水利水電樞紐建筑物類型與布置

第十一章水利水電樞紐布置教學(xué)要求：了解攔河壩水利樞紐、取水樞紐、堤防工程和廠區(qū)布置的基本要求，掌握河壩水利樞紐、取水樞紐、堤防工程和廠區(qū)的選址、主要建筑物布置和形式的方案分析方法。第一節(jié)攔河壩水利樞紐布置攔河壩水利樞紐是為解決來(lái)水與用水在時(shí)間和水量分配上存在的矛盾，修建的以擋水建筑物為主體的建筑物綜合運(yùn)用休，又稱水庫(kù)樞紐，一般由擋水、泄水、放水及某些專門性建筑物組成。將這些作用不同的建筑物相對(duì)集中布置，并保證它們?cè)谶\(yùn)行中良好配合的工作，就是攔河水利樞紐布置。

攔河水利樞紐布置應(yīng)根據(jù)國(guó)家水利建設(shè)的方針，依據(jù)流(區(qū))域規(guī)劃，從長(zhǎng)遠(yuǎn)著眼，結(jié)合近期的發(fā)展需要，對(duì)各種可能的樞紐布置方案進(jìn)行綜合分析、比較，選定最優(yōu)方案，然后嚴(yán)格按照水利樞紐的基建程序，分階段有計(jì)劃地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。攔河水利樞紐布置的主要工作內(nèi)容有壩址、壩型選擇和樞紐工程布置等。一、壩址及壩型選擇壩址及壩型選擇的工作貫穿于各設(shè)計(jì)階段之中，并且是逐步優(yōu)化的。

在可行性研究階段，一般是根據(jù)開(kāi)發(fā)任務(wù)的要求，分析地形、地質(zhì)及施工等條件，初選幾個(gè)可能筑壩的地段（壩段）和若干條有代表性的壩軸線，通過(guò)樞紐布置進(jìn)行綜合比較，選擇其中最有利的壩段和相對(duì)較好的壩軸線，進(jìn)而提出推薦壩址。開(kāi)在推薦壩址上進(jìn)行樞紐工程布置，再通過(guò)方案比較，初選基本壩型和樞紐布置方式。

在初步設(shè)計(jì)階段，要進(jìn)一步進(jìn)行樞紐布置，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最合理的壩軸線，確定壩型及其他建筑物的形式和主要尺寸，并進(jìn)行具體的樞紐工程布置。

在施工詳圖階段，隨著地質(zhì)資料和試驗(yàn)資料的進(jìn)一步深入和詳細(xì)，對(duì)已確定的壩軸線、壩型和樞紐布置做最后的修改和定案，并且作出能夠依據(jù)施工的詳圖。

壩軸線及壩型選擇是攔河水利樞紐設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)很主要的工作，具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，兩者是相互關(guān)聯(lián)的，影響因素也是多方面的，不僅要研究壩址及其周圍的自然條件，還需考慮樞紐的施工、運(yùn)用條件、發(fā)展遠(yuǎn)景和投資指標(biāo)等。需進(jìn)行全面論證和綜合比較后，才能做出正確的判斷和選擇合理的方案。

（一）壩址選擇選擇壩址時(shí)，應(yīng)綜合考慮下述條件。

1．地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是建庫(kù)建壩的基本條件，是衡量壩址優(yōu)劣的重要條件之一，在某種程度上決定著興建樞紐工程的難易。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件是影響壩址、壩型選擇的重要因素，且往往起決定性作用。

選擇壩址，首先要清楚有關(guān)區(qū)域的地質(zhì)情況。堅(jiān)硬完整、無(wú)構(gòu)造缺陷的巖基是最理想的壩基：但如此理想的地質(zhì)條件很少見(jiàn)，天然地基總會(huì)存在這樣或那樣的地質(zhì)缺陷，要看能否通過(guò)合宜的地基處理措施使其達(dá)到筑壩的要求。在該方面必須注意的是：不能疏漏重大地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)重大地質(zhì)問(wèn)題要有正確的定性判斷，以便決定壩址的取舍或定出防護(hù)處理的措施，或在壩利選擇和樞紐布置上設(shè)法適應(yīng)壩址的地質(zhì)條件。對(duì)存在破碎帶、斷層、裂隙、喀斯特溶洞、軟弱夾層等壩基條件較差的，還有地震地區(qū)，應(yīng)作充分的論證和可靠的技術(shù)措施。壩址選擇還必須對(duì)區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性以及水庫(kù)區(qū)的滲漏、庫(kù)岸塌滑、岸坡及山體穩(wěn)定等地質(zhì)條件做出評(píng)價(jià)和論證。各種壩型及壩高對(duì)地質(zhì)條件有不同的要求。如拱壩對(duì)兩岸壩基的要求很高，支墩壩對(duì)地基要求也高，次之為重力壩，土石壩要求最低。一般較高的混凝土壩多要求建在巖基上。石圖喇1矛1再-救1籠咳闊三超峽沾攔嶺河膊壩肆水岔利觀樞探紐2．地形條件

壩址地形條件必須滿足開(kāi)發(fā)任務(wù)對(duì)樞紐組成建筑物的布置要求。通常，河谷兩岸有適宜的高度和必需的擋水前緣寬度時(shí)，則對(duì)樞紐布置有利。一般來(lái)說(shuō)，壩址河谷狹窄，壩軸線較短，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(dǎo)流及施工場(chǎng)地的布置，有時(shí)反不如河谷稍寬處有利。除考慮壩軸線較短外，對(duì)壩址選擇還應(yīng)結(jié)合泄水建筑物、施工場(chǎng)地的布置和施工導(dǎo)流方案等綜合考慮。樞紐上游最好有開(kāi)闊的河谷，使在淹沒(méi)損失盡量小的情況下，能獲得較大的庫(kù)容。

壩址地形條件還必須與壩型相互適應(yīng)，拱壩要求河谷窄狹；土石壩適應(yīng)河谷寬闊、岸坡平緩、壩址附近或庫(kù)區(qū)內(nèi)有高程合適的天然埡口，并且方便歸河，以便布置河岸式溢洪道。岸坡過(guò)陡，會(huì)使壩體與岸坡接合處削坡量過(guò)大。對(duì)于通航河道，還應(yīng)注意通航建筑的布置、上河及下河的條件是否有利。對(duì)有暗礁、淺灘或陡坡、急流的通航河流，壩軸線宜選在淺灘稍下游或急流終點(diǎn)處，以改善通航條件。有瀑布的不通航河流，壩軸線宜選在瀑布稍上游處以節(jié)省大壩工程量。對(duì)于多泥沙河流及有漂木要求的河道，應(yīng)注意壩址位段對(duì)取水防沙及漂木是否有利。

3．建筑材料

在選擇壩址、壩型時(shí)，當(dāng)?shù)夭牧系姆N類、數(shù)量及分布往往起決定性影響。對(duì)土石壩，壩址附近應(yīng)有數(shù)量足夠、質(zhì)量能符合要求的土石料場(chǎng)；如為混凝土壩，則要求壩址附近有良好級(jí)配的砂石骨料。料場(chǎng)應(yīng)便于開(kāi)采、運(yùn)輸，且施工期間料場(chǎng)不會(huì)因淹沒(méi)而影響施工。所以對(duì)建筑材料的開(kāi)采條件、經(jīng)濟(jì)成本等，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查和分析。

4．施工條件

從施工角度來(lái)看，壩址下游應(yīng)有較開(kāi)闊的灘地，以便布置施工場(chǎng)地、場(chǎng)內(nèi)交通和進(jìn)行導(dǎo)流。應(yīng)對(duì)外交通方便，附近有廉價(jià)的電力供應(yīng)，以滿足照明及動(dòng)力的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看，施工的安排應(yīng)考慮今后運(yùn)用、管理的方便。

