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'水电站引水渠道及前池设计规范页码，1/46水电站引水渠道及前池设计规范DesignspecificationsforhydropowerheadraceandforebayDL/T5079—1997电力工业部北京勘测设计研究院主编部门：水利部批准部门：中华人民共和国电力工业部批准文号：电综［1998］33号实行日期：1998年5月1日前言本标准是根据电力工业部、水利部《水利水电勘测设计技术标准体系》(1988年9月)中的水工部分—水力发电，编号15——水电站引水渠道设计规范的安排编制的，考虑到前池与引水渠道在工程上紧密相连，决定增加前池的设计内容，名称定为《水电站引水渠道及前池设计规范》。我国已建设了大量的渠道引水式水电站，积累了丰富的工程经验。为统一水电站引水渠道及前池的设计原则和技术要求，指导设计，确保工程质量，特制定本标准。为编制本标准，编制组对我国17个省、市、自治区的渠道引水式水电站进行了调查，开展了专题研究，经充分论证，将成熟的工程经验和科技成果引入标准。编制过程中先后召开过专题研讨会、征求意见稿讨论会、送审稿审查会，于1996年5月完成报批稿。本标准系首次编制，其内容反映了我国在水电站引水渠道和前池方面的技术水平。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D，都是标准的附录。本标准由电力工业部水电水利规划设计管理局提出、归口并负责解释。本标准起草单位：电力工业部、水利部北京勘测设计研究院，四川省水利水电勘测设计研究院，湖南省水利水电勘测设计研究院，水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院。本标准主要起草人：林可冀、韩立、艾克明、谢致刚、罗观育、吴季宏、陶志成、谢文伯、唐进虎。1范围本标准适用于中小型水电站工程中以发电为主的引水渠道及前池的设计。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB50201—94防洪标准GBJ71—84小型水力发电站设计规范GBJ139—90内河通航标准DL/T5057—1997水工混凝土结构设计规范SD133—84水闸设计规范SD303—88水电站进水口设计规范SD341—88溢洪道设计规范SDJ12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵部分)SDJ21—78混凝土重力坝设计规范(试行)及其补充规定SDJ134—84水工隧洞设计规范SDJ217—84灌溉排水渠系设计规范(试行)SDJ217—87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)SDJ218—84碾压式土石坝设计规范SL18—91渠道防渗工程技术规范SL26—92水利水电工程技术术语3总则http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，2/463.0.1为统一水电站引水渠道及前池的设计原则和技术要求，确保工程设计质量，特制定本标准。3.0.2引水渠道和前池的设计，应处理好防洪、防污、防渗漏、防泥沙以及防冰等方面的问题。3.0.3引水渠道和前池的设计，应具备水电站水能规划，以及与建筑物设计有关的水文、气象、地形、地质、工程建设条件、环保要求、运行条件等基本资料。资料的精度应满足不同设计阶段的要求。4引水渠道布置4.1引水渠道型式的选择4.1.1引水渠道型式的选择，应结合地形、地质、施工、运行以及枢纽总体布置等条件，经技术经济比较选定自动调节渠道、非自动调节渠道、或自动与非自动相结合的调节渠道。4.1.2符合下列条件可选择自动调节渠道：1)渠道进水口水位变幅不大，渠道长度较短，渠底纵坡较缓，渠道大都处于挖方内；2)无适宜于修建泄水建筑物的条件；3)运行要求利用渠道积蓄水量作为水电站的调节容量。4.2引水渠道线路的选择4.2.1应避开大溶洞、大滑坡、泥石流等不良地质地段，且不宜在冻胀性、湿陷性、膨胀性、分散性、松散坡积物以及可溶盐土壤上布置渠线。若无法避免时，则应采取相应的工程措施。4.2.2宜少占或不占耕地，避免穿过集中居民点、高压线塔、重点保护文物、军用通信线路、油气地下管网以及重要的铁路、公路等。4.2.3山区渠道宜沿等高线布置渠线，采用明渠与明流隧洞或暗渠、渡槽、倒虹吸相结合的布置，以避免深挖高填。4.2.4引水渠道的弯曲半径，衬砌渠道宜不小于渠道水面宽度的2.5倍，不衬砌土渠宜不小于水面宽度的5倍。4.2.5寒冷地区渠道线路的选择，应符合有关专业技术规范的规定。4.3引水渠道进水口的闸门设置4.3.1非自动调节渠道应在进水口设置工作闸门和检修闸门。4.3.2自动调节渠道宜在进水口设置事故检修闸门。4.3.3具备下列条件的自动调节渠道可不设事故检修闸门：1)渠道长度短，且渠堤高度能满足进水口水位变幅要求；2)进水口的水位能够降低，从而为渠道检修提供条件者。4.4引水渠道及渠系建筑物的防洪4.4.1引水渠道及渠道上建筑物的防洪标准，应根据水工建筑物级别，按表4.4.1确定；如果建筑物失事会影响厂房安全，则其防洪标准应与水电站厂房的防洪标准相同。4.4.2对靠近进水口的渠段，其堤外坡的防洪，应根据泄洪情况确定防护范围和相应的工程措施。4.4.3对傍山渠道的坡面暴雨径流，应合理布设坡面截(排)水沟，使水流经排洪建筑物泄走。表4.4.1引水渠道及渠系建筑物的防洪标准防洪标准(重现期)水工建筑物级别年设计校核330～20200～100420～10100～50510304.5引水渠道上的建筑物布置4.5.1泄水建筑物宜采用侧堰或虹吸式泄水道等型式。4.5.2侧堰宜布置在前池内(或距前池较近处)或渠道跨冲沟处；可布置单侧溢流侧堰，或根据需要布置两岸对http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，3/46称的双侧溢流侧堰。根据需要可在堰上设置闸门。当有超过电站引用流量的多余水量进入渠道时，经水力计算分析论证，可在适当部位增设一道侧堰。4.5.3侧堰水力设计应满足下列要求：1)引水渠道在设计流量下水电站正常运行时，侧堰的堰顶高程应高于过境水流的水面高程0.1m～0.2m；2)堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定；3)过堰水流应保持自由出流，堰后应因地制宜布置侧槽或陡槽泄水和必要的消能防冲设施；4)堰型采用实用断面堰或梯形堰，也可采用真空剖面堰；5)侧堰两侧导墙满足使水流保持平顺的要求。侧堰水力计算按附录A进行。4.5.4重要建筑物和难工险段之前，应设置退水建筑物；在多泥沙条件下，宜与排沙设施相结合。4.5.5为满足渠道检修要求，应设置放水孔。放水孔宜与排沙或灌溉、供水等设施相结合。4.5.6当渠道较长且沿途有较多污物进入渠道时，宜在适当部位增设拦污、清污设施。4.5.7对进入渠道的泥沙(主要是推移质)，宜在渠道内设置排沙涡管等有效的排沙设施。4.5.8引水渠道沿线应设置必要的安全、交通等设施。5引水渠道纵坡及横断面设计5.0.1水电站引水渠道的纵坡及横断面设计，应根据渠道沿线的地形、地质条件，以及环境、施工、运行管理等要求，通过水力计算和技术经济比较确定。5.0.2引水渠道纵坡宜按下列条件选择：1)中低水头、大流量引水渠道，自动调节渠道，清水渠道及土渠，采用较缓的纵坡；2)高水头电站的引水渠道，多泥沙渠道，傍山衬砌渠道，不衬砌的岩石渠道以及输冰运行渠道，采用较陡的纵坡；3)当渠线长时，可根据地形、地质条件分段选用不同纵坡，多泥沙和输冰运行渠道的分段纵坡宜沿程增大。5.0.3引水渠道横断面型式宜按下列条件选择：1)地面坡降陡且起伏大、地下水位低的山丘地区，采用窄深式断面；2)地势平坦、地下水位高、基土冻胀性较强，以及有综合利用要求的渠道，采用宽浅式断面；3)易受洪水、泥石流等危害，以及穿越村镇、工矿区的渠道，采用城门洞型、箱型等暗渠型式的断面。5.0.4引水渠道在设计流量下的平均流速，应小于护面的允许流速；在多泥沙条件下应满足不冲、不淤的要求。渠道的不冲、不淤流速，各种护面材料的允许流速，按SL18和SDJ217—84确定。5.0.5中型水电站和低水头大流量的小型水电站引水渠道的设计流速，应经技术经济比较确定；小型水电站引水渠道的设计流速的选择范围：衬砌渠道宜选用1m/s～2m/s，土渠宜选用0.6m/s～0.9m/s；输冰和结冰盖运行的引水渠道的流速，按有关专业技术规范确定。5.0.6水电站引水渠道应因地制宜、就地取材，选用耐久、防渗性能好的材料进行衬砌。衬砌设计按SL18进行。5.0.7引水渠道的边坡和堤顶宽度可按SDJ217-84确定。5.0.8渠顶超高，对于中型工程应按渠道通过设计流量水电站正常运行条件下，突然甩全部负荷产生的最大涌波高度，再加安全超高来确定。对小型工程可按GBJ71的规定执行。对兼有通航的引水渠道应计入船行波的影响。5.0.9对傍山开挖的引水渠道所形成的高边坡，其稳定坡度应根据地质条件、边坡高度和施工条件等，进行工程类比和稳定分析确定。为便于施工和监测维护宜分级设置马道。5.0.9.1对易于失水干裂、卸荷松弛、风化掉块和可能失稳的边坡，应根据工程的重要性、边坡高度与坡度、影响边坡稳定的主要因素、施工和技术经济条件，确定综合防护和处理措施。5.0.9.2对于需要加固处理的边坡，可根据地质条件，通过技术经济比较，采用削坡、锚喷、灌浆、抗滑挡墙、抗滑桩(塞)、锚洞以及预应力锚索锚固等措施。5.0.9.3应分层设置排水设施和可靠的排水通道。5.0.9.4对高陡边坡及地质条件复杂的边坡，应加强施工期和运行期的监测，以保证工程安全。边坡开挖及处理设计，可参照有关专业技术规范的规定进行。6前池及调节池布置设计6.1前池的布置设计6.1.1前池的布置，应能引导和控制水流从引水渠道向压力管道平稳过渡和均匀配水，并保证水电站正常运行和事故情况下的安全。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，4/466.1.2前池的设计包括连接段、池身和水电站进水口的设计。根据需要可设置泄水、排沙、排冰、放空等建筑物，并应布置适当的观测设备。6.1.3前池应布置在稳定的地基上，避开滑坡和顺坡裂隙发育地段，并充分注意前池建成后水文地质条件变化对建筑物及高边坡稳定的不利影响，确保前池和下游厂房的安全。6.1.4引水渠道与池身间的连接段，在平面上应两边对称扩展，其扩展角不宜超过12°；底部纵坡宜小于或等于1∶5。6.1.5前池的长、宽、深度，应根据地形、地质条件，压力水管的直径、根数、间距，过栅流速，水电站进水口的最小淹没深度，排沙设施布置，水电站运行条件等要求确定。6.1.6前池的平面布置，宜优先采用水电站进水口中心线与引水渠道中心线相重合的正面进水方式，应避免布置在弯道或紧靠弯道的末端。如难以避免时，则宜在弯道终点与前池入口间设直线调整段，或加设分流导向设施。重要工程或布置条件复杂的前池，其体型应通过水工模型试验确定。受地形条件限制的小型工程可布置地下洞室式前池。6.1.7前池应设爬梯(踏步)、栏杆、照明等设施，以及运行管理用的观测设备。6.1.8水电站进水口，应采用有闸门控制的布置型式；条件适宜时，也可采用虹吸式进水口。6.1.8.1有闸门控制的水电站进水口，应设拦污栅、检修闸门、工作闸门和相应的启闭设备。其设计按SD30有关规定进行。6.1.8.2小型水电站当前池内的水位变幅在3.0m左右时，可采用虹吸式进水口，但前池最低水位至虹吸喉道断面顶点间的高差应小于当地海拔高程的容许吸入高度；其横断面型式，可采用矩形或圆形；可用钢筋混凝土、钢筋混凝土加钢板内衬或钢板制作，应保证其气密性。6.1.8.3虹吸式进水口的拦污栅可与进水口分开设置，也可设于进水口处，视具体条件经论证确定。虹吸进水口的设计和水力计算，按附录B进行。6.1.9水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，应按SD30确定。6.1.10前池内设置侧堰，应根据地形、地质条件布置，并满足4.5.3有关水力设计的规定。6.1.11前池内设排沙设施时，其设计应符合下列要求：1)排沙设施的布置型式，以及冲沙方式和冲沙流量大小，应考虑水源条件、泥沙特性及运行方式等因素，合理选定；2)宜采用正面排沙，当冲沙底孔布置在水电站进水口底槛内(或前池底部)时，其尺寸应便于检修并应设控制闸门；3)当采用非正面排沙时，宜辅以导沙设施。6.1.12寒冷地区的导冰、排冰设施的设计，按有关专业技术规范进行。6.2调节池的布置设计6.2.1调节池的位置，应结合地形、地质条件，根据所需的调节容积和消落深度，利用天然洼地或人工围堤修建。6.2.2调节池布置设计，可因地制宜采用下列方式之一：1)与引水渠道结合或相连通；2)与前池结合或相连通；3)调节池通过连接管(渠)直接向压力管道或前池供水。6.2.3调节池位置确定后，应做好连接渠、旁通渠(管)、连接建筑物、泄水建筑物等的布置设计，并通过水力计算确定水流衔接关系。6.2.4调节池应做好防渗设计，可选用沥青混凝土、预制混凝土板、现浇的钢筋混凝土或适宜的当地材料做表面衬护防渗。6.2.5对多泥沙渠道，应采取有效的泥沙控制措施，防止调节池淤积。6.2.6寒冷地区的调节池防冰冻设计，按有关专业技术规范进行。7水力设计7.0.1水力设计应完成下列各项任务：1)引水渠道—前池系统的恒定流和非恒定流的水力计算；2)泄水建筑物的水力设计及消能防冲；3)排沙设施的水力设计和计算；4)其他过水建筑物的水力计算。7.0.2引水渠道的设计流量应包括水电站的最大引水发电流量(Q)，以及计入渠道的渗漏、蒸发等损失的流p量。下列情况下，可加大相应渠段的设计流量：http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，5/461)引水渠道兼有灌溉、航运、工业和民用取水用途的流量；2)考虑专门用于排沙、排冰的流量。