1、第七章第七章 水电站渠道及隧洞水电站渠道及隧洞第一节第一节 渠道渠道一、渠道的功用、要求及类型一、渠道的功用、要求及类型功用：功用：按要求向压力管道引水或将尾水引至下按要求向压力管道引水或将尾水引至下游河道；对引水、混合式开发电站，引水道有游河道；对引水、混合式开发电站，引水道有集中落差，形成水头的作用。集中落差，形成水头的作用。 要求：要求：（与进水口完全一样）（与进水口完全一样）有足够的输水能力：决定于断面面积及纵坡有足够的输水能力：决定于断面面积及纵坡。水质符合要求：防淤，防沙等。水质符合要求：防淤，防沙等。水头损失小：线路短而直，糙率小，转弯半水头损失小：线路短而直，糙率小，转弯半径径
2、(R3d,(R3d,）, ,流速小流速小( (经济流速经济流速) )。一般建筑物要求：安全、经济合理。一般建筑物要求：安全、经济合理。一、渠道的功用、要求及类型一、渠道的功用、要求及类型自动调节渠道自动调节渠道：渠末不设：渠末不设溢流堰，当水电站引用流溢流堰，当水电站引用流量为量为0 0时，渠中水位是水时，渠中水位是水平的，因而平的，因而渠顶基本上是渠顶基本上是水平水平的，渠道断面向下游的，渠道断面向下游逐渐加大。逐渐加大。非自动调节渠道非自动调节渠道：渠末一：渠末一般设有般设有溢流堰溢流堰，溢流堰主，溢流堰主要是限制渠末水位以及保要是限制渠末水位以及保证下游用水要求。证下游用水要求。渠道顶渠
3、道顶面与渠底大致平行面与渠底大致平行。类型：类型：自动调节渠道自动调节渠道非自动调节渠道非自动调节渠道二、渠道水力计算任务二、渠道水力计算任务恒定流计算：恒定流计算： b)b)非均匀流：非均匀流： 当引用流量当引用流量 时，渠道中为非均匀流。时，渠道中为非均匀流。 即已知断面尺寸即已知断面尺寸b ,h b ,h 、n n、i i，根据，根据 求一定渠末求一定渠末水深水深 时的壅水水面线。时的壅水水面线。 TQPTQQ 2ha)a)均匀流：均匀流： 根据最大引用流量设计渠道断面尺寸、底坡等。根据最大引用流量设计渠道断面尺寸、底坡等。 时时, ,渠道中为均匀流。即已知渠道中为均匀流。即已知 、糙率
4、、糙率n ,n ,确定底坡确定底坡i i，断面尺寸，断面尺寸b ,hb ,h等。等。PTQQ PQ：为设计流量；：为设计流量；：为引用流量。：为引用流量。PQTQa)a)水电站突然水电站突然丢失负荷时丢失负荷时，渠道中出现，渠道中出现涌波涌波，但渠末一般均设溢流堰，所以可以不考虑。但渠末一般均设溢流堰，所以可以不考虑。b)b)突然突然增加负荷时增加负荷时，渠道中出现消，渠道中出现消落波落波，计算计算渠末的最低高程，以决定压力管道进口高程渠末的最低高程，以决定压力管道进口高程, ,（防止压力管道中进气）。消落波计算特别是（防止压力管道中进气）。消落波计算特别是有溢流堰时，比较复杂，可参考有关手册
5、或专有溢流堰时，比较复杂，可参考有关手册或专著。著。非恒定流计算：非恒定流计算：三、渠道的断面尺寸三、渠道的断面尺寸渠道断面尺寸确定需由渠道断面尺寸确定需由动能动能经济经济计算确定。计算确定。即即“系统计算支出最小法系统计算支出最小法”。系水火D经系统要求水电站所发电能为系统要求水电站所发电能为E E，他可以全部由水，他可以全部由水电站发出，也可以由水电站和相应的电站发出，也可以由水电站和相应的替代电站替代电站共同发出，但希望是一个最经济的方案。渠道共同发出，但希望是一个最经济的方案。渠道经济流速约为经济流速约为1.5-2.0m/s1.5-2.0m/s。渠道断面水头损失电能损失水电站计算支出C
6、h替代电站计算支出Ct总 支 出Ch+CtF1h1E1Ch1Ct1Cs1=Ch1+Ct1F2h2E2Ch2Ct2Cs2=Ch2+Ct2系水火D经第二节第二节 压力前池及日调节池压力前池及日调节池1、构成：、构成：池身：池身：渠道末端加宽、加深的过渡段以满足进水口渠道末端加宽、加深的过渡段以满足进水口布置需要。布置需要。压力管道进水口：压力管道进水口：其构成与有压进水口同，常采用其构成与有压进水口同，常采用挡水墙式。挡水墙式。泄水建筑物：泄水建筑物：溢流堰等，在严寒地区可用来排冰。溢流堰等，在严寒地区可用来排冰。冲沙廊道：冲沙廊道：（无压引水道与压力管道之间的连接建筑物）（无压引水道与压力管道之