5．綜合效益

壩址選擇要綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、通航，過(guò)木、城市和工業(yè)用水、漁業(yè)以及旅游等各部門的經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)考慮上游淹沒(méi)損失以及蓄水樞紐對(duì)上、下游生態(tài)環(huán)境的各方面的影響。賺興標(biāo)建劉蓄捐水梳樞已紐乓將脹形嚼成妨水扎庫(kù)儉，測(cè)使壘大獵片描原楊來(lái)冶的善陸窯相秤地檔表挺和估河柜流矩型遭水雷域弟變登為鬼湖耀泊宰型愧水迅域貢，幣改潔變她了膝地央?yún)^(qū)去自辣然基景側(cè)觀稠，辟對(duì)切自俊然艷生鄰態(tài)囑和暖社陽(yáng)會(huì)攻經(jīng)刑濟(jì)劇產(chǎn)抗生頭多塑方糕面盯的藥環(huán)敲境瓣影盲響貪。垮其夏有極利圍影盾響堅(jiān)是常發(fā)槽展童了雀水孕電思、挎灌股溉源、永供粗水朝、順養(yǎng)夜殖分、況旅惠游甚等沒(méi)水中利赴事誰(shuí)業(yè)岡和煎解座除賠洪搏水垃災(zāi)證害敲、秧改妙善欠氣枯候鄰條呆件科等福，吉但胖是軌，枕也燒會(huì)言給些人栽類遺帶崗來(lái)蛇諸癢如聞淹疏沒(méi)陡損娃失桶、薄浸盡沒(méi)擁?yè)p鉗失豆、繁土恭壤腳鹽墾堿腫化他或軟沼訴澤烤化謎、夕水紗庫(kù)初淤慨積速、邪庫(kù)離區(qū)克塌均岸里或仁滑窗坡譽(yù)、豐誘品發(fā)露地廢震盲、宿使榨水三溫劍、扯水宜質(zhì)斬及脖衛(wèi)虹生懷條逃件鹽惡等化慨、令生租態(tài)謀平寸衡粥受聰?shù)斤h破巷壞微以盡及闊造艇成消下板游妨沖級(jí)刷惰，醬河請(qǐng)床份演灰變獸等物不堪利紡影師響硬。覺(jué)雖配然炮水孟庫(kù)倉(cāng)對(duì)打環(huán)萍境劉的運(yùn)不報(bào)利擔(dān)影解響勸與繪水愈庫(kù)害帶物給免人類類綁的灰社坐會(huì)扒經(jīng)奧濟(jì)敲效倘益蛾相濁比角，釋一凝般拆說(shuō)著來(lái)凡居急次或要墾地統(tǒng)位饑，頃但壞處哄理捐不狂當(dāng)涌也猾能閑造什成調(diào)嚴(yán)弓重講的漁危漿害鑼，跑故火在膊進(jìn)歸行辮水吸利怖規(guī)謹(jǐn)劃澇和椅壩順址贊選袋擇奇時(shí)暈，壘必娛須綁對(duì)也生價(jià)態(tài)城環(huán)旗境拍影躁響煤?jiǎn)栃桀}趨進(jìn)宏行玻認(rèn)鍬真圓研胃究靈，查并味作發(fā)為滿方扭案老比母較胖的涉因沿素韻之含一嬌加淘以丹考苗慮它。慢不喇同護(hù)的瘦壩喪址丟、兆壩痛型忌對(duì)民防役洪嗽、勇灌以溉驗(yàn)、塔發(fā)澆電砍、店給遮水諸、透航昆運(yùn)來(lái)等甩要落求仗也看不猾相好同比。止至批于攀是鞠否判經(jīng)助濟(jì)尊，顆要惕根倉(cāng)據(jù)絞樞愧紐虹總暢造唉價(jià)織來(lái)保衡貧量乎。

