股汊道時，河槽位置頻繁改變，使枯水期引水困難，可用筑潛壩截斷汊道，將水流導向引水口。以上各項措施可單獨采用，亦可與護岸工程綜合在一起使用。必須注意的是丁壩及順壩屬于進攻性工程措施，在邊界、邊境河道治理中應慎重采用，避免引起雙方爭端。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐用于引水口的上游河岸受水流沖刷而坍塌變形，河道主流軸線改變，51圖9—10(a)丁壩1—正常主流軸線;2-引水口；3-偏移主流軸線；4—原河岸線5—沖刷河岸線；6-河岸防護；7-丁壩；8-淺灘第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐52圖9—10(b)順壩

1—沉排；2—壩頭；3－壩身；4－壩根；5－格壩；6—護岸第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐53四、有壩引水樞紐布置1．有壩引水樞紐位置選擇首先應根據(jù)河道特性：在彎曲河道上應選擇彎道凹岸；在順直河段，引水口應選在位于主流靠近河岸的地方；在多泥沙河流上應選在河床穩(wěn)定的地段；兼顧干渠底高程應選擇河岸堅固、高度適宜的地段，避免增加渠首土石方開挖量；當河流有支流流入時，應選擇支流匯入處的上游，如為了引更多水量，亦可選在其下游，但應充分考慮相互影響。其次考慮地質(zhì)條件：其優(yōu)劣順序為巖石地基、沙卵石和堅實粘土、沙礫石及沙基。淤泥和流沙不宜作為壩址。再次應考慮施工條件及抗凍條件：從施工條件第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐四、有壩引水樞紐布置第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞54考慮應選取河道寬窄適宜，既滿足施工又不使溢流壩過大。從嚴寒地區(qū)抗凍角度考慮應把引水口設在向陽的一側。渠首位置選擇應按上述原則擬定幾個不同方案進行技術經(jīng)濟比較，擇優(yōu)選取。2．在多泥沙河流上有壩引水樞紐的布置在多泥沙河流上有壩引水樞紐的布置，其核心問題就是根據(jù)河流含量情況，選取合理的泥沙處理措施。對于大、中型渠首，應通過水工模型試驗確定泥沙處理措施。根據(jù)泥沙處理措施的不同，渠首的布置形式有如下幾種。（1）沉沙槽（沖沙槽）式渠首：正面排沙、側面引水的布置型式。渠首由溢流壩、沖沙閘、泄洪第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐考慮應選取河道寬窄適宜，既滿足施工又不使溢流壩過大。從嚴寒地55閘、沉沙槽、導水墻、進水閘及防洪堤等建筑物組成，如圖9—11所示。溢流壩：抬高水位，以便引水灌溉；渲泄河道多余的洪水。根據(jù)河寬及上游允許壅高可建成帶閘門的溢流壩或攔河閘。進水閘：控制入渠流量，位于壩端河岸上。多泥沙河道上，進水閘的引水角多為70°～75°的銳角，以減少水頭損失和減弱橫向環(huán)流，使入渠泥沙減少。沖沙閘：既可以定期沖洗水閘前的泥沙，又可以渲泄河道部分洪水，使河道主流趨向進水閘，保證進水閘能引取所需的水量。泄洪閘：在寒區(qū)把沖沙閘尺寸加大，起到泄洪、第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐閘、沉沙槽、導水墻、進水閘及防洪堤等建筑物組成，如圖9—1156沖沙、排冰作用，避免冰排從壩頂渲泄，防止冰排破壞壩體。在文開河的河道上，當泄洪閘能夠渲泄凌汛流量時，壩前的冰凌可以慢慢融化，也是一種防止冰排的方法。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐沖沙、排冰作用，避免冰排從壩頂渲泄，防止冰排破壞壩體。在文開57（a）河南鲇魚山灌區(qū)渠首工程布置圖（b）陜西千惠渠渠首工程布置圖圖9—11沉沙槽式渠首工程布置圖1—導水墻；2—曲線沉沙池；3—分水墻；4—進水閘；5—沖沙閘；6—壅水壩。