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1、第三章第三章水电站的引水道水电站的引水道渠道及隧洞渠道及隧洞引水道引水道功用：功用：u集中落差，形成水头，输送水量到水轮机。集中落差，形成水头，输送水量到水轮机。u用作尾水渠，将发电以后的水排到下游河道。用作尾水渠，将发电以后的水排到下游河道。类型类型:无压引水道：渠道无压引水道：渠道(channel)、无压隧洞无压隧洞(free flow tunnel)。具有自由水面，引水道承受的水压力不大。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。适用于无压引水电站。有压引水道：有压隧洞有压引水道：有压隧洞(pressure tunnel)。洞中水流为洞中水流为压力流，隧洞承受内水压力很大
2、。适用有压引水电站压力流，隧洞承受内水压力很大。适用有压引水电站渠渠 道道一、渠道的要求和类型一、渠道的要求和类型水电站的引水渠道称为水电站的引水渠道称为动力渠道动力渠道（为适应负荷（为适应负荷变变化，化，Q、H在不断变化在不断变化非恒定流非恒定流)1 1、要求、要求：有一定的输水能力。有一定的输水能力。按水电站的按水电站的Qmax设计。设计。水质要符合要求。水质要符合要求。渠道进口、沿线及渠道末端渠道进口、沿线及渠道末端都要采取拦污、防沙、排沙措施。都要采取拦污、防沙、排沙措施。一、渠道的要求和类型一、渠道的要求和类型运行安全可靠运行安全可靠 防冲、防淤：渠道内水流速度要小于不冲流速而大防冲
3、、防淤：渠道内水流速度要小于不冲流速而大于不淤流速，即：于不淤流速，即：V V淤淤 V V设设 V V冲冲；对渠道加设护面，减小糙率、防渗、防冲、防草、对渠道加设护面，减小糙率、防渗、防冲、防草、维护边坡稳定，保证电站出力维护边坡稳定，保证电站出力 ；防草：维持渠道中的水深大于防草：维持渠道中的水深大于1.51.5m m及流速大于及流速大于0.60.6m/sm/s可抑制水草的生长；可抑制水草的生长；防凌防凌:尤其是北方地区尤其是北方地区结构经济合理，便于施工及运行结构经济合理，便于施工及运行一、渠道的要求和类型一、渠道的要求和类型 2、类型、类型（水力特性）（水力特性）u非自动调节渠道非自动调
4、节渠道渠顶大致平行渠底，渠道的深度沿途不变，在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。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。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。溢流堰作用：限制渠末水位；保证向下游供水。当水电站引用流量当水电站引用流量Q=Qmax，压力前池水位低于堰压力前池水位低于堰顶；顶；QQmax,水位超过堰顶水位超过堰顶,开始溢流；开始溢流；Q=0时，时，通过渠道的全部流量泄向下游。通过渠道的全部流量泄向下游。一、渠道的要求和类型一、渠道的要求和类型u自动调节渠道自动调节渠道渠道首部和尾部
5、堤顶的高程基本相同，并高出上游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，渠末不设泄最高水位，渠道断面向下游逐渐加大，渠末不设泄水建筑物。水建筑物。适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大的适用：渠道不长，底坡较缓，上游水位变化不大的情况情况。水电站引用流量水电站引用流量Q=0时，渠道水位是水平的，渠道时，渠道水位是水平的，渠道不会发生漫流和弃水现象；不会发生漫流和弃水现象；QQmax为降水曲线为降水曲线。二、二、渠道的水力计算渠道的水力计算主要任务主要任务：根据设计流量，选定断面尺寸、糙率、纵坡、和：根据设计流量，选定断面尺寸、糙率、纵坡、和水深。水深。(
6、1)(1)恒定流计算：确定底坡、横断面尺寸等（恒定流计算：确定底坡、横断面尺寸等（P129P129）对于给定的渠道断面形状、底坡及糙率，利用谢才公式可求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出均匀流下正常水深h hn n与流量与流量Q Q之间的关系曲线，即图之间的关系曲线，即图7-27-2中中曲线曲线。根据给定的断面，假定一系列临界水深根据给定的断面，假定一系列临界水深h hc c，可算得与其相对，可算得与其相对应的流量应的流量Q Q，从而作出，从而作出h hc cQ Q 曲线，即曲线曲线，即曲线。对于给定的渠首设计水深对于给定的渠首设计水深h h1 1，利用水