逮葛央扁歸包納鍛上甲述耍條替件傭，謹(jǐn)優(yōu)赤良狐的此壩栗址躬應(yīng)類是糟：壘地刊質(zhì)蓬條溝件呈好螞、蝦地斑形恨有幫利眼、蓬位仆置蹲適啄宜貢、刺方倍便漲施蓋工繳造客價(jià)頃低汁、絲效偽益克好類。坡所征以蔽應(yīng)書全砍面啞考香慮他、綱綜冊(cè)合放分粒析燦，只進(jìn)戰(zhàn)行姓多捕種矮方孟案匠比淋較悠，瘋合俊理掏解臂決厚矛鳳盾喬，爺選貧取資最抗優(yōu)綢成嫂果川。賴（島淋二殃）過(guò)壩巷型辣選蒸擇掃棗猛常按見(jiàn)頓的盾壩刪型盾有鋪土帶石憂壩色、朋重敬力板壩形及寨拱射壩穿等里。蝴壩閣型由選己擇灑仍末取敲決裕于脹地蘇質(zhì)核、瓦地廉形嫌、忘建開(kāi)材防及炎施陪工戚、怕運(yùn)礦用血等阿條敬件彼。1．土石壩在筑壩地區(qū)，若交通不便或缺乏三材，而當(dāng)?shù)赜钟谐渥銓?shí)用的土石料，地質(zhì)方面無(wú)大的缺陷，又有合宜的布置河岸式溢洪道的有利地形時(shí)，則可就地取材，優(yōu)先選用土石壩。隨著設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)和施工機(jī)械方面的發(fā)展，近年來(lái)土石壩比重修建的數(shù)量已有明顯的增長(zhǎng)，而且其施工期較短，造價(jià)遠(yuǎn)低于混凝土壩。我國(guó)在中小型工程中，土石壩占有很大的比重。目前，土石壩是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。目前已建、在建混凝土面板堆石壩74座，其中壩高在100m以上的有12座；已建最高的廣西天生橋一級(jí)178m；在建的水布埡壩高232m，為該壩型世界最高；完成設(shè)計(jì)待建的壩高100m以上的還有19座；南水北調(diào)西線的通天河引水與大渡河引水方案，需建面板堆石壩，壩高方案為296~348m，且還位于地震區(qū)。2．重力壩有較好的地質(zhì)條件，當(dāng)?shù)赜写罅康纳笆橇峡梢砸岳?，交通又比較方便時(shí)，一般多考慮修筑混凝土重力壩。可直接由壩頂溢洪，而不需另建河岸溢洪道，抗震性能也較好。我國(guó)目前已建成的三峽大壩是世界上最大的混凝土澆筑實(shí)體重力壩。近年來(lái)碾壓混凝土筑壩技術(shù)發(fā)展很快，自1986年我國(guó)建成第一座碾壓混凝土壩到現(xiàn)在，已建、在建的有43座，其中超過(guò)100m的座；設(shè)計(jì)待建的21座，其中超過(guò)100m的8座；是世界上建設(shè)碾壓混凝土壩最多的國(guó)家，以紅水河龍灘壩壩高192m，為該壩型世界最高。3．拱壩當(dāng)壩址地形為V形或U形狹窄河谷，且兩岸壩肩巖基良好時(shí)，則可考慮選用拱壩。它工程量小，比重力壩節(jié)省混凝土量1/2~2/3，造價(jià)較低，工期短，也可從壩頂或壩體內(nèi)開(kāi)孔泄洪，因而也是近年來(lái)發(fā)展較快的一種壩型。已建成的二灘混凝土拱壩高240m，在建的小灣混凝土拱壩壩高292m，待建的溪洛渡混凝土拱壩壩高278m。另外，我國(guó)西南地區(qū)還修建了大量的漿砌石拱壩。二、樞紐的工程布置攔河筑壩以形成水庫(kù)是攔河蓄水樞紐的主要特征。其組成建筑物除攔河壩和泄水建筑物外，根據(jù)樞紐任務(wù)還可能包括輸水建筑物、水電站建筑物和過(guò)壩建筑物等。樞紐布置主要是研究和確定樞紐中各個(gè)水工建筑物的相互位置。該項(xiàng)工作涉及泄洪、發(fā)電、通航、導(dǎo)流等各項(xiàng)任務(wù)，并與壩址、壩型密切相關(guān)，需統(tǒng)籌兼顧，全面安排，認(rèn)真分析，全面論證，最后通過(guò)綜合比較，從若干個(gè)比較方案中選出最優(yōu)的樞紐布置方案。（一）樞紐布置的原則進(jìn)行樞紐布置時(shí)，一般可遵循下述原則。（1）為使樞紐能發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)行樞紐布置時(shí)，應(yīng)綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、漁業(yè)、林業(yè)、交通、生態(tài)及環(huán)境等各方面的要求。應(yīng)確保樞紐中各主要建筑物，在任何工作條件下都能協(xié)調(diào)地、無(wú)干擾地進(jìn)行正常工作。（2）為方便施工、縮短工期和能使工程提前發(fā)揮效益，樞紐布置應(yīng)同時(shí)考慮便是選擇施工導(dǎo)流的方式、程序和標(biāo)準(zhǔn)便是選擇主要建筑物的施工方法，與施工進(jìn)度計(jì)劃等進(jìn)行綜合分析研究。工程實(shí)踐證明，統(tǒng)籌行當(dāng)不僅能方便施工，還能使部分建筑物提前發(fā)揮效益。樞紐布置應(yīng)做到在滿足安全和運(yùn)用管理要求的前提下，盡量降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用；如有可能，應(yīng)考慮使一個(gè)建筑物能發(fā)揮多種作用。例如，使一條陪同做到灌溉和發(fā)電相結(jié)合；施工導(dǎo)流與泄洪、排沙、放空水庫(kù)相結(jié)合等。（3）在不過(guò)多增加工程投資的前提下，樞紐布置應(yīng)與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，應(yīng)注意建筑藝術(shù)、力求造型美觀，加強(qiáng)綠化環(huán)保，因地制宜地將人工環(huán)境和自然環(huán)境有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出一個(gè)完美的、多功能的宜人環(huán)境。（二）樞紐布置方案的選定水利樞紐設(shè)計(jì)需通過(guò)論證比較，從若干個(gè)樞紐布置方案中選出一個(gè)最優(yōu)方案。最優(yōu)方案應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)和可能、經(jīng)濟(jì)上合理、施工期短、運(yùn)行可靠以及管理維修方便的方案。需論證比較的內(nèi)容如下。（1）主要工程量。如土石方、混凝土和鋼筋混凝土、砌石、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、帷幕和固結(jié)灌漿等工程量。（2）主要建筑材料數(shù)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(dòng)力和施工機(jī)械化水平等。（4）運(yùn)行管理?xiàng)l件。如泄洪、發(fā)電、通航是否相互干擾、建筑物及設(shè)備的運(yùn)用操作和檢修是否方便，對(duì)外交通是否便利等。（5）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。指總投資、總造價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)用、電站單位千瓦投資、發(fā)電成本、單位灌溉面積投資、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(jìn)行比較的項(xiàng)目。如在多泥沙河流上興建水利樞紐時(shí)，應(yīng)注重泄水和取水建筑物的布置對(duì)水庫(kù)淤積、水電站引水防沙和對(duì)不游河床沖刷的影響等。上述項(xiàng)目有些可定量計(jì)算，有些則難以定量計(jì)算，這就給樞紐布置方案的選定增加了復(fù)雜性，因而，必須以國(guó)家研究制定的技術(shù)政策為指導(dǎo)，在充分掌握基本資料的基礎(chǔ)上，以科學(xué)的態(tài)度，實(shí)事求是地全面論證，通過(guò)綜合分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選出最優(yōu)方案。（三）樞紐建筑物的布置1、擋水建筑物的布置為了減少攔河壩的體積，除拱壩外，其他壩型的壩軸線最好短而直，但根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)為了利用高程較高的地形以減少工程量，或?yàn)楸荛_(kāi)不利的地址條件，或?yàn)楸阌谑┕?，也可采用較長(zhǎng)的直線或折線或部分曲線。當(dāng)擋水建筑物兼有連通兩岸交通干線的任務(wù)時(shí)，壩軸線與兩岸的連接在轉(zhuǎn)彎半徑與坡度方面應(yīng)滿足交通上的要求。對(duì)于用來(lái)封閉擋水高程不足的山埡口的副壩，不應(yīng)片面追求工程量小，而將壩軸線布置在埡口的山脊上。這樣的壩坡可能產(chǎn)生局部滑動(dòng)，容易使壩體產(chǎn)生裂縫。在這種情況下，一般將副壩的軸線布置在山脊略上游處，避免下游出現(xiàn)貼坡式填土壩坡；如下游山坡過(guò)陡，還應(yīng)適當(dāng)削坡以滿足穩(wěn)定要求。2、泄水及取水建筑物的布置泄水及取水建筑物的類型和布置，常決定于擋水建筑物所采用的壩型和壩址附近的地質(zhì)條件。(1)土壩樞紐土壩樞紐一般均采用河岸溢洪道作為主要的泄水建筑物，而取水建筑物及輔助的泄水建筑物，則采用開(kāi)鑿于兩岸山體中的隧洞或埋于壩下的涵管。若兩岸地勢(shì)陡峭，但有高程合適的馬鞍形埡口，或兩岸地勢(shì)平緩且有馬鞍形山脊，以及需要修建副壩擋水的地方，其后又有便于洪水歸河的通道，則是布置河岸溢洪道的良好位置。如果在這些位置上布置溢洪道進(jìn)口，但其后的泄洪線路是通向另一河道的，只要經(jīng)濟(jì)合理且對(duì)另一河道的防洪問(wèn)題能做妥善處理的，也是比較好的方案。對(duì)于上述利用有利條件布置溢洪道的土壩樞紐，樞紐中其他建筑物的布置一般容易滿足各自的要求，干擾性也較小。當(dāng)壩址附近或其上游較遠(yuǎn)的地方均無(wú)上述有利條件時(shí)，則常采用壩肩溢洪道的布置形式。(2)重力壩樞紐對(duì)于混凝土或漿砌石重力壩樞紐，通常采用河床式溢洪道(溢流壩段)作為主要泄水建筑物，而取水建筑物及輔助的泄水建筑物采用設(shè)置于壩體內(nèi)的孔道或開(kāi)鑿于兩岸山體中的隧洞。泄水建筑物的布置應(yīng)使下泄水流方向盡量與原河流軸線方向一致，以利于下游河床的穩(wěn)定。沿壩軸線上地質(zhì)情況不同時(shí)，溢流壩應(yīng)布置在比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上。在含沙量大的河流上修建水利樞紐時(shí)，泄水及取水建筑物的布置應(yīng)考慮水庫(kù)淤積和對(duì)下游河床沖刷的影響，一般在多泥沙河流上的樞紐中，常設(shè)置大孔徑的底孔或隧洞，汛期用來(lái)泄洪并排沙，以延長(zhǎng)水庫(kù)壽命；如汛期洪水中帶有大量懸移質(zhì)的細(xì)微顆粒時(shí)，應(yīng)研究采用分層取水結(jié)構(gòu)并利用泄水排沙孔來(lái)解決濁水長(zhǎng)期化問(wèn)題，減輕對(duì)環(huán)境的不利影響。3．電站、航運(yùn)及過(guò)木等專門建筑物的布置對(duì)于水電站、船閘、過(guò)木等專門建筑物的布置，最重要的是保證它們具有良好的運(yùn)用條件，并便于管理。關(guān)鍵是進(jìn)、出口的水流條件。布置時(shí)，須選擇好這些建筑物本身及其進(jìn)、出口的位置，并處理好它們與泄水建筑物及其進(jìn)、出口之間的關(guān)系。電站建筑物的布置應(yīng)使通向上、下游的水道盡量短、水流平順，水頭損失小，進(jìn)水口應(yīng)不致被淤積或受到冰塊等的沖擊；尾水渠應(yīng)有足夠的深度和寬度，平面彎曲度不大，且深度逐漸變化，并與自然河道或渠道平順連接；泄水建筑物的出口水流或消能設(shè)施，應(yīng)盡量避免抬高電站尾水位。此外，電站廠房應(yīng)布置在好的地基上，以簡(jiǎn)化地基處理，同時(shí)還應(yīng)考慮尾水管的高程，避免石方開(kāi)挖過(guò)大；廠房位置還應(yīng)爭(zhēng)取布置在可以先施工的地方，以便早日投入運(yùn)轉(zhuǎn)。電站最好靠近臨交通線的河岸，密切與公路或鐵路的聯(lián)系，便于設(shè)備的運(yùn)輸；變電站應(yīng)有合理的位置，應(yīng)盡量靠近電站。航運(yùn)設(shè)施的上游進(jìn)口及下游出口處應(yīng)有必要的水深，方向順直并與原河道平順連接，而且沒(méi)有或僅有較小的橫向水流，以保證船只、木筏不被沖入溢流孔口，船閘和碼頭或筏道及其停泊處通常布置在同一側(cè)，不宜橫穿溢流壩前緣，并使船閘和碼頭或筏道及其停泊處之間的航道盡量地短，以便在庫(kù)區(qū)內(nèi)風(fēng)浪較大時(shí)仍能順利通航。船閘和電站最好分別布置于兩岸，以免施工和運(yùn)用期間的干擾。如必須布置在同一岸時(shí)，則水電站廠房最好布置在靠河一側(cè)，船閘則靠河岸或切入河岸中布置，這樣易于布置引航道。筏道最好布置在電站的另一岸。筏道上游常需設(shè)停泊處，以便重新綁扎木或竹筏。在水利樞紐中，通航、過(guò)木以及過(guò)魚(yú)等建筑物的布置均應(yīng)與其形式和特點(diǎn)相適應(yīng)，以滿足正常的運(yùn)用要求。第二節(jié)取水樞紐布置一、取水樞紐的作用和類型通常所稱的取水樞紐(引水樞紐)是指從河流或水庫(kù)取水的水利樞紐，其作用是獲取符合水量及水質(zhì)要求的河水，以滿足灌溉、發(fā)電、工業(yè)及生活用水的要求；并要求防止粗顆粒泥沙進(jìn)入渠道，以免引起渠道的淤積和對(duì)水輪機(jī)或水泵葉片的磨損，保證渠道及水電站正常運(yùn)行。因取水樞紐位于渠道首部，所以又稱為渠首樞紐。

