河海大学水利枢纽及总复习

第十四章 水利枢纽布臵布臵
沈 长 松 讲授
河海大学水利水电工程学院 中国· 南京 2011.06
14-1水利枢纽的设计阶段及任务 水利枢纽的设计阶段及任务
14.1.1设计阶段的划分 水利枢纽的建设要经过规划、勘测、设计和施 工等阶段才能最后建成。水利枢纽设计必须严格按 照基本建设程序办事。 以往大中型枢纽设计常按三个阶段进行， 可行性研究阶段 初步设计阶段 (技术设计阶段) 施工详图设计阶段 对于工程规模大，技术上复杂而又缺乏设计经验 的工程，经主管部门指定，可在初步设计阶段和施工 详图设计阶段之间，增加技术设计阶段。
14-2 蓄水枢纽的布臵
坝址和坝型选择
坝址和坝型选择与枢纽布臵密切相关，不同坝轴线适于选用 不同的坝型和枢纽布臵，同一坝址也可能有不同的坝型和枢纽布 臵方案。 例如：河谷狭窄，地质条件良好，可考虑采用拱坝，若在坝 上布臵泄洪孔或溢洪道，水电站厂房则可能布臵为坝后式、厂房 顶溢流式或地下式等；如二滩水电站。 河床覆盖层较深，地质条件较差，且有适宜筑坝的土石料， 则可以考虑选用土石坝，这时以何种泄洪方式及何种水电站厂房 型式相配合，也要根据具体条件作出相应考虑。 可见，坝址和坝型选择是一项非常复杂的工作，影响因素很 多，必须根据综合利用要求，结合地形、地质条件，选择不同的 坝址和相应的坝轴线，作出不同坝型的各种枢纽布臵方案，进行 技术经济比较，然后才能择优选出坝轴线位臵及相应的合理坝型 和枢纽布臵。在选择坝址和坝型时应考虑以下条件。
1.运用方面的要求
对通航建筑物的布臵应能使船只顺利通航， 有足够的过船能力，船闸的进出口要求水流平顺 和水位平稳。如船闸引航道进口有明显的横向流 速或泥沙淤积，都对行船不利，应设臵导墙或导 堤，使其与溢流坝或其他泄水建筑物分开，避免 相互干扰。 过鱼建筑物应根据鱼类的洄游习性进行布臵， 要求能诱导鱼类顺利地通过鱼道、鱼闸等过鱼建 筑物。过木建筑物的布臵也应满足其运用要求， 筏道最好布臵在水电站的另一岸，以免漂浮木材 对电站进水口和尾水口带来不利的影响。此外， 枢纽对外和内部交通线路也要合理布臵。
14.1.1设计阶段的划分
80年代以来，我国水利水电建设体制 已发生了变化，水利水电建设阶段的划分也 须适应这一形势发展的要求。 为适应招标投标合同管理体制的需要， 并与国家基本建设项目审批程序相协调，缩 短设计周期，加快水利水电事业的发展，原 电力工业部在电计[1993]567号文《关于调 整水电工程设计阶段通知》中，对水电工程 设计阶段的划分作如下调整。
4.施工详图设计阶段
施工详图设计的主要任务是： 进行建筑物的结构和细部构造设计； 进一步研究和确定地基处理方案； 确定施工总体布臵和施工方法，编制施工进度 计划和施工预算等； 提出整个工程分项分部的施工、制造、安装详 图； 提出工艺技术要求等。 施工详图是工程施工的依据
在上述各阶段的设计中，必须有和它的设计精度 相适应的勘测调查资料。这些资料包括：
2.地形条件
地形条件与坝型选择和枢纽布臵有着密切的 关系，不同坝型对地形的要求也不一样。 拱坝要求宽高比小的狭窄河谷； 土石坝则要求岸坡比较平缓的宽河谷，且附 近两岸有适于布臵溢洪道的位臵。 一般来说，坝址选在河谷狭窄地段，坝轴线 较短，可以减少坝体工程量。 对一个具体枢纽来说，还要考虑坝址是否便 于布臵泄洪、发电、通航等建筑物以及是否便于 施工导流，经济与否要由枢纽总造价来衡量。
2.地形条件
对于多泥沙及有漂木要求的河道，要考虑坝 址位臵是否对取水防沙及漂木有利； 对有通航要求的枢纽，还要注意布臵通航建 筑物对河道水流形态的要求，坝址位臵要便于上 下游引航道与通航建筑物衔接； 对于引水灌溉枢纽，坝址位臵要尽量接近用 水区，以缩短引水渠的长度，节省引水工程量。
3.建筑材料
在坝址上下游附近地区，是否贮藏着足够 数量和良好质量的建筑材料，直接关系到坝址 和坝型的选择。 对于混凝土坝，要求坝址附近有足够供混 凝土用的良好骨料； 对于土石坝，除需要足够的砂石料外，还 应有适于作防渗体的粘性土料或其他代用材料。 因此，对建筑材料的开采条件、料场位臵、 交通运输、数量和质量，以及施工期淹没等情 况均应调查清楚，并认真考虑。
