第十一章 水利工程设计

第十一章水利工程设计
教学目的：通过对本章的学习了解水利工程对环境的影响及水利枢纽设计的内容。

教学内容：设计阶段的划分；水利工程对环境的影响；水利枢纽设计的主要内容。

教学学时：专科1学时。

因本科同学课程结束后有课程设计，故本章在第二章已讲解部分知识
点的基础上，将在课程设计过程深入学习，教学过程不另安排学时。

注：已在第二章中讲过。

(1)项目建设书阶段
(2)可行性研究报告阶段
(3)初步设计阶段
(4)招标设计（技术设计）阶段
(5)施工详图设计阶段
水利工程的兴建必须遵循先勘测、再设计、后施工的建设程序。

11.4水利枢纽设计的主要内容P514
教学目标：了解枢纽布置的原则，了解枢纽布置中各类建筑物的关系。

教学重点：如何满足各类建筑物的要求并协调好各类建筑物之间的关系。

课时安排：1学时
教学内容：如下。

一、坝址与坝型选择
坝址、坝型选择和枢纽布置三者是互相联系的，不同的坝轴线可以选用不同的坝型和枢纽布置。

如河谷狭窄，地质条件良好，宜于修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可以修建重力坝或支墩坝；河谷复盖层厚或地质条件较差且土料含量丰富，宜于修建土石坝。

对同一条坝轴线，还可以考虑几种不同的坝型和枢纽布置方案。

在选择坝址、坝型和枢纽布置中不仅要研究枢纽附近的自然条件，而且还要考虑枢纽的施工
条件、运行条件、总和效益、投资指标及远景规划等，这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。

在选择坝址、坝型时，需要考虑以下几个方面的问题。

1、地质条件
坝址地质条件是水利枢纽设计中的重要条件之一。

坝址选择中要对以下几个方面的地质问题引起足够的重视：
1）断裂问题。

特别要注意与坝轴线几乎平行的断层及顺河大断层，了解断层破碎带中胶结情况，是否有裂隙承压水存在等，以便提出合理的处理措施；
2）河间地块（指两段河流之间的区域）作为坝址比较理想但河流的弯曲往往与构造因素有关，因此必需注意河间地块的构造问题；
3）在顺向河谷（指岩层走向和河流的流向一致）中，总有一岸是雨岩层倾向一致的顺向坡。

当岩层倾角小于地形坡角，岩层中在地形上存在凌空面，这种岸坡极易发生滑动，应当注意；
4)对于岩溶地区，要掌握岩溶发育的规律，特别要注意潜伏溶洞，溶沟和溶槽，查明岩溶对水库蓄水和对建筑物的影响，并提出有效的处理措施。

2、地形条件
坝址选在峡谷地段，坝轴线较短，坝体工程量小；但不利于泄水建筑物的布置、施工导流和施工场地的布置，因此需要综合考虑。

选用土石坝时，应注意库区有无垭口可供岸边溢洪道；上、下游有无开阔地区，可供布置施工场地，对于有泥沙及有漂木要求的河道，还应注意水流的形态，在选择坝址时，应当考虑到泥沙和漂木进入取水建筑物。

对于有通航要求的枢纽，则应注意通航建筑物于河道的连接。

3、施工条件
要便于施工导流；要求坝址附近特别是下游有较开阔的地形，以便布置施工场地；距交通干线较近，对外交通方便；可与永久电网连接，解决施工用电的困难。

4、建筑材料
坝址附近应有足够数量符合质量要求的建筑材料。

对于料场分布、开采条件、埋藏深度、施工期淹没问题应认真考虑。

5、综合效益
对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、过木和旅游等各部门的经济效
益。

6、其它。

二、枢纽布置的一般原则和设计方案的选定。

枢纽布置就是枢纽中各个水工建筑物的相互位置，是枢纽设计中的一项重要内容，由于这项工作需要考虑的因素多，涉及面广，因此，需要从设计、施工、运行管理、经济等各方面进行全面论证，综合比较，最后从若干个比较方案中选定最好的枢纽布置方案。