取水樞紐根據(jù)是否具有攔河建筑物可分為無(wú)壩引水樞紐和有壩引水樞紐兩大類。1．無(wú)壩取水樞紐當(dāng)河道枯水時(shí)期的水位和流量能滿足引水要求時(shí)，不必在河床上修建攔河建筑物，只需在河流的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)開(kāi)渠，并修建必要的建筑物自流引水，這種取水樞紐稱為無(wú)壩引水樞紐。其優(yōu)點(diǎn)是工程簡(jiǎn)單、投資少、施工比較容易、工期短、收效快、并且對(duì)河床演變的影響較小。缺點(diǎn)是不能控制河道水位和流量，枯水期引水保證率低。在多泥沙河流上引水時(shí)，如果布置不合理還可能引入大量泥沙，造成渠道淤積，不能正常工作。2．有壩取水樞紐當(dāng)河道枯水時(shí)期的水位和流量能滿足引水要求時(shí)，但河道水位較低不能自流引水時(shí)，需修建壅水壩(或攔河閘)以抬高水位以滿足自流引水的要求，這種具有壅水壩的引水樞紐，稱為有壩引水樞紐。不過(guò)在有些情況下，雖然水位和流量均可滿足引水要求，但為了達(dá)到某種目的，也要采用有壩取水的方式。比如：采用無(wú)壩取水方式需開(kāi)挖很長(zhǎng)的水渠時(shí)，工程量大，造價(jià)高時(shí)；在通航河道上引水量大而影響正常航運(yùn)時(shí)；河道含沙量大，要求有一定的水頭沖洗取水口前淤積的泥沙時(shí)。有壩取水樞紐的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，引水保證率高，便于引水防沙和綜合利用，故應(yīng)用較廣。但相對(duì)無(wú)壩取水樞紐來(lái)說(shuō)，工程復(fù)雜，投資較多，攔河建筑物破壞了天然河道的自然狀態(tài)，改變了水流、泥沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尤其是在多泥沙河流上，如果布置不合理時(shí)，會(huì)引起渠首附近上下游河道的變形，影響渠首的正常運(yùn)行。二、取水樞紐的工作特點(diǎn)1、無(wú)壩取水樞紐的工作特點(diǎn)（1）受河道水位漲落的影響較大無(wú)壩取水樞紐因沒(méi)有攔河建筑物，不能控制河道水位和流量。在枯水期，由于天然河道中水位低，可能引不進(jìn)所需的流量，引水保證率較低。而在汛期，由于河道中水位高，含沙量也大。因此，渠首的布置不僅要能適應(yīng)河水漲落的變化，而且必須采取有效的防沙措施。（2）河床變遷的影響較大若取水口處河床不穩(wěn)定，就會(huì)引起主流擺動(dòng)。一旦主流脫離引水口，就會(huì)導(dǎo)致水流不暢；加之常受河水漲落、泥沙淤積等影響，可能還會(huì)使引水口被淤塞而失效。如黃河人民勝利渠渠首，由于河床變遷，進(jìn)水閘前出現(xiàn)大片沙灘，引水十分困難。鄭州市東風(fēng)渠的渠首工程，因受黃河河床變遷的影響，迫使引水口被淤而不能取水。所以，在不穩(wěn)定河流上引水時(shí)，引水口應(yīng)選在靠近河道主流的地方。并隨時(shí)觀察河勢(shì)變化，必要時(shí)，加以整治，防止河床變遷。（3）水流轉(zhuǎn)彎的影響如在河道直段側(cè)面引水，由于岸邊引水口前水流轉(zhuǎn)彎，從而形成側(cè)面引水環(huán)流，使表層水流和底層水流分離。而且，進(jìn)入渠道的底層水流寬度遠(yuǎn)大于表層水流，從而使大量推移質(zhì)隨著底流進(jìn)入渠道。當(dāng)引水比(引水流量與河道流量的比值)達(dá)50％時(shí)，河道的底沙幾乎全部進(jìn)入渠道。為此，應(yīng)采取必要的防沙措施，改變流態(tài)，減小底流寬度或?qū)⒌琢鲗?dǎo)離引水口，以減少推移質(zhì)入渠。（4）渠首運(yùn)行管理的影響渠首運(yùn)行管理的好壞，對(duì)防止泥沙入渠也有很大的關(guān)系。河流的泥沙高峰在洪水期，如果這時(shí)能關(guān)閘不引水，或少引水，避開(kāi)泥沙高峰，就能有效的防止泥沙進(jìn)入渠道造成淤積。2、有壩引水樞紐的工作特點(diǎn)（1）對(duì)上游河床的影響當(dāng)渠首投入運(yùn)用后，上游水位被壅水壩抬高，壩前流速較低。因此，大量泥沙沉積在壩前，沉積的速度也很快，在1～2年內(nèi)，甚至一次洪水即可將壩前淤滿，山區(qū)河流中，由于水中帶的泥沙為礫石及大塊石，因此壩前淤積往往高出壩頂，如陜西石頭河的梅惠渠，壩前淤積高出壩頂2.0m，壅水壩淤平后，即失去控制水流的作用進(jìn)水閘處于無(wú)壩取水狀態(tài)。另外，當(dāng)河道主流擺動(dòng)后，上游河床常形成一些岔道，使得引水口附近不能保持穩(wěn)定的深槽，從而影響渠首的正常工作。（2）對(duì)下游河床的影響

在渠首運(yùn)行初期，壅水壩下泄的水流較清，具有很大的沖刷力，促使下游河床沖刷；當(dāng)壩前淤平后，下泄水流的含沙量增大，又使下游河床逐漸淤積，嚴(yán)重時(shí)可將壅水壩埋于泥沙之中。陜西省織女渠首的壅水壩，其壩體大部分已被埋在沙內(nèi)。

