河流渠化工程

航道工程

--第五章河流渠化工程鄭艷娜5河流渠化工程在建設(shè)現(xiàn)代化航道網(wǎng)中，通常采用航道整治、疏浚和渠化等工程措施來改善天然河流的航行條件，并開挖運(yùn)河以溝通不通水系的河流、湖泊和海洋。河流渠化是增加航道水深、改善航行條件最有效的一種工程措施。5.1水利資源的綜合利用

5.1.1水庫的特征水庫是調(diào)節(jié)河川徑流的主要工程措施。表征水庫的主要特征是水庫的面積和容積。在一般情況下，水庫的面積和容積越大，其徑流調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，通航保證率越高，綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益也越大。一、水庫的特征水位：圖5－1水庫的特征水位及其庫容1．死水位：在正常運(yùn)用情況下，允許水庫消落的最低水位叫死水位。該水位以下的水庫容積稱為死庫容。2．正常蓄水位：在正常運(yùn)用情況下，為滿足興利要求，水庫應(yīng)蓄到的水位。正常蓄水位至死水位之間的深度，稱為消落深度。正常蓄水位至死水位之間的庫容稱為興利庫容（或稱調(diào)節(jié)庫容）。3．防洪特征水位：是指水庫各項(xiàng)防洪水位的總稱。包括校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。（1）校核洪水位是遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，壩前達(dá)到的最高水位。（2）設(shè)計(jì)洪水位是遇到大壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)供水時(shí)，泄洪建筑物閘門全開，壩前達(dá)到的最高水位。（3）防洪高水位是遇到下游防護(hù)對象的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水位時(shí)，水庫按下游安全泄量放水，壩前達(dá)到的最高水位。（4）防洪限制水位是水庫在汛期蓄水的上限水位。防洪限制水位至防洪高水位之間的庫容稱為防洪庫容。防洪限制水位至校核洪水之間的庫容稱為調(diào)洪庫容。4．通航水位：是指能保證水庫正常通航的水位。二、水庫的水文情勢水庫的水文情勢是指水庫中各水文要素（如水位、水溫、流速、泥沙、波浪及水化學(xué)成分等）多年的一般情況，水文情勢變化將帶來以下影響。1．水量損失（蒸發(fā)/滲漏）2．水庫淤積和壩下沖刷3．波浪4．水溫及冰情5．水質(zhì)的變化三、徑流調(diào)節(jié)的基本概念：按照用水部門的需要，借助專門的建筑物（主要是攔河筑壩形成水庫）將河川徑流加以控制和重新分配，這一過程稱為徑流調(diào)節(jié)。即將汛期多余水量暫時(shí)攔蓄在水庫中，而在枯水期泄放以補(bǔ)充河川徑流的不足。三峽蓄水到135米高程后景觀變化情況三峽蓄水到175米高程后景觀變化情況水庫由放空到蓄滿再放空所需時(shí)間稱為水庫的蓄泄周期（調(diào)節(jié)周期）。徑流調(diào)節(jié)按調(diào)節(jié)周期的長短，可以分為日調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)等。1．日調(diào)節(jié)：為適應(yīng)水電站調(diào)峰的需要，將一天均勻的來水過程（洪水期除外）改變?yōu)椴痪鶆虻挠盟^程，其周期為一晝夜，稱為日調(diào)節(jié)。2．年調(diào)節(jié)：利用水庫的調(diào)節(jié)作用，把一年內(nèi)洪水期多余水量的一部分或全部攔蓄于水庫中供枯水期使用，其調(diào)節(jié)周期為一年，稱為年調(diào)節(jié)（圖5-2）。3．多年調(diào)節(jié)：將河流中豐水年的多余水量攔蓄在水庫中，以補(bǔ)充若干連續(xù)的枯水年的水量不足，其周期較長，稱為多年調(diào)節(jié)。圖5－2徑流調(diào)節(jié)示意圖形5.1.2水電站的基本概念水力發(fā)電的基本原理是借助水力機(jī)械將水流的勢能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。利用水工建筑物及有關(guān)的機(jī)電設(shè)備使水流的勢能變?yōu)殡娔艿墓こ?，稱為水電工程。三峽大壩發(fā)電示意圖/s2006/sxfadian/（一）水電站的出力計(jì)算水電站的規(guī)模一般由電站的發(fā)電能力決定。水電站的發(fā)電能力取決于水流所做的功的大小。當(dāng)流量Q（m3/s）的水體落下一個(gè)高度H（m）時(shí)，其所做功的功率等于：

