水利工程樞紐布置PPT課件

,西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院張曉飛,水利工程樞紐布置及調(diào)洪演算,三峽水利樞紐,二灘水電站1998年竣工流域/地址：雅礱江/四川攀枝花；壩型：雙曲拱壩；最大壩高：240m；總庫(kù)容：58.0億m3；總裝機(jī)容量：330萬(wàn)kw。,錦屏一級(jí)水電站在建流域/地址：雅礱江/四川；壩型：雙曲拱壩；最大壩高：305m；總庫(kù)容：100億m3；總裝機(jī)容量：300萬(wàn)kw。,瀑布溝水電站流域/地址：大渡河/四川；壩型：心墻堆石壩；最大壩高：186m；總庫(kù)容：51.7億m3；總裝機(jī)容量：330萬(wàn)kw。,糯扎渡電站樞紐由心墻堆石壩、左岸溢洪道、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。,第一節(jié)水利水電工程的設(shè)計(jì)程序,流域（或地區(qū)）規(guī)劃階段，提出項(xiàng)目建議書(shū)可行性研究階段初步設(shè)計(jì)階段（技術(shù)設(shè)計(jì)階段）施工圖設(shè)計(jì)階段（技施設(shè)計(jì)）,第二節(jié)水利樞紐和樞紐布置,一、樞紐布置的一般原則和要求,1運(yùn)用要求樞紐布置應(yīng)保證在一般條件下能正常地工作，避免運(yùn)用時(shí)相互干擾。如灌溉取水建筑物應(yīng)保證在各個(gè)時(shí)期均能按需要取出灌溉流量；發(fā)電取水口應(yīng)水流平順，水頭損失小，下游尾水平穩(wěn)；航運(yùn)建筑物進(jìn)、出口水流應(yīng)順暢、流速小、水位平穩(wěn)；泄水、排沙、過(guò)魚(yú)等要能得到合理的解決；溢洪道的布置應(yīng)保證安全泄洪，上游進(jìn)口水流平順，出口能順利歸河。樞紐對(duì)外和內(nèi)部交通線路應(yīng)合理布置。,2技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件樞紐布置應(yīng)當(dāng)在技術(shù)上可能的條件下，盡量做到經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)。盡量使一個(gè)建筑物擔(dān)負(fù)多種任務(wù)。例如，導(dǎo)流與泄水、排沙、放空水庫(kù)相結(jié)合；導(dǎo)流與發(fā)電、灌溉相結(jié)合等。要減少混凝土建筑物與土壩、岸坡等的接頭數(shù)目，以降低用于邊墩、導(dǎo)墻、刺墻等聯(lián)接建筑物的費(fèi)用。應(yīng)考慮樞紐盡早投入運(yùn)行或部分提前投入運(yùn)行的布置方案，使之早日發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，相應(yīng)地降低樞紐造價(jià)。總之，在滿(mǎn)足建筑物強(qiáng)度、穩(wěn)定以及運(yùn)用等要求的前提下，做到樞紐總造價(jià)最小，年運(yùn)行費(fèi)用最低，有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。,黃河蘇只水電站樞紐主要由河床式發(fā)電廠房、泄洪閘、右岸堆石壩、開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。工程布置從左岸到右岸為河床式廠房壩段、泄洪閘壩段、粘土均質(zhì)大壩等建筑物組成。混凝土壩最大壩高51.65米，土壩最大壩高25.5米。,3施工安排壩址、壩軸線選擇和樞紐布置，是與施工導(dǎo)流、施工方法和施工期限密切相關(guān)的，應(yīng)力求做到以最小的投資在最短時(shí)期內(nèi)順利完成施工任務(wù)。