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐58導水墻與沉沙槽：導水墻位于沖沙閘與溢流壩連接處，并與進水閘的上游翼墻共同組成沉沙槽。當沖沙閘沖沙時，槽內(nèi)水流應有較高流速，以便沖走沉沙槽內(nèi)的泥沙。此外，導水墻還可攔阻壩前的泥沙，以免經(jīng)沉沙槽進入渠道。攔沙坎與導沙坎：為防止泥沙進入干渠，在進水閘引水口前設攔沙坎，如圖9—11（a）。也可在沉沙槽入口處設導沙坎，一般與水流方向成30°～40°夾角，其高度約為沉沙槽內(nèi)水深的1/4。（2）人工彎道式渠首：在不穩(wěn)的河床上，修建人工彎道，根據(jù)彎道環(huán)流分沙的原理，就可以正面引水、側面排沙，如圖9—12。人工彎道：要求其在汛期能形成較強烈而穩(wěn)定的橫向環(huán)流，以利于引水防沙。一般情況下，彎道半第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐導水墻與沉沙槽：導水墻位于沖沙閘與溢流壩連接處，并與進59徑R≥3B，弧中心線長度L=（1.0～1.4）R、渠底坡降i等于或略緩于天然河道的縱向比降，底寬B按進水閘流量的2～2.2倍設計。沖沙閘：設在進水閘旁靠凸岸的一側，用以沖洗引水彎道淤積的泥沙，與進水閘的夾角為36°～45°為宜。泄洪閘：在引水彎道進口處設置泄洪閘，用以泄洪和排沙，并使河道主槽靠近引水口。底部高程與河道高程相近，并低于引水彎道底高程1～1.5m。軸線與人工彎道中心線成40°～45°夾角。在寒區(qū)還可以起到排冰的作用。到下游河道主槽中去，避免造成淤積，縱坡控制在0.015～0.02之間，流速控制在3～第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐徑R≥3B，弧中心線長度L=（1.0～1.4）R、渠底坡降i60（3）底部沖沙廊道式渠首：根據(jù)水流泥沙分層原理，進水閘引取表層較清的水流，底層含沙量較多的水流經(jīng)底部沖沙廊道排到下游，其布置如圖9—13。適用于缺少沖沙流量、壩前水位有一定壅高的河流。其缺點是結構復雜，廊道易被淤塞，檢修困難。平面布置有如下兩種圖9—12人工彎道渠首示意圖型式。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐（3）底部沖沙廊道式渠首：第三節(jié)引水樞紐第九章水61圖9—13底部沖沙廊道式渠首第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐621）側面引水式渠首：側面進水閘的引水角采用銳角，如圖9—13（a）所示。由于引水口引水時水流的彎曲，產(chǎn)生橫向環(huán)流，使泥沙淤積在引水口上唇附近，為更有效排沙，在靠近引水口上唇部分，廊道應布置較密，而靠近壩端部分則較稀。2）正面引水、正面排沙式渠首：渠首進水閘與壅水壩位于同一軸線上，見圖9—13（b），閘底板下設尺寸較大的沖沙廊道。進水閘引水時，進口水流無彎曲現(xiàn)象，可以減少泥沙入渠。同時廊道尺寸較大，亦可用來渲泄部分洪水，即便在上下游水位差較小時，也能保證通過沖沙流量。（4）底欄柵式渠首：引水廊道設在壩內(nèi)，廊道頂蓋有欄柵，當河水從壩頂溢流時，一部分水流經(jīng)過欄柵流入廊道，然后由廊道的一端流入渠道，河第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐1）側面引水式渠首：側面進水閘的引水角采用銳角，如63流中的推移質(zhì)由壩頂欄柵滑到壩的下游，而隨水流進入廊道的細沙則經(jīng)過設在干渠的沖沙道排泄到河道下游。其適用于含有較多大顆粒推移質(zhì)和比降低較陡的山溪性河道上。