7.0.3当经过论证有大于设计流量的多余流量进入引水渠道或有区间入流时，可作为校核工况。7.0.4应以设计流量下水电站正常运行时的水位作为前池的正常水位。此时，引水渠道系统应在均匀流或接近均匀流状态下工作。7.0.5前池和引水渠道内的最高水位，应按照设计流量下正常运行时，水电站突然甩全部负荷时的最高涌波水位确定。7.0.6前池和引水渠道的最低水位，可按下列情况之一来确定：1)设计频率枯水期的最小引水发电流量，渠道正常运行时；2)冬季有排冰运行要求时；3)根据电站运行要求的其他情况。最低运行水位应保证满足6.1.9所要求的淹没深度。7.0.7引水渠道—前池系统恒定流的水力设计和计算，应完成下列各项任务：1)从渠道进水口至水电站进水口范围内，在渠道进水口前为正常水位下引用设计流量，确定引水渠道的基本尺寸和前池特征水位，给出各部位的水深、流速和水面高程。2)通过水力计算确定渠道进水口来流与引水渠道的水流衔接关系。3)对于通常布置一道侧堰的非自动调节渠道，应计算机组关闭后，全部设计流量从侧堰下泄时的水面线。4)对于渠道沿程上设置两道侧堰的情况，当入渠流量Q＞Q时，应分别计算机组正常引水发电(Q＝Q)，opp以及机组关闭时(Q＝0)，全部流量由侧堰宣泄，系统在恒定流状况下的水面线。p5)根据需要，计算其他情况下的水面线。电站在设计流量正常运行条件下，对棱柱体渠道，应按明渠均匀流进行计算；对非棱柱体渠道应按明渠恒定缓变流进行计算。水头损失包括沿程摩擦损失，以及断面变化、弯道、桥墩、拦污栅、门槽等局部损失，计算时应同时计算出相应于各项水头损失的水位变化量。恒定流水力计算按附录C进行。7.0.8水电站引水渠道—前池系统，应进行水电站突然甩负荷引起的最高涌波和突然增负荷时的最低涌波计算。涌波计算按附录D进行。7.0.9水电站突然甩负荷时的涌波计算，宜采用下列计算条件：1)初始条件为：渠道进水口前为正常水位，在设计流量下引水渠道—前池系统为恒定流，电站满负荷运行；2)假定水电站各机组均突然由满发流量减至零；3)当采用涌波控制措施时，可按实际的流量变化进行计算。7.0.10电站突然增负荷时的负涌波计算，宜针对孤立运行的水电站，或在电力系统中担负事故备用任务的水电站进行。其突然增负荷的容量(机组数)，应根据负荷特性或电力系统的要求确定。8结构设计和地基处理8.1结构设计的一般规定8.1.1建筑物的结构设计，应满足稳定、强度、变形、抗裂、抗渗及抗冻等方面的要求。8.1.2建筑物的结构设计应包括下列内容：1)结构型式、布置及材料的选择；2)荷载计算及其组合；3)稳定计算；4)强度计算；5)细部结构设计。8.2荷载及其组合8.2.1作用在建筑物上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载包括：1)结构自重及其上的永久设备重量；2)设计水位时的静水压力；3)设计水位时的扬压力(包括渗透压力和浮托力)；4)泄流时的动水压力(只在泄水建筑物结构计算时考虑)；5)土压力；6)泥沙压力；7)冰压力、冻胀力；http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，6/468)其他出现机会较多的荷载。特殊荷载包括：1)最高水位时的静水压力；2)最高水位时的扬压力；3)最高水位时的波浪压力；4)最高水位时的动水压力(只在泄水建筑物结构计算时考虑)；5)地震荷载；6)其他出现机会很少的荷载。8.2.2荷载计算方法和公式，应按SDJ21、SD341等有关规定执行。8.2.3荷载组合分为基本组合和特殊组合两类。基本组合由基本荷载组成；特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载所组成。根据各种荷载实际同时出现的可能性，按表8.2.3选择最不利的情况进行计算。表8.2.3荷载组合表荷载荷载计算静水扬压波浪动水土压泥沙冰压地震其他自重说明组合情况压力力压力压力力压力力荷载荷载(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)正常√√√√√√√水位基按冬季本冰冻运行水位√√√√√√组情况计算(2)合(3)项检修前池完全√√√√情况放空最高√√√√√√√√特水位殊按正常组地震水位计算√√√√√√√合情况(2)(3)(4)项注：1.对施工期情况，应做必要的核算，作为特殊组合。2.在运行期，可考虑排水失效的情况，作为特殊组合。3.检修情况是考虑前池完全放空，作为控制条件。如存在降低前池水位检修的工况，则应考虑实际情况进行核算8.3稳定计算8.3.1岩基上的挡水墙、堰、闸等重力式建筑物，沿基底面的抗滑稳定安全系数，应按下列抗剪断强度公式计算fSW+cA1K=1SP(8.3.1-1)式中：K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；1f——混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；1c——混凝土与基岩接触面的抗剪断粘聚力(MPa)；A——建筑物与基岩接触面的面积(m2)；ΣW——作用在结构物上的全部荷载对计算滑动面的法向分量(包括扬压力)(kN)；ΣP——作用在结构物上的全部荷载对计算滑动面的切向分量(包括扬压力)(kN)。对中、小型工程，若无条件进行抗剪试验取得c值时，也可按下列抗剪强度公式计算沿基底面的抗滑稳定安全系数http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，7/46fSW2K=2SP(8.3.1-2)式中：K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；2f——混凝土与基岩接触面的抗剪摩擦系数。28.3.2采用式(8.3.1-1)或式(8.3.1-2)计算的抗滑稳定安全系数应不小于表8.3.2规定的数值。表8.3.2抗滑稳定安全系数K2荷载组合K1建筑物级别345基本组合3.01.051.051.05特殊组合2.51.01.01.08.3.3当岩石地基内存在不利的软弱构造时，其抗滑稳定需作专门研究。8.3.4土基上重力式建筑物沿基础底面的抗滑稳定和地层整体稳定，按SD133进行设计。8.3.5挡水土堤设计，应按SDJ218中有关规定进行。8.4强度计算8.4.1各种荷载组合情况下，建筑物基底面上的最大垂直正应力，应小于地基容许压应力；最小垂直正应力应大于零。必要时应复核地基深层应力。8.4.2应力分析可用材料力学方法。闸室底板可用弹性地基梁法或用有限元法计算。8.5地基处理设计8.5.1地基处理设计，应结合建筑物的结构和运用特点，满足各部位对承载能力、抗滑稳定、地基变形、渗流控制以及耐久性等方面的要求，保证运行安全。8.5.2当地基为软岩或存在规模较大、性状差的断层破碎带、软弱夹层、岩溶等不良地质构造时，应进行专门的处理设计。处理方案应根据工程的重要性、部位、地质条件、施工条件和运用要求等因素，经技术经济比较确定。土质地基的处理设计，按SD133有关规定进行。8.5.3地基的渗流控制应采用防、排并重的设计原则，根据工程地质和水文地质条件，建筑物的重要性和部位，作用水头的大小等，确定相应的措施。8.5.4建筑物建基面及边坡坡面开挖，应按设计要求成型，其开挖深度应根据要求，结合地质条件、施工条件及处理措施等因素综合研究确定。前池闸室、挡水建筑物的地基宜开挖至弱风化岩层中部，或经技术经济比较确定。对易风化、易泥化的基岩，应提出相应的施工保护措施。地基处理措施的设计，应参照有关专业技术规范进行。附录A(标准的附录)侧堰水力计算A.0.1本附录适用于侧堰段为矩形断面棱柱体渠道，且渠内水流为缓流的情况。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，8/46图A1明渠侧堰溢流示意图A.0.2如图A1所示，描述侧堰段恒定变量流的基本微分方程为Qqi-if+2(2b-h)dhgA=2dxbQ1-B3gA(A1)对于沿程减量流的侧堰，其单宽流量为dQ32/q=-=mL2gh(-P)dx(A2)1H=(H+H)12当把堰上水头用侧堰首末端的平均值来表示，即2，且其流量系数用mL表示时，侧堰的泄流能力公式为32/QL=mLL2gH(A3)以上三式中：i——渠道底部纵坡；i——侧堰段的水力摩阻坡降，用谢才公式计算；fβ——动量改正系数，可取1.1；Q——侧堰段任一断面的渠道流量(m3/s)；Q、Q——分别为侧堰上游和下游的渠道流量(m3/s)；12Ucosφ——侧向出流速度在渠道流速v方向上的分量(m/s)；v——侧堰段渠道任一断面的平均流速(m/s)；η——侧向出流影响系数，η＝Ucosφ/v；P——侧堰堰高(m)；h——侧堰段任一断面的渠道中线水深(m)；A——与H相对应的断面面积(m2)；B——与A和h相对应的水面宽(m)；L——侧堰长度(m)；g——重力加速度(m/s2)。式(A1)可用数值计算求解。按式(A1)求解计算水面线时，对本规范所论的以发电为主的引水渠道，水流为缓流，其水流弗劳德数Fr大多在0.2～0.4范围内，其η值的大体范围是1.2～1.7，且侧堰分流比(Q／Ｑ)大，Fr值小时，η取大值。作为一L1种简化处理，应用时宜在此范围内选取。这里要指出的是，尽管侧堰段前后流量的平衡关系是Q＝Q＋Q，但堰后渠道内与Q相适应的水深却只1L22能是在Q、Q、Q动态平衡条件下的水深，而不是相应于Q均匀流动时的水深。1L22http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，9/46A.0.3对于通常设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常水位运行，侧堰不溢水；当水电站突然甩全部负荷待水流稳定后全部流量从侧堰溢出时，为控制工况。此时，侧堰下游引水渠道流量为零，侧堰泄流能力可按式(A3)确定；根据试验资料，这种情况下其H1/H2＝0.9～1.0，可近似看作H1≈H2，其流量系数mL宜取(0.9～0.95)m，而m为正堰的流量系数。00A.0.4对于渠道沿程上设两道侧堰的布置，当确认存在水电站正常运行两道侧堰也同时过水的工况时，则应利用上述公式和渠道水面线计算公式，通过试算，求得在渠道进水口流量Q、第一道侧堰泄流量Q、第二道0L1侧堰泄流量Q、机组引水流量Q的条件下的动态平衡，并且水轮机导叶按推得的前池水位来操作，计算方可L2p成立。鉴于侧堰段的水流为复杂的三维流动，用一维流水力学方法进行计算，只能得到近似的结果。对重要工程或条件复杂的布置宜进行水工模型试验。附录B(标准的附录)前池虹吸式进水口的设计B.0.1对于图B1所示的矩形断面虹吸式进水口，其特点是：断面由高矩形进水口(1—1)等宽过渡到矩形喉道断面(2—2)，再经适当长度(l)的渐变段变到圆形。其主要参数可在下面的范围内选择：1图B1矩形断面虹吸式进水口示意图1)喉道断面的宽高比：b/h＝1.5～2.5；002)喉道中心半径与喉道高之比：r/h＝1.5～2.5；003)进口断面面积与喉道断面面积之比：A/A＝2～2.5；104)喉道断面面积与压力管道面积之比：A/A＝1～1.65；0m5)喉道断面底部高程(b点)在前池正常水位以上的超高值：Δz＝0.1m～0.2m；6)进口断面和喉道断面间的水平距离与其高度之比：l/P＝0.7～0.9；7)当断面1—1和2—2间的上肢段采用圆形断面时，其主要特点是：A/A＝1.0或略大于1.0；r／d≥1.9；0m00弯管采用分节焊接时，每节中心角宜为22.5°左右；进水口(断面1—1)后的圆锥形收缩段长度宜大于或等于进水口直径的0.6倍，或根据布置需要合理确定。B.0.2最大负压值出现在喉道断面顶点a处，a点的最大负压值按下式确定2av0*h=Dz+z+h++Sh-p/gB.a0w2g(B1)式中：z——前池内正常水位与最低水位间的高差(m)；http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，10/46h——喉道断面高度(m)；0Σh——从进水口断面1—1至喉道断面2—2间的水头损失(m)；wp*/γ——因法向加速度所产生的附加压强水头(m)。附加压强水头按下式计算2éæöùv2êçr÷ú*0ê0úp/g=1-ç÷2gêçh0÷úr+êè02øúëû(B2)式中：r——喉道断面中心半径(m)。0计算结果，须满足下列条件h≤h-h(B3)B.aavÑ10.33-式中：ha——计算断面处的大气压强水柱高，对不同海拔高程Ñ按900估算(m)；h——水的汽化压强水柱高，可由表B1按水温查取(m)。v式(B1)中的Σh项，在体型拟定后可参照一般水力计算确定。一般情况下，h可依下面的简化公式近似wB.a计算2av0h=Dz+z+h+£h-hB.a0av2g(B4)表B1水温与水的汽化压强水柱高关系表水温水温05101520253040℃hv0.060.090.130.170.240.320.430.75mB.0.3最小淹没深度S(图B1)，可按下式估算Sh/0=(1~.157)Fr0(B5)Fr=V/gh式中：Fr——喉道断面的水流弗劳德数，000。0B.0.4虹吸的发动与断流宜选用以下的几种装置和方法来实现：1)用真空泵抽气发动，可根据设计条件和工况做设备选型；2)自发动；3)水力真空装置；4)水箱抽气装置。B.0.5断流装置常采用真空破坏阀。在已知h值时，真空破坏时的瞬间最大进气量可按下式估算B.arQ=mw2ghaaB.ara(B6)式中：μ——真空破坏阀系统的流量系数；w——真空破坏阀的断面面积(m2)；aρ、ρ——分别为水和空气的密度。a可根据式(B6)合理选择真空破坏阀的形式和直径。对于虹吸发动和断流的装置和方式，设计时应因地制宜，参照已建工程的经验，经论证比较后合理选择应用。附录Chttp://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，11/46(标准的附录)引水渠道恒定流水力计算C.0.1明渠恒定均匀流的基本公式如下。