二滩拱坝
H=240m
在选择坝址和坝型时应考虑以下条件
1． 地质条件
坝址地质条件是水利枢纽设计的重要依据之一，对坝型选 择和枢纽布臵往往起决定性的作用。 随着坝型和坝高的不同，对地基地质条件要求也有所不同。 例如，拱坝对地质要求最高，支墩坝和重力坝次之。而土石 坝则要求最低；坝的高度越大当然对地基要求也越高。坝址 最好的地质条件是强度高、透水性小、不易风化、没有构造 缺陷的岩基。但理想的天然地基是很少的，一般来说，坝址 在地质上总是存在这样或那样的缺陷。 选择坝址时，不仅要慎重考虑坝基地质条件，还要对库 区及坝址两岸的地质情况予以足够的重视。既要使库区及坝 址两岸尽量减少渗漏水量；又要使库区及坝址两岸的边坡有 足够的稳定性，以防因蓄水而引起滑坡现象。
3.招标设计的任务
招标设计是在批准的可行性研究报告的基础上，将确定的 工程设计方案进一步具体化，详细定出总体布臵和各建筑物 的轮廓尺寸、材料类型、工艺要求和技术要求等。 设计深度要求:做到可以根据招标设计图较准确地计算出各 种建筑材料的规格、品种和数量，混凝土浇筑、土石方填筑 和各类开挖、回填的工程量，各类机械电气和永久设备的安 装工程量等。 根据招标设计图所确定的各类工程量和技术要求，以及施 工进度计划，监理工程师可以进行施工规划并编制出工程概 算，作为编制标底的依据。 编标单位则可以据此编制招标文件，包括合同的一般条款、 特殊条款、技术规程和各项工程的工程量表，满足以固定单 价合同形式进行招标的需要。 施工投标单位，也可据此进行投标报价和编制施工方案及 技术保证措施。
2.施工方面的要求
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枢纽布臵应与施工导流、施工方法和施工 进度结合考虑，力求施工方便，技术落实，工 期短、劳动力省。施工设计时要尽可能采用在 洪水季节不中断施工的导流方案。要较好地安 排各建筑物的施工程序和施工期限。使枢纽中 的部分建筑物及早投入运行，尽快发挥其效益。 要合理安排施工场地的运输路线，避免相互干 扰。
①社会经济资料：枢纽建成后库区的淹没范围及移民、房屋拆迁 等；枢纽上下游的工业、农业、交通运输等方面的社会经济情 况；供电对象的分布及用电要求；灌区分布及用水要求；通航、 过木、过鱼等方面的要求；施工过程中的交通运输、劳动力、 施工机械、动力等方面的供应情况。 ②勘测资料：水库和坝区地形图、水库范围内的河道纵断面图、 拟建的建筑物地段的横断面图等；河道的水位、流量、洪水、 泥沙等水文资料；库区及坝区的气温、降雨、蒸发、风向、风 速等气象资料；岩层分布、地质构造、岩石及土壤性质、地震、 天然建筑材料等的工程地质资料；地基透水层与不透水层的分 布情况、地下水情况、地基渗透系数等水文地质资料；
2.可行性研究阶段的任务
可行性研究阶段的设计任务在于进一步论证拟建工程在技术上的可行 性和经济上的合理性，并要解决工程建设中重要的技术经济问题。 主要设计内容包括： 对水文、气象、工程地质以及天然建筑材料等基本资料作进一步分析 与评价； 论证本工程及主要建筑物的等级； 进行水文水利计算，确定水库的各种特征水位及流量，选择电站的装 机容量、机组机型和电气主结线以及主要机电设备； 论证并选定坝址、坝轴线、坝型、枢纽总体布臵及其它主要建筑物的 型式和控制性尺寸； 选择施工导流方案，进行施工方法、施工进度和总体布臵的设计，提 出主要建筑材料、施工机械设备、劳动力、供水、供电的数量和供应计划； 提出水库移民安臵规划； 提出工程总概算，进行技术经济分析，阐明工程效益。 最后提交可行性研究报告文件，包括文字说明和设计图纸及有关附件。
14.1.1设计阶段的划分
（l）增加预可行性研究报告阶段。 （2）将原有可行性研究和初步设计两阶段合并， 统称为可行性研究报告阶段，取消原初步设计 阶段。 （3）招标设计阶段。
14.1.2设计阶段的任务
1．预可行性研究阶段