如圖9—14所示，樞紐由底欄柵壩、泄洪排沙閘、導沙坎、及導流堤等建筑物組成。它的優(yōu)點是布置容易、結構簡單、施工方便、造價低廉及便于管理；缺點是攔柵空隙易被推移質(zhì)或漂浮物堵塞，需經(jīng)常清理；在寒區(qū)如果流量小、水深淺，欄柵易被冰塊堵塞或結冰凍死。欄柵壩：在平面布置上水流正交，使水流平順而均勻地流入。當河道洪水流量較大，需要另建溢流堰泄洪時，溢流堰與其不一定布置在同一軸線上。欄柵壩頂比枯水河床高1.5m。壩內(nèi)布置矩形無壓廊道1～2排，每個廊道寬1.5～2.0m，廊道內(nèi)的水面至第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐流中的推移質(zhì)由壩頂欄柵滑到壩的下游，而隨水流進入廊道的細沙則64欄柵應在0.3m以上，流速不應小于4.0m/s，以防止泥沙淤泥。廊道頂安裝坡度為0.1～0.2、柵隙1～1.5cm的鋼柵條，目前廊道引水流量多為6～10m3/s，最大達到30m3/s。泄洪閘與攔沙坎：泄洪閘位于攔柵壩靠河心的一側，以便渲泄洪水，保持主槽位置不變，并有利于排沙。攔沙坎位于壩前，傾斜布置，將底流導向沖沙閘；也可做成曲線攔沙坎，利用環(huán)流原理把泥沙導向沖沙閘。（5）兩岸引水式渠首：當兩岸均有灌溉要求時，應考慮兩岸引水式渠首布置。有如下三種布置形式。1）溢流壩兩側沉沙槽式渠首：溢流壩兩岸分別建造沉沙槽，如圖9—15（a）所示，其優(yōu)點是渠首布置第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐欄柵應在0.3m以上，流速不應小于4.0m/s，以防止泥沙淤65簡單，造價較低。缺點是當多泥沙河流主流擺動時，總有一岸引水條件惡化，以致引水不暢。適用條件是河道穩(wěn)定；或河水滿槽、水量豐富、有足夠的沖沙流量，使兩岸引水口前的河床均能借沖沙閘形成深槽，保證兩岸引水。圖9—14底欄柵式渠首第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐簡單，造價較低。缺點是當多泥沙河流主流擺動時，總有一岸引水條66(a)溢流壩兩側沉沙槽式渠首(b)攔河閘式首圖9—15兩岸引水式渠首1—溢流壩；2—進水閘；3—沖沙閘；1—攔河閘；2—進水閘；3—沖沙閘4—攔沙坎；5—沉沙槽；6—導水墻4—攔沙坎；5—沉沙槽；6—導水墻第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐672）攔河閘式渠首：攔河閘具有較大排沙能力，能保持天然河道自然穩(wěn)定狀態(tài)，有利于兩岸引水防沙，缺點是造價較高。見圖9—15（b）。3．少泥沙河流上綜合利用的有壩引水樞紐布置少泥沙河流上建造的渠首工程，通常都是綜合利用的。除了引水外，還有航運、發(fā)電、養(yǎng)魚及筏運等要求。渠首建筑物除進水閘、溢流壩外，還根據(jù)具體運用要求，建造相應的專門建筑物，如船閘、電站、魚道、筏道等。進水閘應位于有引水要求的一岸，保證能引取所需流量，如果是單側引水，進水閘與船閘應分別布置在兩岸，以免引水時影響船只的通航。船閘應靠岸布置，以利操作；如果總干渠有通航要求，進水閘與船閘必須位于同一岸時，船閘應靠岸布置，以第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐2）攔河閘式渠首：攔河閘具有較大排沙能力，能保持天然河道68利交通和裝卸貨物。電站與船閘應分設于不同的河岸上，以免運行時互相干擾。筏道、魚道的布置也要既滿足運用要求，又便于運行管理等。渠首的建筑物較多，渠首布置要統(tǒng)籌考慮各建筑物的運用、施工、管理等因素。一般按相似工程經(jīng)驗擬定幾個方案，經(jīng)技術、經(jīng)濟比較后加以確定。大、中型渠首宜通過水工模型試驗確定。如圖9—16是引水、航運綜合利用渠首布置圖。第三節(jié)引水樞紐