7、力学中非均匀流水面曲，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线的计算方法，可求出渠道通过不同流量时渠道末的水深h h2 2，从而绘出，从而绘出h h2 2Q Q曲线曲线。二、二、渠道的水力计算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h h2 2与与溢流流量溢流流量Q Qw w的关系，即曲线的关系，即曲线。这些曲线的关系及意义：这些曲线的关系及意义：曲线曲线与曲线与曲线 的交点的交点N N表示表示h hn n =h h2 2 ，渠内发生均匀流。此时的，渠内发生均匀流。此时的流量相应
8、于渠道的设计流量流量相应于渠道的设计流量Q Qd d。若水电站引用流量大于若水电站引用流量大于Q Qd d ，h h2 2 h hd d ，渠中出现雍渠中出现雍水曲线水曲线,渠末水位随流量减小而上升渠末水位随流量减小而上升。当水电站引用流量等于。当水电站引用流量等于Q QA A时，即曲线时，即曲线与堰顶高程线的交点与堰顶高程线的交点A A处，处，h h2 2 =h hw w ，刚好不，刚好不溢流。此时给出无弃水下的渠末最高水位。溢流。此时给出无弃水下的渠末最高水位。u引用流量更小时，引用流量更小时，h h2 2 h hw w ，发生溢流。令通过水轮机的流量，发生溢流。令通过水轮机的流量为为Q
9、Qt t ，溢流流量为，溢流流量为Q Qw w ，通过渠道的流量为，通过渠道的流量为Q Qt t +Q Qw w ，渠末水，渠末水位位h h2 2可由图中曲线可由图中曲线查出。查出。u当水电站停止运行（即当水电站停止运行（即Q Qt t=0=0 ）时，通过渠道的流量全部由溢）时，通过渠道的流量全部由溢流堰溢走，相应于曲线流堰溢走，相应于曲线与曲线与曲线的交点的交点B B，这就是溢流堰在，这就是溢流堰在恒定流情况下的最大溢流流量恒定流情况下的最大溢流流量Q Qwmaxwmax ，相应水位为恒定流下渠，相应水位为恒定流下渠末最高水位。末最高水位。二、二、渠道的水力计算渠道的水力计算(2)(2)非恒
10、定流计算非恒定流计算(计算过程参考相关资料计算过程参考相关资料)l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。流速的变化。l内容：内容：计算水电站丢弃负荷时渠道计算水电站丢弃负荷时渠道涌波涌波(最高水位最高水位),确定堤顶高程。确定堤顶高程。计算水电站增加负荷时渠道计算水电站增加负荷时渠道消落波消落波(最低水位最低水位)，确定压力管道进，确定压力管道进口高程。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。水电站的工作情况。三
11、、三、渠道的断面尺寸渠道的断面尺寸(1)断面型式：一般为梯形。断面型式：一般为梯形。(2)断面尺寸：断面尺寸：动能经济计算方法。基本原理：动能经济计算方法。基本原理：F(D)C水水hwEEC火火 F(D)C水水hwEEC火火 C水水+C火火=CminFe(D)为经济断面。为经济断面。经济流速法：初估计算时用。经济流速法：初估计算时用。渠道：渠道：1.52.0m/s；隧洞：隧洞：4m/s左右；左右；压力管道：压力管道：57m/s。Fe=Qmax/Ve 压力前池与日调节池压力前池与日调节池 压力前池压力前池压力管道压力管道一、压力前池一、压力前池压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端，是水压力前池
12、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。电站引水建筑物与压力管道的连接建筑物。1 1、作用：、作用：(1)(1)平稳水压、平衡水量。平稳水压、平衡水量。(2)(2)均匀分配流量。均匀分配流量。(3)(3)渲泄多余水量。渲泄多余水量。(4)(4)拦阻污物和泥沙。拦阻污物和泥沙。一、压力前池一、压力前池 2 2、组成、组成：(1)(1)前室前室(池身及扩散段池身及扩散段)：P131P131(2)(2)进水室及其设备：与引水道的进水口进水室及其设备：与引水道的进水口类似，一般为墙式。类似，一般为墙式。P132P132(3)(3)泄水建筑物：泄水建筑物：P132P13
13、2(4)4)排污、排冰、排冰设备排污、排冰、排冰设备：P132 压力前池组成建筑物压力前池组成建筑物一、压力前池一、压力前池 3 3、布置、布置结合整个引水系统及厂房布置进行全面和综合考虑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。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。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注：选择其位置时应特别注意地基稳定与渗漏