根據(jù)上述情況，不但要使建筑物布置合理、尺寸和高程選擇恰當(dāng)，而且還要考慮渠道上、下游河床的再造情況，進(jìn)行必要的河道整治。三、取水樞紐布置的一般要求取水樞紐是整個(gè)渠系的咽喉，它的布置是否合理，對(duì)發(fā)揮工程效益影響極大。除樞紐的各個(gè)建筑物應(yīng)滿足一般水工建筑物的要求外，取水樞紐的布置還應(yīng)滿足以下的要求：⑴在任何時(shí)期，都應(yīng)根據(jù)引水要求不間斷地供水；⑵在多泥沙河流上，應(yīng)采取有效的防沙措施，防止泥沙入渠；⑶對(duì)于綜合利用的渠首，應(yīng)保證各建筑物正常工作互相不干擾；⑷應(yīng)采取措施防止冰凌等漂浮物進(jìn)入渠道；⑸樞紐附近的河道應(yīng)進(jìn)行必要的整治，使主流靠近取水口，以保證引取所需水量；⑹樞紐布置應(yīng)便于管理，易于采用現(xiàn)代化管理設(shè)施。四、無(wú)壩取水樞紐的布置（一）無(wú)壩取水樞紐位置選擇無(wú)壩取水樞紐因沒(méi)有攔河建筑物，不能控制河道水位和流量。所以，渠首位置的選擇，對(duì)于提高引水保證率，減少泥沙入渠，起著決定性作用。在選擇位置時(shí)，除滿足渠首位置選擇的一般原則外，還必須詳細(xì)了解河岸的地形、地質(zhì)情況，河道洪水特性，含沙量及河床演變規(guī)律等，并根據(jù)以下原則，確定合理的位置。（１）根據(jù)河流彎道的水流特性，無(wú)壩渠首應(yīng)設(shè)在河岸堅(jiān)固、河流彎道的凹岸，以引取表層較清水流，防止泥沙入渠。因此取水口不應(yīng)設(shè)在彎道的上半部，因?yàn)樵撎幍臋M向環(huán)流還沒(méi)有充分形成，河流中的泥沙還來(lái)不及帶到凸岸。所以取水口應(yīng)設(shè)在彎道頂點(diǎn)以下水深最深、單寬流量最大、環(huán)流作用最強(qiáng)的地方。（２）在有分汊的河段上，一般不宜將取水口布置在汊道上。由于分汊河段上主流不穩(wěn)定，常發(fā)生交替變化，導(dǎo)致汊道淤塞而引水較困難。若由于具體位置的限制，只能在汊道上設(shè)取水口進(jìn)，則應(yīng)選擇比較穩(wěn)定的汊道，并對(duì)河道進(jìn)行整治，將主漢控制在該汊道上。（３）無(wú)壩渠首也不宜設(shè)在河流的直段上。因從河道直段的側(cè)面引水，河道主流在取水口處流向下游，只有岸邊的水流進(jìn)入取水口，所以進(jìn)水量相對(duì)較小且不均勻。此外，由于水流轉(zhuǎn)彎，引起橫向環(huán)流，使河道的推移質(zhì)大量進(jìn)入渠道。（二）無(wú)壩取水樞紐的布置形式無(wú)壩取水樞紐的水工建筑物有進(jìn)水閘、沖沙閘、沉沙池及上下游整治建筑物等。當(dāng)有航運(yùn)、漂木和漁業(yè)等要求時(shí)，還應(yīng)考慮設(shè)置船閘、筏道和魚(yú)道等。無(wú)壩取水樞紐的布置形式，按取水口的數(shù)目可分為一首制和多首制兩種，每種渠首的布置形式，根據(jù)河床和河岸的穩(wěn)定情況，河流的水沙特性以及引水流量的多少而有所不同。根據(jù)情況不同有三種布置形式，即位于彎道凹岸的渠首、引水渠式渠首和導(dǎo)流堤式渠首。（1）位于彎道凹岸的渠首當(dāng)河床穩(wěn)定，河岸土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，可將渠首進(jìn)水閘建在河流彎道的凹岸，利用彎道環(huán)流原理，引取表層較清水流，排走底沙。這種渠首由攔沙坎、進(jìn)水閘及沉沙設(shè)施等部分組成。進(jìn)水閘的作用主要是控制入渠流量。攔沙坎和沉沙池的作用都是防沙。但攔沙坎是用來(lái)加強(qiáng)天然河道環(huán)流，阻擋河道底部泥沙入渠并使河道底沙順利排走。沉沙池是用來(lái)沉淀進(jìn)入渠道的推移質(zhì)及懸移質(zhì)中顆粒較粗的泥沙的。進(jìn)水閘一般布置在取水口處，在保證工程安全的前提下，應(yīng)晝減少引水渠的長(zhǎng)度，這樣一方面可減少水頭損失，又可減輕引水渠的清淤工作。取水口兩側(cè)的土堤，一般用平緩的弧線與河堤相連，使取水口成為喇叭口形狀。尤其是取水口的上唇應(yīng)做成平緩的曲線，以使入渠水流平順，減少水頭損失；并減輕對(duì)取水口附近水流的擾動(dòng)，對(duì)防止推移質(zhì)泥沙隨水流進(jìn)入取水口很有益處。（2）引水渠式渠首當(dāng)河岸土質(zhì)較差易受水流沖刷而變形時(shí)，可將進(jìn)入閘設(shè)在距河岸有一定距離的地方，使其不受河岸變形的影響。取水口處設(shè)簡(jiǎn)易的攔沙設(shè)施，以防止泥沙入渠。在取水口和進(jìn)水閘之間用引渠相連。引渠兼作沉沙渠，并在沉沙渠的末端，按正面引水、側(cè)面排沙的原則布置進(jìn)水閘和沖沙閘。沖沙閘用來(lái)沖洗沉沙渠內(nèi)的泥沙，使泥沙重歸河道。一般沖沙閘與引水渠水流方向的夾角為300～600。沖沙閘底板高程比進(jìn)水閘低0.5～1.0m。在進(jìn)水閘前也要設(shè)一道攔沙坎，以利導(dǎo)沙。為了沖洗引渠出口處的長(zhǎng)度，以便利用水力沖洗淤積在引水渠中的泥沙。必要時(shí)，也可輔以人力或機(jī)械清淤。這種渠首的主要缺點(diǎn)是引水渠沉積泥沙后，沖沙效率不高。為保證引水，常需要用人工或機(jī)械輔助清淤。為了減輕引水渠的淤積，一般應(yīng)在引水渠的入口處修建簡(jiǎn)單的攔沙設(shè)施。（3）導(dǎo)流堤式渠首在山區(qū)河流坡降較陡、引水量較大及不穩(wěn)定的河道上，為控制河道流量，保證引水防沙，一般采用導(dǎo)流堤式。該渠首由導(dǎo)流堤、進(jìn)水閘及泄水沖沙閘等所組成。導(dǎo)流堤的作用是束縮水流、抬高水位，以保證水流平順入渠。進(jìn)水閘的作用是控制入渠流量。泄水沖沙閘除了宣泄部分洪水外，平時(shí)也可用來(lái)排沙。進(jìn)水閘與泄水沖沙閘的位置，一般接正面引水、側(cè)面排沙的原則進(jìn)行布置。進(jìn)水閘與河道主流方向一致，泄水沖沙閘與水流方向一般做成接近90０夾角，以加強(qiáng)環(huán)流，有利于排沙。當(dāng)河水流量大，渠首引水量較小時(shí)，也可采用正面排沙、側(cè)面引水的布置形式。這時(shí)泄水沖沙閘的方向和主流方向一致，進(jìn)水閘的中心線與主流方向成銳角，一般以30°～40０為宜。這樣布置可減輕洪水對(duì)進(jìn)水閘的沖擊，而沖沙閘又能有效的排除取水口前的泥沙。為攔截泥沙，進(jìn)水閘底板高程應(yīng)高出引水段河床高程0.5～1.0m。泄水沖沙閘底板與該處河底齊平或略低，但比河道主槽要高，有利于泄水排沙。導(dǎo)流堤的布置一般是從泄水閘向河流上游方向延伸，使其接近河道主流。導(dǎo)流堤的軸線與河道水流方向的夾角不宜過(guò)大，以免被洪水沖毀。但也不能太小，否則將便導(dǎo)流堤長(zhǎng)度增加而增大工程量。一般取10°～20°的夾角。導(dǎo)流堤的長(zhǎng)度決定于引水量的多少，堤愈長(zhǎng)引水量愈多。有時(shí)在枯水期，為了引取河道全部流量，甚至可使導(dǎo)流堤攔斷全部河床，但在洪水來(lái)臨前，必須拆除一部分，讓出河床，以利泄洪。圖11-2所示，是我國(guó)古代著名的水利工程都江堰取水樞紐的布置示意圖。它建于2300年前，也屬于導(dǎo)流堤式渠首。整個(gè)渠首位置選擇在岷江天然彎道上。它由百丈堤、導(dǎo)流堤、飛沙堰、泄水槽及進(jìn)水口等建筑物組成。金剛堤(導(dǎo)流堤)位于進(jìn)水口—寶瓶口前，建在江中卵石沉積的天然灘脊上，根據(jù)當(dāng)時(shí)的施工條件和材料，堤身是用當(dāng)?shù)夭牧现窕\內(nèi)裝卵石及木樁加固而成，類似于現(xiàn)代的鉛絲籠裝卵石導(dǎo)流堤。金剛堤的最前端是分水魚(yú)嘴。金剛堤的作用主要是分水和導(dǎo)流，它把岷江分為內(nèi)江和外江。