水电站引水系统设计

某水电站引水系统设计

该水电站所在河流中下游地段侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇形地貌，为修建引水式水电站提供了有利的地形条件。某水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800m ，而两端河水位差达13m ，本区地层主要是前震旦系的黑云母混合片麻岩通过，沿洞线未发现断层，且洞线顶上部新鲜岩体厚达80～160m ，深部裂隙已趋闭合因此工程地质条件较好，洞线前部通过两条较大岩脉均大致与洞线正交，一条为石英斑岩，宽30～40m ，另一条为正常闪岩，宽26～30m ，岩脉与围岩接触良好，厂房后山坡地形坡度约50º～60º，坡高40m 左右，后山坡边坡基本稳定。

7.1隧洞洞径及洞线选择

布置考虑了地质条件、地形条件、施工条件与水力条件，由于施工技术条件的限制，引水洞径不宜大于12m ，因此，选择两条引水隧洞，四条压力管道分别给每台机组供水，供水方式为单元供水（即单管单机），钢管轴线与厂房轴线相垂直，这样可以使水流平顺，减小水头损失。

7.1.1有压引水隧洞洞径计算

由于水轮机选型部分已知单机最大引用流量：3max 124.91/Q m s = 隧洞断面面积：max 2e Q A V = 24

A D π= 式中： 4.2/e V m s = 由上式得：2max 22124.9159.484.2e Q A m V ⨯=

==

则洞径8.7D m === 本设计中取9.0D m =。

7.1.2洞线选择原则

1）地质条件：尽可能位于完整坚硬的岩石中，避开岩体软弱、山岩压力大、地下水充沛及岩石破碎带、地震区。必须穿越软弱夹层或断层时尽可能正交布置。隧洞通过层状岩体时洞线与岩层走向夹角尽可能大，以利于围岩稳定，提高承载

力。

2）地形条件：出口处的地形宜陡，进口段洞口围岩厚度宜大于一倍开挖洞径，一般要求周围坚固厚度不小于三倍开挖洞径。

3）施工条件：便于施工。

4）水力条件：转弯半径大于五倍洞径，转弯面不宜大于60º

7.2 进水口设计

7.2.1进水口型式的选择

在水利水电工程中，为发电供水等综合利用的目的，往往需要在水位便服的天然河道，湖泊或人工水库和调节池中取水，深式进水口及有压进水口为了适应这一需要而设置的一种水工建筑物，深式进水口应满足水工建筑物的一般要求，即结构安全，布置简单，施工方便，造价低廉，运行可靠并适应注意美观。其组成为：①行进段②进口段③闸门段④闸门渐变段⑤操作平台和交通桥。

太平哨水电站为有压进水式，岸边地质条件较好，因此选择深式进水口中的隧洞式进水口为宜。

深式进水口主要的形式：

隧洞式进水口，其进口段和闸门井均从山体中开凿而成适应于进口地质条件良好，扩大断面和开挖闸门竖井均不会引起塌方，坡度适中。洞式进水口充分利用了岩石作用，钢筋混凝土工程量较小，这一种既经济又安全的结构形式。

①压力墙进水口：其进口段和闸门段均布置在山体之外适用于洞口附近地质条件较差或不宜采用洞式进水口时不宜扩大开挖坡度较缓时。

②坝式进水口：其基本特征是进水口附近在坝体上适用于坝后时厂房或河床式水电站厂房的上游坝体内，进水口与坝体成统一的整体。

③塔式进水口：适用于水电站厂房布置在河床坝后，拦河坝采用当地材料坝或水库地质条件较差，坡度较平缓不利于岸坡上修建进水口。

7.2.2进水口高程确定

该水电站是有压式进水，岸边地质条件较好，选择深式进水口，洞室底板高程应在水库淤积高程以上 1.0～1.5m ，为避免进水口前出现漩涡和吸气漏斗，需有一定淹没水深。 所需要的淹没深度：1

2kp h cva =

式中：kp h ——无吸漩涡的临界淹没水深

c ——经验系数，一般取0.55～0.73，对称进水时取小值，侧面进水时取大值，本设计取0.7c =

v ——闸门断面的水流流速，由于闸门面积比引水隧洞

断面面积稍大，则其流速比引水隧洞小，本设计

取4/v m s =

a ——闸门孔口高度，本设计取9.0a m = 由上式得：11220.749.08.4kp h cva m ==⨯⨯=

综合分析并考虑到风浪影响，取10.0kp h m =

则进水口底板高程：190.010.09.0171.0kp h a m ∇=∇--=--=死底

7.2.3进水口尺寸的拟定

1）进口段：其作用是连接拦污栅与闸门段。根据国内外实践经验，进口段

顶板曲线采用1/4椭圆曲线，曲线方程为：22

221x y a b

+= 式中：a ——椭圆曲线长半轴，一般取(1～1.5)D ，本设计取

10a m =

b ——椭圆曲线短半轴，一般取(1/3～1/2)D ，本设计取

3b m =

一般情况下椭圆曲线/34a b =:，当引用流量及流速不大时，也可采用圆弧曲线代替，重要的工程应根据模型试验决定进口曲线，进口流速不宜太大。进口面积不小于下式计算值：

'/cos A A c θ=•

式中：A ——进口断面面积

A '——引水断面面积（按渐变段末端）则：

222/4 3.149/463.6A D m π'==⨯=

θ——引水道中心线水平面间夹角，本设计取0θ=︒

c ——收缩系数，一般取0.6～0.7，本设计取0.65c =

由上式得：'2/cos 63.6/0.65cos 097.85A A c m θ=•=⨯=

2）闸门段：闸门段是引水道和进口段的连接段，闸门口采用矩形，考虑进口的结构稳定性，进水口设支墩，布置两孔，高4.5m ，宽9.5m 的矩形平板闸门并相应设两孔检修闸门，检修闸门与工作闸门间距取2m 。

3）渐变段：渐变段是闸门段到压力引水管道的过渡段，其断面面积和流速应逐渐变化，使水流不产生漏流并尽量减小水头损失。由矩形变成圆形通常采用