流速公式v=CRi(C1)流量公式Q=Av=ACRi(C2)流量模数K=ACR(C3)式中：C——谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即116/C=Rn(C4)R——水力半径(m)；i——渠道纵坡；A——过水断面面积(m2)；n——曼宁粗糙系数，其值按SL18确定。C.0.2水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为22æavöæavö2211çh2+÷-çh1+÷è2gøè2gøDx=i-if(C5)http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，12/46h—未缩窄渠道断面的临界水深(m)；h—桥墩间kk2断面处的临界水深(m)；Δ—水位变化量(m)；zh、h—收缩前、后渠道断面的水深(m)；13α＝W/W；W—桥墩总宽度(m)；pcpW—渠道断面总宽度(m)c图C1水位变化量求解图(a)水面线示意图；(b)λ—X关系曲线3式中：Δ——流段长度(m)；xg——重力加速度(m/s2)；h、h——分别为流段上游和下游断面的水深(m)；12v、v——分别为流段上游和下游断面的平均流速(m/s)；12α、α——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；12if——流段的平均水力坡降，一般可采用1i=(i+i)ff1f22(C6)http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，13/46或2222h1ænvnvöf1122if==ç+÷43/43/Dx2èR1R2ø(C7)式中：h——Δx段的水头损失(m)；fn、n——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n＝n＝n；1212R、R——分别为上、下游断面的水力半径(m)；12A、A——分别为上、下游断面的过水断面面积(m2)。12计算时将整个明渠分成若干段，一般落水曲线变化大，分段宜短；壅水曲线水面变化小，分段可长些；计算段内的断面形状、粗糙系数和纵坡应尽可能一致，如有变化宜作为分段的位置。C.0.3各项水头损失的计算如下：1)沿程水头损失的计算公式为2222Dxænv11nv22öhf=ç43/+43/÷2èR1R2ø(C8)2)矩形断面明渠内桥墩的水位变化量可按图C1确定。求解时，按已知的λ3值作水平线和图内已知α曲线相交，由交点向下作直线即可定出X值。求通过桥墩的水位差Δz时，对于圆头桥墩，由无桥墩缩窄时渠道临界水深h，乘以X就得Δz；对于图中示出的其他墩形(有联结隔板的双圆柱墩、无隔板的双圆柱墩等)，则以临界k水深h乘以rX得Δz，其中，r值由图C1的右上角小图按λ值查取。k33)渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为22ævvö21hw=hc+hf=fcç-÷+iLfè2g2gø(C9)相应的水位变化量按下式计算22ævvö21Dz=hw+ç-÷è2g2gø(C10)式中：h——渐变段的水头损失(m)；ωh——断面渐缩或渐扩引起的局部水头损失(m)；ch——渐变段长度L的沿程水头损失(m)；ff——断面渐缩或渐扩的局部损失系数；cv——渐缩或渐扩段前的断面平均流速(m/s)；1v——渐缩或渐扩段后的断面平均流速(m/s)；2i+if1f2i=fif——渐变段长度L范围内水力坡度的平均值，2，if1和if2分别为渐变段前、后的水力坡度。22vv12当断面渐扩变化时，其计算公式的形式与式(C9)和式(C10)相同，只需将右边括号中的2g和2g互相换位即可。对于倒虹吸、隧洞、暗渠进出水口渐变段的f值，可按照图C2和表C1选用。chttp://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，14/46图C2渐变段形状图表C1渐变段的局部损失系数渐变段形状变化情况渐缩的fc渐扩的fc矩形断面，宽度对称渐变，末端与矩形的进口相连接［图C2(a)］0.10.2短形断面，宽度对称渐变，末端与圆形进口平顺连接［图C2(b)、(c)］0.20.3梯形与矩形断面间用扭曲面连接［图C2(d)］0.20.3梯形与矩形断面间用扭曲面连接，末端与圆形进水口平顺连接［图C2(e)、0.30.4(f)］八字墙Ⅰ，梯形与矩形断面间用折线(八字墙)连接，末端与矩形进口相接0.30.5［图C2(g)］八字墙Ⅱ，梯形与矩形断面间用折线(八字墙)连接，末端与圆形进口相接0.40.7［图C2(h)］注：表中局部损失系数，是在两边壁与渠道中心线间的夹角为12°30′的实验条件下做出的，故明渠渐变段的长度须按此角度推算图C3渐缩段与渐扩段的型式http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，15/461(a)扭曲面；(b)4直立圆柱面；(c)八字斜墙表C2明渠渐变段局部损失系数渐变段形状变化情况渐缩的fc渐扩的fc扭曲面［图C3(a)］0.10.21/4的直立圆柱面［图C3(b)］0.150.25八字斜墙［图C3(c)］0.30.54)弯道段的总水头损失可按下式计算2vh=zw2g(C11)其中损失系数x2gLæ3öz=ç1+Br/÷2èøCR4(C12)式中：B——按中心线水面高程算得的水面宽度(m)；L——弯道中心线长度(m)；C——谢才系数；R——水力半径(m)；r——弯道中心线半径(m)；v——断面平均流速(m/s)。弯道横向水面超高可按下式推算2vBDy=Kgr(C13)式中：K——超高系数，对于梯形和矩形明渠的简单圆曲线式弯道，可取K＝0.5。当弯道中心半径与水面宽度之比值大于10时，弯曲损失可以不计。5)门槽、拦污栅的水头损失计算，参照SD303进行。附录D(标准的附录)引水渠道系统的涌波计算D.0.1按明渠非恒定流的基本方程——圣维南方程进行涌波计算。对任一形状断面棱柱体明渠，其运动方程和连续方程为¶v¶v¶hq+v+g=gi(0-if)+(vq-v)¶t¶x¶xA(D1)¶A¶Q+=q¶t¶x(D2)式中：A——横断面面积(m2)；Q——流量(m3/s)；v——平均流速(m/s)；h——水深(m)；i——渠底纵坡；0i——摩擦坡度；ft——时间(s)；x——沿渠底度量的距离，向下游为正(m)；g——重力加速度(m/s2)；http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，16/46q——横向进流量，入流为正，出流为负［m3/(s·m)］；v——横向进流流速沿下游方向的分量(m/s)。q对于求解的水电站引水渠道中的涌波，属于弱解，其差分格式应满足相容性、收敛性、稳定性及幅度耗散性。计算的初始条件：渠道恒定流时的流速和水深。上游边界条件：一般假定上游水位为常数，这对于自动调节渠道是适宜的；对非自动调节渠道(通常设有侧堰)或有调节池布置的情况，宜按实际情况建立其上游边界条件。下游边界条件：一般为出流量变化条件，此时忽略压力管道中水的弹性，假定机组过流量的变化就是前池出流量的变化。D.0.2水电站突然甩负荷或增荷时，在引水渠道系统中所产生的正涌波或负涌波，也可用行进波方法来计算。行进波所携带的流量——波流量可用下式确定ΔQ＝CB′ξ(D3)nnnn波的传播速度的公式为Aæ3B¢ön0nCn=gç1±xn÷±vn0Bn¢è2An0ø(D4)式中：ξ——涌波高度(m)；nB′——过水断面在半波处的顶宽(m)，B′＝B＋mξ；nnn0nm——梯形断面的边坡系数；B——断面n-n处初始的水面宽度(m)；n0A——断面n-n处初始的过水断面面积(m2)；n0v——断面n-n处初始的平均流速(m/s)。n0脚标“n”代表断面序号，例如，n为0时代表起点断面0—0，对起点断面0—0，式(D4)中的各参数应写成：ξ，B′，B，A和v。00000000式(D4)中的±号，对于逆行波，根号外取“-”号，顺行波，根号外取“＋”号；对正涌波，根号内取“＋”号，对负涌波，根号内取“-”号。电站突然甩负荷在引水渠道系统中产生逆行正涌波，而突然增荷时产生逆行负涌波。图D1水电站突然甩负荷时涌波分析示意图D.0.3如图D1所示，初始条件为电站正常运行时的水面线和相应的水力要素。当电站突然甩负荷时，流量从原来的Q减至Q′，于是有00ΔQ＝Q－Q′(D5)00当甩全部负荷时，Q′＝0，则波流量ΔQ＝Q。这时，在前池—引水渠道系统内将产生逆行正涌波。随着涌00http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，17/46波向上游行进，渠中水位逐渐升高，一直持续到反射波(这反射波是在渠首断面当逆行正涌波抵达时所产生的)回到渠道系统的末端断面为止，这个时候就相当于末端断面处的最高水位。最高水位的计算，可分为三个阶段进行。第一阶段，计算逆行正涌波由水电站断面0—0传播到渠首断面L—L所需的时间T。先要由式(D3)和式(D4)1联立求解，找出起点断面0—0相应于甩负荷时刻的初始波高ξ和波速C，如图D1。00把全部渠道分为若干段。例如，距渠道末端为S的断面n和距渠道末端断面为S的断面n＋1，就组成一nn＋1个渠段，其长度为l＝S-S。n＋1n进行逆行正涌波计算，要利用波额到达断面与起点断面0—0间的连续方程。例如，涌波从n断面行进到n＋1断面(所需时间为Δt)的连续方程为nΔQΔt＝W－W(D6)0nn＋1n式(D6)右边即为图D1中的阴影线部分的体积。lDt=nC式中：C——n断面与n＋1断面间的涌波平均传播速度，则1C=(C+C)nn+12(D7)C可表示为n＋12lQD0C=-Cn+1nWn+1-Wn(D8)而1Wn=Sn(f0+fn+ff0n)31Wn+1=Sn+1(f0+fn+1+ff0n+1)3(D9)且f0=[B00+m(xn+1+Dn+1)](x0+Dn+1)(D10)fn+1=(Bn+1，0+mxn+1)xn+1(D11)式中：f、f——分别为涌波在断面0-0和断面n＋1处的波面积(m2)；0n＋1B——断面n＋1处初始的水面宽度(m)；n＋1,0Δ——断面n＋1和断面0-0间初始的水面落差(m)。n＋1任设一个ξ值进行计算，直到所设的ξn＋1满足式(D4)所求出的Cn＋1值为止。依次求出沿程各断面的ξn＋1值和渠首断面L-L的ξ值。逆行正涌波传播到渠首断面的总历时LkT1=åDtii=1(D12)式中：k——所分渠段的数目；Δt——各渠段长度内涌波的行驶时间(s)。i在t＝T时刻，渠首断面的水位1ÑL=ÑL0+xL(D13)式中：Ñ——断面L－L处初始的水位(m)。L0而前池处有Ñ¢0¢=ÑL(D14)第二阶段，计算反射波(顺行负涌波)由断面L－L传播到断面0-0所需的时间T。波流量2http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，18/46Q＝Q－CB′ξ(D15)L0LLL式中：B′——断面L－L在逆行正涌波半波高处的过水断面宽度(m)。L反射波的传播速度可采用简化了的公式AQnLLC=g+nBnLAnL(D16)式中：A、B——分别为当渠中水位为Ñ时，任一断面n－n处的过水断面积和断面顶nLnLL宽。将式(D16)中各量的下标n换成n＋1便可求出相应的C。仍像计算逆行正涌波那样，求出各段的涌波平n＋1均传播速度C［参见式(D7)］，渠段长li所需的时间Δti，进而求出反射波从断面L－L推进到断面0-0所需的时间kT2=åDtii=1(D17)图D2渠末水位随时间变化关系图图D3水电站突然增负荷时涌波分析示意图涌波往返一次的总历时T＝T＋T(D18)012第三阶段，绘制关系曲线Ñ＝f(t)，如图D2所示，从中查取断面0—0处的最高水位Ñ″。图D2中的Ñ00max00为断面0—0处未受扰动的初始水位，Ñ′＝Ñ＋ξ为突然甩负荷后的瞬间升高水位。0000D.0.4水电站突然增荷时，前池—引水渠道系统最低水位计算，如图D3所示，其方法与D1.0.3相类似，只是应先计算逆行负涌波，然后再计算顺行正涌波(即反射波)，在反射波到达该断面时出现最低水位。计算仍可分http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，19/46为三个阶段。第一阶段仍是用式(D3)和式(D4)计算出断面0-0相应于电站增加负荷时刻的波高ξ和波速C。这时，如果00初始流量Q＝0，则应当有v＝0。显然，断面0-0在电站突然增加负荷以后的瞬时降低水位高程(如图D3所示)000为Ñ¢0=Ñ00+x0(D19)利用下列简化公式决定水量W，即n1Wn=Sn(xn+h0)(Bn0+B00)4(D20)式中：B、B——断面n-n和0-0处初始的水面宽度；n000η——在断面0-0处相应于Δt时段末的水位下降值，且0n4DQ0h=-x0nCB(n0+B00)(D21)C为两断面间涌波的平均传播速度［参见式(D7)］。根据断面n-n和断面0-0间的流量连续条件和缓变流动条件，可得DQn¢=2KI¢-2Q0-DQ0(D22)式中：K——计算段流量模数的平均值，用该段的平均水深来确定；h+D-x0nnI¢=I′——坡降，Sn，且Δ为断面n-n和断面0-0间自由水面初始的降落差值。n借助上述方法，任设一个ξ值进行计算，直到所设的ξ值满足式(D4)所求出的C值为止。并依次求出沿nnn程各断面的ξ值和渠首断面L-L的ξ值。逆行负涌波传播到断面L—L的总历时nLkT1=åDtii=1(D23)当t＝T时刻，渠首断面L-L的水位1ÑL=ÑL0+xL(D24)图D4渠末水位随时间变化关系图随着逆行负涌波向上游推进，在断面0-0处的水位将不断下降，绘制Ñ＝f(t)曲线，在已知总历时T条件下，可01求得断面0-0的水位Ñ″，如图D4所示。0第二阶段，计算反射波(顺行正涌波)，而已知断面的最低水位高程包括断面0-0在内，将在反射波到达该断面的时刻发生。