在洪水時(shí)期，內(nèi)江和外江水量的分配比例大約為4：6，大部分洪水，從外江流走以保證灌區(qū)的安全；在枯水時(shí)期，內(nèi)外江的分水比例恰好相反，大部分江水進(jìn)入內(nèi)江，保證了灌區(qū)用水。進(jìn)水口一寶瓶口，系由人工鑿開(kāi)玉壘山而成。由于巖石堅(jiān)硬，能抵抗水流的沖擊，并可以控制引取所需的水量。飛沙堰及泄水槽建在進(jìn)水口前的導(dǎo)流堤上，用以宣泄進(jìn)入內(nèi)江的多余水量，排走泥沙，并保持取水口所需要的水位。百丈堤位于導(dǎo)流堤上游，除引導(dǎo)江水外，還保護(hù)河岸免受沖刷。因整個(gè)工程布置合理，各建筑物能互相緊密配合，相互調(diào)節(jié)，起到了分水、泄洪、引水和防沙的作用，使成都平原農(nóng)田可以自流灌溉，成為旱澇保收的富饒地區(qū)。這座工程的建造，充分體現(xiàn)了我國(guó)古代勞動(dòng)人民具有無(wú)窮的智慧和高度的科學(xué)技術(shù)水平。圖11-2都江堰取水樞紐平面布置圖五、有壩取水樞紐的布置當(dāng)河道枯水時(shí)期的流量能滿足引水要求，但河道水位較低，不能自流引水時(shí)，需修建攔河建筑物以抬高水位，滿足自流引水的要求。這種取水樞紐稱為有壩取水樞紐。有壩取水樞紐一般由攔河壅水建筑物（壅水壩或攔河閘)、進(jìn)水閘、沖沙閘、防排沙設(shè)施及上下流河道整治措施等建筑物組成。攔河壅水建筑物的作用是抬高水位和宣泄河道多余的水量和汛期洪水；進(jìn)水閘的作用是控制入渠流量；防排沙設(shè)施的作用是防止河流泥沙進(jìn)入渠道。常用的的防排沙設(shè)施有沉沙槽、沖沙閘、沖沙廊道、沖沙底孔及沉沙池等。由于河道水流特性、地形、地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，各建筑物對(duì)樞紐工程的形式選擇和布置起著決定性作用。一般情況下是先根據(jù)基礎(chǔ)資料擬定幾個(gè)不同的布置方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。下面將介紹常用的幾種有壩取水樞紐的布置。（1）沉沙槽式渠首這種渠首按側(cè)面引水、正面排沙的原則進(jìn)行布置，由壅水壩、沖沙閘、沖沙槽、導(dǎo)水墻及進(jìn)水閘等組成。因其最先建于印度，又稱印度式渠首。由于沉沙槽式渠首的布置和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工容易，造價(jià)較低，故在我國(guó)西北、華北等地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。但在運(yùn)用實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)這種渠首布置存在下述主要問(wèn)題：①由于進(jìn)水閘與河流垂直，水流需轉(zhuǎn)90°急彎進(jìn)入進(jìn)水閘，這樣便在進(jìn)水口處產(chǎn)生橫向環(huán)流，把部分推移質(zhì)泥沙帶入渠道；②當(dāng)沖沙閘沖沙時(shí)，槽內(nèi)推移質(zhì)發(fā)生躍移運(yùn)動(dòng)，為防止泥沙入渠，必須關(guān)閉進(jìn)水閘，停止取水；③當(dāng)壅水壩前淤平后，該壩便失去控制水流作用，此時(shí)，進(jìn)水閘處于無(wú)壩引水狀態(tài)。引水得不到保證。針對(duì)這些缺點(diǎn)，改進(jìn)措施有：①加大沉沙槽及沖沙閘的尺寸，采用弧形沉沙槽，槽內(nèi)增設(shè)潛沒(méi)分水墻、導(dǎo)沙坎等改變水流內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使表層水進(jìn)入進(jìn)水閘；②合理選擇進(jìn)水閘與攔河建筑物之間的夾角，一般采用進(jìn)水閘水流與河道水流成30°～60°角，以減弱環(huán)流強(qiáng)度。③將壅水壩全部或大部分改為攔河閘以穩(wěn)定主流。圖11-3沉沙槽式渠首圖11-4人工彎道式渠首（2）人工彎道式渠首這種渠首是將彎曲河段整治為有規(guī)則的人工彎道，利用彎道環(huán)流原理，在彎道未端按正面引水、側(cè)面排沙的原則布置進(jìn)水閘和沖沙閘，以引取表層清水，排走底層泥沙,以達(dá)到引水排沙的目的。該渠首由人工彎道、進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘以及下游排沙道等組成(圖11-4)。（3）底欄柵式渠首在山溪河道上，河床坡度較陡，水流中帶有大量的卵石、礫石及粗沙，為防止大量泥沙入渠，常采用底欄柵式渠首。這種渠首的主要建筑物有底欄柵壩、溢流堰、泄洪沖沙閘、導(dǎo)沙坎及上下游導(dǎo)流堤等組成(圖11-5)。圖11-5底欄柵式渠首圖11-6底部沖沙廊道式渠首（4）底部沖沙廊道式渠首由于河道中水流泥沙沿深度分層的特點(diǎn)，將水流將垂直地劃分為表層及底層兩個(gè)部分，進(jìn)水閘引取表層較清水流，而含沙量較高的底層水流則經(jīng)過(guò)沖沙廊道或泄洪排沙閘排到下游。分層取水的渠首布置常采用底部沖沙廊道式渠首。如圖（圖11-6）由于廊道沖沙所需水量較少，常用于缺少?zèng)_沙流量的河流。當(dāng)沖沙廊道用于宣泄部分洪水時(shí)，則需水量較多。這種樞紐要求壩前水位能形成較大的水頭，使水流在廊道內(nèi)產(chǎn)生4～6m/s的沖沙流速。（5）兩岸引水式渠首當(dāng)河道兩岸都需要引水時(shí)，常在攔河（溢流）壩兩端分別建造沉沙槽式取水口，以滿足兩岸引水要求。實(shí)踐證明，這種渠首常有一岸取水口被泥沙堵塞。為此，通常采用在一岸集中引水，然后用壩內(nèi)輸水管道向?qū)Π遁斔?，或用跨河渡槽或在河床?nèi)埋設(shè)涵洞向?qū)Π遁斔＿@種從一岸取水并向?qū)Π遁斔姆绞?，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但運(yùn)用情況良好，不僅有利于水量調(diào)配，且便于管理。（6）少泥沙河流上綜合利用的有壩渠首布置在我國(guó)南方山區(qū)及平原地區(qū)河道上，多修建綜合利用的取水樞紐工程，以滿足灌溉、航運(yùn)、筏運(yùn)、發(fā)電和漁業(yè)的要求。因此，這類樞紐建筑物的組成，除進(jìn)水閘的和溢流壩外，根據(jù)用途的不同，還要修建一種或幾種專門建筑物。第三節(jié)堤防工程堤防是沿河岸順?biāo)鞣较蛐藿ǖ闹魏庸こ蹋淠康氖鞘逗樗?，平順?biāo)鳎瑴p輕洪水對(duì)下游災(zāi)害，保護(hù)沿河兩岸人民生活財(cái)產(chǎn)安全。堤防工程雖不是防洪治河工程的唯一措施，但如今仍是重要的防洪工程措施。下面就堤防工程的設(shè)計(jì)及管理作以介紹。一、堤防的種類與作用堤防按其所在位置不同，可分為河堤、湖堤、海堤、圍堤和水庫(kù)堤防五種。因彼此工作條件各不相同，因此其斷面設(shè)計(jì)時(shí)要求也略有差異。河堤位于河道兩岸，用于保護(hù)兩岸田園和城鎮(zhèn)不受洪水侵犯。因河水漲落較快，高水位持續(xù)時(shí)間較短，其承受高水位壓力的時(shí)間不長(zhǎng)，堤內(nèi)浸潤(rùn)線一般難以發(fā)展到最高洪水位的位置，故斷面尺寸相對(duì)較小。湖堤位于湖泊四周，由于湖水位漲落緩慢，高水位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且水域遼闊，風(fēng)浪較大，故其斷面尺寸應(yīng)較河堤為大。此外，還要求臨水面有較好的防浪護(hù)面，背水面須有一定的排滲措施。海堤又稱海塘、海堰或海堆，位于河口或沿海海岸，用以保護(hù)沿海地區(qū)坦蕩平衍的田野工城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村免遭潮水海浪襲擊。海堤主要在起潮時(shí)或風(fēng)暴激起海浪襲擊時(shí)著水，高水作用時(shí)間雖不長(zhǎng)，但潮浪的破壞力較大，特別是強(qiáng)潮河口或臺(tái)風(fēng)登陸地區(qū)，因受海流、風(fēng)浪和增水影響，故其斷面要比河堤為大。