1、枢纽布置的一般原则
1)坝址、坝型选择和枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工期限等结合考虑，要在较顺利的条件下缩短工期。

2)枢纽布置应满足个建筑物在布置上的要求，保证各个建筑物在任何工作条件下都能正常工作。

3)在满足建筑物强度和稳定的条件下，降低枢纽总造价和年运转费用。

4)枢纽中个建筑物布置紧凑，尽量将同一工种的建筑物布置在一起，以减少联结建筑。

5)尽量使一个建筑物发挥多种用途或临时建筑物和永久建筑物结合，充分发挥综合效益。

6)尽量使部分建筑物早期投产，提前发挥效益(如提前蓄水，早期发电或灌溉)。

7)枢纽的外观应与周围的环境协调，在可能条件下注意美观。

2、各类建筑物在枢纽布置中的要求
1)挡水建筑物：除拱坝外，通常布置成直线，这样坝轴线较短，坝身体积小，对建筑物的受力状态有利，并便于与相邻的建安转物的联结。

但有时受地形和地质条件的限制，也可将坝轴线布置成折线。

2)泄水建安转物
泄水建安转物包括溢流坝、岸边溢洪道、泄水空、泄水隧洞等。

溢流坝前缘应正对上游来水的主流方向，特别当坝轴上游不远处有河道转弯时更要注意；下游出口方向最好与原河道的主河槽水流方向一致。

溢流坝应尽量建在坚硬完整的岩基上，以利于解决下游消能防冲问题。

当溢流坝与厂房段并列布置时，一般应尽量将前者布置在深槽，以保证泄水流畅。

为了减少下游水流对对其它建筑物的影响，有时需在溢流坝
与这些建筑物之间布置导墙。

岸边式溢洪道应尽量布置在高程较低的垭口处。

要求进口水流平顺；溢溜堰及泄槽的布置要结合地形、地质及水流条件综合考虑；出口出应采用适当的消能外，还应防止对水电尾水及航道出口的干扰。

泄洪隧洞的布置，主要取决于地形、地质、施工及枢纽布置等条件。

进口应力求使水流平顺，出口布置应注意消能及防止对其它建筑物的影响。

当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施。

冲沙孔常布置在厂房进口附近，其高程应满足运用上的要求。

3)水电建筑物
水电站进口前水流应顺直，不发生漩涡及横向水流，进口高程由水利计算确定。

坝后式厂房应尽可能靠近坝下，以减小引水管路的工程量和水头损失。

对河床式水电站，由于泄水建筑物占据了主河槽，厂房多布置在岸边，但应避免由于泥沙淤积造成尾水位壅高，从而降低发电水头。

如溢流坝采用挑流或面流的消能方式，则在布置上要采取适当措施以减小下游河床的冲刷、淤积、回流等对尾水的影响。

当河床狭窄，不能并列布置溢流坝及厂房时，可以采用坝内式厂房、厂房顶溢流式、挑越式或地下厂房等布置方式。

这些星式可以减少枢纽布置，减少工程量，但坝体及厂房结构比较复杂。

引水式电站的厂房位置主要取决于地形和地质条件，一般多为裁弯取直，利用河道天然落差，增加发电水头。

4)灌溉和引水建筑物
引水建筑物可包括进水闸、坝身引水管或引水隧洞。

引水建筑物的取水口应位于用水地区的一侧，其高程取决于用水地区的高程。

为适应灌溉需要，可采取适当措施分层取用表层水。

当枢纽采用堰闸或无坝取水时，取水口一般应选在弯道下游段凹岸一侧；对取水口的引水角，门前排沙、以及进水闸后排沙（如沉沙池、排沙闸等）均需要布置得当。

水利枢纽设计需要通过论证比较，选出最优方案。

所谓好的方案，应当是技术上先进和可能，经济上合理，施工期短，运行可靠，管理方便。