7、间的连接建筑物）分配水量：分配水量：正常运行时把流量平顺的分配给正常运行时把流量平顺的分配给各压力管道。各压力管道。平稳水压：平稳水压：荷载突然变化时或事故时，能起荷载突然变化时或事故时，能起反射水击波的作用，（与调压室同）。反射水击波的作用，（与调压室同）。防污、防沙、防冰：防污、防沙、防冰：保护压力管道，水轮机保护压力管道，水轮机不受其害。不受其害。电站停机时，保证下游用水。电站停机时，保证下游用水。 2 2、作用、作用压力前池：压力前池：平稳水流，平稳水流，分配水量。分配水量。日调节池：日调节池：调节水电站一天调节水电站一天的发电用水。的发电用水。侧堰：侧堰：宣泄多余宣泄多余的水量的水量
8、安全：安全：地质条件好、地基稳定、一定要置于地质条件好、地基稳定、一定要置于挖方中。（由于紧靠陡坡，渗径短，易于失稳、挖方中。（由于紧靠陡坡，渗径短，易于失稳、沉陷、滑坡）沉陷、滑坡）经济：经济：尽量靠近厂房（缩短压力管道），开尽量靠近厂房（缩短压力管道），开挖工程量少。挖工程量少。水流平顺：水流平顺：以减小水头损失。以减小水头损失。 便于施工、运行、检修。便于施工、运行、检修。3 3、布置要求、布置要求第三节第三节 隧洞隧洞发电隧洞包括引水隧洞和尾水隧洞。发电隧洞包括引水隧洞和尾水隧洞。隧洞与渠道相比具有以下隧洞与渠道相比具有以下优点优点：（1 1）可以采用较短的路线，避开沿线不利的地形、）
9、可以采用较短的路线，避开沿线不利的地形、地质条件；地质条件；（2 2）有压隧洞能适应水库水位大幅度变化以及电站）有压隧洞能适应水库水位大幅度变化以及电站引用流量的变化；引用流量的变化；（3 3）不受冰冻影响，沿程无水质污染；）不受冰冻影响，沿程无水质污染；（4 4）运行安全可靠。）运行安全可靠。缺点缺点：对地质条件、施工技术及机械化的要求较高，单价较对地质条件、施工技术及机械化的要求较高，单价较贵，工期较长。贵，工期较长。一、隧洞路线选择一、隧洞路线选择（线路选择不当给工程带来危害与损失是不易（线路选择不当给工程带来危害与损失是不易弥补的）。弥补的）。在进水口与厂房位置确定后，尽量将隧洞布置在
10、进水口与厂房位置确定后，尽量将隧洞布置成直线，但受下列因素影响：成直线，但受下列因素影响：地质：地质：围岩岩体强度、完整性、地下水、围岩岩体强度、完整性、地下水、岩层走向等。岩层走向等。地形：地形：埋深不宜过大（施工不便，增加工程埋深不宜过大（施工不便，增加工程量）、过小（于围岩稳定不利）。量）、过小（于围岩稳定不利）。施工条件：施工条件：为了增加为了增加施工面施工面，加快施工进度，加快施工进度，特别是在长隧洞中，每隔一段距离需开凿一，特别是在长隧洞中，每隔一段距离需开凿一条施工支洞。有压隧洞要设条施工支洞。有压隧洞要设0.3%-0.5%0.3%-0.5%的纵坡的纵坡, ,以利施工排水和放空隧
11、洞。以利施工排水和放空隧洞。水力条件：水力条件：洞线尽可能洞线尽可能短、直短、直；必须转弯时；必须转弯时弯曲半径一般不少于弯曲半径一般不少于3 3（5 5）倍洞径或洞宽，转倍洞径或洞宽，转角不宜大于角不宜大于6060，以使水流平顺，减小水头损，以使水流平顺，减小水头损失。失。二、二、隧洞水力计算隧洞水力计算1 1、恒定流计算：、恒定流计算：研究隧洞断面、引用流量及水头损失之间的关研究隧洞断面、引用流量及水头损失之间的关系，以便选定隧洞尺寸。系，以便选定隧洞尺寸。根据经验，有压隧洞根据经验，有压隧洞中的经济流速一般在中的经济流速一般在2.5-4m/s2.5-4m/s左右。左右。2 2、非恒定流：
12、、非恒定流：确定隧洞沿线最大、最小内水压力确定隧洞沿线最大、最小内水压力，分别用以，分别用以设计隧洞衬砌及决定隧洞高程。隧洞各点高程设计隧洞衬砌及决定隧洞高程。隧洞各点高程都应在最小压力线以下都应在最小压力线以下2m2m，以保证不出现负压，以保证不出现负压。隧洞中最大及最小内水压力坡降线隧洞中最大及最小内水压力坡降线三、隧洞的断面尺寸三、隧洞的断面尺寸常见隧洞断面形式有：常见隧洞断面形式有：圆形、方圆形（城门洞形）、圆形、方圆形（城门洞形）、马蹄形及高拱形。马蹄形及高拱形。有压隧洞常采用圆形断面有压隧洞常采用圆形断面。对于无压隧洞常采用方圆形断面，洞顶和两侧围岩不对于无压隧洞常采用方圆形断面，洞顶和两侧围岩不稳时常采用马蹄形，洞顶岩石很不稳时常采用高拱形。稳时常采用马蹄形，洞顶岩石很不稳时常采用高拱形。为了便于施工，为了便于施工，隧洞的横断面尺寸至少宽隧洞的横断面尺寸至少宽1.5m,1.5m,高高1.8m,1.8m,或内径不小于或内径不小于1.8m1.8m。发电隧洞断面尺寸应根据动能经发电隧洞断面尺寸应根据动能经济计算确定，其方法与前述渠道同。济计算确定，其方法与前述渠道同。