计算时假定：正涌波推进时，自由水面曲线呈直线状，如图D3所示的AB，其坡降由下式决定http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，20/46Ñ-Ñ¢¢L0I=LL(D25)且在正涌波推进的全部时间内，波流量保持不变，并等于断面L-L在负波到达该断面时的流量，即Q＝Q＋CB′ξ(D26)L0LLL反射波的传播速度仍采用式(D16)计算。逐段计算出负涌波通过各该渠段所需的时间。求出反射波从断面L-L推进到断面0-0的时间T［见式(D17)］，进而得到涌波往返一次的总历时T［见式(D18)］。20第三阶段，绘制Ñ＝f(t)关系图，如图D4所示，从中查取断面0-0处的最低水位Ñ。0０minD.0.5对于自动调节渠道，采用圣维南方程的数值解法，可求得任一断面的水位瞬变过程；采用行进波方法可求得所设断面特别是前池处的最高涌波水位或最低涌波水位。对设有侧堰的非自动调节渠道，涌波通过侧堰段属复杂的三维流动，上述任何方法计算都只能取得近似的结果。但侧堰作为控制泄流的建筑物，对涌波起到控制作用，即对引水渠道系统来说，控制工况是：电站甩满负荷待水流稳定后(涌波已消失)，全部流量从侧堰溢出时，计算方法如下：1)将恒定流时的堰上水头乘以1.1～1.2的系数，把这时的水位定为最高涌波水位。对侧堰上游的渠道内的水面线，可依恒定缓变流方法，以侧堰首端断面水深为起点(水深等于堰高加堰上水头)向上游推算出水面线，将各处水深乘以1.1～1.2的系数构成新的水面线，在此基础上再加安全超高，以确定其所需渠顶高程。2)对于入渠流量Q＞Q，电站以流量Q正常运行，而同时侧堰以Q-Q的流量泄出的条件下，突然甩全部0pp0p负荷的情况，可视布置情况而定。当侧堰处于前池内或靠近前池处时，其处理方法同前述1)。当侧堰位于距前池相当远处时，则应首先确定出前池与侧堰间渠道的涌波高度，在此基础上再加上安全超高，确定出渠顶高程；而对侧堰上游渠道仍按前述1)的方法处理，但应乘以1.2的系数构成新的水面线，再加上安全超高，确定该段渠顶高程。对重要工程或布置条件复杂时，宜进行水工模型试验。水电站引水渠道及前池设计规范DL/T5079—1997条文说明1范围据1991年底的统计资料，全国14个省、市、自治区中已建(含在建)装机容量大于0.5MW的渠道引水式电站共128座，其中装机容量等于或大于10MW的电站43座，大于25MW的13座。这13座电站的主要特性，见表1。由表1可见，国内已建的渠道引水式电站尚无一座Ⅱ等或Ⅰ等工程。究其原因，这类电站多建于山区，受地形条件限制难以修建大型引水渠道；在平原、丘陵地区，则因人口稠密，如占地过多，对环境及社会影响较大，也限制了大型引水渠道的修建。我国已建的渠道引水式电站，绝大多数是装机容量等于或小于0.5MW的Ⅴ等——小(2)型水电站，故本规范是针对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等水电站编制的。表1部分Ⅲ、Ⅳ等渠道引水式电站主要特性表序电站特性引水渠道引水渠道序号电站名称地址装机容量设计水头发电流量长度设计流量MWmm3/smm3/s1东西关四川武胜18017.01296.0373.261296.02南津渡湖南永州6014.5468.423991.0480.03华安福建华安6047.0160.08000.0160.04遥田湖南耒阳5011.8466.71528.0477.75关脚贵州镇宁48133.541.52637.045.06马回四川蓬安46.111.4450.0455.6450.07草坡四川汶川45391.014.45432.016.08磨房沟二级四川冕宁37.5457.89.753015.013.659苏帕河云南保山30232.016.05399.016.010喀什二级新疆疏附26.496.032.1626446.038.0http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，21/4611玛河三级新疆玛纳斯26.2569.0446.52500.056.012西大桥新疆阿克苏2618.5160.09150.0160.013南二福建南靖2591.025.010779.025.02引用标准设计水电站引水渠道和前池，除遵照本规范外，还应遵守所引用的一些主要的国家标准、行业标准。对某些特殊技术问题，如抗冰冻方面的设计，应按有关专业技术规范进行。3总则3.0.1为编制本规范，编制组对我国17个省、市、自治区的渠道引水式水电站进行了调查研究，收集了近百个水电站工程的资料，总结了不同类型工程在渠线选择和布置、渠道—前池系统的水力设计和计算、前池和引水渠道上建筑物的设计，以及不同条件下防洪、防泥沙、防污物、防渗漏、防冰等方面的经验。开展了专题研究，将成熟的工程经验和科技成果引入规范，并吸取了国外在这一领域的有益经验，用以指导水电站引水渠道和前池的设计。3.0.2渠道引水式水电站，较坝后式、有压引水式水电站更易受到洪水、污物、渗漏以及泥沙、冰的损害。泥沙问题在我国西北、西南地区的工程中所常见，冰冻问题则是在寒冷地区水电站冬季运行时存在。国内大量工程实践表明，设计渠道引水式水电站必须因地制宜，处理好上述五个方面的问题，使水电站得以正常运行，充分发挥工程效益。调查中见到，某水电站引水渠线上有一处排洪渡槽设计流量偏低，1994年被洪水冲毁，引水渠道随之也被冲决，造成水电站运行中断。污物问题在渠道引水式水电站设计上应给予足够的重视，拦污设施不仅在渠道进水口和前池是必须设置的，对渠线较长且沿途仍有可观数量的污物来源时，还应考虑在适当部位增设拦污栅，并采用适宜的清污机械，以保证水电站正常运行和减少电能损失。在多泥沙条件下修建引水渠道式水电站，应做好防沙、排沙工程的设计，避免停机冲沙，或动用大量劳力清淤而造成经济损失。对寒冷地区的水电站，则应按有关专业技术规范的有关规定，做好导冰、排冰设施的布置和设计。3.0.3本条指出了设计引水渠道和前池应具备的基本资料，这是设计工作的依据。水能规划资料应包括工程的基本参数，以及水电站将投入的电网情况和对水电站运行的要求(如是否要求水电站承担事故备用)，水电站的机组特性等。条文中提到的水文、气象、地形、地质、工程建设条件、环保要求、运行条件等基本资料，其内容十分广泛，基本上包括了整个水电站设计的基本资料。但我们在前面加注了“与建筑物设计有关的”限定词，也就是说，在这些资料中，我们只需要掌握与渠道、前池建筑物设计直接有关的部分，另一部分则仅与建筑物设计有间接关系。因此，渠道和前池建筑物设计仅需要有水文分析、电力系统、机电、施工运行、环保及综合利用等方面的设计成果资料，而不是全部原始资料。4引水渠道布置4.1引水渠道型式的选择根据SL26—92《水利水电工程技术术语》，水电站引水渠道按其控制方式可分为自动调节渠道和非自动调节渠道。当水电站甩部分或全部负荷时，渠道内水位仅能升高至与水库水位齐平而不发生弃水的渠道，称为自动调节渠道；当水电站甩部分或全部负荷时，渠道内的水位仅能升高至引水渠或前池溢流堰顶限制水位高程的引水渠道，称为非自动调节渠道。实际上也可归结为设与不设泄水建筑物的差别。泄水建筑物宜采用侧堰，也可采用虹吸式泄水道或其他型式。侧堰是开敞式泄水建筑物，对于给定的流量，泄水时的堰上水位，就相当于该流量下机组突然甩负荷时的涌波水位。显然，自动调节渠道能够充分利用水电站的发电水头以提高枯水期的电能效益。引水渠道型式的合理选择要综合考虑各方面的条件，通过技术经济比较确定。本节指明有利于选择自动调节渠道的条件。在进行水电站规划设计时，尤其在平原、丘陵地区，应对采用自动或非自动调节渠道进行方案比较，择优选用。四川省蒲阳河双柏水电站，地处平原、丘陵地区，设计水头10.5m，装机2×5MW，机组引用流量2×360.95m/s，引水渠道总长1106.5m，底宽10.2m，边坡1∶1，底坡1/3000。设计时，对自动调节渠道和非自动调节渠道做了方案比较，认为自动调节渠道方案从投资和占地等方面均优于非自动调节渠道方案，且可增加电能效益，因此选择了自动调节渠道方案。我国规模最大的装机180MW的渠道引水式水电站——四川东西关水电站，其引水渠道长度为373.26m，渠道位于深50m左右的挖方地段。虽然取水河道(嘉陵江)的水位变幅大，但渠道较短，河道上的枢纽工程具有良好的调节控制能力，采用了自动调节渠道。表2列出了国内部分自动调节渠道的工程特性。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，22/46表2国内部分自动调节渠道工程特性表工程名称谭家堰双柏红石桥永久晨光301遥田南津渡沉江渡四川省四川省黑龙江黑龙江四川省吉林省湖南省湖南省湖南省地址都都省省彭县安图县耒阳市永州市城步县江堰市江堰市汤原县依蓝县装机容量2×5.02×5.02×10.02×2.55×2.53×3.04×12.53×20.03×3.2MW按正常设计水位计电水头12.210.519.36.26.22711.814.530.5算(2)站m(3)(4)项设计流量2×55.72×60.82×62.492×53.55×53.53×13.29466.7468.4237.83m/s渠长10801106.518373700273722815283991639m底宽9.010.21026.54466048.53.0m边坡1∶11∶11∶2221∶1.51∶21∶1.5引系数水底坡1/20001/30001/30001/75001/100002.55/10001/42221/120001/6000渠设计流量4143149.31311072603948037.8道377.7m/s设计5水深4.24.584.23.683.425.65.94.4.0m衬砌混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土土渠土渠形抹面抹面块衬护块衬护衬砌块衬护式非自动调节渠道多用于山区引水式水电站，这是因为傍山开挖修建引水渠道，无论从工程量还是从安全运行方面考虑，都适宜于修建带有泄水建筑物的非自动调节渠道。当引水渠道长，采用自动调节型式又不经济时，采用自动调节与非自动调节相结合的渠道，允许前池内水位有一定的抬高可能是合理的。为实现这一目的，要在渠道中设置泄水建筑物，其堰顶要高于引水渠道通过最大流量时的水位，这种情况下引水渠道分成两段，上段可按非自动调节方式设计，而泄水建筑物下游的那一段具有自动调节渠道的性质。这种布置在沿渠线有调节池的引水渠道布置中就能见到。总之，渠道型式的合理选择，应结合具体工程的地形、地质、施工、运行、河流水源情况及枢纽总体布置等条件，通过技术经济比较确定。4.2引水渠道线路的选择4.2.1～4.2.3线路选择是引水渠道设计的重要环节，线路选择得合理，可给施工带来方便，减少维护管理费用，提高水电站运行的可靠性和经济效益。渠线选择，特别是地形、地质条件复杂，渠线又较长的引水渠道，除应在各设计阶段不断增加工作深度，进行优化比选工作外，在施工中尚应根据实际情况做局部的优化调整，才能真正做出经济、合理、安全可靠的http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，23/46选择。例如，1988年建成的四川省草坡水电站，引水渠在规划阶段渠道全长5432.44m，其中包括一段长1040m的隧洞，是以明渠为主的引水方式。后为避开不良地质条件和泥石流，修改成以隧洞为主的明渠和隧洞相结合的方式。实践表明，水电站引水渠道采用明渠和明流隧洞(或暗渠)相结合的方式是一种常见的布置型式，并且，渠线优化工作应贯穿于整个工程的建设中去。4.3引水渠道进水口的闸门设置渠道进水口闸门设置的规定和要求，是根据国内工程实践总结出来的。调查表明，作为水电站引水渠道，为保证水电站的安全运行，绝大多数在进水口设有闸门，用以控制调节水流或为渠道检修提供条件，自动调节渠道和非自动调节渠道均如此。设置闸门还具有一定的防沙、防污、防冰以及导漂等作用。对于非自动调节渠道，还须依靠操作进水闸门来适当限制汛期进入渠道的流量。但在4.3.3所列的情况下可不设闸门，例如东西关水电站，引水流量达1296m3/s，进水口位于河道凹岸，于防沙有利；渠道位于50m深的挖方地段，河床枢纽有足够的控泄能力，在引水渠道进口处未设闸门。4.4引水渠道及渠系建筑物的防洪渠道引水式水电站多建于山区、丘陵地区。对于傍山开挖的引水渠道及渠道上建筑物的防洪安全，在设计时应给予足够的重视。引水渠道在暴雨洪水情况下，发生事故的不乏其例。因此，对引水渠道所经沟道、坡面的暴雨径流要按一定的重现期标准进行估算，并作好防洪设计，见表4.4.1。对于引水渠道上的重要建筑物，如大的跨沟渡槽、倒虹吸等，若发生大的事故，将对水电站运行产生很大影响时，应采用与厂房相同的防洪标准。4.4.2是指对洪水暴涨暴落的山区河流，靠近进水口外侧的一定长度的渠段渠堤外坡的防洪问题，应根据实际情况经计算分析，确定适当的防护范围和措施。4.5引水渠道上的建筑物布置4.5.1～4.5.3根据调查，国内非自动调节渠道上的泄水建筑物绝大多数采用侧堰(仅收集到两个采用虹吸泄水道的实例)。侧堰是一种开敞式泄水建筑物，布置在前池内或引水渠道的一侧(有时也可对称布置双侧溢流侧堰)，利用天然有利地形泄水，运行安全可靠。侧堰上通常不设闸门，可自行对引水渠道中的水位(流量)起控制与调节作用。也有少数工程在侧堰上设置舌瓣闸门或翻板闸门，堰顶高程可适当降低，用以提高调节性能，如新疆的西大桥水电站、喀什二级水电站的侧堰上都设有舌瓣门。侧堰位置选择要依地形、地质条件经方案比较确定。从水力学角度来看，宜布置在前池内或靠近前池处，对于控制涌波，减少水面波动是有利的，且工程布置紧凑，便于运行管理。在所调查的40个工程实例中，大多数在一岸设一道单侧溢流侧堰，只有5例在渠道上和前池处各设一道侧堰。由于渠道引水式电站多建于山区，易于布置单侧溢流侧堰。但有的工程，如装机60MW的福建省华安水电站，由于引水隧洞出口紧接前池，受地形条件限制，在前池内布置了两岸对称的双侧溢流侧堰，其靠山一侧的堰后水流通过前池下部的廊道排出。我国援建的赤道几内亚毕克莫水电站，在渡槽上对称布置了双侧溢流侧堰。根据调查资料，侧堰的水力设计条件可概括为：1)侧堰的堰顶高程略高于设计流量下水电站正常运行时的过境水流水面高程，一般高出0.1m左右，条文中给出0.1m～0.2m，供选择之用。