进水口及引水建筑物

第六章水电站进水口建筑物

第一节进水口的功用和要求

水电站进水口位于引水系统的首部。其功用是按照发电要求将水引入水电站的引水道。进水口应满足下述基本要求：

(1) 要有足够的进水能力

在任何工作水位下，进水口都能引进必须的流量。因此在枢纽布置中必须合理安排进水口的位置和高程；进水口要求水流平顺并有足够的断面尺寸，一般按水电站的最大引用流量Q max设计。

(2) 水质要符合要求

不允许有害泥沙和各种有害污物进入引水道和水轮机。因此进水口要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙等设备。

(3) 水头损失要小

进水口位置要合理，进口轮廓平顺，流速较小，尽可能减小水头损失。

(4) 可控制流量

进水口须设置闸门，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。

(5) 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，便于运行、维护和检修。

由于进水口后连接的引水方式、水流流态和所处位置的不同，进水口的型式也不相同。按水流条件分，水电站进水口分为有压进水口和无压进水口两大类。

第二节进水口的防沙、防污和防冰

一、防沙

所需的泥沙资料：推移质和悬移质的含量，颗粒硬度，容重及其运动规律。

防沙设计应恰当估计治理泥沙来源措施的实效，充分考虑上下游梯级电站的相互影响，以及统筹规划水库防淤和进水口防沙问题。

防沙措施有：导(将泥沙导离进水口)、拦(将泥沙阻拦在进水口前缘)、排(将进水口前的泥沙排往下游)、沉(将越过进水口的泥沙沉淀在沉沙池内)和冲(将沉沙池内的泥沙冲往下游)。

开敞式和浅孔式进水口防沙问题比较突出，在选择枢纽位置、进行总体布置、设置泄洪建筑物和拟定水库运行方式时，都应把防沙问题放在重要地位予以考虑。

深孔式进水口应根据水库地形、库区淤积形态和进水口底板高程等因素考虑排沙设施。如需设置排沙底孔时，其位置和高程的选定应使排沙漏斗足以控制进水口，以满足“门前清”的要求。

枢纽排沙或冲沙是防沙的重要环节，所设排沙冲沙建筑物应具有足够的排沙和冲沙能力。

多泥沙河流上的大型或重要工程最终选定的进水口防沙设施，应通过水工泥沙试验验证。

二、防污

所需的资料：污物的来源、种类、数量和漂移规律。

多污物河流上的进水口，不宜正对携带污物的主流，并采取导污、排污和拦污等措施，制定有效的清污方法。

拦污栅和清污平台的布置应便于清污机操作和污物的清理及运输，并有足够的场地用以临时堆放污物。

工程完建和水库蓄水之前必须按有关规定认真进行库区清理以免蓄水后污物涌向进水口。

梯级电站排污应考虑对下游电站进水口的影响。

多污物河流上进水口的拦污栅上应装置监测压差的仪器，以掌握污物堵塞情况便于及时清理。

在拟定水库运行方式时应考虑防污要求。

三、防冰

设计所需资料：冰期、流冰特征和流冰量、冰块大小和冰层厚度、类似条件下电站进水口的冬季运行资料。

防止流冰对建筑物的破坏可采用下列措施：进水口布置应避开流冰的直接撞击；设置导冰和排冰设施；调整水库运行方式，限制流冰的产生。

防止静冰压力的破坏可采用下列措施：调节水温，人工或机械破冰，使水面不结冰或使冰盖脱离进水口，以消除冰压力；利用隔板如泡沫板缓冲，以减小冰压力；加固建筑物结构使其足以抵抗冰压力。

防止进水口及其设施的冻结可采用下列措施：调节水温，加热设备，建造暖房，设备如拦污栅没入不结冰的水下，定期启闭闸门。

第三节有压进水口

有压进水口的特征是：进水口高程设在水库最低死水位以下，以引进深层水为主，整个进水口处于有压状态，其后接有压隧洞或压力管道。适用于坝式、有压引水式、混合式水电站。有压进水口通常由进口段、闸门段及渐变段组成。

一、有压进水口的类型及适用条件

1．隧洞式进水口

在隧洞进口附近的岩体中开挖竖井，井壁一般要进行衬砌，闸门安装在竖井中，竖井的顶部布置启闭机和操纵室，如图6-1所示。渐变段之后接隧洞洞身。这种布置的优点是结构比较简单，不受风浪和冰冻的影响，地震影响也较小，比较安全可靠。缺点是竖井之前的隧洞段不便检修，竖井开挖也较困难。适用于工程地质条件较好，岩体比较完整，山坡坡度适宜，易于开挖平洞和竖井的情况。

2．墙式进水口

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，如图6-2所示。墙式建筑物承受水压及山岩压力，要求有足够的稳定性和强度。适用于地质条件差，山坡较陡，不易开挖竖井的情况。

3．塔式进水口

如图6-3所示，进水口的进口段、闸门段及其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，然后将水引入塔底的竖井中。塔身是直立的悬臂结构，风浪压力及地震力的影响较大，需对其进行抗倾、抗滑稳定和结构应力计算，必须有足够的强度和稳定性，同时要求地基坚固。这种进水口适用于当地材料坝枢纽中，当进口处山岩较差，而岸坡又比较平缓时也可采用这种型式。

4．坝式进水口

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。适用于混凝土重力坝的坝后式厂房、坝内式厂房和河床式厂房。如图6-4所示为混凝土重力坝的坝式进水口。

二、有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸

1．有压进水口的位置

水电站有压进水口在枢纽中的位置，应尽量使水流平顺、对称，不发生回流和旋

涡，不出现淤积，不聚集污物，泄洪时仍能正常进水。进水口后接压力隧洞，应与洞线布置协调一致，选择地形、地质及水流条件均较好的位置。

图6-4 坝式进水口

1-事故闸门2-检修闸门3-拦污栅4-廊道

2．有压进水口的高程

有压进水口顶部高程应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定的淹没深度，以进水口前不出现漏斗式吸气漩涡为原则。漏斗旋涡会带入空气，吸入漂浮物，引起噪音和振动，减小过水能力，影响水电站的正常发电。一些已建工程的原型观测分析表明，不出现吸气旋涡的临界淹没深度可按下面经验公式估算

S (6-1)

cV

H

式中H ——闸门孔口净高(m)；

V ——闸门断面水流速度(m/s)；

c ——经验系数，c= 0.55~0.73，对称进水时取小值，侧向进水时取大值；

S——闸门顶低于最低水位的临界淹没深度(m)。

图6-5 进水口淹没水深