1、第三章第三章水電站的引水道水電站的引水道渠道及隧洞渠道及隧洞引水道引水道功用：功用：集中落差，形成水頭，輸送水量到水輪機。集中落差，形成水頭，輸送水量到水輪機。用作尾水渠，將發電以后的水排到下游河道。用作尾水渠，將發電以后的水排到下游河道。類型類型: 無壓引水道：渠道無壓引水道：渠道(channel)、無壓隧洞、無壓隧洞(free flow tunnel)。具有自由水面，引水道承受的水壓力不大。適用于無壓引具有自由水面，引水道承受的水壓力不大。適用于無壓引水電站。水電站。有壓引水道：有壓隧洞有壓引水道：有壓隧洞(pressure tunnel)。洞中水流為壓。洞中水流為壓力流，隧洞承受內水壓力

2、很大。適用有壓引水電站力流，隧洞承受內水壓力很大。適用有壓引水電站渠渠 道道一、渠道的要求和類型一、渠道的要求和類型水電站的引水渠道稱為動力渠道為適應負荷變水電站的引水渠道稱為動力渠道為適應負荷變化，化，Q Q、H H在不斷變化在不斷變化非恒定流非恒定流) ) 1 1、要求：、要求：有一定的輸水能力。按水電站的有一定的輸水能力。按水電站的QmaxQmax設計。設計。水質要符合要求。渠道進口、沿線及渠道末端都水質要符合要求。渠道進口、沿線及渠道末端都要采取攔污、防沙、排沙措施。要采取攔污、防沙、排沙措施。一、渠道的要求和類型一、渠道的要求和類型運行安全可靠運行安全可靠 防沖、防淤：渠道內水流速度

3、要小于不沖流速而大于防沖、防淤：渠道內水流速度要小于不沖流速而大于不淤流速，即：不淤流速，即：V V淤淤VV設設VV沖；沖； 對渠道加設護面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維對渠道加設護面，減小糙率、防滲、防沖、防草、維護邊坡穩定，保證電站出力護邊坡穩定，保證電站出力 ； 防草：維持渠道中的水深大于防草：維持渠道中的水深大于1.5m1.5m及流速大于及流速大于0.6m/s0.6m/s可抑制水草的生長；可抑制水草的生長； 防凌防凌: :尤其是北方地區尤其是北方地區結構經濟合理，便于施工及運行結構經濟合理，便于施工及運行一、渠道的要求和類型一、渠道的要求和類型 2、類型水力特性）、類型水力特性）非自

4、動調節渠道非自動調節渠道渠頂大致平行渠底，渠道的深度沿途不變，在渠道末渠頂大致平行渠底，渠道的深度沿途不變，在渠道末端的壓力前池中設溢流堰。端的壓力前池中設溢流堰。 適用：引水道較長，對下游有供水要求。適用：引水道較長，對下游有供水要求。溢流堰作用：限制渠末水位；保證向下游供水。溢流堰作用：限制渠末水位；保證向下游供水。當水電站引用流量當水電站引用流量Q =Qmax，壓力前池水位低于堰，壓力前池水位低于堰頂；頂；QQmax, 水位超過堰頂水位超過堰頂, 開始溢流；開始溢流；Q =0時，時，通過渠道的全部流量泄向下游。通過渠道的全部流量泄向下游。一、渠道的要求和類型一、渠道的要求和類型u自動調節

5、渠道自動調節渠道u渠道首部和尾部堤頂的高程基本相同，并高渠道首部和尾部堤頂的高程基本相同，并高出上游最高水位，渠道斷面向下游逐漸加大，出上游最高水位，渠道斷面向下游逐漸加大，渠末不設泄水建筑物。渠末不設泄水建筑物。u適用：渠道不長，底坡較緩，上游水位變化適用：渠道不長，底坡較緩，上游水位變化不大的情況。不大的情況。 u水電站引用流量水電站引用流量Q = 0時，渠道水位是水平的，時，渠道水位是水平的，渠道不會發生漫流和棄水現象；渠道不會發生漫流和棄水現象；QQmax為降水曲線。為降水曲線。二、渠道的水力計算二、渠道的水力計算主要任務：根據設計流量，選定斷面尺寸、糙率、縱坡、和主要任務：根據設計流

