第三章 水电站进口和引水建筑物

检修闸门 位置： 作用： 运用： 型式：
启闭设备
启闭 机台
闸门和启闭机
3．Байду номын сангаас气孔及充水阀
（1）通气孔 作用：充水排气 位置： 设计:5%
（2）充水阀。 作用：减小启闭力 位置：
关闭补气
3.3
无压进水口
•特征：
•适用：
•作用：
•分类：
表面式进水口： 底部拦污栅进水口：是在过流建筑物的坎中，与水流垂直方向设置引水廊道，上 覆盖拦污栅，水从廊道引入，必要时再经冲沙闸进入引水道
（5）满足对水工建筑物的一般要求。
3.1.2 水电站进水口的类型
水电站进水口按水流条件可分为无压进水口和有压进水口两大类。 无压进水口的主要特征是：表层水 无压流

适用于从天然河道或水位变化不大的水库中取水。无压引水式水电站的进水口一般为
无压进水口。
有压进水口的主要特征是：深层水 有压流 适用于从水位变化幅度较大的水库中取水。有压进水口也称深式进水口或潜没式进水 口。
橡胶坝过水
3.4 引水建筑物

功用：集中落差，形成水头，输送水流进入机组、排走发电用水(尾水渠)。 类型: 无压引水道 特点：自由水面 适用：水位变动不大 形式：引水渠道 有压引水道 特点：压力流 适用：水位变幅较大的情况 形式：有压隧洞 无压隧洞
3.4.1 引水渠道
1. 引水渠道基本要求
1．有足够的输水能力。
2．水质要符合要求。
3．运行安全可靠. (1) 防冲、防淤： V淤〈V设〈V冲；
(2) 对渠道加设护面 减小糙率、防渗、防冲、防草、维护稳定 (3) 防草：H>1.5 v >0.6m/s <1.25m/s
(4) 防凌：<0.45~0.6m/s
4．结构经济合理，便于施工及运行。
2. 动力渠道的类型
拦污栅
渠底
闸门槽 压力墙
前室 进水口
通气孔
压力水管
① 前室(池身及扩散段)。 其作用是将渠道断面扩大并过渡到进水室所
需的宽度和深度，减缓流速，便于沉沙，并
形成一定容积。
前室末端底板高程应比进水室底板高程低
(0.5～1.0)m，形成拦沙槛。 为了缩短前室渐变段长度，可在前室首部中 间设分流墩。 当渠道轴线与压力管道轴线不一致时，可用
斜卧管入口
3.2
有压进水口
3.2.1 有压进水口的类型及适用条件 有压进水口的类型：可分为

隧洞式进水口

坝式进水口
塔式进水口 压力墙式进水口


隧洞式进水口
隧洞式进水口
压力墙式进水口
通气孔
压力墙式进水口
压力墙式进水口
压力墙式进水口
塔式进水口
塔式进水口
塔式进水口
坝式进水口
1－事故闸门； 2－检修闸门； 3－拦污栅； 4－清污机； 5－液压启闭机；
4．引水渠道水力计算