这样，水电站在设计条件下运行时侧堰不过水，当水电站甩负荷或进水口来流量超过机组引水流量时，侧堰溢水。2)侧堰的堰顶长度L，与所在位置处的渠道水面宽(或前池水面宽)b之比L/b，在40个工程实例中，L/b＝2～8的约占50%；布置在前池中的侧堰多在0.5＜L/b＜2的范围；布置在渠道中的L/b值都大于2，个别最大的达13.0。3)堰上水头H(以侧堰段渠道中线水深计)，40个工程实例中，H＝0.5m～1.0m的占50%，小于0.5m的约占37.5%，大于1.0m的占12.5%。可见堰上水头多在0.5m～1.0m范围选用，这也是由引水渠道的断面和前池的尺寸所限定的。侧堰溢流为非均匀变量流，过堰的单宽流量是不相等的。对于缓流条件下的水电站引水渠道上的侧堰，过堰水流沿堰长度方向呈壅水曲线，受侧向出流角度、分速度的影响，据典型试验资料表明，大约自堰首端算起的2/3的堰长上的过流量为全部泄量的50%，而其余堰末的1/3堰长要宣泄50%的流量。对于设置在渠道进口或渠线上的侧堰具有这一特点，而设置在前池内的侧堰，则因流速变缓，过堰流量较均匀，设计应就堰顶长L和堰上水头H做出适宜的比较和选择，根据泄量大小、渠道规模、地形地质条件、堰后泄水消能布置，以及有时要兼顾排污、排冰等方面做综合研究，通过方案比较，达到合理、经济的要求。4.5.4在引水渠道上的重要建筑物，如渡槽、倒虹吸以及难以避开的难工险段之前，设置必要的保护性退水建筑物是合理的。建筑物应力求阻水作用小，操作运行方便；多泥沙的渠道宜与排沙相结合。在陕西省宝鸡峡引http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，24/46渭干渠(Q＝50m3/s)的98km塬边灌溉渠道上有采用无节制闸的退水闸布置的成功经验，其特点是退水闸的底板高程较所在处前后的渠底高程略低，开闸退水时下游渠道可不过水；而渠底的低下部分可以淤沙。4.5.7泥沙对引水渠道、前池的淤积和水轮机的磨损问题，在我国较为普遍存在，特别是西北、西南地区。泥沙防治首先应在渠道进水口防止和减少泥沙入渠。对于进入渠道的泥沙(主要是推移质)，则应考虑在渠道上采取排沙措施。前池由于其断面较渠道扩大，流速降低，有利于泥沙沉积，设置排沙设施也是必要的，但不宜把前池排沙当做清除入渠泥沙的唯一措施，更不宜当做沉沙池来对待。调查资料表明，排沙底孔难以有效地排除前池中的泥沙，有的电站常需降低水位增大流速冲沙，有的甚至被迫停机冲沙或清淤。图1涡管布置图(a)平面图；(b)断面A-A近年来国内在引水渠道上行之有效的排沙措施有：1)涡管排沙，其布置如图1所示。涡管排沙的原理是利用置于渠底的开口的管，在过境水流切向流速的作用下，管内产生螺旋式前进水流，进入管中的泥沙靠旋转水流以少量的水将其排出，其设计要点如下。涡管与渠道水流方向的夹角(θ)应大于30°小于60°，以45°～50°为宜；涡管断面为圆形，其直径D可在(1/3～1/5)h范围内选用(h为上游渠道水深)；开口角度α＝75°～90°，一般可用90°，或其开口宽度b≥(1.2～2.0)d，d为泥沙的最大粒径。涡管排水流量约为来水流量的5%～15%，其排沙比可达75%～90%。涡管排水mm流量Q可用下式估算，即sQs=mA2gh(+Dy)(1)2pDA=式中：A——涡管断面面积，4；h——上游渠道水深(m)；Δy——管中心至开口边缘的距离(m)；μ——流量系数，在α＝30°～90°范围内，可采用μ＝0.6～0.7。排沙涡管出口应设阀门并有必要的落差，保证出流顺畅，排沙便利。涡管排沙一般适用于渠底坡较陡的山区引水渠道，适宜排除粒径大于0.5mm的粗沙和砾石。在我国陕西、新疆、甘肃等有十余处工程上应用。例如，陕西省镇安县孙家砭水电站，设计流量8m3/s，装机2×1.25MW，引水渠道全长6.5km，底坡1/2000，矩形断面底宽2.8m，水深2.4m。1990年3月，在渠道进水口下游500m处安装一直径D＝400mm的排沙涡管，仅用25min便把原沉积在涡管上游段的20～30m3砂石全部排除，排出物中有粒径40mm～50mm的卵石。在安装排沙涡管的同时，又在前池修建了一道曲线隔沙墙，将水电站进水口与排沙闸隔开，达到撇清引水、间歇排沙的目的。现在两项措施联合运用，汛期水量丰富时可在夜间电站降低负荷时用涡管排沙，平、枯水季节每半月用前池处的排沙闸排沙，至今运行效果良好。2)强螺旋流排沙漏斗也是利用螺旋流原理进行排沙的有效方式，用水量为来流量7%左右。在新疆轮台县迪那河引水渠道上应用，获得排除推移质泥沙的较好效果。5引水渠道纵坡及横断面设计5.0.1在渠线选定后应进行引水渠道的纵坡及横断面设计，以确定渠底纵坡和横断面尺寸。设计时应综合考虑渠道沿线的地形、地质条件，以及环境(如移民搬迁，占用耕地等)、施工(施工设备、条件、挖填平衡等)、运行管理等要求，通过不同方案的水力计算和相应的技术经济比较，择优选用。5.0.2本条根据工程调查资料，给出了引水渠道纵坡的选用条件。由表2所示的工程中可知，中低水头大流量引水渠道、自动调节渠道、清水渠道以及土渠，采用1/2000～1/12000的较缓纵坡；高水头电站的引水渠道、http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，25/46傍山渠道、多泥沙渠道等，采用1/500～1/2000的较陡纵坡。当渠线较长且受地形、地质条件影响，需分段变坡时，坡度宜沿程增大，对多泥沙和输冰运行渠道这一点尤为重要，原因是可避免局部落淤或壅冰。5.0.3本条根据国内工程的实践经验，给出了不同情况下选择渠道横断面型式的适宜条件。图2为根据工程资b料点绘的宽深比h(即β)与边坡系数m的关系。该图表明，渠道断面形状矩形、梯形均有，以梯形居多；图中的β～m曲线反映水力最佳断面的条件，虽有少数工程采用β≈β的断面型式，但多数采用窄深式断面，这说00明渠道断面b/h的选择因涉及到地形、地质、高边坡问题、施工条件、泥沙特征、使用条件、动能经济等多方面的因素，通过计算分析和技术经济比较后，不一定选择水力最佳断面。图2β～m关系曲线5.0.4～5.0.5这里给出了确定引水渠道流速的一些原则和规定。根据国内工程经验，强调了对中型水电站工程和低水头大流量的小型水电站引水渠道的设计流速合理取值的重要性，由于低水头大流量情况下发电水头对水电站出力的影响较大，因此直接关系到水头损失的渠道流速，应通过技术经济比较选定。对小型水电站引水渠道的设计流速，根据已有经验给出了选用值的范围。水电站引水渠道设计流速的大小，根据国内94个工程的资料统计，流速小于1m/s的占20%，这些多为土渠；流速1m/s～2m/s的占60%，2m/s～2.5m/s的约占17%，流速大于2.5m/s的是个别的，这些均为衬砌渠道。据此，本规范给出了设计流速的选择范围。此外，从水力学观点来vF=r看，渠道流速大或者水流的弗劳德数(gh，v为平均流速，h为平均水深)偏大，例如达0.6左右，渠内水流易产生波动，且对侧堰泄流不利。5.0.6据调查，我国已建水电站引水渠道绝大部分都用混凝土、浆砌石等材料进行了衬砌。少数未衬砌或衬砌标准低的渠道，大都运行效果不良。作为以发电为主的引水渠道，要求尽量减少渗漏损失，保证渠道行水的安全可靠，故本条指出应选用耐久、防渗性能好的材料进行衬砌，且应贯彻因地制宜，就地取材的原则。5.0.8渠道超高是考虑运行中不可预见的因素为工程安全提供储备的综合措施。水电站引水渠道中的涌波，虽不是经常出现的，但却是不可忽略的。这样，作为水电站引水渠道的超高值(F)应是引水渠道在通过设计流量b时的水位之上的最大涌波高度值(ξ)和安全超高(δ)之和，即F＝ξ＋δ(2)b式中：ξ——设计流量下，电站突然甩全部负荷时的最大涌波高度(m)；δ——安全超高(m)。GBJ71—84《小型水力发电站设计规范》按照上述的原则，给出了渠顶超高的范围，表3。表3渠顶安全超最大流量3＞5050～10＜10m/shttp://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，26/46安全超高1.0以上1.0～0.60.4m注：渠内的水位按最大流量时最高涌波水位计算根据40个工程的统计分析，超高值F≤0.5m的有13个，占32.5%；0.5＜F≤1.0m的有16个，占40%；F＞bbb1.0m的有11个，占27.5%，其中最大的为1.8m，最小的0.2m。从调查的情况来看，各地做法不一，但有一点值得注意，那就是不少情况下未考虑甩负荷时的涌波，或者说没有按式(2)的要求去确定F值。b涌波高度ξ可由计算确定。问题在于安全超高δ的确定。前苏联1959《水力发电站的引水渠道》设计规范给出的δ值如表4所示。其关于前池的设计规范中给出的δ值和F的最小许可值如表5所示。b表4不同条件下安全超高δ的值δ的数值衬砌渠道编号渠道种类土渠沥青砂浆、堆石护混凝土护面等面等31大型渠道流量大于200m/s0.65～0.50.6～0.450.55～0.42中型渠道流量30m3/s～200m3/s0.5～0.40.45～0.350.4～0.33小型渠道流量小于30m3/s0.35～0.20.3～0.250.25～0.2表5不同条件下δ和F值b流量δFb的最小许可值m3/smm＞2000.5～0.40.75～0.6200～300.4～0.30.5～0.4＜300.25～0.20.35～0.3日本1986年的关于渠道的设计规范认为，决定超高所考虑的因素有：1)渠道表面糙率系数的变化，由于多种原因，n值的变化幅度为0.001左右，由此作为超高应留的余地为水深的5%～7%；2)流速水头h即考虑流速水头转为静水头可能的升高值；v3)考虑到渠道上建筑物及风的影响等引起的水面波动，一般为10cm～30cm，作为超高取其半波高5cm～15cm。考虑渠道遭遇不可预见的事态，要使包括超高在内的渠道断面的过水能力与设计流量之比达到1.2。因此，对于衬砌或不衬砌渠道的超高计算公式为δ＝0.05h＋h＋(0.05～0.15)(3)v式中：h——设计流量时的水深(m)；2vh=vh——相应于h的流速水头(m)，2g。v美国垦务局的超高设计标准见图3。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，27/46图3美国垦务局渠道超高设计标准图用日本和美国垦务局两个标准，对底宽b等于水深h的标准梯形断面衬砌渠道加以比较，见表6。由表6可见，两规范的δ值在数量级上是接近的，可以作为设计的参考依据；而其中所列的超泄能力对理解δ的意义是有价值的，设置侧堰的非自动调节渠道，侧堰本身也具有超泄能力。此外，日本是多台风的国家，式(3)中考虑台风影响的因素的取值是可以吸取的。综上所述，本条规定，对于中型水电站，渠顶在设计条件下的超高，由相应的最大涌波高度ξ值与安全超高δ两项之和组成，安全超高值可参照上述资料，或通过工程类比合理选定。对小型水电站，可按GBJ71—84《小型水力发电站设计规范》确定。表6安全超高和超泄能力比较表5.0.9边坡稳定是傍山开挖的水电站引水渠道工程较为常见的问题，设计时应予以足够的重视。边坡开挖设计，包括如何根据地质条件，确定适宜的开挖坡形和坡度等，以保证边坡的稳定性。工程实践表明，开挖边坡稳定性的确定不只是受岩石本身强度的影响，往往还受岩石产状、构造等因素所控制。由于每个工程的地质条件不同，开挖的稳定坡度应根据地质条件、边坡高度和施工条件等，进行工程类比和稳定分析来确定。通常，边坡按边坡高度可分为：1)超高边坡，坡高大于100m；2)高边坡，坡高为30m～100m；3)中等边坡，坡高为10m～30m；4)低边坡，坡高小于10m。边坡按边坡坡度可分为：1)陡坡，坡度大于60°；2)中等坡，坡度为30°～60°；3)缓坡，坡度小于30°。开挖边坡采用的分级高度一般为10m～30m，马道宽一般为1.5m～5.0m，设计时应根据开挖边坡的具体情况，如与傍山公路、施工道路相结合等，加以确定。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，28/466前池及调节池布置设计6.1前池的布置设计6.1.1、6.1.2前池位于引水渠道的末端，其后接压力管道。因此，前池是渠道引水式水电站从无压引水过渡到压力管道之间的连接建筑物。前池由引水渠道与池身间的连接(扩展)段、池身和水电站进水口组成。要求具有调整和稳定水流的作用，以保证向压力管道均匀分配水量，并在各种工况和来流条件下，都能保证水电站正常运行。前池中的泄水、排沙、排冰、放空等建筑物，宜根据实际需要和条件合理布设，使工程布置紧凑，便于运行管理。调查中见到，前池布置设计合理与否，对保证水电站正常运行至关重要。少数工程的前池，由于连接段扩展角过大或不对称，或受弯道水流影响，使前池内水流出现明显的立轴漩涡或水面横比降，甚至导致两边的机组出力不匀；由于布置不善，给清污和排沙带来困难也较多见；有的工程排冰道尺寸偏小或位置不当，不得不采取靠突然甩负荷产生的正涌波来把冰从侧堰排出去。因此，本条强调了前池作为连接建筑物设计的重要性并使之具备其应有的功能。前池也是建筑物比较集中的地方，结构的工作和受力条件复杂。因此，应布置适当的观测设备(如渗流、沉陷、位移、裂缝等)。6.1.3在渠道引水式水电站中，前池起“承前启后”的连接作用，其位置在山顶并面临集中落差的压力钢管斜坡之上，因此应把前池布置在稳定的地基上，而不允许布置在填筑的地基上，且其承载能力、抗滑稳定、地基变形、渗流控制及耐久性方面必须满足工程要求，否则要做专门的处理设计。岩层产状、地下水作用等均会影响边坡及建筑物的稳定。因此，前池地基的稳定性还应结合岩层的产状及水文地质条件考虑，以保证工程安全和减小工程量。布置在山坡上的前池，应注意做好防止山坡坍塌、石崩以及暴雨洪水的冲蚀的设计。据调查，由于对地质资料重视不够，个别工程将前池布置在古滑坡体上，或是布置在顺坡裂隙发育地段，结果产生山体滑坡，使前池遭到破坏。如某水电站，前池长90m，净宽9.0m，设计水深10.2m。试充水至7m水深时，便出现严重漏水，使得长约80m，高差达80m的前池段彻底垮塌，其破坏段长度约130m，宽70m，体积约3万m3，被拉动山体约5万m3，直接经济损失达数百万元，且影响发电时间两年。