6、量，選定斷面尺寸、糙率、縱坡、和水深。水深。 (1) (1) 恒定流計算：確定底坡、橫斷面尺寸等恒定流計算：確定底坡、橫斷面尺寸等P129P129）對于給定的渠道斷面形狀、底坡及糙率，利用謝才公式可求對于給定的渠道斷面形狀、底坡及糙率，利用謝才公式可求出均勻流下正常水深出均勻流下正常水深hnhn與流量與流量Q Q之間的關系曲線，即圖之間的關系曲線，即圖7-27-2中中曲線。曲線。根據給定的斷面，假定一系列臨界水深根據給定的斷面，假定一系列臨界水深hchc，可算得與其相對，可算得與其相對應的流量應的流量Q Q，從而作出，從而作出hcQ hcQ 曲線，即曲線。曲線，即曲線。對于給定的渠首設計水深對

7、于給定的渠首設計水深h1h1，利用水力學中非均勻流水面曲，利用水力學中非均勻流水面曲線的計算方法，可求出渠道通過不同流量時渠道末的水深線的計算方法，可求出渠道通過不同流量時渠道末的水深h2 h2 ，從而繪出，從而繪出h2Qh2Q曲線。曲線。二、渠道的水力計算二、渠道的水力計算根據渠末溢流堰的實際尺寸，按堰流公式可以得出渠末水深根據渠末溢流堰的實際尺寸，按堰流公式可以得出渠末水深h2h2與與溢流流量溢流流量QwQw的關系，即曲線。的關系，即曲線。這些曲線的關系及意義：這些曲線的關系及意義：曲線與曲線曲線與曲線 的交點的交點N N表示表示hn = h2 hn = h2 ，渠內發生均勻流。此時，渠內

8、發生均勻流。此時的流量相應于渠道的設計流量的流量相應于渠道的設計流量QdQd。若水電站引用流量大于若水電站引用流量大于Qd Qd ，h2 hn h2 hd h2 hd ，渠中出現，渠中出現雍水曲線雍水曲線, ,渠末水位隨流量減小而上升。當水電站引用流量等渠末水位隨流量減小而上升。當水電站引用流量等于于QAQA時，即曲線與堰頂高程線的交點時，即曲線與堰頂高程線的交點A A處，處，h2 = hw h2 = hw ，剛好，剛好不溢流。此時給出無棄水下的渠末最高水位。不溢流。此時給出無棄水下的渠末最高水位。u引用流量更小時，引用流量更小時， h2 hw h2 hw ，發生溢流。令通過水輪機的流，發生溢

9、流。令通過水輪機的流量為量為Qt Qt ，溢流流量為，溢流流量為Qw Qw ，通過渠道的流量為，通過渠道的流量為Qt + Qw Qt + Qw ，渠，渠末水位末水位h2h2可由圖中曲線查出。可由圖中曲線查出。u當水電站停止運行即當水電站停止運行即Qt =0 Qt =0 ）時，通過渠道的流量全部由）時，通過渠道的流量全部由溢流堰溢走，相應于曲線與曲線的交點溢流堰溢走，相應于曲線與曲線的交點B B，這就是溢流堰，這就是溢流堰在恒定流情況下的最大溢流流量在恒定流情況下的最大溢流流量Qwmax Qwmax ，相應水位為恒定流，相應水位為恒定流下渠末最高水位。下渠末最高水位。二、渠道的水力計算二、渠道的