N=rQH（kW）（5-1）由于水電站的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及輸配電設(shè)備中均有功率的損耗，實(shí)際上發(fā)出的電的功率（稱為有效功率）要比理論功率?。?/p>

N有效=ηrQH(5-2)在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，式（5-2）通常簡化為：

N有效=AQH（5-3）式中：A——出力系數(shù)。根據(jù)水電站的保證率，在流量歷時(shí)曲線上查得相應(yīng)的流量，可得到水電站的保證出力。即：

N保證=AQ保證H（KW）（5-4）（二）水電站的開發(fā)方式及主要建筑物利用水工建筑物和相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生電能的方式有多種多樣，而其中最主要的開發(fā)方式有壅（抬）水式、引水式和混合式三種。1.壅（抬）水式電站，又可分為河床式、壩后式和壩內(nèi)式三種布置型式。（1）河床式：水電站廠房建筑在河床內(nèi)，廠房與壩并列或成某一交角共同起擋水作用（圖5-3）。圖5－3河床式水電站圖5-4大化水電站平面布置（2）壩后式：水電站廠房位于壩后，庫中水流通過壩內(nèi)輸水管道引入壩后廠房（圖5-5）。圖5－5壩后式水電站（3）壩內(nèi)式：水電站廠房位于壩內(nèi)（圖5-6）；這類電站的攔河壩壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形、地質(zhì)條件外，一般多不采用。圖5－6壩內(nèi)式水電站2.引水式電站：引水式電站是利用引水建筑物集中落差來獲得發(fā)電水頭（圖5-7）。圖5－7引水式水電站1-大壩；2-引水管道；3-電站廠房3.混合式水電站：混合式水電站是壅（抬）水式和引水式電站兩者的綜合（圖5-8）。當(dāng)上游河床平坦，有修筑水庫的條件，而下游河床坡度較陡，修建不長的引水建筑物可獲得較大水頭時(shí)，才宜建造混合式水電站。圖5-8混合式水電站（三）水電站的工作特點(diǎn)及裝機(jī)容量1．水電站的工作特點(diǎn)（1）出力多變，保證率較低（2）機(jī)組啟動和停機(jī)迅速，負(fù)荷增減方便（3）土建投資比重大，機(jī)電投資比重小2、水電站的裝機(jī)容量水電站的裝機(jī)容量是指電站全部機(jī)組滿載運(yùn)行時(shí)的總額定容量，即水電站全部水輪發(fā)電機(jī)組的總生產(chǎn)能力。5.1.3農(nóng)田水利工程（一）農(nóng)田水利工程的一般概念1、農(nóng)作物對水分的要求2、調(diào)節(jié)農(nóng)田水份狀況的措施3、農(nóng)田水利工程的組成對于干旱地區(qū)，農(nóng)田水利工程主要包括渠道工程、輸水及配水渠系、田間灌溉調(diào)節(jié)網(wǎng)、排水系統(tǒng)及容泄區(qū)等。其布置如圖5-9所示：圖5－9灌溉排水系統(tǒng)示意圖（二）丘陵山區(qū)的農(nóng)田水利工程對于丘陵山區(qū)，由于地形起伏，峰谷交錯(cuò)，易洪易旱，農(nóng)田水利措施往往從“治山、治水、治土”相結(jié)合的原則出發(fā)，實(shí)行外河取水和攔蓄地面徑流相結(jié)合，引水灌溉與水土保持相結(jié)合的方法。圖5-10所示的長藤結(jié)瓜式水利系統(tǒng)。圖5－10長藤結(jié)瓜水利系統(tǒng)示意圖5.1.4城鎮(zhèn)供水工程城鎮(zhèn)供水工程是城鎮(zhèn)公用設(shè)施的一個(gè)組成部分，其任務(wù)是向工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)居民提供生產(chǎn)和生活用水。一般要求給水工程的保證率在95%以上。給水工程一般由取水建筑物、凈化系統(tǒng)和輸配水系統(tǒng)三部份組成，如圖5-11所示。圖5－11供水工程示意圖5.2河流渠化的類型特點(diǎn)

