取水建筑物:输水建筑物的首部建筑,如引水隧洞的进口段、灌溉渠道和供水用的进水闸、扬水站等。由于地形、地质、径流来水量、电站引水量、经济等方面的因素,本设计采用无压进水口。 2.2.2.5整治建筑物
整治建筑物:用以改善河流的水流条件,调整水流对河床及河岸的作用,以及防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷,如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。 2.2.2.6专门建筑物
专门建筑物:为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物,如专为发电用的压力前池、调压室、电站厂房;专为灌溉用的沉沙池、冲沙闸;转为过坝用的船闸、升船机、鱼道、过木道等。本设计是单一发电工程,除了压力前池、电站厂房、沉沙池外,无其他专门建筑物。
2.2.3枢纽总体布置
电站根据集中落差方式的不同,可分为坝式、引水式、混合式。根据水电站水库调节性能和取得流量方式的不同,则可分为无调节和有调节以及蓄水式和径流式。根据引水建筑物中水流状态的不同,可将引水式电站分为无压引水式和有压引水式电站两种类型。无压引水式电站引水建筑物(如明渠、无压隧洞)中水流具有自由表面。有压引水式水电站的引水建筑物(如压力隧洞、压力水管)中水流为满流。
本工程是径流开发引水式水电站,是单一的发电工程,没有航运、过木要求。因此, 河谷坝址处仅布置挡水建筑物与泄水建筑物,大坝左端布置引水明渠进水口,电站枢纽另行布置。
坝体总长度45m,溢流坝右侧挡水坝段长19m;溢流坝段长度12m,其中两个泄水闸宽10m,中墩及边墩宽2m;溢流坝左侧与进水口相连,进水口总宽度3.5m,净宽2.42m,进水口左侧挡水坝段长10.05m。
3.无压进水口及沉沙池设计
3.1无压进水口设计
一座水电站的输水系统是由布置在压力管道之前的进水建筑物、引水建筑物和平水建筑物组成的。
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3.1.1.进水口的功用
进水口又称进水建筑物,位于水电站输水系统的首部,它的功用是按照发电要求,自水源(水库或河流)取水,引入水电站引水道。 3.1.2进水口设计要求
进水建筑物是水电站输水系统的一个重要组成部分,其位置和形式的选择、尺寸的拟定与整个枢纽工程总体布置密切相关。只有通盘考虑,并通过方案比较,才能在枢纽工程总体布置最佳的前提下,确定合适的设计方案。具体设计要求如下: 3.1.2.1要有良好的地形、地质条件
为保证工程安全运行,要尽量选择良好的地质地段布置进水口,并避免高边坡开挖。若因枢纽工程布置所限,进水口未能避免不良地质和高边坡开挖时,应因地制宜地采取优化布置和辅助必要的加固措施。
3.1.2.2要有足够的进水能力和顺畅的进水条件
在任何工作水位下,进水口都能引进必需的流量,并使进流匀称,水流顺畅,水头损失小。为此,设计进水口时,应重视以下工作:①应着重于工程布置,使其与相关建筑物 布置相协调,不使趋近进水口的水流流向突变,形成回流;②尽量避免进水口一侧紧靠陡峻的岸坡而造成进水口的水流不对称,产生偏流;③进水口与后接水道平顺过度,以保证水流条件良好衔接;④合理确定进水口高程和过水断面尺寸,以保证各级工作水位下的引水流量满足发电要求,并在正常运用条件下,避免产生贯通式漏斗漩涡;⑤防止泥沙、漂污和流冰积聚在进水口门前,影响正常引流。
3.1.2.3水质要符合要求
进水口应能拦截有害的泥沙、漂污和流冰,避免其进入引水系统,对建筑物和水电站水轮发电机组造成磨损或堵塞流道,影响机电设备耐久性和降低工程效益。为此,除了合理安排进水口高程外,还要设置拦污、防冰、拦沙、沉沙及冲沙设备。 3.1.2.4可控制流量
进水口须设置必要的闸门,以便在事故时紧急关闭截断水流,避免事故扩大,也为输水系统的检修创造条件,无压引水式水电站引进流量的大小可由进口闸门控制。 3.1.2.5满足水工建筑物的一般要求
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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、维护和检修。 3.1.3分类
3.1.3.1按照水流特性分
按照水流特性,将进水口分为有压进水口和无压进水口两类。
有压进水口设在水库最低发电水位以下,进水口流道均淹没于水中,并始终保持满流状态,属有压流动,其后紧接有压隧洞或管道。它主要用于从水位变幅比较大的水库或河流中引水的坝式、有压引水式和混合式水电站。 3.1.3.2按照与枢纽建筑物的关系分
水电站进水口按照与枢纽建筑物的关系,通常分为整体布置进水口和独立布置进水口。整体布置进水口与枢纽工程主体建筑物组成整体结构,其整体稳定安全标准应与所在的主体建筑物相同,因为一旦失事,不仅影响工程效益,而且还将造成下游危害。坝式水电站和河床式水电站的进水口就属于整体布置进水口。