第九章水利樞紐利交通和裝卸貨物。電站與船閘應分設于不同的河岸上，以免運行時69第三節(jié)引水樞紐

圖9-－16綜合利用渠首第九章水利樞紐第三節(jié)引水樞紐第九章水利樞紐70第四節(jié)沉沙地

一、概述1.沉沙地的作用在多泥沙河流上取水時，雖在取水口采取了防沙措施，但水的含沙量和粒徑還不能完全滿足用水的要求。因此可在進水口下游設置沉沙池，通過擴大過水斷面，減小流速，沉淀不符合用水要求的泥沙。灌溉用水時，應沉淀粒徑大于0.03mm～0.05mm的泥沙。對發(fā)電引水，沉淀粒徑大于0.25mm的泥沙即可。沉沙池的沉沙率一般在80%～90%。2.沉沙池的類型按其池廂的平面形狀可分為：廂式沉沙池、條渠沉沙池及曲線形沉沙池等幾種形式。第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地一、概述第九章水利樞紐71第四節(jié)沉沙地

(1)廂式(又稱直線形)沉沙池它是一種規(guī)則整齊的廂槽沉沙設施，按沉沙室的多少可分為單室、雙室、多室及有側渠等四種。單室沉沙池[圖9-17(a)]是最簡單的一種，在池的末端設沖沙底孔，用以沖洗沉淀在池中的泥沙。單室沉沙池沖沙時，必須停止供水，以免沖沙時將大量泥沙帶入渠道。圖9-17(b)是帶有側渠的沉沙池，沖沙時可由側渠供水，但這時供水的含沙量是比較大的。為了減少入渠泥沙量，盡量選在需水量小的時候進行沖洗。當引水流量大于15m3/s～20m3/s時，單室沉沙池的尺寸較大，其沖洗時間較長，效果不好第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地(1)廂式(又稱直線形)沉沙池它是72第四節(jié)沉沙地

，這時可采用雙室或多室沉沙池。雙室沉沙池的設計一般有兩種情況：一是沉沙池中每個沉沙室都能通過總干渠的全部流量，可以輪流沖洗，連續(xù)供水；二是沉沙池的每個沉淀室只通過總干渠流量的一半，當一個沉淀室沖洗時，另一個沉淀室則通過超額流量。多室沉沙池的每個沉淀室通過的流量可以平均分配，一室沖洗時，其余各室共同通過全部流量。多室沉沙池不但可以連續(xù)供水，而且沖沙流量也小。第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地，這時可采用雙室或多室沉沙池。雙室沉沙73第四節(jié)沉沙地

圖9-17廂式沉沙池

（a）單室沉沙池;（b）帶側渠沉沙池;（c）雙室沉沙池;（d）多室沉沙池

第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地第九章水利樞紐74第四節(jié)沉沙地

(2)曲線形沉沙池這種沉沙池是利用彎道環(huán)流的原理，將沉沙池做成具有90°內(nèi)角的彎曲渠道，如圖9-18。使干渠中含泥沙的水流經(jīng)過沉沙池時，將泥沙淤積在彎道的凸岸，并由沖沙廊道沖走。它不僅結構簡單，施工方便，造價低廉，且沉沙效率高，可達90%以上。(3)條渠沉沙池利用天然洼地作為沉沙區(qū)，在沉沙區(qū)內(nèi)用圍堤或格堤分成若干個條渠，使粗沙沉積，如圖9-19。每一條渠淤滿后，即可用來耕種，不必清淤。這種形式的沉沙池不僅簡單、經(jīng)濟，而且可以與放淤改土、改良沙荒、鹽堿以及淤背固堤結合起來，使河流的水沙資源得到綜合利用，在黃河下游的引水工程中應用較多。第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地(2)曲線形沉沙池這種沉沙池是利用75第四節(jié)沉沙地