此外，对土质地基上前池的设计，应按SD133—84《水闸设计规范》的要求进行。6.1.5本条给出了确定前池的池身长度、宽度和深度的原则。从6.1.1条所述的前池功能来看，并未提出容积要求，故而只需正确确定前池的长度、宽度和深度。前苏联规范中写道“前池的大小，取决于它的结构形式和水力形态，并且，不应增加其尺寸形成某种附加的调节容积，在必要的情况下，可以在个别的日调节池或天然引水道水位变化以内布置调节容积”。GBJ71—84《小型水力发电站设计规范》中指出“前池应有一定的容积和水深，应能在电站负荷变化时，使前池的水位波动最小并满足沉沙要求”，但没有给出更具体的规定。调研中虽普遍将前池容积如何确定作为问题提出，但未发现哪个工程因前池容积而出问题的。为了阐明这一问题，我们从分析国内已建工程的资料入手。令前池长度为L，宽度为B，正常水位至最低水位间的深度为z，正常水Bs位与前池底板间的深度为z，相应于z、L、B的容积为前池的总容积W，相应于z、L、B的容积为前池的“工Bsb作容积”W，机组引水流量为Q。我们用调查的资料分析其z/z—W/Q和L/z—W/Q的关系。就统计平均值spsspbsp而言可得出下列几点认识：1)大量工程的z/z值为0.2～0.5，其相应的W/Q为50s～300s。反映了已建工程的前池可供调节使用的水位ssp变化范围，而与之相对应的调节(工作)容积，相对于机组引水流量而言，其作用是微不足道的。2)多数工程的L/z为5～15。b3)有少数几个工程的参数值偏离多数点据的范围，说明其工作容积W/Q值偏大，但也还有个别特大、特sp小的，现列于表7。表7三个代表性工程前池特性表水头QpLBBzszWsWs/Qp名称33Ls/zzs/zmm/smmmmms九冲河1)243.753.092035.838.9316091123.020.6534876华安2)4716024133.9313.9320431.730.28213苏帕河3)23.21697.4103.07.31111913.340.41695注：1)大容积前池的代表工程；2)小容积前池的代表工程；http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，29/463)中等容积前池的代表工程；对表7中两个典型工程实例进行对比分析。九冲河水电站属高水头小流量水电站，华安水电站为中低水头大流量水电站。对于九冲河水电站，由于Q仅为3.0m3/s，那么在有条件修建大的前池时，仅W这一部分，就ps可供发电4876s(1h20min)，如果加上与z同高程段引水渠道中的水体积，会有更好的调节能力，显然是有价值s的。相反，华安水电站，其相应于z高度的工作容积为2043m3，仅够机组引水流量Q＝160m3/s的13s之用，即sp调节功能微不足道。调查表明，为减少弃水，机组不停地在调整动作，前池溢流堰不时有少量翻水。华安水电站因受地形条件限制，前池容积虽不大，但其年利用小时达6300h，发电量达2亿kWh；实践证明，现有的前池容积并未对水电站运行构成影响。如果把华安水电站的前池工作容积做的像九冲河水电站那样大，即达到16091m3，这对华安水电站来说也只能达到W/Q为100s，而前池容积要较现有的5000m3加大两倍以上，是难sp以实现的，也未必是合理的、必要的。这个对比分析表明，前池主要不是也不应该是起调节作用的，而是起水流连接和过渡建筑物的作用，其尺寸主要取决于布置需要和改善水流状态。这并不排斥在有适宜条件的地方，在技术经济论证许可的条件下，把前池尺寸做大，特别是高水头小流量电站。但作为设计原则，仍应按本条的规定。这里所统计出的z/z和L/z的值是可供参考的。sb另一方面，表中所列苏帕河水电站前池，z/z＝0.41，L/z＝13.34，均位于统计平均值的范围之内，W/Qsbsp＝695s，约合11min，属常见情况，不具备什么调节功能。通常，水电站运行前，先打开渠道进水口闸门，引进所需的流量，对自动调节渠道应待水位升至一定高程后开机，对非自动调节渠道应是侧堰先溢水后才能开机，以保持引水渠道流态稳定。湖南省内下二级水电站的设计书中写道“前池按4m工作水深计算，容积为8300m3，基本满足在从渠道进水闸引水至前池的时段内，水电站三台机全关的情况下，全开一台机组，前池水位不低于400m”。这个思想是合理的，即不能孤立地去谈前池容积问题，而问题的实质是下游边界条件——开机流量一定的情况下，前池—引水渠道系统中的流体瞬变问题。其中既有来自前池所发生的逆行负涌波向上游的传播，波到之处，水位下降，又有进水口流量增加的顺行涨水波向下游的推进，波到之处，水位上涨，此外，还有系统的调蓄作用，这些都是可以通过水力计算来解决的。当然，有条件的工程把前池容积适当做大，对提高系统的适应能力是有益的，但如欲具有一定的调节能力只能是将前池与调节池相结合来解决。因此，前池设计主要应符合6.1.1条的要求，并满足布置需要。6.1.6根据所收集的国内外78个工程的前池资料来看，其平面布置和形状很难找到两个完全一样的，见表8所示。按水电站进水口轴线与引水渠道轴线间的相对位置，可概括为两种基本布置型式，即两者中心线相重合的正面进水布置和两者中心线呈某一角度的侧面进水布置。正面进水布置，水流平顺，水头损失小，并有利于导漂、排污，占表8所列是站一半以上，宜优先采用。表8前池布置特征表水电站引水连接段序号工程名装机水头流量道宽长纵坡总长宽称3扩散角mmMWmm/smm广西160.010743.5————天湖湖南250.011.8466.7—2.5—1∶490.056.0遥田四川345.039114.42.835.015.0°1∶0.872.016.2～草坡四川420.020.0124.910.0——1∶12112.9522.5红石桥福建512.0216.12.8611.8——06.011.8玉山湖北612.091.516.43.210.02.3°1∶715.03.2～湘平四川1∶10.2710.010.5121.610.2——135.0双柏300023.0四川810.011.55111.49.220.0—1∶570.020.4谭家堰新疆2×11http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，30/46排孜瓦2×5.299.5233.5—10.60°1∶417.3711.9堤1∶100海南30.0108.055.016.44.230.040.7°～1∶68.0响水20.010甘肃18.4118.014.572.66.012.027.0°1∶6.6757.9白鹤桥20.0甘肃126.430.524.82.0——1∶518.42.0～龙渠1∶四川135.06.3107.420.8——3000136.320.8玉带桥～1∶5湖北144.4534.018.54.913.0—1∶1044.517.0天堂三级新疆153.7512.013.04.015.0—1∶533.014.5胜利渠湖南163.7520.424.153.0—————自然青海173.7545.011.83.516.05.53°1∶524.06.6古浪堤湖南183.7520.424.154.0—————洙津渡海南193.212.532.80.810.618.6°1∶7.422.258～20.8九龙甘肃202.5636.011.00.813.6—1∶4.126.47.58～白土坡吉林隧洞212.1014.021.0—突扩—6.58.0白金4.0甘肃8.0～222.095.02.82.212.016°1∶1022.0红崖云南232.052.06.53.010.76°1∶1026.34.0～河尾新疆24博乐二1.4611.02×9.21.417.16°1∶522.107.0级续表体型布置型式电站进组成建筑物尺寸水室中溢流堰排冰进水室线与引冲沙道平面横剖面进水溢流排沙排冰宽道宽宽水道中m线夹角mmm正向0°4孔正向0°2.51孔正向侧向侧向0°9.02.50.6×0.64孔正向正向13.31.0×2.02孔正向0°1.3http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，31/46正向0°4.0正向0°22.04孔正向正向0°7.71.6×3.04孔3孔正向正向0°0.55×1.03.3正向正向0°2孔2孔4孔4孔正向侧向正向0°35.02.0×1.03.61孔2孔正向正向0°D0.43.0正向0°2孔3孔正向30°1.24孔3孔正向侧向正向正向0°4.53.5宽1.04.03孔1.6正向侧向侧向53°8.01孔1.6，2.61孔正向正向0°6.6D0.5正向0°4孔正向侧向侧向0°2.81孔3.21孔2孔正向侧向侧向侧向0°7.01.0×1.02.0正向侧向正向0°7.53孔3孔2孔2孔正向侧向正向0°10.00.6×0.43.01孔1孔正向侧向侧向15°11.00.7×0.73.02孔2孔正向正向0°0.6×0.43.0表8(续)水电站引水道连接段序号工程名称装机水头流量宽长纵坡总长宽3扩散角mmMWmm/smm四川20.025180.017.01304.020.0140.9—1∶2000197.0东西关87.2湖南2660.014.5468.448.5——1∶5.67222.840.5南津渡福建2760.047.0160.0隧洞15.8511.071∶2.039.8513.0华安http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，32/46贵州隧洞2848.0133545.0——0124.45～关脚5.0湖南2928.0207.013.984.012.21∶20164.717.0内下二级30.0新疆3026.4034.596.01.58.75—1∶519.978.0喀什二级1∶6.3311.6云南3118.938.558.86.278—1∶100194.6527.0槟榔江1∶19.3云南12.0隧洞3218.9201.0—突扩1∶4650.2614.0冲江河2.5湖南5.011∶28.73318.9507.7—23.012.0°83.015.0刘家坪～1∶98黑龙江15.03412.56.2257.544.0—1∶5～0134.590.0晨光湖南29.3359.630.537.8——1∶6.949.320.0沉江渡贵州1∶3.93368.076.013.03.015.012.4°35.384.4落洼～1∶12甘肃隧洞376.430.525.2——1∶413.63.8～锁儿头3.8广西386.414.045.912.558.0—1∶11.279.023.0三门滩云南15.3396.381.09.6倒虹吸——037.0景谷一级湖北隧洞406.0179.04.565.011.3°1∶7040.04.0潭口2.0云南9.1°416.039.018.93.056.371∶41.084.2923.41格雷一级21.8°福建70.01∶20～425.79.06.0——110.06.0～南溪二级1∶10湖南433.75217.02.311.5——1∶937.71.5～军田湖北443.75227421.02.8—突扩1∶10065.026.5霍河口1∶8.85福建453.251.77.143.8——～1∶58.03.8向阳100甘肃462.5535.518.16.610.017°—26.214.5泄湖峡新疆472.465.01.732.8——1∶5.3326.54.0开垦河新疆482.410001.01.45——1∶6.443.724.0三工河续表体型布置型式电站进组成建筑物尺寸水室中排冰进水室线与引溢流堰宽冲沙道平面横剖面进水溢流排沙排冰道宽宽水道中mm线夹角mm斜向39.1°http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，33/46斜向30°3孔4孔斜向两侧41.53°2×24.02.91孔斜向侧向侧向曲周式5.89D2.53孔斜向侧向正向30°15.03.01.2×1.5斜向正向斜向105°4.02孔2孔斜向侧向正向33°80.723孔3孔斜向正向侧向42°24.01孔3孔斜向侧向侧向25.0°30.01孔1孔斜向37.02°5孔1孔3孔斜向侧向6.13°0.46D0.85.02孔1孔斜向侧向正向43°1.7×1.24.41孔2孔斜向侧向侧向12.41°5.01.5×1.53.03孔斜向侧向30°19.04.0斜向侧向反向160°30.01孔1孔4孔斜向侧向正向—5.01孔D0.63孔斜向侧向正向≈90°46.331孔3.61孔斜向侧向侧向—20.01孔2.41孔2孔斜向侧向侧向60°8.0D0.52.51孔3孔斜向侧向侧向—33.81.0×1.02.512孔斜向侧向斜向70.6°12.0孔2.01孔2孔斜向侧向35.5°—D0.5D3.31孔1孔斜向侧向侧向70.8°8.00.7×0.72.81孔斜向侧向正向42.8°7.21孔0.7×0.7表8(续)水电站连接段总长序号工程名称引水纵坡扩散角m装机水头流量道宽长http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，34/46MWmm3/smm云南492.011820.55.0——约30西洋江—云南500.6439.52.1————D20.0象庄河云南5130.0232.016.02.5109.92°1∶0.5694.435.0苏帕河四川小水5217.624.488.026.0———青莲15云南5312.82496.02.5×2———78.9棉花山云南5412.694.016.72暗渠—突扩—106.0南果河云南5510.086.015.02.8——1∶10070.0黑白水广西569.692.014.72.520.010.6°1∶7.059.28福禄河广东1∶3.27578.64257.09.04.114.011.7°60.54白藤坑～0广西15.01∶4.6～587.512.584.512.013.4°85.0中军潭1∶115云南19.1596.4383.82