,三峽工程大壩壩址選定在宜昌市三斗坪，壩址區(qū)河谷開(kāi)闊，兩岸岸坡較平緩，江中有一小島（中堡島），具備良好的分期施工導(dǎo)流條件。樞紐建筑物基礎(chǔ)為堅(jiān)硬完整的花崗巖體，巖體內(nèi)斷層、裂隙不發(fā)育，且大多膠結(jié)良好、透水性微弱。,4環(huán)境影響（1）對(duì)上游淤積、淹沒(méi)、浸沒(méi)和下游河床演變、水文條件以及水溫、水質(zhì)等的作用和影響；（2）減少水庫(kù)淤積，延長(zhǎng)水庫(kù)壽命。措施：汛期利用泄水和取水建筑物進(jìn)行沖沙。（3）美化樞紐周?chē)沫h(huán)境，發(fā)展旅游。,第三節(jié)不同類(lèi)型樞紐布置的一般原則,一、重力壩樞紐布置原則（1）溢流壩布置盡可能布置在河床中央；盡可能采用開(kāi)敞式溢流孔（溢流壩）；泄洪建筑物在平面上的布置不應(yīng)影響電站、取水建筑物、船閘等正常運(yùn)行的要求。,安康水電站,（2）壩身泄水孔布置承擔(dān)排沙任務(wù)的泄水孔應(yīng)靠近發(fā)電（灌溉、供水）進(jìn)水口，其進(jìn)口高程是樞紐泄水建筑物中位置最低的；其他泄水孔的位置根據(jù)泄洪要求而定。樞紐泄水建筑物由溢流壩及泄水孔共同承擔(dān)，則一般溢流壩布置于河床中央，泄水孔布置于溢流壩側(cè)。,二、土石壩樞紐布置（一）大壩的布置形式。大壩布置于河床中央。壩型有均質(zhì)土壩、粘土均質(zhì)壩、粘土斜墻壩、混凝土面板堆石壩、瀝青防滲心墻（斜墻）土石壩等。（二）土壩樞紐泄水建筑物布置泄水建筑物一般由溢洪道和隧洞組成。溢洪道布置位置在岸邊，有正槽和側(cè)槽兩種布置形式。溢洪道布置盡量利用埡口地形（如銅錢(qián)壩）；堰頂高程一般較高，主要任務(wù)為泄洪。隧洞任務(wù)有泄洪、排沙、放空水庫(kù)等，故其布置高程需根據(jù)其承擔(dān)任務(wù)設(shè)置，其中排沙及放空水庫(kù)隧洞進(jìn)口高程較低。,第四節(jié)建筑物設(shè)計(jì)一、重力壩,(一)壩頂高程的確定；壩頂高于靜水位的超高值h,按下式計(jì)算；h=hl+h0+hchl波浪高度；h0波浪中心線至靜水位的高度；hc安全加高.壩頂高程或壩頂上游防浪墻頂高程按下式計(jì)算，并選用其中的較大值。壩頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)壩頂高程=校核洪水位+h校,（二）非溢流壩剖面形態(tài),上游n00.2；下游m0.60.8；壩頂寬：b=H(810)%，且bm壩底寬：B/H=0.70.9。,（三）溢流壩,1.溢流壩堰頂高程確定：根據(jù)設(shè)閘門(mén)與否確定。,設(shè)閘門(mén)：堰設(shè)計(jì)H設(shè)不設(shè)閘門(mén)：堰正常,式中：q設(shè)單寬流量。,2.單寬流量q設(shè)選取:,單寬流量的選取與地質(zhì)條件有關(guān)：一般軟弱巖石：q=3050m3/（sm）；較好巖石：q=5070m3/（sm）；堅(jiān)固巖石：q=70130m3/（sm）；,3.泄水寬度設(shè)計(jì):單孔孔口寬：一般情況：b（816）m；當(dāng)有排浮要求時(shí)，可加大到（1820）m。在樞紐布置允許的前提下，閘門(mén)宜選用寬而扁，寬高比常采用b/H1.02.0。泄流總凈寬：B=nb：泄流總凈寬根據(jù)泄洪要求及壩址地形確定；而孔數(shù)較少時(shí)取單數(shù)。,上游曲線段（ab）：雙圓弧、橢圓。近年來(lái)，提出了三圓弧及下列型式的曲線,下游段曲線bc）：當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)：,式中：Hd定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位時(shí)堰頂水頭的75%95%。,中間直線段（cd）坡度與非溢流壩段的下游坡相同。