圖9-18曲線沉沙池圖9－19條渠沉沙池1—進水閘；2—渠道；3—沉沙條渠第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地第九章水利樞紐76第四節(jié)沉沙地

二、廂式(直線式)沉沙池的設計1.廂式沉沙池的工作情況廂式沉沙池是一個斷面尺寸遠大于引水渠的靜水池。由于斷面突然擴大，入池流速顯著減小(一般為0.2m/s～0.3m/s)，挾沙能力大大降低，使泥沙在池中沉積。通常粗顆粒泥沙沉淀在池的首端，逐漸形成三角洲。隨著時間的推移，三角洲向前發(fā)展，較細顆粒的泥沙則由三角洲前端沉入池底，形成異重流。異重流運行至池的末端即停止前進而淤積下來。為了提高沉沙效果，沉沙池內(nèi)應水流平順，流速分布均勻，避免產(chǎn)生渦流或集中底流等現(xiàn)象，而影響泥沙沉淀為此，通常在沉沙池進口設計過渡第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地二、廂式(直線式)沉沙池的設計第九章77第四節(jié)沉沙地

段與渠道相連，使水流平順均勻地擴散。由于水流的自由擴散角為10°—20°，通常在進口處設擴散墻或安裝靜水格柵等使水流均勻擴散的裝置，如圖9-21；為了保證池中流速分布均勻，可用分水墻將沉沙池分成2～3個沉淀室。分水墻的高度約為設計泥沙淤積高度。沖沙廊道的進口設在沉沙池末端沖洗流速不應小于2.0m/s-3.0m/s。

第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地段與渠道相連，使水流平順均勻地擴散。由78第四節(jié)沉沙地

圖9－20沉沙池平面布置示意圖1—引水渠2—進口聯(lián)接段3—進水欄4—沉淀室5－分水墻6－出口連接段7－沖沙廊道第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地第九章水利樞紐79第四節(jié)沉沙地

圖9-21沉沙池進口布置示意圖第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地第九章水利樞紐80第四節(jié)沉沙地2.廂式沉沙池基本尺寸的確定廂式沉沙池的基本尺寸包括池廂的長度、寬度及深度。(1)池廂長度L的確定L與池內(nèi)設計流速、工作水深、泥沙粒徑大小、地形條件等有關通?？捎孟率接嬎悖?/p>

（9-2）式中L——池長,m；ν——沉沙池內(nèi)平均流速,m/s；ω——設計粒徑的泥沙沉降速度，m/s。如無試驗資料，可按表9-1選用；Hp——沉沙池首部工作水深，m。（Hp=H-δ，δ為設計淤積高度，δ=0.2H～0.3H）；第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地2.廂式沉沙池基本尺寸的確定第九章81第四節(jié)沉沙地

ζ——考慮紊流影響的系數(shù)，一般采用1.2～1.5。(2)沉沙池首部深H的確定沉沙池首部水深可按下式確定：（9-3）式中z——沉沙地上游與排沙通道下游的水面落差，m；q——沉沙池的單寬沖沙流量,m3/s；νs——沉沙池的沖沙流速,m/s；i——沉沙池底縱坡，一般在0.02～0.05范圍內(nèi)選定，也可按計算；水電站的沉沙池的深度一般為4m—5m，灌溉沉沙池的深度常用2.5m—3.0m。

第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地ζ——考慮紊流影響的系數(shù)，一般采用1.82第四節(jié)沉沙地

3）沉沙池寬度確定沉沙池寬度一般可用下式確定:B=Q/vHp(9-4)式中:沖沙池的設計流量,m3/s.第九章水利樞紐第四節(jié)沉沙地3）沉沙池寬度確定沉沙池寬度一般可83第四節(jié)沉沙地