14、条件二、日调节池二、日调节池当引水渠道较长，且水电站担任峰荷时（一日之当引水渠道较长，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日调节池与压力前池之间的渠道按Q Qmaxmax设计。日调设计。日调节池以上的渠道可以按照较小的流量设计。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：日调节池的运行：P133P133日调节池应尽量靠近压力前池。日调节池应尽量靠近压力前池。隧洞隧洞一、发电隧洞类型一、发电隧洞类型(1)(1)从功用上划分：从功用上划分：分为引水隧洞和尾水隧洞；分为引水隧洞和尾水隧洞；(2)(2)
15、从工作条件划分：从工作条件划分：分为有压隧洞和无压隧洞。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。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：二、发电隧洞具有的优点：P133P133 隧洞隧洞三、发电隧洞路线选择三、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。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，进行技术的位置，在认真勘测的基础上拟
16、定不同的方案，进行技术经济比较后确定。经济比较后确定。隧洞布置的总原则：隧洞布置的总原则：洞线短、弯道少，沿线的工程地质、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：因素：P133P133 (1)(1)地形条件地形条件 (2)(2)地质条件地质条件 (3)(3)施工条件施工条件 (4)(4)水力条件水力条件隧洞隧洞四、发电隧洞水力计算四、发电隧洞水力计算恒定流计算（有压）：恒定流计算（有压）：研究隧洞断面、引用流量及水头损失研究隧洞断面、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
17、计算。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）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；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，并有线之下，并有1.52.0m压力余幅，保证洞内不出现负压。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；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。无压隧洞工作条件与渠道相似，水力计算内容也相同。隧洞
18、隧洞五、发电隧洞的断面尺寸五、发电隧洞的断面尺寸1断面型式断面型式 有压隧洞：圆形断面。有压隧洞：圆形断面。无压隧洞：无压隧洞：城门洞形城门洞形-地质条件良好时；地质条件良好时；马蹄形马蹄形-洞顶和两侧围岩不稳时；洞顶和两侧围岩不稳时；高拱形高拱形-洞顶岩石很不稳定时采用。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。原理断面尺寸：动能经济比较法和经济流速法。原理与渠道相同。与渠道相同。隧洞照片隧洞照片小小 结结 1 1水电站引水道的功用是集中落差，形成水头，水电站引水道的功用是集中落差，形成水头，输送水流。输送水流。引水道分无压和有压两类。无压引水道常用渠引水道分无压和有压
19、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。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、水力计算和断面设渠道主要内容是布置要求、水力计算和断面设计计有压引水道主要是有压隧洞，要了解其线路选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。择原则、水力计算特点及断面设计方法。小小 结结 2 2、压力前池是水电站的平水建筑物。、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，主要作用是平稳水压、平衡水量，拦阻杂物与排拦阻杂物与排除泥沙，保证下游供水。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。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。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。荷的水电站。谢谢 谢谢