独立布置进水口布置于枢纽工程主体建筑物之外,如岸式进水口、塔式进水口、堤防涵闸式进水口等,其整体稳定安全标准根据地质条件分别按照SL285—2003《水利水电工程进水口设计规范》(岩石地基)或SL265—2001《水闸设计规范》(土质地基)的有关规定选取。
3.1.4无压进水口的工作条件
无压进水口的工作条件要比有压进水口复杂的多。首先,有压进水口深埋在水库最低工作水位以下,其取水是有保证的,而无压进水口直接从河流中取水,如何保证在水电站设计保证率范围内的河流各种水位下,引取发电所需的流量,就成为进水口布置的首要问题。其次,与有压进水口深层取水不同,无压进水口是表层取水,而进水口前的水流仍具有相当大的流速,进水口底板又接近河床,所以水流中挟带的悬移质泥沙和推移质泥沙极易进入进水口,因此,如何采取措施来防沙和冲沙,成为无压进水口布置和设计的一个重要问题。第三,在寒冷地区,河流在冬季和春季将有大量的浮冰和底冰逼近进水口可能阻塞和撞击拦污栅,如何采取措施来防冰和排冰,就成为寒冷地区无压进水口布置和设计的又一个重要问题。最后,无压进水口还可能有综合利用要求,例如结合通航或灌溉,那么,
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在进水口的布置和设计时就必须统筹考虑。 3.1.5进水口位置选择
从枢纽组成来说,无压进水口的布置有两种形式,即无坝取水和有坝取水。 当水电站引用流量仅占河流流量的一小部分,在河流上可不建坝,这种取水方式称作无坝取水。当水电站引用流量占河流流量的一大部分,或者需要拦蓄一部分水量进行日调节,就要在河流上建造低坝,这种取水方式称为有坝取水。
无论是有坝取水还是无坝取水,进水口的位置都应尽可能选在河流的凹岸。这样布置可以利用河湾处的横向环流,使进水口引进表层较清的水,而底沙则由底流带向凸岸。在选择进水口位置时,还应避开上游由浅滩、急滩的地点,因为它们容易搅浑底沙和形成冰凌。
建造拦河闸或低坝时,要充分考虑泥沙的影响。原则上要尽量维持河流原有的形态,洪水期要使上游冲下来的泥沙(特别是推移质)绝大多数经闸下泄。进水闸与冲沙闸的相
对位置以“正面进水,侧面冲沙”的原则进行布置,应根据自然条件和引水流量的大 小确定最佳引水角度。冲沙闸与溢流坝之间常设分水墙,形成冲沙槽。此外,也可设置冲沙廊道排除进口前的淤沙。冲沙廊道中的流速一般应达到4~6m/s,才能有效冲沙。 为使水流平顺,在进水闸前应有一段喇叭口与河流相衔接,在喇叭口入口处可以设置浮排,浮排与水流方向成~交角布置,浮排用以拦截洪水期的漂浮物及冬季浮冰。进水闸的底板高程高于冲沙设施底板高程(高差一般不小于1.0m),形成底坎槛,用以拦截底沙和底冰。
布置进水口时,要尽可能防止有害的泥沙(粒径大于0.25mm的泥沙)进入引水道。有害泥沙容易淤积在引水道里,减小引水道的过水能力,而且会磨损水轮机转轮,导叶等过流部件。有害泥沙中的推移质泥沙,由于它是沿河底滚动的,所以只要在进水口前设拦沙坎,即可防止其进入进水口,但要注意及时清除拦沙坎前的泥沙,否则,堆积过多会使拦沙坎失去作用。
本设计引水方式采用有坝引水,无压进水口一般布置在凹岸,结合地形图综合分析,进水口布置在坝的右端。
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3.1.6进水口尺寸确定
3.1.6.1无压进水口底板高程确定
无压进水口底板高程应保证在上游最低运行水位时,能够引进设计流量,并且无压进水口底板高程应高于水库或天然河床冲於平衡高程。当不满足这一要求时,应设置排沙、沉沙、冲沙措施,保证进水口设计处于排沙漏斗范围内,沉沙高程以上。本设计坝前淤沙高程为1955.50m,现取进水口底板高程1957m。 3.1.6.2无压进水口闸门尺寸确定
取进水闸顶高程与溢流堰顶闸门顶部高程相等,即为1963m。则闸门高度为6m。闸门宽度稍大于明渠过水断面净宽,即2.5m。
3.2进水口主要设施
进水口安装工作闸门和检修闸门,为防止有害泥沙进入引水道,以免淤积引水道,降低过流能力,以磨损水轮机转轮和过流部件,进水口前常设拦沙坎。拦沙坎顶部高程为1957.5m。
3.3沉沙池设计
由于径流含沙量较大,为了防止水中有害的或过多的泥沙进入引水道,减少引水道淤积和对水轮机的磨损,常在进水口之后,引水道之前修建沉沙池。沉沙池的基本原理是加大过水断面,减小水流的流速及挟沙能力,使有害泥沙沉淀在沉淀池内,而将清水引入引水道。
本设计采用矩形单室冲沙池,排沙方式采用水力连续冲沙。 3.3.1沉沙池结构布置及尺寸
设计沉沙池首先要决定其过水断面及长度。过水断面取决于池中水流的平均流速,平均流速一般为0.25~0.7m/s,视有害泥沙的粒径而定。沉沙池长度不足,则有害泥沙尚未下沉到池底已流出沉淀池,达不到沉沙效果;沉沙池过长,则造成浪费。实际工程中沉沙池的长度和过水断面要通过专门的计算和实验加以确定。
沉沙池中沉淀的泥沙应予以排除,其排沙方式可分为人工清沙、机械排沙和水力冲沙
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