.161.814°1∶278131.4坝卡河湖北隧洞604.878.57.657.08°—120.0九湾溪2.0陕西11.3°613.7520.08.02.020.0—31.0三眼桥14°广西1∶20～623.230.012.8隧洞52.851142°57.86硕龙二级1∶5甘肃633.0100.03.73.012.08.5°1∶4.523.7何家堡云南642.0100.03.02.214.011.7°1∶528.0跳石甘肃651.018.010.0————38.0西川海南661.018.57.05.07.012°1∶427.0大宝山福建1∶5～167———1.22502.1°132.4大目溪∶3四川684.0127.04.02—————新林浙江694.028.09.463.0————长诏青海703.06.55.93.012.0—1∶16.542.0曲库乎青海710.82019.014.06.610.013.2°1∶7.0433.0官亭国外72#——————015.01电站国外73#———5.427.111.6°049.52电站隧洞74—————1∶4.717.0国外3.6http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，35/46#3电站国外75#——————050.04电站国外76#———3.013.116.5°030.55电站国外77#——————6电站国外78#———10.5——15.57电站注：表中体型附图“►”表示渠道引水方向；“ñ”表示溢流方和；“---→”表示排沙方向；“→”表示发电进续表体型布置型式电站进组成建筑物尺寸水室中溢流堰排冰道进水室进溢排排线与引冲沙道平面横剖面宽宽宽水流沙冰水道中m线夹角mmm斜向侧向侧向35°—1-1×1.28.0斜向侧向侧向0°10.01孔1孔侧向侧向侧向—30.61孔3.05.01孔侧向侧向侧向—48.022.02.0×2.01孔侧向侧向侧向—25.02孔0.7×0.71孔侧向侧向正向90°40.09.01.5×1.51孔侧向侧向侧向20°34.85.03.5×7.01孔侧向侧向侧向43°20.01孔D1.01孔2孔侧向—侧向90°0.8×0.62.22孔侧向正向正向90°5.21孔6.21孔侧向正向正向47°9.03.0D0.21孔侧向侧向侧向—7.04.0D0.41孔孔3孔侧向侧向侧向90°0.8×0.91D0.83.02孔侧向侧向90°14.03.01孔侧向侧向侧向90°4.23.01.2×1.21孔侧向正向90°35.03.5D0.51孔2孔侧向侧向60°D0.52.2http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，36/461孔2孔侧向正向90°0.6×0.61.52孔侧向侧向—5.41孔1.5虹吸—2孔虹吸侧向侧向—25.01.24.02孔3.2虹吸侧向侧向13°12.01.6，1.91孔虹吸正向正向—0°4.53.41.5×1.62孔正向正向正向侧向0°2孔12.06.05孔正向0°5.03.6正向虹吸式2孔虹吸隧洞侧向21.55.02孔正向斜向正向0°虹吸式2孔6.0虹吸式正向斜向正向0°泄水底3孔2孔孔正向侧向正向侧向0°5.52孔5.55.6平面布置的另一重要影响因素是前池内排沙设施的布置与进水方向的关系，涉及到排沙设施能否有效发挥作用的问题，对多泥沙渠道尤为重要。根据工程经验，归纳出下列四种布置型式：1)正面进水、正面排沙；2)正面进水、侧面排沙；3)侧面进水、正面排沙；4)侧面进水、侧面排沙。运行结果表明，以正面进水、正面排沙效果最好，当连续冲沙时，不影响水电站运行。其次是正面进水、侧面排沙型式，但易形成死角，需经常降低水位借以加大流速冲沙，且易导致停机清淤。后两种布置效果最差，即使停机冲沙，由于排沙孔影响范围有限，对远离排沙孔的水电站进水口难以发挥作用，局部角隅处淤沙也同样不能被冲走，来流中的部分推移质泥沙进入水轮机，会给水电站运行带来困难，常需停机进行人工清淤。上述经验是值得借鉴的。但鉴于泥沙问题的复杂性，加之工程布置上的多样性，应结合工程具体条件，参照已成工程的经验进行设计。在实际工程中，往往遇到受地形、地质条件限制，为避免高边坡开挖以减少工程量，节约投资，只能将前池布置在紧靠弯道后甚至在弯道上。为防止泥沙淤积和改善流态，本条指出在弯道终点与前池入口间，宜设直线调整段，用以调整弯道水流；也可在适当位置加设分流导向设施，用以消除漩涡。四川东西关水电站便在前池入口处加设三条分流导向隔墙，经水工试验证明是有效的。受地形条件限制，小型工程布置地下洞室式前池也是可行的。6.1.7这里所要求的如爬梯(踏步)、栏杆、照明等设施是不可少的，设计时应因地制宜合理布设，以利于运行管理和维修。运行管理用的观测设备主要指水位、流量、流速、泥沙等观测仪器设备。渠道引水式电站的特点是渠道长，前池与厂房间的落差大，常需要在渠道进水口引水渠道沿线和前池设置上述设备，有的设备例如水位观测设备，还宜将观测信号送至厂房控制室中，以利监测。多泥沙渠道对泥沙情况的观测也是必要的。为了保证水电站的正常运行和具有良好效益，对污物也应观测其来源、种类、漂移规律，进而采取有效的防治措施；寒冷地区对冰情也应开展观测。与6.1.2条的建筑物观测设施相结合，构成前池—引水渠道系统的一般性观http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，37/46测，有条件的地方应尽可能采用遥测、遥控装置。6.1.8在这条里把有闸门控制的进水口和国内应用并具有成熟经验的虹吸式进水口，作为水电站进水口的两种布置型式。对于前者应按SD303—88《水电站进水口设计规范》进行设计。虹吸式进水口由拦污栅、虹吸管体、虹吸的发动与断流装置等组成。虹吸管体由上肢段、喉道段和渐变段组成。其横断面可采用矩形或圆形；上肢段的形式可视具体条件，设计布置为单面进水，也可为两面或四面进水(如青海官亭工程)；也有把拦污、排冰设施综合考虑来布置(如青海省达日水电站)的。虹吸管体可采用钢筋混凝土、钢筋混凝土加钢板内衬，或钢板焊制，可视工程条件选择应用，但重要的是保证其气密性，因为虹吸管体在施工工艺上要求较严。此外，对于多台机组的电站，以一管一机为宜。但究竟采用一管一机还是一管多机，主要还是个经济比较问题，应视工程条件并参照已成工程的经验，经论证确定。虹吸式进水口的主要优点为：1)省去了进口快速闸门和检修闸门及其相应的操作设备；2)在严寒地区，可大大改善因冰冻而引起的运行困难，也可缓解多泥沙渠道水电站进水口的进沙问题；3)操作方便可靠，维修工作大大减少；4)断流快速，从而改善了事故停机时(调速器推动)的飞逸情况，也增加了检修的安全；5)利用调速器实现调节保证，在水击压力和暂态转速上升方面，与常规式引水系统相同。浙江省水利水电勘测设计院对南江二级等四个水电站的虹吸式进水口进行了系统的原型观测，证明上述五个方面的作用是肯定的，且对轴流式机组，还可避免调速器关机时的抬机现象。虹吸式进水口是利用虹吸原理工作的。由于其后接流速受限定的压力管道，便构成了虹吸式进水口与虹吸溢洪道的区别所在。因此，其作用水头的变化主要是在上游，这样受布置和运行条件限制，上游水位变幅不可能太大，即条文中规定的3.0m左右；同时，受过流量及喉道断面高度的制约，负压值也不能太大，即条文中的“前池最低水位至虹吸喉道断面顶点间的高差应小于当地海拔高程的容许吸入高度”。表9所示为国内部分虹吸式进水口电站的资料。该表所载工程实例表明，甘肃省白鹤桥水电站的单机流量最大，为18.15m3/s；青海省曲库乎水电站位于海拔高程4078m，水头为65m；四川省新林电站的水头为127m。从水位变幅值来看，白鹤桥电站为3.14m，新林电站为3.0m，其余几个均小于2.0m。据此，虹吸式进水口的适用范围大体是：①渠道引水式水电站或特定条件下的径流式水电站；②引用流量不能太大，否则喉道断面过高，从而限制了上游水位的变幅。虹吸式进水口的拦污栅究竟置于何处，应视工程具体情况经论证确定。寒冷地区的虹吸进水口上部常设有排冰道，在布置上宜把拦污栅放在虹吸入口处；当前池深度较大，虹吸进口位置较低，或进水口方向朝下游倾斜等情况时，则宜分开布置。四川省新林电站和甘肃省白鹤桥电站的进口拦污栅都设于前池入口处。为了总结与推广虹吸式进水口的经验，1983年9月在西宁召开了水电站前池虹吸式进水口学术讨论会，1985年水利电力部农电司组织了专题调查组赴全国调查并提出了总结报告。本规范在编制过程中走访了有关专家和设计、运行人员，并到工程现场考察，决定把这一成熟的科技成果纳入本规范，可在小型水电站上推广应用。设计时对具体工程究竟选用哪种进水口型式，应通过技术经济比较，并参照已成工程经验选定。6.1.11对于渠道引水式水电站泥沙处理的基本思想已在4.5.7中阐明。调查资料表明，多数水电站在前池内设有排沙底孔，尤其泥沙来源较多的西北、西南地区。泥沙对水轮机所造成的磨损危害，以新疆为例，全区460MW的装机中，有199MW的装机受泥沙磨损，每年由此而使电站停止运行或检修所造成的电能损失达20亿kWh。因此，前池设置排沙设施是不容忽视的。前池内的排沙底孔多布置在进水口下部；排沙槽或排沙闸也可布置在前池内或引水渠道上。四川省蒲阳河上的水电站采用类似于青铜峡、葛洲坝二江电站那样的从机组两边绕过的排沙孔，控制闸门设在出口，正面排沙效果良好。当冲沙设施与水电站进水口分开布置时，则宜采用导沙、束沙措施，如云南有的水电站侧面引水，排沙闸设在进水口的一侧，在前池底部设排沙槽，其末端设排沙底孔。渠道引水式水电站的冲沙方式应因地制宜合理选用。调查资料表明，有的电站采用夜间用电低谷时充水冲沙；洪水季节水量充沛，水多沙多，可连续或间歇冲沙；有的工程采用降低运行水位冲沙。冲沙流量的大小、冲沙方式的选择，应视泥沙来源、颗粒组成、水源情况、电站运行等各种条件，参照已成工程的经验合理选用。表9国内部分虹吸式进水口电站资料表前池水位虹吸管m装机容量水头流量名称3喉部中心MWmm/s最高正常最低半径r0m南江二级2×0.511.05.9163.7162.8162.32.0肖岭四级2×0.831.03.6563.0562.7861.81.6长沼二级2×2.028.09.4680.2579.7178.562.4http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，38/46横锦二级2×0.813.08.0116.5115.87114.552.0且末3×0.818.03×7.51771.281770.281768.682.8白鹤桥4×2.014.54×18.151129.81128.71126.662.3官亭0.8219.014.0古浪堤3.7545.010.8黄南州2.0545.06.5瓦家1.060.02.5加塘0.25016.03.0牛板筋1.027.06.5江壤1.8927.010.0达目1.012.512.0曲库乎3.065.06.0德农二级0.610.07.5曲麻莱0.6412.08.0优干宁0.512.26.0农四师744×0.12511.64×1.45团农四师642×0.0755.32×1.3团农四师662×0.12511.32×1.7团农四师753×0.125203×1.1团寨口2×1.061.242×2.2红卡子2×0.521.22×3.05新林2×1.0127.03.8940.65940.25937.652.0石桥2×2.518.53×16.2732.74731.74731.141.45续表虹吸管钢管流速Aubb×h＝喉道顶板高dAo=moUu00程mm0mAm2m2Amuohom/sm/s0mm2.5×1.0163.81.51.771.4122.51.462.072×0.863.11.21.131.4162.52.283.233×1.480.41.82.541.6542.1432.253.732.5×1.2116.652.03.140.9552.082.672.551.6×1.61771.381.6×1.62.561.02.932.934×2.01129.952.86.1541.32.02.272.953.4×0.93.07.071.733.781.151.986.6×2.22.65.312.733.00.752.043×1.51.62.012.242.01.443.222×1.21.21.132.121.671.042.211.2×0.80.80.51.921.51.563.04×1.21.82.541.893.335.6×2.12.13.46(1.7)3.42.674×1.21.72.272.113.331.6×1.31.00.7852.651.231.9×1.31.31.331.861.462×0.81.31.331.2032.54.1×1.21.21.132.123.422.5×1.01.21.132.212.50.950.7091.102.242.47http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，39/460.950.7091.02.492.490.950.7091.01.551.551.131.2～0.80.7433.932.920.51.21.131.283.194.071.62.010.973.693.57d＝1.5941.71.21.131.561.01.583.360d＝2.9735.042.54.911.351.02.03.006.2调节池布置设计调节池主要是在有适宜的地形、地质条件的情况下修建，也可根据需要人工围堤、开挖修建。调节池所需的容积和消落深度，应根据水源条件和电力系统日负荷曲线，结合实际情况，经水能分析计算和技术经济比较确定。调节池的布置大体有三种情况：1)与渠道结合或相连通。通常是在渠道某一部位利用天然洼地修建。这种布置情况下，调节池下游的渠道(调节池和前池之间的)段称为高峰渠段，可利用调节池的水担负峰荷发电，该段应属自动调节渠道。在多泥沙或寒冷地区，可沿调节池边缘修建旁通渠道，以防止洪水时期调节池被泥沙淤积，或寒冷地区被冰凌阻塞。四川省磨房沟二级水电站属于此类(无旁通渠道)。