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1、第三章,水电站的引水道渠道及隧洞,引水道,功用： 集中落差，形成水头，输送水量到水轮机。 用作尾水渠，将发电以后的水排到下游河道。 类型: 无压引水道：渠道(channel)、无压隧洞(free flow tunnel)。具有自由水面，引水道承受的水压力不大。适用于无压引水电站。 有压引水道：有压隧洞(pressure tunnel)。洞中水流为压力流，隧洞承受内水压力很大。适用有压引水电站,渠 道,一、渠道的要求和类型,水电站的引水渠道称为动力渠道（为适应负荷变化，Q、H在不断变化非恒定流) 1、要求： 有一定的输水能力。按水电站的Qmax设计。 水质要符合要求。渠道进口、沿线及渠道末端都要
2、采取拦污、防沙、排沙措施。,一、渠道的要求和类型,运行安全可靠 防冲、防淤：渠道内水流速度要小于不冲流速而大于不淤流速，即：V淤V设V冲； 对渠道加设护面，减小糙率、防渗、防冲、防草、维护边坡稳定，保证电站出力 ； 防草：维持渠道中的水深大于1.5m及流速大于0.6m/s可抑制水草的生长； 防凌:尤其是北方地区 结构经济合理，便于施工及运行,一、渠道的要求和类型,2、类型（水力特性） 非自动调节渠道 渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在渠道末端的压力前池中设溢流堰。 适用：引水道较长，对下游有供水要求。 溢流堰作用：限制渠末水位；保证向下游供水。 当水电站引用流量Q =Qmax，压力前池水
3、位低于堰顶；QQmax, 水位超过堰顶, 开始溢流；Q =0时，通过渠道的全部流量泄向下游。,一、渠道的要求和类型,自动调节渠道 渠道首部和尾部堤顶的高程基本相同，并高出上游最高水位，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物。 适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大的情况。 水电站引用流量Q = 0时，渠道水位是水平的，渠道不会发生漫流和弃水现象；QQmax为降水曲线。,二、渠道的水力计算,主要任务：根据设计流量，选定断面尺寸、糙率、纵坡、和水深。 (1) 恒定流计算：确定底坡、横断面尺寸等（P129） 对于给定的渠道断面形状、底坡及糙率，利用谢才公式可求出均匀流下正常水深hn与流量Q之
4、间的关系曲线，即图7-2中曲线。 根据给定的断面，假定一系列临界水深hc，可算得与其相对应的流量Q，从而作出hcQ 曲线，即曲线。 对于给定的渠首设计水深h1，利用水力学中非均匀流水面曲线的计算方法，可求出渠道通过不同流量时渠道末的水深h2 ，从而绘出h2Q曲线。,二、渠道的水力计算,根据渠末溢流堰的实际尺寸，按堰流公式可以得出渠末水深h2与溢流流量Qw的关系，即曲线。 这些曲线的关系及意义： 曲线与曲线 的交点N表示hn = h2 ，渠内发生均匀流。此时的流量相应于渠道的设计流量Qd。 若水电站引用流量大于Qd ，h2 hn ，渠中出现降水曲线,且随着引用流量的增加， h2迅速减小。 h2的
5、极限值是临界水深hc，即曲线与曲线的交点C。此时的流量Qc为给定渠道渠首水深h1下渠道的极限过水能力。但是一般情况下，水电站的最大引用流量Qmax并不取Qc而是取Qd ，原因见P130。,二、渠道的水力计算,水电站引用流量小于Qmax （即Qd）时，h2 hd ，渠中出现雍水曲线,渠末水位随流量减小而上升。当水电站引用流量等于QA时，即曲线与堰顶高程线的交点A处，h2 = hw ，刚好不溢流。此时给出无弃水下的渠末最高水位。 引用流量更小时， h2 hw ，发生溢流。令通过水轮机的流量为Qt ，溢流流量为Qw ，通过渠道的流量为Qt + Qw ，渠末水位h2可由图中曲线查出。 当水电站停止运行