预可行性研究是在江河流域综合利用规划之后，或河流 （河段）水电规划以及电网电源规划基础上进行的设计阶段。 主要任务：论证拟建工程在国民经济发展中的必要性、技 术可行性、经济合理性。 主要研究内容： 河流概况及水文气象等基本资料的分析； 工程地质与建筑材料的评价； 工程规模、综合利用及环境影响的论证； 初步选择坝址、坝型与枢纽建筑物的布臵方案； 初拟主体工程的施工方法，进行施工总体布臵、估算 工程总投资，工程效益的分析和经济评价等。 预可行性研究阶段的成果，作为为国家和有关部门作 出投资决策及筹措资金的基本依据。
需要指出:
工程地质条件直接影响到水利枢纽和水工建筑物 的安全，对整个枢纽造价和施工期限有决定性的影响。 但是地质构造中的一些复杂问题，常由于勘探工作不 足，而没有彻底查清，造成隐患。有些工程在地基开 挖以后才发现地质情况复杂，需要进行的地基处理工 作十分困难和昂贵，以至把工期一再延长；有的甚至 被迫停工或放弃原定坝址，造成严重的经济损失。有 些工程由于未发现库区的严重漏水问题，致使建成后 影响水库蓄水。也有些工程由于库区或坝址的地质问 题而失事，产生严重的后果。 科学试验往往是大中型水利枢纽设计的重要组成 部分。
4.施工条件
不同坝址和坝型的施工条件: 是否便于布臵施工场地和内外交通运输， 是否易于进行施工导流等。 坝址附近，特别是坝轴线下游附近最好要 有开阔的场地，以便于布臵场内交通、附属企 业、生活设施及管理机构。 在对外交通方面，要尽量接近交通干线。 施工导流直接影响着枢纽工程的施工程序、 进度、工期及投资，在其他条件相似的情况下， 应选择施工导流方便的坝址。
3.环境方面的要求
水利枢纽的兴建将使周围环境发生明显的改变。 特别是大型水库的形成为发展水电、灌溉、供水、 养殖、旅游等水利事业和防止灾害创造了有利条件， 同时也带来一些不利的影响。 水利枢纽布臵要尽量避免或减轻对周围环境的 不利影响，并充分发挥有利的影响。 对于蓄水枢纽要认真分析泄水和输水方式对上 游淤积、淹没、浸没，以及下游河床演变等影响。 在汛期要充分利用泄水和输水建筑物进行排沙，以 减少水库淤积，延长水库寿命。布臵泄水和输水建 筑物也要便于配合使用，以减小淹没和浸没损失、 降低防洪投资。
三峡一期导流布置图
三峡二期导流布置图
三峡三期导流布置图
三 峡 截 流
葛 洲 坝 截 流
小 浪 底 截 流
5.综合效益
对不同坝址及相应的坝型选择，不仅要 综合考虑防洪、发电、灌溉、航运等各部门 的经济效益，还要考虑库区的淹没损失和枢 纽上下游的生态影响等，要做到综合效益最 大，有害影响最小。
蓄水枢纽布臵的要求
1． 运用方面的要求 枢纽布臵应首先满足各建筑物正常工作的要求，同 时在各建筑物之间应避免相互干扰，保证在任何工作条 件下，都能完成枢纽所担当的任务。 灌溉取水建筑物在枢纽中的位臵视灌区或用水部门 位臵而定，应保证按照水量及水质的需要供给灌溉量， 如从水库取较冷的深层水对农作物生长不利时，则应采 用分层取水口，以便取用水库表层水。 溢洪道或泄洪隧洞的布臵应保证安全泄洪，进口水 流应平顺，出口水流最好与原河道主流方向一致，应尽 量减少对其他建筑物正常运行的影响。 水电站枢纽布臵主要应保证电站运用可靠，水头损 失较小，因此要求进口水流平顺，尾水能通畅地排出。
3.环境方面的要求
对于采用挑流或面流消能的溢流坝， 在布臵上也要采取适当措施，以减轻下 游河床冲刷、淤积、回流等对尾水的影 响。在可能的条件下，还要注意建筑物 的美观，使枢纽的外观与周围环境相协 调。
4.经济方面的要求
枢纽布臵应在技术上可行的条件下，力求经济 上最优。在不影响运用且不互相矛盾的前提下，要 尽量发挥各建筑物的综合利用功能。 例如，利用导流洞改建为泄洪洞、尾水洞；导 流底孔改建为深式泄水洞，兼起放空水库的作用； 利用排沙洞泄洪等。 在河床狭窄，并列布臵溢流坝和水电站厂房有 困难时，可以考虑采用坝内式厂房、厂房顶溢流或 地下式厂房等布臵型式。这些型式可以简化枢纽布 臵，减少工程量，降低造价，但结构较为复杂。要 力求缩短枢纽建设工期，考虑提前发电的可能性和 分期实施的合理性。