3、引水建筑物

水利水电工程建筑物讲稿（水电站建筑物部分）

第三章引水建筑物（第七章）

§7—1 动力渠道的功能、要求及类型

水电站引水渠道用于输送发电流量和集中落差，称为动力渠道。

一、动力渠道的基本要求

1）、足够的输水能力

2）水质符合要求

3）运行安全可靠，满足不冲、不淤、防草、防冻要求

4）能防洪、放空和维护检修

5）满足经济要求

二、类型及适用条件

（一）自动调节渠道

特点：渠堤顶部高程不变，渠底以一定坡度延伸，渠末不设溢流堰；

通过设计流量时，水面线平行于底坡。水流为恒定流；

渠中流量为零时，水位与上游河道水位平齐。

由于该种渠道水位通过自身进行调节，故称为自动调节渠道。

（二）菲自动调节渠道图7-1 P104

特点：渠堤顶高程沿渠长降低，与渠低坡度一致，渠道末端压力前池中设有泄水建筑物，如溢流堰等。

当渠道流量中通过最大流量时，渠中水流为恒定均匀流，渠末水位低于堰顶；当机组引用流量小于设计流量时，渠中水面形成壅水曲线，当引用流量进一步减小，道渠末水位超过堰顶时，则开始溢流。当水电站引用流量为零时，通过渠道的全部流量由溢流堰泄走，如图7-2所示。

这种渠道的堤顶只要最高水位线超过安全超高即可。

为减少弃水，可根据电站负荷变化，运用渠首闸门调节入渠流量。溢流堰可限制渠末水位，保证下游用水，这种渠道的工程量较小，当渠道较长，上游水位变化范围较大，或者电站停止运行而渠道仍需向下游供水时，宜采用非自动调节渠道。

§7—2 动力渠道的水力计算及断面尺寸

一、恒定均匀流

二、恒定菲均匀流（了解）

三、非恒定流（了解）

四、断面尺寸

一般按照经济流速1.5~2.0m/s作为基本控制条件确定

§7—3 压力前池及日调节池

一、压力前池

压力前池又称压力池或前池，位于动力渠道的末端，是水电站引水建筑物与水轮机压力管道的连接建筑物

（一）作用及组成图7-7 P111

1、压力前池的作用

（1）分配水流。

（2）平稳水压，平衡水量。

(3) 挡阻污物和泥沙。

（4）在电站停机时可向下游供水，满足下游用水部门的需要。

（5）保护压力管道进水口在冬季不受冰凌的阻塞或损坏。

2、压力前池的组成部分

（1）前室及进水室。进水室为压力管道进水口前扩大和加深部分，一般比渠道宽和深，需要用渐变扩散段（前室）连接渠道与池身，以保证水流平顺，水头损失小，无漩涡发生。

（2）压力墙。是压力管道进水口的闸墙（挡水墙）。

（3）泄水建筑物。

（4）冲沙、拦冰及排冰建筑物。

（二）压力前池的位置选择及布置

1 位置选择

应根据地形、地质条件及运用要求，并结合渠道线路、压力管线、厂房（水电站）等建筑物及其本身泄水建筑物相互位置综合考虑确定。力求做到布置紧凑合理、水流顺畅、运行灵活可靠、结构安全经济。

压力前池一般布置在陡峭山坡的上部，应特别注意地基稳定及渗漏问题，在保证前池稳定的前提下，尽可能靠近厂房，以缩短压力管道长度。

2 布置方式

常见布置方式如图7-8所示。

（a）图布置的特点是渠道、压力前池、压力管道轴线相一直，水流平顺，水量分配均匀，水头损失小。但此种布置方式易受地形条件限制可能有较大的挖方，并且泄水一般只能采用侧堰式，所以只能在地形条件许可或在渠道跌水式电站中采用。