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。（详见水力学） (2) 非恒定流计算 1) 计算水电站丢弃负荷时渠道涌浪（最高水位），确定堤顶高程。 2) 计算水电站增加负荷时渠道波（最低水位），确定压力管道进口高程（任何情况下， 压力管道进口不得露出水面） 3) 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。
5. 引水渠道的断面尺寸
(1)断面型式： 梯形或窄深式矩形断面 (2) 断面尺寸： 1) 动能经济计算方法
2) 经济流速法：Fe=Qmax/Vc 初估计算时 渠道：1.5～2.0m/s， 隧洞：混凝土衬砌 2.5～4.5m/s 不衬砌 小于2.5m/s，
压力管道：5～7m/s。
3.4.2 水电站引水隧洞
平洞。
(1) (2) (3) (4) (5) 地形条件 地质条件 施工条件 进口 45° 0.2%~0.5% 角度 <60° 相对位置 5B 直线段 B 洞身 3B 相邻岩厚2B
水力条件 流速v<10m/s 时 R>5B
综合考虑进水口 调压室 管道 厂房
3.4.2 水电站引水隧洞
(五) 发电隧洞的断面尺寸 1．断面型式
制。
三、压力前池的布置
(一) 引水隧洞的特点（与明渠比较）
优点： 可避开不利地形 、地质 适应流量及水头的变化 利用岩石承受内水压力 避免污染及冰冻 施工不受外界干扰 缺点： 对施工技术 地质要求高 单价高 工期长
3.4.2 水电站引水隧洞
(二) 发电隧洞类型
(1)
从功用上划分：分为引水隧洞和尾水隧洞；
长尾水隧洞：多机一洞 多机两洞
S CV H
底板高程
2．有压进水口轮廓尺寸的拟定
（1）进口段 底板一般为水平 上唇收缩曲线一般采用1/4椭圆或圆弧 两侧收缩曲线为1/4圆弧 x2 y 2 2 1 2 a b
（2）闸门段
（3）渐变段
进 口 段 施 工
3.2.3 有压进水口的主要设备
1．拦污设备
（1）拦污栅的布置
1）拦污栅的立面布置:倾斜或垂直 2）拦污栅的平面布置：平面或多边形 （2）支承结构 （3）拦污栅片 （4）拦污栅设计 1）过栅流速
② 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；Q<Qmax时为雍水
曲线。Q =Qmax为降水曲线。
平面图 A－A纵剖面图 带冲沙槽的进水口总体布置图
3.3
位置与布置：
无压进水口
进水口应布置在河流弯曲段凹岸 采用人工弯道
弯道半径＝弯道断面平均宽度×（4～8）
弯道长度＝弯道半径×（1～1.4）
受地形限制必须设置凸岸时，应将进水口设在凸岸中点偏上游处，必要时对
岸设丁坝将河流主流逼向凸岸，以利引水
3.3
无压进水口
组成：拦河坝（或拦河闸）、进水闸、冲沙闸及沉沙池
等 冲 拦 沉 排
1－闸墩；2－边墩；3－上游翼墙；4－下游翼墙； 5－闸底板；6－拦沙槛；7－截水墙；8－消力池； 9－护坦；10－穿孔混凝土板；11－乱石海漫； 12－齿墙；13－胸墙；14－工作桥；15－拦污栅； 16－检修闸门；17－工作闸门；18－下游检修闸门； 19－下游闸板存放槽；20－启闭机；21－进水闸； 22－冲沙闸；23－冲沙槽；24－分水墙；25－铺盖
确定过闸流量、上下游水位、闸孔型式以及 闸底板高程、孔口总宽度、闸孔数、孔口尺寸
沉沙池
作用： 对于多泥沙河流，为避免大颗粒泥沙进入水轮机，减少引水道淤积和对水轮机磨损 设置条件： 当水中有害粒径的泥沙含量小于0.2kg/m3时，可不建沉沙池 位置： 无压进水口之后，引水道之前。 工作原理： 加大过水断面，减小水流的流速及其挟沙能力，使其有害泥沙沉淀在沉沙池内，将清水引入引水 道。 类型： 直线形 曲线形
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 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，压力前池水位低于堰 顶；Q<Qmax, 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。
3.3
位置与布置：
无压进水口
进水闸与冲沙闸的相对位置应以“正面进水、侧面排沙”的原 则进行布置。
进水闸轴线与冲沙闸轴线交角宜在35º～45º之间。 进水口位置应设在弯道顶点以下水最深、单宽流量最大、环流作用最强的地 方
无压进水口布置