10、水力計算(2) (2) 非恒定流計算非恒定流計算( (計算過程參考相關資料計算過程參考相關資料) )目的：研究水電站負荷變化因而引起流量改變引起的渠中目的：研究水電站負荷變化因而引起流量改變引起的渠中水位和流速的變化。水位和流速的變化。內容：內容：計算水電站丟棄負荷時渠道涌波計算水電站丟棄負荷時渠道涌波( (最高水位最高水位),),確定堤頂高確定堤頂高程。程。計算水電站增加負荷時渠道消落波計算水電站增加負荷時渠道消落波( (最低水位最低水位) )，確定壓力，確定壓力管道進口高程。管道進口高程。水電站按日負荷圖工作時，渠道中水位及流速變化過程，水電站按日負荷圖工作時，渠道中水位及流速變化過程，以

11、研究水電站的工作情況。以研究水電站的工作情況。三、渠道的斷面尺寸三、渠道的斷面尺寸 (1) 斷面型式：一般為梯形。斷面型式：一般為梯形。 (2) 斷面尺寸：斷面尺寸： 動能經濟計算方法?；驹恚簞幽芙洕嬎惴椒ā；驹恚?F(D)C水水hwEEC火火 F(D)C水水hwEEC火火 C水水+C火火=CminFe(D)為經濟斷面。為經濟斷面。 經濟流速法：初估計算時用。經濟流速法：初估計算時用。 渠道：渠道：1.52.0m/s；隧洞：；隧洞：4m/s左右；左右； 壓力管道：壓力管道：57m/s。 Fe=Qmax/Ve 壓力前池與日調節池壓力前池與日調節池 壓力前池壓力前池壓力管道壓力管道一、壓

12、力前池一、壓力前池壓力前池設置在引水渠道或無壓隧洞的末端，是壓力前池設置在引水渠道或無壓隧洞的末端，是水電站引水建筑物與壓力管道的連接建筑物。水電站引水建筑物與壓力管道的連接建筑物。 1 1、作用：、作用： (1) (1) 平穩水壓、平衡水量。平穩水壓、平衡水量。 (2) (2) 均勻分配流量。均勻分配流量。 (3) (3) 渲泄多余水量。渲泄多余水量。 (4) (4) 攔阻污物和泥沙。攔阻污物和泥沙。一、壓力前池一、壓力前池 2 2、組成：、組成：(1) (1) 前室前室( (池身及擴散段池身及擴散段) )：P131P131(2) (2) 進水室及其設備：與引水道的進水口類似，進水室及其設備

13、：與引水道的進水口類似，一般為墻式。一般為墻式。P132P132(3) (3) 泄水建筑物：泄水建筑物：P132P132(4) (4) 排污、排冰、排冰設備：排污、排冰、排冰設備：P132P132 壓力前池組成建筑物壓力前池組成建筑物一、壓力前池一、壓力前池 3 3、布置、布置結合整個引水系統及廠房布置進行全面和綜合考慮。結合整個引水系統及廠房布置進行全面和綜合考慮。前池整體布置時，應使水流平順，水頭損失最少，以提前池整體布置時，應使水流平順，水頭損失最少，以提高水電站的出力和電能。高水電站的出力和電能。前池應盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度前池應盡可能靠近廠房，以縮短壓力管道的長度 前池

14、應建在天然地基的挖方中。前池應建在天然地基的挖方中。 注：選擇其位置時應特別注意地基穩定與滲漏條件注：選擇其位置時應特別注意地基穩定與滲漏條件二、日調節池二、日調節池當引水渠道較長，且水電站擔任峰荷時一日之當引水渠道較長，且水電站擔任峰荷時一日之內流量變化較大），常設日調節池。內流量變化較大），常設日調節池。P133P133日調節池與壓力前池之間的渠道按日調節池與壓力前池之間的渠道按QmaxQmax設計。日設計。日調節池以上的渠道可以按照較小的流量設計。調節池以上的渠道可以按照較小的流量設計。日調節池的運行：日調節池的運行：P133P133日調節池應盡量靠近壓力前池。日調節池應盡量靠近壓力前池