（b）图布置方式在实际工程中应用较广，因为它适应地形、地质条件的能力较强，并且水流条件较好，工程量较小，排污、排冰条件较好。

（c）图布置特点是渠道轴线垂直于压力管道轴线，此时前池水流偏向一侧，易引起漩涡，增大水头损失，且易造成泥沙淤积。但适应地形条件能力强，开挖量小，对排水、排污、排冰都很有利，并且泄水道远离厂房，不影响厂房安全（三）压力前池各组成部分的尺寸和构造

1 前室如图7-10所示。

前室作用：是把动力渠道断面尺寸扩大并过渡到进水室的宽度和深度，减缓流速，便于沉积泥沙和清污，形成一定容积，以便于调节水量和平稳水位。

布置要求：渠道连接前室的平面扩散角β一般不大于10°～15；

前室末端底板高度应比进水室底板高程低0.5～1.0m以形成拦沙槛；

为了缩短前室渐变段长度，可在前室首部中间设分流墩。若分流墩楔形角为γ，则前室的平面扩散角可加大至2β＋γ。

当渠道轴线与压力水管轴线不一致时，为避免在前室中产生漩涡、增大损失和造成局部淤积，可采用平缓的连接曲线和加设导流墙。

前室宽约为进水室宽度的1.0～1.5倍，长度为宽度的2.5～3.0倍。

2 进水室

进水室是压力前池的重要组成部分，上游与前室相接，下游为埋设压力管道进口的压力墙。当压力管道为两根以上时，应用隔墩分成各自独立的进水室，每

个进水室都设有拦污栅、检修闸门、工作闸门、启闭设备、旁通管、通气孔和工作桥等，如图7-10所示。这种布置方式，当某一管道或机组进行检修时，不影响其它机组正常运行。

3 压力前池轮廓尺寸的拟定（图7-10）

（1）压力前池特征水位的确定。

1）前池正常水位：可近似按渠道通过最大流量时渠道末端的正常水位Ze 来确定，通过明渠均匀流计算得出。

2）前池最高水位：对于自动调节渠道，前池最高水位发生在丢弃全负荷时、经非恒定流计算所得出的渠末最高涌波水位；对非自动调节渠道，则是出现溢流堰下泄最大流量时的相应水位。设堰上水深为hy ，堰顶高程通常高于前池正常水位3～5㎝，故:

Z max =Z 正+hy+(3～5)㎝ （7-1）

溢流堰下泄最大流量常取电站最大引用流量。

3）前池最低水位：应取以下两种情况中的较低水位：

①渠道流量为电站最小引用流量时的前池水位Zmin ，按下式确定:

Z min =Z e 底+h e （7-2）

式中 Z e 底——渠道底高程；

h e ——最小引用流量时的渠末水深。

②水轮机突然增加负荷使前池水位突然下降时的低水位。此时应根据运行中可能出现的最不利情况计算水位下降值来确定。若增加负荷前前池中水位为Z e0，则前池中的最低水位为

2

0min h Z Z e '∆-= （7-3）

式中 △h 2′——渠末最低水位比正常水位下降值。

（2）池身尺寸拟定。池身边墙与进水口顶部高程相同，如图7-10所示。对非自动调节渠道，池身边墙顶高程ZT 应保证水流不漫顶，并留有适当的安全超高δ,按下式确定:

δ+=max Z Z T （7-4）

式中δ按建筑物等级确定，一般为（0.3～0.5）m 。

池身边墙高度H e1及H e2（见图7-150）分别由渠道末端底高程ZL 及池身末端底高程ZT 与边墙顶高程之差确定。ZL 由下式确定

m h Z Z n j L )0.1~5.0(--=底底 （7-5）

式中 Z j 底——进水室底板高程，见后；

h n ——淤沙厚度；

（ 0.5～1.0）m ——拦沙安全值。

池宽B 通常采用进水室宽度的1.0～1.5倍，并常与进水室前沿总宽度B k 相等。池身长度应保证渠道末端在平面上和池身最大宽度平顺衔接，立面上应与池身最大深度平顺衔接。L 一般由下式确定

L =(3～5)h +1(m ) （7-6） h =Z e -Z e 底 （7-7）