反弧段（de）挑流消能：R=（410）hchc為校核洪水時(shí)反弧最低點(diǎn)處的水深。,5.閘門(mén)布置及閘墩布置,檢修閘門(mén)及工作閘門(mén)之間間距：考慮檢修留13m間距。,平面閘門(mén)：工作閘門(mén)槽深0.52m，寬14m，門(mén)槽處的閘墩厚度11.5m；弧形閘門(mén)閘墩的最小厚度為1.52m；縫墩，墩厚要增加0.51m。,6.消能防沖設(shè)計(jì)型式：常用挑流、底流挑流,主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：反弧半徑R、挑角、鼻坎、水舌挑射距離、沖坑深度,反弧半徑R（810）h，h為鼻坎上水深；挑角：=2025坎頂應(yīng)高出下游水位以的12m為宜。挑射距離L與最大沖刷坑深度做為指標(biāo)，一般要求L/tk2.55.0。,底流設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：池長(zhǎng)計(jì)算、尾坎高計(jì)算、護(hù)坦結(jié)構(gòu)計(jì)算。,（四）泄水孔1.泄水孔進(jìn)口高程確定：根據(jù)承擔(dān)任務(wù)設(shè)置。泄水孔分中孔、深孔、底孔。其中，中孔和深孔承擔(dān)泄洪任務(wù)，底孔有泄洪、排沙、放空水庫(kù)的任務(wù)。進(jìn)口設(shè)置：中孔一般位于大壩1/2壩高附近；深孔位于大壩1/2壩高以下；底孔位于水庫(kù)死水位以下。2.泄水孔型式：有無(wú)壓和有壓兩種無(wú)壓孔：工作閘門(mén)設(shè)在壩身。有壓孔：工作閘門(mén)設(shè)在壩體外。3.孔口尺寸：根據(jù)承擔(dān)泄洪任務(wù)確定。,無(wú)壓泄水孔（單位：m）1啟閉機(jī)廊道；2通氣孔,有壓泄水孔（單位：m）1通氣孔；2平壓管；3檢修門(mén)槽；4漸變段；5工作閘門(mén),4.進(jìn)口體型：喇叭口頂板曲線、側(cè)曲線均為橢圓曲線,矩形斷：頂面曲線，A為孔高，1/31/4兩側(cè)曲線，A為孔寬，1/4底部邊界線可以采用圓弧。5.孔身高度：無(wú)壓孔根據(jù)水面線設(shè)置，有壓孔根據(jù)泄流量確定。6.通氣孔（補(bǔ)氣孔）設(shè)置7.消能工設(shè)計(jì)：主要有挑流和底流兩種，要求與溢流壩同。,二、土石壩（一）大壩設(shè)計(jì)大壩設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：計(jì)算部分：壩頂高程計(jì)算、滲流分析（計(jì)算浸潤(rùn)線）和大壩穩(wěn)定分析等。構(gòu)造設(shè)計(jì)：壩頂、防滲體、上下游護(hù)坡、排水結(jié)構(gòu)等。需要特別注意問(wèn)題：1.壩頂高程需滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是壩頂高程要求高出正常蓄水位0.5m，二是壩頂高程要求高于校核洪水位。2.粘土防滲墻頂高程：心墻高于正常水位0.60.3m，斜墻高于正常水位0.60.8m；,3.面板堆石壩的防浪墻與面板連接問(wèn)題：分縫至防浪墻頂；止水結(jié)構(gòu)至防浪墻頂水位以上；,4.護(hù)坡上游護(hù)坡設(shè)置至死水位以下2.5m；下游護(hù)坡至排水體。,（二）溢洪道設(shè)計(jì)溢洪道控制段同溢流重力壩設(shè)計(jì)類(lèi)同，區(qū)別在于：溢洪道為低堰，溢流壩為高堰；另外溢洪道控制段后接陡槽。計(jì)算項(xiàng)目：泄流量計(jì)算、水面線計(jì)算、消能工水力計(jì)算（挑流：挑距及沖坑深度計(jì)算；底流：消力池長(zhǎng)度計(jì)算、尾坎高度、護(hù)坦結(jié)構(gòu)計(jì)算）設(shè)計(jì)中注意：1.各部位曲線與直線連接需切線相連；2.