水电站进水及引水建筑物

第六章水电站进水及引水建筑物

第一节进水建筑物

一、进水建筑物的功用和要求

（一）进水建筑物的功用

为发电目的专门修建的进水建筑物，称为水电站的进水口。

水电站进水口的功用：引进符合发电要求的用水。

（二）电站进水口的基本要求

进水口的设计应满足下列要求：

1、足够的进水能力，且水头损失小。在任何工作水位下，进水口都能引进必须的流量。

2、水质符合要求。不允许有害泥沙和各种污物进入引水道和水轮机。进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。

3、可控制流量。进水口需设置闸门，以便在事故时紧急关闭，截断水流，避免事故扩大，也为引水系统的检修创造条件。对于无压引水式电站，引用流量的大小也由进口闸门控制。

4、满足水工建筑物的一般要求。进水口要有足够的强度、刚度和稳定性，结构简单，施工方便，造型美观，造价低廉，便于运行、检修和维护等。

二、水电站进水口的类型

水电站的进水口有潜没式（有压）进水口、和开敞式（无压）进水口和虹吸式进水口。

潜没式进水口的主要特征：进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主，进水口后一般接有压隧洞或管道。

适用于从水位变化幅度较大的水库中取水。坝式、有压引水

式、混合式水电站一般采用。

开敞式进水口的主要特征：类似于水闸，水流为明流，引表层水为主，进水口后一般接无压引水建筑物，适用于从天然河道或水位变化不大的水库中取水，用于无压引水式电站。

虹吸式进水口是利用虹吸原理将发电用水从前池引向压力水管。一般由进口段、驼峰段、渐变段三部分组成。适用于水头在20~30m左右，前池水位变幅不大的无压引水式水电站，采用虹吸式进水口可简化布置，节省投资，在小型水电站中采用较多。

三、潜没式进水口

（一）潜没式进水口的主要类型及适用条件

潜没式进水口的主要类型主要取决于水电站的开发方式、坝型、地形地质等因素。可分为隧洞式、压力墙式、塔式和坝式四种。

1.隧洞式进水口（竖井式）

隧洞式进水口

特征：在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安置在竖井中，竖井的顶部布置启闭机及操纵室，渐变段之后接隧洞洞身。

优点：结构简单，不受风浪、

冰冻影响，地震影响小，较安全，

充分利用岩石作用，钢筋混凝土工

程量减小，较经济。

缺点：竖井前的隧洞段不便检

修，竖井开挖也较困难。

适用：地质条件较好，岩体完

整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞

和竖井的情况。

2.压力墙式进水口

特征：进口段、闸门段和闸门竖井均布置在山体之外，形成一个紧靠

在山岩上的单独墙式建筑物，承受水压及山岩压力。要有足够的稳定性和强度。适用：地质条件差，山坡较陡，不宜扩大断面和开挖竖井或因地形条件不宜采用隧洞式进水口时的情况。压力前池中所设的压力水管进水口即属于此类型。

3.塔式进水口

特征：进口段及闸门段

及上部框架形成一个塔式结

构，耸立在水库之中，塔顶

设操纵平台和启闭机室，用

工作桥与岸边或坝顶相连。

塔式进水口可一边或四周进

水。

适用：当地材料坝、进

口处山岩较差、岸坡又比较平缓。

4.坝式进水口

特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内压力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布置紧凑。

适用：混凝土重力坝的坝后式、坝内式和河床式电站。

（二）潜没式进水口的布置

1.基本资料

布置进水口所需要的基本资料与数据有：

（1）水利枢纽的总体布置方案，进水口范围内的地形、地质资料，建筑物等级等；

（2）水文气象条件、上游漂浮物的性质与来量、泥沙淤积情况、河道冰凌情况；

（3）电站的运行水位与引用流量；

（4）引水道的直径、长度和控制方式，水轮机特性；

（5）地震烈度等。

2.潜没式进水口位置与高程

（1）位置选择原则

应尽量使水流平顺、对称、水头损失小、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集漂浮物等现象。同时在其他进水口通过水量或泄洪时不影响该进水口的进水量。

（2）高程选择

原则：进水口顶部高程应低于最低死水位，并有一定的淹没深度；底部高程应高于淤沙高程1.0m以上。

有压进水口顶部满足不产生吸气漩涡，低于运行时的最低水位，且有一定的淹没深度。经验表明，完全不产生漩涡是困难的，关键是不产生漏斗状吸气漩涡。当在水电站运行中发现吸气漩涡时，则应采取措施加以消除。例如在出现吸气漩涡的水面上加设浮排，会有良好的效果。

=cv d

临界淹没深度为：S

临界

d ——闸门净高(m)， v ——闸门断面流速(m/s)， c——

经验系数，0.55-0.73，S ——闸门顶低于最低水位的临界淹没深度。

在满足以上条件下，进水口的布置高程应尽可能高一些，以减少闸门和进口结构造价。

有压进水口的底部应高于水库的设计淤积高程1.0m以上，当设有冲沙设备时，应根据排沙情况而定。但这一点有时却难以办到，我国不少水电站都因水库淤积而出现运行上的困难。在可能出现淤积的水电站上，在进水口处应考虑排沙措施，防止有害的泥沙进入进水口。

3.潜没式进水口轮廓尺寸的拟定

潜没式进水口沿水流方向可分为进口段、闸门段、渐变段三

部分。这三部分的尺寸及形状，主要与拦污栅断面、闸门尺寸和引水道断面有关。进水口的轮廓就是使这三个断面能平顺的连接起来。在保证引进发电所需流量的前提下，尽可能使水流平顺的进入引水道，使水头损失小、避免因水流脱壁而产生负压，降低工程造价和设备费用。

（1）进口段（喇叭口）

作用是连接拦污栅与闸门段。隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为四分之圆弧或双曲线，上唇收缩曲线一般为四分之一椭圆。进口段的长度没有一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑。

式中的a=（1.0～1.5）D（D为引水道直径）；b=（1/3～

1/2）D，一般情况下，a/b=3～4。当引水流量及流速不大时，

顶板曲线也可用圆弧曲线。圆弧半径R≥D/2。对重要工程应根

据模型试验确定进口曲线。坝式进水口常作成矩形喇叭口形状，顶板常作成斜面以便于施工，两侧边墙的轮廓可用椭圆或圆弧等曲线。

进口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。

（2）闸门段闸门段是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此段布置。闸门段一般为矩形，事故闸门净过水面积为(1.1~1.25)洞面积,检修闸门孔口与此相等或稍大。门宽B等于洞径D，门高略大于洞径D。

（3）渐变段

渐变段是矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。

通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R；渐变段的长度一般为隧洞直径的1.5~2.0倍；侧面收缩角为6˚~8°为宜，一般不超过10°。