海堤臨水面一般設(shè)有較好的防浪消浪設(shè)施，或采取生物與工程相結(jié)合的保灘護(hù)堤措施。圍堤修建在蓄滯洪區(qū)的周邊，在蓄滯洪運(yùn)用時(shí)起臨時(shí)擋水的作用，其使用頻率雖小，但修建標(biāo)準(zhǔn)一般應(yīng)與河流干堤相同。水庫(kù)堤防位于水庫(kù)回水末端及庫(kù)區(qū)局部地段，用于限制庫(kù)區(qū)的淹沒(méi)范圍和減少淹沒(méi)損失。庫(kù)尾堤防常需根據(jù)水庫(kù)淤積引起翹尾巴的范圍和防洪要求適當(dāng)向上游延伸。水庫(kù)堤防的斷面尺寸應(yīng)略大于一般河堤。河堤按其所在位置和重要性，又分為干堤、支堤和民堤之分。干堤修建在大江大河的兩岸，標(biāo)準(zhǔn)較高，保護(hù)重要城鎮(zhèn)、大型企業(yè)和大范圍地區(qū)，由國(guó)家或地方專設(shè)機(jī)構(gòu)管理。支堤沿支流兩岸修建，防洪標(biāo)準(zhǔn)一般低于同流域的干堤。重要支流堤防一般由流域部門負(fù)責(zé)修建，一般支堤則由地方修建、管理。民堤又稱民埝，民修民守，保護(hù)范圍小，抗洪能力低，如黃河灘的生產(chǎn)堤，長(zhǎng)江中下游洲灘民垸的圍堤等。二、堤防工程防洪標(biāo)準(zhǔn)及級(jí)別堤防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)，又稱堤防工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，它是衡量堤防工程承受洪水的能力。在堤防工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可按現(xiàn)行國(guó)家GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，取其防護(hù)區(qū)內(nèi)要求較高的防護(hù)對(duì)象的防范標(biāo)準(zhǔn)。一般在堤防工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種方法確定。一是以洪水洪水的頻率或重現(xiàn)期為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。也就是通過(guò)代表站的洪水頻率計(jì)算，定出所選不定期頻率的洪峰流量，據(jù)以推出水面線，得出沿程的設(shè)計(jì)洪水位。二是采用實(shí)際出現(xiàn)的某年洪水為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如目前黃河下游堤防的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)是防御1985年型洪水；長(zhǎng)江中下游堤防的防御標(biāo)準(zhǔn)是1954年型洪水。采用頻率計(jì)算成果作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為抽象，且當(dāng)發(fā)生一次大的洪水后，頻率統(tǒng)計(jì)樣本會(huì)發(fā)生變化，因而標(biāo)準(zhǔn)難以穩(wěn)定；采取實(shí)際洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，簡(jiǎn)單直觀、效益明確，但它受歷史資料的局限性大，不可能選取比已現(xiàn)洪水更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，實(shí)際工程中，多根據(jù)實(shí)際發(fā)生的大洪水，歷史調(diào)配洪水和頻率計(jì)算成果，經(jīng)綜合分析比較后，定出堤防設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。堤防工程的級(jí)別劃分，與其防洪標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，應(yīng)符合我國(guó)現(xiàn)行GB50286—98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定（表11-1）。表11-1堤防工程的級(jí)別防洪標(biāo)準(zhǔn)P[重現(xiàn)期年]P≥10050≤P﹤10030≤P﹤5020≤P﹤3010≤P﹤20堤防級(jí)別12345根據(jù)當(dāng)?shù)睾樗秃闉?zāi)情況，如果需要提高或降低堤防級(jí)別，應(yīng)報(bào)行業(yè)主管部門批準(zhǔn)。對(duì)于穿堤建筑物的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)低于堤防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)留有適當(dāng)?shù)陌踩?。三、堤防工程?guī)劃（一）堤防規(guī)劃與堤防的選線1．堤防規(guī)劃堤防規(guī)劃的一般原則如下：（1）堤防規(guī)劃應(yīng)考慮流域水資源綜合利用，并與其他工程防洪措施如水庫(kù)、分蓄洪工程等協(xié)同配合，以達(dá)到最有效、最經(jīng)濟(jì)地控制洪水的目的。（2）堤防的上下游、左右岸、各地區(qū)、各部門必須統(tǒng)籌兼顧/根據(jù)河流、河段及其防護(hù)對(duì)象的不同，選定不同的防洪標(biāo)準(zhǔn)和不同的堤型、堤身斷面。當(dāng)所選的防洪標(biāo)準(zhǔn)和堤型、堤身斷面短期內(nèi)難以達(dá)到時(shí)，可分期分段實(shí)現(xiàn)。（3）保證主要江河的堤防不發(fā)生改道性決口，并確保對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)關(guān)系重大的堤段不發(fā)生決口。（4）規(guī)劃中應(yīng)統(tǒng)籌考慮當(dāng)?shù)谭涝庥龀瑯?biāo)準(zhǔn)洪水襲擊時(shí)的對(duì)策措施。2．堤防選線堤線的選擇是規(guī)劃設(shè)計(jì)的前提，堤線選擇合理與否，對(duì)河道泄洪、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、防汛搶險(xiǎn)影響很大，故在選線時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)：1）堤線盡量與河流流向保持一致，兩岸堤線基本平行，避免出現(xiàn)局部突然變窄或變寬的現(xiàn)象，以利洪水宣泄。2）堤線與主河槽保持一定距離，在河彎處，不宜離凹岸河槽太近，以防洪水主流頂沖，造成坍塌、危及堤防的安全。3）堤線應(yīng)選在地質(zhì)情況良好的地帶，并盡量沿等高線修建，避免通過(guò)流沙、淤泥地帶，降低工程造價(jià)。4）堤線不宜隨河道局部較小彎曲而彎曲，應(yīng)沿河槽彎曲外沿布設(shè)。對(duì)于河道較大彎曲，堤線布設(shè)時(shí)應(yīng)有較大的轉(zhuǎn)彎半徑，并在堤防臨水一面采取貼護(hù)措施，避免局部過(guò)分突出，影響洪水宣泄。第四節(jié)廠區(qū)布置一、水電站廠房的功用和基本類型水電站廠房是將水能轉(zhuǎn)為電能的綜合工程設(shè)施，包括廠房建筑、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)站等，也是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)和活動(dòng)的場(chǎng)所。（一）水電站廠房的主要功用(1)將水電站的主要機(jī)電設(shè)備集中布置在一起，使其具有良好的運(yùn)行、管理、安裝、檢修等條件。