6、（即Qt =0 ）时，通过渠道的流量全部由溢流堰溢走，相应于曲线与曲线的交点B，这就是溢流堰在恒定流情况下的最大溢流流量Qwmax ，相应水位为恒定流下渠末最高水位。,二、渠道的水力计算,(2) 非恒定流计算(计算过程参考相关资料) 目的：研究水电站负荷变化因而引起流量改变引起的渠中水位和流速的变化。 内容： 计算水电站丢弃负荷时渠道涌波(最高水位),确定堤顶高程。 计算水电站增加负荷时渠道消落波(最低水位)，确定压力管道进口高程。 水电站按日负荷图工作时，渠道中水位及流速变化过程，以研究水电站的工作情况。,三、渠道的断面尺寸,(1) 断面型式：一般为梯形。 (2) 断面尺寸： 动能经济计算方
7、法。基本原理： F(D)C水hwEEC火 F(D)C水hwEEC火 C水+C火=CminFe(D)为经济断面。 经济流速法：初估计算时用。 渠道：1.52.0m/s；隧洞：4m/s左右； 压力管道：57m/s。 Fe=Qmax/Ve,压力前池与日调节池,压力前池,压力管道,一、压力前池,压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端，是水电站引水建筑物与压力管道的连接建筑物。 1、作用： (1) 平稳水压、平衡水量。 (2) 均匀分配流量。 (3) 渲泄多余水量。 (4) 拦阻污物和泥沙。,一、压力前池,2、组成： (1) 前室(池身及扩散段)：P131 (2) 进水室及其设备：与引水道的进水口类似，
8、一般为墙式。P132 (3) 泄水建筑物：P132 (4) 排污、排冰、排冰设备：P132,压力前池组成建筑物,一、压力前池,3、布置 结合整个引水系统及厂房布置进行全面和综合考虑。 前池整体布置时，应使水流平顺，水头损失最少，以提高水电站的出力和电能。 前池应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度 前池应建在天然地基的挖方中。 注：选择其位置时应特别注意地基稳定与渗漏条件,二、日调节池,当引水渠道较长，且水电站担任峰荷时（一日之内流量变化较大），常设日调节池。P133 日调节池与压力前池之间的渠道按Qmax设计。日调节池以上的渠道可以按照较小的流量设计。 日调节池的运行：P133 日调节池应尽
9、量靠近压力前池。,隧洞,一、发电隧洞类型 (1) 从功用上划分： 分为引水隧洞和尾水隧洞； (2) 从工作条件划分： 分为有压隧洞和无压隧洞。 发电引水隧洞多数是有压的，尾水隧洞则以无压洞居多。 二、发电隧洞具有的优点：P133,隧洞,三、发电隧洞路线选择 隧洞线路直接影响其造价大小、施工难易、安全可靠程度以及工程效益。 线路选择应综合考虑进水口、调压室、压力管道以及厂房的位置，在认真勘测的基础上拟定不同的方案，进行技术经济比较后确定。 隧洞布置的总原则：洞线短、弯道少，沿线的工程地质、水文地质条件要好，并便于布置施工平洞。需要考虑以下因素：P133 (1) 地形条件 (2) 地质条件 (3)
10、 施工条件 (4) 水力条件,隧洞,四、发电隧洞水力计算 恒定流计算（有压）：研究隧洞断面、引用流量及水头损失之间的关系，以便确定隧洞尺寸，有压按照曼宁公式计算。 非恒定流计算（有压） 1) 求隧洞沿线最大内水压力值，以确定衬砌的设计水头； 2) 求隧洞沿线最小内水压力线，洞顶各点高程应在最低压坡线之下，并有1.52.0m压力余幅，保证洞内不出现负压。 注：有压隧洞要避免出现时而无压时而有压的工作状态； 无压隧洞工作条件与渠道相似，水力计算内容也相同。,隧洞,五、发电隧洞的断面尺寸 1断面型式 有压隧洞：圆形断面。 无压隧洞：城门洞形-地质条件良好时； 马蹄形-洞顶和两侧围岩不稳时； 高拱形-
11、洞顶岩石很不稳定时采用。 2断面尺寸：动能经济比较法和经济流速法。原理与渠道相同。,隧洞照片,小 结,1水电站引水道的功用是集中落差，形成水头，输送水流。 引水道分无压和有压两类。无压引水道常用渠道或无压隧洞，适用于无压引水电站。 渠道主要内容是布置要求、水力计算和断面设计 有压引水道主要是有压隧洞，要了解其线路选择原则、水力计算特点及断面设计方法。,小 结,2、压力前池是水电站的平水建筑物。 主要作用是平稳水压、平衡水量， 拦阻杂物与排除泥沙，保证下游供水。 压力前池由扩散段、池身、压力墙式进水口，有时还有溢流堰和排沙设备等。 压力前池布置应注意稳定和渗漏问题。 日调节池适用于引水渠道较长，且水电站担任峰荷的水电站。,谢 谢,