1.
孔口尺寸拟定：
进水口底板顶面高程：
进水闸的底坎高程应高于冲沙闸底板高程（1.0～1.5）m，防止底沙进人引水道。 冲沙闸底坎高程应高出河床（0.5～1.0）m。 进水口后接总干渠底部高程相同或稍高 2. 进水口孔口尺寸：
2）栅条的厚度、宽度及净距
3）拦污栅与进水口的距离 4）拦污栅的高度 5）拦污栅的清污及防冻
拦污栅的立面布置:倾斜或垂直
拦污栅的平面布置：多边形
拦污栅栅片结构
拦污栅栅片
拦污栅施工
清污机
VR6型拦污栅清污机
回转式清淤机
拦污栅清污机
移动式清淤机
2．闸门及启闭设备 工作闸门也称事故闸门 作用： 运用：
6－旁通阀操作室
坝式进水口
有压进水口的适用条件
1.砼重力坝坝后式厂房
2.山坡较陡，地质较差
隧洞式
3.砼重力坝坝内式厂房
4.地形平缓，地质较差 5.砼重力坝河床式厂房 6.当地材料坝 7.坡度适宜，岩体完整
压力墙式
塔式
坝式
3.2.2 有压进水口的布置
1．有压进水口的位置及高程 （1）有压进水口的位置。 （2）有压进水口的高程。 顶部高程
进水口处应设闸门及控制设备、拦污栅、通气孔等设
施。其布置与有压进水口相似。
③ 泄水建筑物
渲泄多余水量，防止前池水位漫过堤顶，并保证向下 游供水。 泄水建筑物一般包括溢流堰、陡槽和消能设施。
溢流堰应紧靠前池布置，形式为正堰或侧堰。
堰顶一般不设闸门，水位超过堰顶时自动溢流。
④ 放水和冲沙设备。
设计要点： 面积：取决于池中水流平均流速(0.25~0.7m/s),视沙粒径而定。 长度：考虑沉沙效果及工程造价。
进口采取分流墙、格栅等措施，使池中水流流速分布均匀，否则池中将在局部地区沉
淀泥沙，而大量有害泥沙将在高速区通过沉沙池。 排沙方法：水流冲沙、机械排沙。 连续冲沙：由底部冲沙廊道进行。 定期冲沙：关闭池后闸门，降低池中水位，向原河道冲沙。 机械排沙：挖沙船。
一、压力前池的作用 (1) 平稳水压、平衡水量 (2) 均匀分配流量。
(3) 宣泄多余水量。
(4) 拦阻污物和泥沙。
二、压力前池的组成建筑物
(1) (2) (3) (4) (5) 前室(池身及扩散段) 进水室及其设备。 泄水建筑物 放水和冲沙设备 拦冰和排冰设备
水电站压力前池
压力前池组成部分相对位置
无压引水式水电站
有压引水式水电站
3.1 进水口的功用、要求及类型
3.1.1 进水口的功用和要求 水电站进水口位于引水系统的首部，其功用是引进符合发电要求的用水。应满足下列基 本要求 ： （1）要有足够的进水能力。 一般按水电站的最大引用流量Qmax设计。 （2）水质要符合要求。 （3）水头损失要小。 （4）可控制流量。
有压隧洞：圆形断面。
无压隧洞：地质条件良好时通常为城门洞形（方圆形）；洞顶和两侧围岩不稳时 采用马蹄形；洞顶岩石很不稳定时采用高拱形。
2．断面尺寸：
经验公式 经济流速法
城门洞形
城门洞施工
圆形断面
3.5 压力前池与日调节池
压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端的平水建筑物，是水电 站无压引水建筑物与压力管道的连接建筑物。 压力管道 进水 口 压力前池 厂房
非自动调节渠道
自动调节渠道
3．引水渠道线路选择
线路选择一般应遵循以下原则： （1）渠线应尽量短而直，以减小水头损失，降低造价。 需转弯时，有衬砌渠道的转弯半径宜不小于渠道水面宽度的2.5倍 无衬砌的土渠宜不小于水面宽度的5倍。 （2）应选择地质条件较好的地段 （3）渠线应尽量提高，以获得较大的落差。避免深挖高填
短尾水隧洞：采用一机一洞
(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。 无压隧洞：方圆 A净 净空 D 马蹄 B 城门洞 h B/h（1：1~1：1.5） 角度
有压隧洞：圆形
3.4.2 水电站引水隧洞
(三) 发电隧洞路线选择 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
从引水渠道带入的泥沙将在前池底部沉积，需
在前池的最低处设置冲沙道，并在其末端设有
控制闸门，以便定期将泥沙排至下游。 冲沙道可布置在前室的一侧或在进水室底板下 设冲沙廊道。尺寸一般不小于1m2 。
⑤ 拦冰和排冰设备。
排冰道只在北方严寒地区才设置，排冰道的底 板应在前池正常水位以下，并用叠梁门进行控
平缓的连接曲线和加设导流墙。
① 前室(池身及扩散段)。
平面扩散角β不宜大于10°～15° 在立面上 渠道末
端渠底应以1：3～1：5的斜坡向下延伸
β角不宜过大，也不宜过小 扩散角的立面与平面布置 都可以确定其长度
分流墩与导流墙
② 进水室及其设备
通常指压力管道进水口部分，常采用压力墙式进水口。