(2)布置各種輔助設(shè)備，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證發(fā)電質(zhì)量。

(3)布置必要的值班場(chǎng)所，為運(yùn)行操作人員提供良好的工作環(huán)境。（二）水電站廠房的類型由于水電站的開(kāi)發(fā)方式、樞紐布置方案、裝機(jī)容量、機(jī)組形式等條件的不同，廠房的形式也是多種多樣的，通常按廠房的結(jié)構(gòu)及布置上的特點(diǎn)，可分為地面式（包括河床式、壩后式、岸邊式）、地下式（包括地下式、半地下式、窯洞式）、壩內(nèi)式、廠頂溢流式及廠前挑流式等。而其中最常見(jiàn)的是壩后式廠房和岸邊式廠房?，F(xiàn)首先借助于它們的情況來(lái)闡述廠房的布置與結(jié)構(gòu)，然后對(duì)其他形式的廠房就其特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。1．按廠房結(jié)構(gòu)分類（1）河岸式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引入廠房。當(dāng)廠房設(shè)在河岸處時(shí)稱為河岸式地面廠房。當(dāng)河谷狹窄，岸坡陡峻，或有人防要求，布置地面廠房有困難時(shí)，把水電站廠房等主要建筑物布置在山巖洞室之中就是地下廠房。由于開(kāi)挖機(jī)械的不斷改進(jìn)和施工技術(shù)的不斷提高，地下開(kāi)挖的進(jìn)度越來(lái)越快，造價(jià)越來(lái)越低，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)外地下水電站建設(shè)速度加快。如圖11-7所示。圖11-7地下式廠房剖面圖（2）壩后式廠房廠房布置在非溢流壩后，與壩體銜接，廠房間用永久縫分開(kāi)，廠房不起擋水作用，不承受上游水壓力，發(fā)電用水由穿過(guò)壩體的高壓管道映入廠房，稱為壩后式廠房。如圖11-8所示。這種廠房獨(dú)立承受荷載和保持穩(wěn)定，廠壩連接處允許產(chǎn)生相對(duì)變位，因而結(jié)構(gòu)受力明確，壓力管道穿過(guò)永久縫處設(shè)伸縮節(jié)。壩址河谷較寬，河谷中布置溢流壩外還需布置非溢流壩時(shí)，通常采用這種廠房。有時(shí)，當(dāng)河谷狹窄、泄洪量大，又需采用河床泄洪時(shí)，為了解決河床內(nèi)不能同時(shí)布置廠房建筑物和泄水建筑物之間的矛盾，可將常廠房布置成以下形式。1）溢流式廠房。將廠房布置在溢流壩段下游，廠房頂作為溢洪道，稱為溢流式廠房，如圖11-9所示。溢流式廠房適用于中、高水頭的水電站。壩址河谷狹窄，洪水流量大，河谷支溝布置溢流壩，采用壩后式廠房會(huì)引起大量的土石方開(kāi)挖，這時(shí)可以采用溢流式廠房，其缺點(diǎn)是廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)雜，施工質(zhì)量要求高。浙江新安江水電站廠房是我國(guó)第一座溢流式廠房。2）壩內(nèi)式廠房。將廠房布置在壩體內(nèi)空腹，壩頂設(shè)溢洪道，稱為壩內(nèi)式廠房，。河谷狹窄不足以布置壩后式廠房，而壩高足夠允許在壩內(nèi)留出一定大小的空腔布置廠房時(shí)，可采用壩內(nèi)式廠房。江西上猶江水電站廠房是我國(guó)第一座壩內(nèi)式廠房。3）挑越式式廠房。廠房位于溢流壩壩址處，溢流水舌挑越廠房頂泄入下游河道。（3）河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用，其中普遍采用的是裝置豎軸軸流式機(jī)組的河床式廠房，如圖1-10所示。圖11-8壩后式廠房剖面圖（高程：m）圖11-9溢流式廠房剖面圖（單位：m）圖11-10河床式廠房剖面圖（單位：m）2．按機(jī)組主軸布置方式分類圖1-35壩內(nèi)式廠房剖面圖圖1-35壩內(nèi)式廠房剖面圖（2）臥式機(jī)組廠房。水輪發(fā)電機(jī)主軸呈水平向布置且安裝在同一高程地板上的廠房稱為臥式機(jī)組廠房。臥式機(jī)組廠房的高度較小，設(shè)備布置緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，廠房?jī)?nèi)大部分機(jī)電設(shè)備集中布置在發(fā)電機(jī)層，平面占用面積較大，但設(shè)備布置較擁擠，安裝、檢修、運(yùn)行不便，噪音、振動(dòng)較大，散熱條件差。中高水頭的中小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組、高水頭小型沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組及低水頭貫流式機(jī)組均采用臥式機(jī)組廠房，如圖11-11所示。二、廠區(qū)布置（一）廠區(qū)布置的任務(wù)和原則廠區(qū)也稱廠房樞紐。廠區(qū)布置的任務(wù)是以水電站主廠房為核心，合理安排主廠房、副廠房、變壓器場(chǎng)、高壓開(kāi)關(guān)站、引水道（可能還有調(diào)壓室或前池）、尾水道及交通線等的相互位置。它是水利樞紐總體布置的重要組成部分。由于自然條件、水電站類型和廠房型式不同，廠區(qū)布置是多種多樣的，但應(yīng)遵循以下主要原則：（1）綜合考慮自然條件、樞紐布置、廠房型式、對(duì)外交通、廠房進(jìn)水方式等因素，使廠區(qū)各部分與樞紐其它建筑物相互協(xié)調(diào)，避免或減少干擾。（2）要照顧廠區(qū)各組成部分的不同作用和要求，也要考慮它們的聯(lián)系與配合，要統(tǒng)籌兼顧，共同發(fā)揮作用。主廠房、副廠房、變壓器場(chǎng)等建筑物應(yīng)距離短、高差小、滿足電站出線方便、電能損失小，便于設(shè)備的運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行和檢修。圖11-11臥式機(jī)組廠房橫剖面圖（單位：㎝；高程：m）（3）應(yīng)充分考慮施工條件、施工程序、施工導(dǎo)流方式的影響。并盡量為施工期間利用已有鐵路、公路、水運(yùn)及建筑物等創(chuàng)造條件。還應(yīng)考慮電站得分期施工和提前發(fā)電，宜盡量將本期工程的建筑物布置適當(dāng)集中，以利分期建設(shè)分期安裝，為后期工程或邊發(fā)電邊施工創(chuàng)造有利的施工和運(yùn)行條件。（4）應(yīng)保證廠區(qū)所有設(shè)備和建筑物都是安全可靠的。必須避免在危巖、滑坡及構(gòu)造破碎地帶布置建筑物。對(duì)于陡坡則應(yīng)采取必要的加固措施，并做好排水，以確保施工期和投產(chǎn)后都能安全可靠。（5）應(yīng)盡量減少破壞天然綠化。在滿足運(yùn)行管理的前提下，積極利用、改造荒坡地，盡量少占農(nóng)田。1．主廠房布置主廠房應(yīng)布置在地質(zhì)條件較好、岸坡穩(wěn)定、開(kāi)挖量小、對(duì)外交通方便、施工條件好且導(dǎo)流容易解決、對(duì)整個(gè)水利樞紐工程經(jīng)濟(jì)合理的位置。壩后式水電站廠房與整個(gè)樞紐緊密相連，廠房位置與泄洪建筑物的布置密切相關(guān)。當(dāng)河谷較寬，以重力壩作擋水建筑物時(shí),常采用河床泄洪方案，將溢流壩段布置在主河槽中，以利泄洪和施工導(dǎo)流。而將廠房布置在靠近河岸的非溢流壩段下游，以便對(duì)外交通和布置變電站。廠房與溢流壩間應(yīng)設(shè)置足夠長(zhǎng)的導(dǎo)墻，以防止泄洪對(duì)電站尾水的干擾。廠壩間一般設(shè)有沉陷伸縮縫，并在壓力鋼管進(jìn)入廠房處設(shè)置伸縮節(jié)。當(dāng)河谷狹窄，無(wú)法同時(shí)布置溢流壩段和廠房壩段，則可采用河岸泄洪方案或采用溢流式、壩內(nèi)式、地下式廠房布置方案。河床式水電站由于采用起擋水作用的河床式廠房，廠房與壩位于同一縱軸上。故廠房位置對(duì)樞紐布置，施工程序和施工導(dǎo)流影響很大。應(yīng)給予充分注意，妥善解決。當(dāng)河床較寬，應(yīng)將主要的建筑物（廠房、溢流壩、船閘）布置在岸邊。可布置在同一岸；也可分兩岸布置，如廠房與溢流壩位于一岸，船閘再另一岸。當(dāng)有河灣或?yàn)┑貢r(shí)，可將廠房和溢流壩布置在河灣凸岸或?yàn)┑厣?。引水式水電站常用河岸式廠房。其特點(diǎn)是距樞紐較遠(yuǎn)，因此首部樞紐布置和施工條件對(duì)之影響甚小。而引水系統(tǒng)對(duì)其影響較大，所以應(yīng)首先以地形、地質(zhì)、水文等自然條件選擇引水方式后，在確定廠房位置和布置。布置時(shí)應(yīng)盡可能使廠房進(jìn)出水平順，最好采用正向進(jìn)水，尾水渠要逐漸斜向下游，或加筑導(dǎo)墻以改善水流條件，免受河道洪水頂托而產(chǎn)生壅水，漩渦和淤積。2．副廠房布置大中型水電站都設(shè)有副廠房，小型水電站有時(shí)可以不設(shè)專門副廠房。水輪機(jī)輔助設(shè)備盡可能放在副廠房?jī)?nèi)，而電氣輔助設(shè)備多裝設(shè)在副廠房?jī)?nèi)。按副廠房的作用可分為三類：（1）直接生產(chǎn)副廠房，是布置與電能生產(chǎn)直接有關(guān)的輔助設(shè)備的房間，如中央控制室、低壓開(kāi)關(guān)室等。直接生產(chǎn)副廠房應(yīng)盡量靠近主廠房，以便運(yùn)行管理和縮短電纜。（2）檢修試驗(yàn)副廠房，是布置機(jī)電修理和試驗(yàn)設(shè)備的房間，如電工修理間、機(jī)械修理間、高壓實(shí)驗(yàn)室等。此類副廠房可結(jié)合直接生產(chǎn)副廠房布置。圖11-12水電站廠區(qū)布置方案示意圖（3）生產(chǎn)管理副廠房，是運(yùn)行管理人員辦公和生活用房，如辦公室、警衛(wèi)室等。辦公用房宜布置在對(duì)外聯(lián)系方便的地方。副廠房的位置可以在主廠房的上游側(cè)、下游側(cè)或一端。副廠房的布置在主廠房上游側(cè)[圖11-12（a）、（c）、（f）]運(yùn)行