5.2.1河流渠化的作用1、定義：河流渠化——在天然河流上修建一系列的閘壩，利用閘壩的壅水作用，抬高上游河段水位來增加河道的通航水深和寬度，然后利用通航建筑物來克服建壩所形成的集中水位落差，以保證船舶安全過壩，維持航道的連續(xù)性。2、河流渠化的作用：上游形成了寬廣的水庫，淹沒了上游灘險(xiǎn)、急彎，較大幅度地增加了航道尺度，使通航水深不再受天然流量大小的控制；庫區(qū)流速減小，有利于船舶的航行，提高了航道通過能力；提高了船只的載重量，相應(yīng)也降低了運(yùn)輸成本河流渠化同水資源的綜合利用相結(jié)合，還能滿足灌溉、發(fā)電、防洪、城鎮(zhèn)共水、漁業(yè)等需要，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。圖5－12大壩上游5.2.2河流渠化的類型（一）按是否連續(xù)分1、連續(xù)渠化：沿整條河流建造一系列閘壩，將整條河流劃分成若干河段（稱為渠化河段），下級閘壩的回水與上級閘壩尾水相銜接，并滿足通航水深要求，從而使整條河流成為彼此連接的渠化河段。2、局部渠化：指渠化僅在局部河段進(jìn)行；或在相當(dāng)長的區(qū)間河段進(jìn)行，但下一級閘壩的回水與上級閘壩尚有一段距離，渠化河段之間有一段天然河段，各個(gè)渠化河段互不連接。（二）按水頭大小分1、高壩渠化：主要用于多目標(biāo)的綜合開發(fā)河流，一般水頭H大于20m。2、低壩渠化：主要用于改善航行條件為主的河流，一般水頭H小于20m。高壩渠化多用于多目標(biāo)開發(fā)的河流。從現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢來看，多傾向于采用高壩渠化。圖5－13大壩下游5.2.3河流渠化的影響河流渠化后，表征河流特性的水文情勢發(fā)生的根本變化，必將引起航行條件、水文條件、生態(tài)環(huán)境等變化，主要有：(1)改善了河流航行條件，提高航道的通過能力。(2)庫區(qū)內(nèi)易形成較大的風(fēng)浪同時(shí)易產(chǎn)生庫岸滑坡、坍塌現(xiàn)象。(3)庫區(qū)和鄰近地區(qū)的氣候?qū)⑹艿揭欢ǖ挠绊憽?4)對漁業(yè)的發(fā)展和水質(zhì)環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響。(5)將改變壩上下游泥沙的淤積規(guī)律，對河床演變有一定影響。圖5－14高峽出平湖5.3河流渠化工程規(guī)劃

5.3.1渠化工程規(guī)劃的內(nèi)容與原則渠化工程規(guī)劃一般包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：1．渠化河流航道等級的擬定；2．渠化樞紐壩址的選擇及梯級布置方案的擬定；3．樞紐的平面布置及其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算；4．進(jìn)行梯級布置方案的比較及開發(fā)程序的確定。應(yīng)遵循以下一些基本原則：1、全面規(guī)劃2、因地制宜、綜合治理3、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、水運(yùn)成網(wǎng)4、遠(yuǎn)近結(jié)合、平戰(zhàn)結(jié)合5、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理5.3.2渠化工程規(guī)劃的步驟和方法1、擬定河流的航道等級其目的就是使干流和支流達(dá)到統(tǒng)一的航道標(biāo)準(zhǔn)，形成內(nèi)河航道網(wǎng)，目前我國的《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》將航道分成Ⅶ級。表1-3-1內(nèi)河航道等級2、渠化樞紐壩址選擇及梯級布置一般情況下，壩址選擇應(yīng)考慮以下一些因素：（1）必須貫徹綜合利用的原則（2）樞紐位置應(yīng)選在開闊的河段上（3）壩址宜選在河岸高程較高、水深較淺的地方（4）盡可能選在順直的河段上（5）盡可能選在地質(zhì)條件良好的河段上（6）應(yīng)盡可能減少淹沒損失（7）壩址附近應(yīng)具有豐富的建材渠化梯級時(shí)，應(yīng)注意以下一些基本要求：（1）梯級方案必須滿足航運(yùn)的要求，一般應(yīng)做到：①各梯級水位銜接，或滿足最小水深的要求；②梯級之間的通航時(shí)間應(yīng)大于船舶（隊(duì)）過閘時(shí)間③梯級上下游應(yīng)有足夠長的順直段和水域面積；④梯級應(yīng)布置在支流河口或分汊河口的下游；⑤梯級應(yīng)盡量選在灘險(xiǎn)的下游。（2）盡量減少淹沒損失（3）充分發(fā)揮梯級的綜合效益3、樞紐平面布置及