進(jìn)口布置與大壩應(yīng)有一定距離，若距離較小，以致進(jìn)水影響大壩安全時(shí)，應(yīng)布置導(dǎo)墻。3.出口遠(yuǎn)離大壩壩腳，防止下泄水舌沖刷大壩壩腳。,4.陡槽縱坡改變時(shí)：當(dāng)坡度由陡變緩，采用圓弧連接；當(dāng)坡度由緩變陡，采用拋物線連接。5.陡槽盡量不要設(shè)置彎道，若需要設(shè)彎道，則彎道半徑要足夠大，彎曲半徑R10b。6.控制段基礎(chǔ)應(yīng)坐落在弱風(fēng)化巖層上。7.消能工采用挑流型式時(shí)，其挑坎基礎(chǔ)應(yīng)坐落在弱風(fēng)化巖層上。,（三）隧洞設(shè)計(jì)1.進(jìn)口高程排沙隧洞：設(shè)置與重力壩底孔要求同。其他泄洪隧洞：根據(jù)地形、地質(zhì)條件、泄洪任務(wù)設(shè)置。2.布置注意：（1）進(jìn)口布置與大壩應(yīng)有一定距離，若距離較小，以致進(jìn)水影響大壩安全時(shí)，應(yīng)布置導(dǎo)墻。（2）出口遠(yuǎn)離大壩壩腳，防止下泄水舌沖刷大壩壩腳。（3）對(duì)無(wú)壓隧洞，洞身軸線盡量布置為直線，避免彎道；對(duì)有壓隧洞，則無(wú)需此要求。（4）進(jìn)水塔與岸邊設(shè)置交通。3.計(jì)算項(xiàng)目：泄流量計(jì)算、水面線計(jì)算（無(wú)壓隧洞）、消能工計(jì)算。,第五節(jié)：調(diào)洪演算,本次洪水最高水位,流量q,庫(kù)水位,時(shí)間t,時(shí)間t,t1,to,t3,t2,t4,Zt,qt,Qt,Qm,qm,V,水庫(kù)調(diào)洪示意圖,防洪限制水位,一、水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的基本公式水量平衡方程式,（-）,式中：t計(jì)算時(shí)段；Qt、Qt+1t時(shí)段初、末的入庫(kù)流量；qt、qt+1t時(shí)段初、末的出庫(kù)流量；Vt、Vt+1t時(shí)段初、末水庫(kù)庫(kù)容。由該公式可知，要進(jìn)行調(diào)洪演算，需要以下資料：入庫(kù)洪水過(guò)程線、樞紐泄水建筑物泄流曲線、水庫(kù)庫(kù)容曲線。,1.入庫(kù)洪水過(guò)程線：Qt曲線（1）資料直接給出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水過(guò)程線；（2）資料給出典型洪水過(guò)程線可采用同倍比方法將典型洪水過(guò)程線放大至設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線及校核洪水過(guò)程線。放大比例=Q設(shè)計(jì)/Q典型,2.泄流曲線q=f（Z）,3.水位庫(kù)容關(guān)系曲線V=f（Z）為已知：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成下圖,二：水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算的半圖解法1.繪制輔助曲線（3條）水量平衡方程：Q平均+（V1/t-q1/2）=（V2/t+q2/2)式中V、q均可與庫(kù)水位建立關(guān)系，即庫(kù)容水位關(guān)系曲線V=f（Z）、泄量水位關(guān)系曲線q=f（Z）。故可根據(jù)選定的計(jì)算時(shí)段t做以下工作：制作相關(guān)計(jì)算表；根據(jù)計(jì)算表繪制三條輔助曲線,曲線（V/t-q/2）=f（Z）、（V/t+q/2）=f（Z）計(jì)算表,根據(jù)上表得到：（1）（V/t-q/2）=f（Z）（2）（V/t+q/2）=f（Z）（3）q=f（Z）,2.計(jì)算步驟（1）確定起調(diào)時(shí)間、計(jì)算時(shí)段t、