15、。 隧洞隧洞一、發電隧洞類型一、發電隧洞類型(1) (1) 從功用上劃分：從功用上劃分： 分為引水隧洞和尾水隧洞；分為引水隧洞和尾水隧洞；(2) (2) 從工作條件劃分：從工作條件劃分： 分為有壓隧洞和無壓隧洞。分為有壓隧洞和無壓隧洞。 發電引水隧洞多數是有壓的，尾水隧洞則以無壓洞居多。發電引水隧洞多數是有壓的，尾水隧洞則以無壓洞居多。二、發電隧洞具有的優點：二、發電隧洞具有的優點：P133P133 隧洞隧洞三、發電隧洞路線選擇三、發電隧洞路線選擇隧洞線路直接影響其造價大小、施工難易、安全可靠程度以隧洞線路直接影響其造價大小、施工難易、安全可靠程度以及工程效益。及工程效益。線路選擇應綜合考慮進

16、水口、調壓室、壓力管道以及廠房的線路選擇應綜合考慮進水口、調壓室、壓力管道以及廠房的位置，在認真勘測的基礎上擬定不同的方案，進行技術經位置，在認真勘測的基礎上擬定不同的方案，進行技術經濟比較后確定。濟比較后確定。隧洞布置的總原則：洞線短、彎道少，沿線的工程地質、水隧洞布置的總原則：洞線短、彎道少，沿線的工程地質、水文地質條件要好，并便于布置施工平洞。需要考慮以下因文地質條件要好，并便于布置施工平洞。需要考慮以下因素：素：P133P133 (1) (1) 地形條件地形條件 (2) (2) 地質條件地質條件 (3) (3) 施工條件施工條件 (4) (4) 水力條件水力條件隧洞隧洞四、發電隧洞水力

17、計算四、發電隧洞水力計算恒定流計算有壓）：研究隧洞斷面、引用流量及水頭損失之恒定流計算有壓）：研究隧洞斷面、引用流量及水頭損失之間的關系，以便確定隧洞尺寸，有壓按照曼寧公式計算。間的關系，以便確定隧洞尺寸，有壓按照曼寧公式計算。非恒定流計算有壓）非恒定流計算有壓） 1) 求隧洞沿線最大內水壓力值，以確定襯砌的設計水頭；求隧洞沿線最大內水壓力值，以確定襯砌的設計水頭； 2) 求隧洞沿線最小內水壓力線，洞頂各點高程應在最低壓坡求隧洞沿線最小內水壓力線，洞頂各點高程應在最低壓坡線之下，并有線之下，并有1.52.0m壓力余幅，保證洞內不出現負壓。壓力余幅，保證洞內不出現負壓。 注：有壓隧洞要避免出現時

18、而無壓時而有壓的工作狀態；注：有壓隧洞要避免出現時而無壓時而有壓的工作狀態；無壓隧洞工作條件與渠道相似，水力計算內容也相同。無壓隧洞工作條件與渠道相似，水力計算內容也相同。隧洞隧洞五、發電隧洞的斷面尺寸五、發電隧洞的斷面尺寸1斷面型式斷面型式 有壓隧洞：圓形斷面。有壓隧洞：圓形斷面。 無壓隧洞：城門洞形無壓隧洞：城門洞形-地質條件良好時；地質條件良好時； 馬蹄形馬蹄形-洞頂和兩側圍巖不穩時；洞頂和兩側圍巖不穩時； 高拱形高拱形-洞頂巖石很不穩定時采用。洞頂巖石很不穩定時采用。 2斷面尺寸：動能經濟比較法和經濟流速法。原理斷面尺寸：動能經濟比較法和經濟流速法。原理與渠道相同。與渠道相同。隧洞照片隧洞照片小小 結結 1水電站引水道的功用是集中落差，形成水頭，輸送水流。引水道分無壓和有壓兩類。無壓引水道常用渠道或無壓隧洞，適用于無壓引水電站。渠道主要內容是布置要求、水力計算和斷面設計有壓引水道主要是有壓隧洞，要了解