表9-1泥沙粒徑與沉速的關系第九章水利樞紐粒徑沉速(mm/s)徑粒沉速(mm/s)(mm)水溫0℃水溫10℃水溫20℃水溫30℃(mm)水溫0℃水溫10℃水溫20℃水溫30℃0.0010.000370.000510.000670.008320.0060.01360.01850.0240.02990.0020.001520.002060.002670.003330.0070.01850.02520.03270.04070.0030.003410.004630.006010.006010.0080.2420.03290.04260.05310.0040.006040.008220.01070.01070.0090.03060.04160.0540.06740.0050.009460.01290.01670.01670.010.03790.05140.06670.08320.020.1520.2060.2670.3330.654.362.669.2750.030.8410.4630.6010.7480.765.274.281.288.50.040.6040.8221.071.330.87585.593.71020.050.9461.291.672.05.0.985.5961061140.061.361.852.43.17195.21071171250.071.852.523.54.081.51431601721770.082.423.414.415.1321902052052050.093.064.195.556.182.52292292292290.13.74.976.127.3532512512512510.157.699.911.813.73.52712712712710.212.315.317.920.542902902902900.2517.22124.427.553243243243240.322.326.730.834.463553553553550.3527.432.837.141.473833833833830.432.938.743.448.684094094094090.543.350.656.761.9

第四節(jié)沉沙地表9-1泥沙粒徑與沉速的關系84第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物

在河道上修建水利樞紐后，截斷了水流，影響航運、木筏運送及魚類洄游。為此，，必須根據(jù)需要修建通航、過木和過魚建筑物等。在布置時，應盡可能使各建筑物互不干擾，并發(fā)揮整個樞紐最大的綜合效益。一、船閘1．概述船閘是通過充泄閘室內(nèi)水體克服水位落差來實現(xiàn)船只過壩的建筑物。它具有安全經(jīng)濟、方便可靠的特點，因此得到廣泛應用。船閘通常由閘首、閘室和引航道三部分組成，如圖9—22所示。船閘可以分為多級與單級。只用一個閘室克服樞紐全部落差的船閘，稱單級船閘；第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物

在河道上修建水利樞紐85第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物具有一個以上中間閘首的稱為多級船閘。單級船閘適用于水頭不大于20m的情況。根據(jù)上下游船只能否同時過閘，船閘又可以分為雙線（復線）和單線。對于雙線船閘，視上下游水位差的大小，每條線可以是單級的，也可以是多級的。長江三峽大壩的船閘，為雙線五級船閘，可使1000噸的船及船隊同時過壩。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物具有一個以上中間閘首的稱為86第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物圖9-22單級船閘示意圖Ⅰ-Ⅳ—船的位置；1—上游引航道；2—壁龕布分：3—閘門；4—上閘首5—輸水廊道；6—閘室；7—閘墻；8—下閘首；9—下游引航道第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物第九章水利樞紐87第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物船閘的布置既要滿足樞紐總體布置的要求，同時又要注意到船閘的特點，滿足對其地形、地質(zhì)、泥沙淤積及水流條件的要求。船閘的布置時，應盡量避開深挖方、高填方地區(qū)；閘首上下游一定距離內(nèi)，不宜有支流匯入，一般應布置在靠近深泓線的一岸；在地質(zhì)上，船閘布置應避開邊坡不穩(wěn)定的塌方區(qū)、淺層泥化夾層、斷層破碎帶和深淤區(qū)等。為了保證船閘運行可靠，船閘應距水電站或其它取水、泄水建筑物遠些。引航道口門段的軸線與水流方向的夾角一般不宜大于25°，且其位置應盡量避開淤積區(qū)。另外，還應考慮交通道路、沖沙、攔沙等影響。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物船閘的布置既要滿足樞紐總體88第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物圖9-23船閘閘室基本尺寸示意圖

第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物第九章水利樞紐89第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物2．閘室設計閘室位于兩閘首之間，是船只臨時停泊處。（1）閘室的主要尺寸閘室的主要尺寸包括閘室的有效長度、有效寬度及閘檻上的有效水深和交通要求等。1）閘室有效長度LkLk是指船隊（舶）過閘時，閘室內(nèi)可供船隊（舶）安全停泊的長度，可按下式計算。（9-5）式中Lc——船隊（舶）的計算長度,m；Lf——富裕長度,m，對于頂推船隊Lf≥2+0.06Lc,m；對于拖帶船隊Lf≥2m+0.03Lc,m；對于非機動船Lf≥2m。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物2．閘室設計第九章水90第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物設計采用的閘室有效長度應不小于式（9-5）計算的長度，并應滿足全國內(nèi)河通航標準的有關規(guī)定當上閘首向閘室灌水時，閘室內(nèi)靠近上閘首的一段波動激烈，不能停舶，此段稱為鎮(zhèn)靜段，閘室全長應等于有效長度與鎮(zhèn)靜段長度之和。鎮(zhèn)靜段長一般采用6m～12m。2）閘室有效寬度是指閘室內(nèi)兩側墻表面突出部分（如護木等）之間的距離，可按下式計算。（9-6）式中∑bc——并列過閘船只總寬度,m；bf——富裕寬度,m?！芺c≤10m時，bf≥1.0m；∑bc>10m時，bf≥0.5+0.04∑bc，。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物設計采用的閘室有效長度應不91第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物3）門檻上水深hk.hk是指設計最低通航水位時門檻最高處的水深。按規(guī)定（9-7）式中Tc——設計最大過閘船隊（舶）滿載時的吃水深度,m。(2)閘室結構形式按閘底板與兩側側墻的連接方式的不同，閘室結構形式可以分為整體式與分離式兩大類。若地基土質(zhì)較好，且水頭不大于5m，通常采用閘底板為透水的分離式閘室,如圖9-24。閘墻為擋土墻，有圬工重力式、扶壁式、連拱式、拉桿鎮(zhèn)定式板墻式及板樁式等，如圖9-25所示。透水閘底板底部需設反濾層。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物3）門檻上水深hk.第九92第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物

圖9-24分離式船閘閘室圖9-26整體式閘室結構第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物第九章水利樞紐93第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物圖9-25閘墻結構圖（a）衡重式；（b）扶壁式；（c）連拱式；（d）拉桿鎮(zhèn)定式；（e）重力式；（f）板樁式第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物第九章水利樞紐94第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物當?shù)鼗临|(zhì)較差，且水頭較大時，閘室宜采用整體結構。整體閘室的閘墻與底板剛性地連接，通常有鋼筋混凝土船塢式與懸臂式兩種，如圖9-26（a）為船塢式結構，剛度大，整體性好，地基受力較均勻，多用于粉砂土等較差的地基，但底板內(nèi)力較大。圖9-26（b）為懸臂式，閘室沿閘室中心線在底板上分縫，形成兩個懸臂。這種形式的閘室底板，較能適應地基的不均勻沉陷，且可以減小底板內(nèi)力。

第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物當?shù)鼗临|(zhì)較差，且水頭較大95第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物(3)閘室的防滲布置對于分離式透水底板的閘室應考慮防滲布置，進行滲透穩(wěn)定驗算閘室的滲流是空間問題，在一般工程中，可將其簡化為平面問題近似地采用流網(wǎng)法、直線比例法或改進阻力系數(shù)法等進行計算。一般檢修期為滲透壓力計算的控制情況。當閘墻底板不能滿足防滲要求時，需采取必要的防滲措施，對粘土、亞粘土地基，可加設齒墻；對砂性土地基，可打防滲板樁。為了降低墻后水位可在閘墻后回填土內(nèi)設排水砂層或排水暗管。3.閘首閘首是船閘的主要組成部分之一，其作用是設置閘門和輸水廊道。第九章水利樞紐第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物(3)閘室的防滲布置對96第五節(jié)水利樞紐中的過壩建筑物閘首由邊墩和底板兩部分組成，一般為混凝土或鋼