2)与前池结合或相连通。即将前池扩大成为具有相当的调节容积，根据需要也可布置旁通渠道，如新疆的火炬水电站。3)独立的调节池。可通过连接渠道或管道向渠道、前池或压力管道供水。新疆喀什二级水电站属于此类，是直接向压力管道供水的。设计布置调节池，应通过水力计算，查明各连接渠段、旁通渠(管)、连接或泄水建筑物的水力特征和相互关系。当调节池的水位变幅很大，且为引水渠道的正常运行所不允许时，可在调节池入口的上游渠道末端，或旁通渠道的末端，设置适当落差的跌坎(如跌水、带有陡坡或悬臂跌坎的溢流堰)，用以阻止这种水位变化向上游传播。这些建筑物应按前池内为最低水位时的最大流量设计。7水力设计7.0.1本规范适用于以发电为主的引水渠道。因此，水力设计和计算包括恒定流计算和非恒定流的涌波计算，并且，要针对引水渠道—前池系统所构成的水流系统来进行。对非自动调节渠道的泄水建筑物，其尺寸、高程等都应经水力计算确定，并应因地制宜对下泄水流布置适当的泄水、消能措施。对所采用的排沙方式和布置，应进行水力设计和计算，在满足排沙和布置要求的前提下，其泄流能力应有所控制；根据泥沙特性，要注意抗磨蚀措施，并应便于检修。7.0.2、7.0.3这里根据本规范适用于水电站引水渠道的特点，对设计流量给出了明确的规定。对有综合利用要求，或引水渠道、前池结合调节池布置时，在水力设计时应根据其用途、上下游关系和运用要求做出相应的计算，拟定合理的运行操作方式。以发电为主的引水渠道，不宜担负行洪要求。但有的情况下，例如在汛期上游水位变幅大，渠道进水口虽设有闸门，经论证确认有多余流量入渠，或有区间入流时，可视为校核工况，应通过水力设计和计算，并采取适当的工程措施，保证工程安全。7.0.4～7.0.6对引水渠道和前池的三个特征水位加以阐明。其中前池最低水位的确定方法，根据实际工程调查的资料，给出选择。对于寒冷地区，冬季为枯水期，如有排冰运行工况，需满足一定的流速要求，由此有相应的水位即设计频率枯水期的最小引水发电流量，渠道正常流动时的前池水位；对于非寒冷地区，前池最低水位可适当提高(渠道中出现壅水)，以利发电。无论什么情况下确定的最低水位，均须满足防止产生贯通式漏斗漩涡的最小淹没深度的要求。7.0.7引水渠道恒定流的水力设计和计算，乃是对由引水渠道和前池所组成的流动系统应做的一项基础性工作。通过计算确定渠道断面尺寸和各项水力要素，用以把握水流状况，确定各部位的水深、流速、水面高程，使引水渠道—前池系统在各种工况下运行功能可靠，安全经济。水电站引水发电系统的水流，是由渠道进水口、明渠引水系统、压力管道和水力机械组成的动态平衡系统，水力学条件是互相联系和制约的。就引水渠道系统而言，主要是水面线计算。计算范围是从渠道进水口至水电站进水口。对于渠道进水口而言，既有堰流、孔流的区别，又要确定来流与引水渠道水流间的衔接关系；在明渠流动中，既有沿程损失，又有局部损失，但并非所有的局部损失都会影响发电水头，而只表现在局部的水位变化量上。引水渠道中的水流为缓流，水面曲线计算的起点要依实际情况而定。当从上游向下游推算时，http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，40/46须与前池处的设计水位相吻合，否则要对水力要素做适当调整；当已知前池水位高程，也可从下游向上游推算，但渠道进水口前的水位应满足进水能力的要求。就整个流动系统而论，前池水位是受水轮机导叶的操作来维持或控制的，这就是压力系统与明渠缓流系统之间的联系与制约，从而构成了动态平衡系统。非自动调节渠道用侧堰溢流控制前池水位。设计时应根据工程的实际情况，选择控制工况做出系统的水力设计和计算。7.0.9、7.0.10电站突然甩负荷或增加负荷，都会在引水渠道—前池系统中产生非恒定急变流，形成涌波。其最高和最低涌波水位是确定堤顶高程和校验压力水管进水口最小淹没深度的依据。电站突然甩负荷可能由厂内事故或输电线路事故引起。事故的起因可能为设备故障，天然灾害(雷击、大风、冰冻、洪水)或运行操作不当。事故的规模可能形成全部或部分机组突然甩负荷。规范编制组成员访问福建、浙江、北京、东北一些中小型水电站时，了解到已建水电站出现突然甩全负荷的事故屡见不鲜，因此，条文中规定“假定水电站各机组均突然由满发流量减至零”。涌波控制措施一般有：在蜗壳上设减压阀；在厂房内设快速自动泄水道或自动水阻抗器等。转桨式机组和冲击式机组本身能延缓切断发电水流的速度，可用于控制涌波。涌波控制措施，可在水电站突然甩负荷时，使通向水电站的流量变化速度放慢，从而减小渠道中的正涌波。对于通航渠道，必须考虑涌波控制措施。这种情况下进行涌波计算，只能采用圣维南方程数值解法，才能考虑前池末端实际的发电流量随时间的变化。投入电力系统的水电站并非都有必要且有条件承担突然增荷的任务，因此在设计水电站时，应按电力系统要求是否要承担或承担多大容量的突然增荷任务，及其工作条件和所需时间。孤立运行的水电站应根据其电力负荷的组成情况，确定是否考虑突然增荷或其增荷容量，以此作为计算最低涌波的依据。8结构设计和地基处理8.1～8.4这里给出的结构设计原则、荷载及其组合以及稳定计算、强度计算，都与我国现行的SDJ21—78《混凝土重力坝设计规范》、SD341—88《溢洪道设计规范》相一致。并且适应多建于山区、丘陵地区的渠道引水式水电站，其建筑物应建立在稳定的基岩上，在条文内容上都是针对这样的条件来写的；少数平原、丘陵地区的建在土基上的工程，则应按SD133—84《水闸设计规范》有关规定执行。8.5本节内给出了地基处理设计的主要原则。承载能力包括地基变形沉陷量不超过容许值；抗滑稳定包括沿基岩接触面和软弱结构面的稳定；地基变形稳定是指地基的绝对沉降量和不同部位沉陷差值均在设计容许范围内；渗流控制指渗透稳定和控制渗流量。地基范围内的断层破碎带和软弱夹层等的处理，所涉及的问题和处理原则与重力坝、溢洪道基本相同，其处理措施应结合工程的条件，并参照类似工程经验，按SD341—88《溢洪道设计规范》的有关规定去做。防渗和排水系统的设计，应综合考虑两者的相互关系，明确区分各部位设施的作用。防渗和排水设施，一般情况下均应同时设置，以达到减少地基渗流量、降低扬压力、保证地基渗透稳定的目的。附录A(标准的附录)侧堰水力计算A.0.1在正文4.5.3条中，已根据调查资料给出了侧堰的水力边界条件；同时，调查表明，侧堰段大多为棱柱体渠道，且为矩形断面，而侧堰的试验研究资料也都是在矩形断面棱柱体渠道的条件下取得的，故本附录适用于满足上述水力边界条件的矩形断面棱柱体渠道。对梯形断面的棱柱体渠道可参考使用。A.0.2侧堰段的水流是相当复杂的三维流动，影响因素颇多，其中表征侧向出流角度和流速影响的η占有重要的地位。由于是三维流动，η值不仅沿侧堰长度方向各点不同，且沿水深方向也逐点各异。图4为η与侧堰分水比(Q＝Q/Q)间的关系；图5为K＝2β-η与堰首、末端弗劳德数的平均值Fr间的关系。可以看到点据相当分rLl散，而这些η值是根据实验资料用式(A1)反算得出的，实际上是某种均化值；同时也反映出η值绝非用某一个单个因素的简单关系所能表征的。图6和图7，其点据分散程度较低，是因为其中的h是侧堰段各断面的水深，反映了η值沿侧堰段各个断面的变化因素，但仍不能认为是反映了η值三维变化的客观现象，更何况还有其他边界条件的影响。但无论如何这些资料在反映η值变化规律方面具有良好的一致性，可供应用参考；附录中所建议的η值的取值范围也是依据这些资料给出的。此外值得注意的是，分流比大于或小于0.5，其侧堰段的流态有明显差异，这一现象为不同作者的系统试验所证实。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，41/46图4η～Q关系r图5K～r关系曲线A.0.3根据调查资料，非自动调节渠道一般设一道侧堰，且多设在前池内或靠近前池的渠道上。其控制工况是：电站甩满负荷水流稳定后(涌波已消失)，全部流量均从侧堰溢出。此时，侧堰下游渠道流量为零，即相当于侧堰分流比Q/Q＝1.0的情况。这里根据试验研究资料给出了简化的计算方法，是可以满足工程要求的，且L1与涌波控制相关联，应用简便可靠。A.0.4本条给出了设两道侧堰时的水力设计原则。只有正确的理解和把握这些原则，才能做出符合实际的设计。例如，设某引水渠道长2000m，机组引水流量Q＝60m3/s，渠道进水口的进流量84m3/s，为此在渠道进水p口后0＋180m～0＋200m处设一道长20m的侧堰，用以宣泄大于Q的24m3/s流量。前池内另设一道堰长80m的p侧堰。水力计算表明，第一道侧堰前渠道流量为84m3/s，相应的水深为3.2m，至第一道侧堰要宣泄24m3/s，其侧堰末端水深约为3.5m；第一道侧堰后的渠道流量为Q＝Q＝60m3/s，其相应的均匀流动水深为2.66m。由于p第一道侧堰要宣泄24m3/s就必需有一定的堰上水头，其堰后渠道内只能是以堰末水深3.5m起算的一条水面线，这段的水深必然要大于2.66m。据计算，至前池处的水深为3.65m。这时要保证机组引水流量Q＝60m3/s，第p二道侧堰不能溢水，其堰顶高程应按实际出现的水位(即保证第一道侧堰泄24m3/s的前提下)来确定。而不能按Q＝60m3/s均匀流动的水深2.66m来确定。相反，如果仅仅是60m3/s入渠，不需要设第一道侧堰，问题就简单了。因此，两道侧堰情况下，Q、Q、Q、Q的动态平衡还涉及到堰顶高程、渠顶高程的合理确定问题，oL1L2p都应通过水力设计和计算来确定。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，42/46图6Ucosφ/v～h/P关系图7v/Ucosφ～(h-P)/(h-P)关系11对侧堰水力学的研究，在国外始于20世纪30年代，至今每年仍有不少研究成果发表。由于问题的复杂性，任何水力计算方法只能是近似的；且各家研究的边界条件及分析方法不同，至今尚难以统一。本规范在编制过程中对这一问题做了专题研究，推荐了计算方法，并给出了可满足工程设计需要的在控制工况下的计算方法。但并不排除采用其他可满足工程要求的计算方法。同时强调对重要工程或布置条件复杂的工程宜进行水工模型试验。附录B(标准的附录)前池虹吸式进水口的设计B.0.1虹吸式进水口有矩形和圆形两种断面型式。根据工程资料和试验研究成果，这里给出了拟定各部尺寸的适宜范围。在实际工程中，上肢段(图B1中的1—1至2—2断面)的体型可根据需要合理布置。例如，当考虑拦污、清污、排冰、排沙等装置时，L段可适当延长，甚至方变圆的渐变段也可放在入口断面1-1之后。当上肢段采用钢板焊接或以钢板为内衬的钢筋混凝土的圆形断面，一般在入口段采用断面渐缩的圆锥形收缩段，其收缩角l/d≥0.6(l为圆锥形收缩段的长度，d为断面1—1的直径)时，根据试验研究建议选取β＝40°～60°，有的1111工程例如云南的迭水二级采用β＝23°。角度的大小主要涉及水头损失问题，但由于虹吸进水口的流速绝对值较小，水头损失值的差异常常不大，因之可视工程布置、施工条件等而合理拟定。总之，这里给出的是体型设计的一般适宜范围，设计时应根据工程的具体条件，参考已建工程经验，经论证比较确定。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，43/46图8S/h～Fr关系00B.0.2水电站虹吸式进水口与虹吸式溢洪道的区别主要在于喉道断面后的边界条件。对于水电站虹吸式进水口，其后为水电站的压力水管，流速是受到限定的。根据GBJ71—84《小型水力发电站设计规范》：“管内的经济流速，钢筋混凝土管，可采用2.5m/s～3.5m/s，钢管可采用3m/s～5m/s”。据此条件经分析论证，其最大负压值出现在喉道断面顶点a处，即计算公式(B1)。而根据试验研究和原型观测资料，式(B1)中的Σh值通常在w数量级上与p*/γ值相当，故而有简化公式(B4)。B.0.3入口上缘以上的最小淹没深度S，是防止产生贯通式漏斗漩涡的淹没深度。S值受水力及边界条件等诸多因素影响，给出准确的定量计算成果是困难的，常以控制断面弗劳德数Fr的函数的经验关系来表达。对所0论的虹吸式进水口，其喉道断面的Fr＝v/。我们利用国内的三个虹吸式进水口的原型资料，点绘S/h～Fr关0000系，见图8。SD303—88《水电站进水口设计规范》中所推荐的Gordon公式可化为S/h＝1.75Fr也一并绘于图800上。该图表明，国内的三个原型观测点位于S/h＝Fr线之下，Gordon公式更偏安全。因此，本规范建议用式00(B5)估算，即包括虹吸式进水口在内的渠道引水式电站进水口的最小淹没深度，都用该式估算，而对虹吸式进水口，其式(B5)右边的系数可取等于或大于1.0，这样便与SD303—88《水电站进水口设计规范》所推荐的公式相衔接。B.0.4这里介绍了四种虹吸的发动和断流装置或方法，通常人们会首先考虑用真空泵，比较可靠。但从技术经济比较来看，对于一个具体工程就有一个论证研究的问题，即采用真空抽气设备与闸门启闭设备之间有个技术经济比较问题，这也是虹吸式进水口推广上受到限制原因之一。因此，人们便研究开发出下面三种方法。1)自发动。发动过程如图9所示。1982年浙江省水利水电勘测设计院对长沼二级等四个电站进行了原型观测，自发动完全成功，并且得出结论：在自动形成虹吸启动中，对轴流式机组，由于水头低，空载流量较大，形成虹吸较快；而混流式机组，因空载流量较小，故而较慢。若在机组启动并网后立即带满负荷运行，可在4min～5min内迅速形成虹吸满管流，操作简便可靠。当真空破坏阀及操作管路系统的密封性较好，一般在停机14h～16h后，虹吸顶部仍能保持一定水位，再次启动机组只要直接开导叶就可并网运行。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，44/46图9虹吸式进水口自发动过程图(a)充水平压；(b)水轮机起动，压力水管水位下降；(c)管内形成水跃，水流挟气；(d)虹吸管顶部残留空腔；(e)空腔内空气被水流带走形成满管流2)水力真空控制装置。如图10所示。该装置由管路、射流泵和控制阀组合而成，具有形成和破坏真空两种功能。1—喉道；2—压力水管；3—进气管；4—补气口；5—堵口水位；6—功能管；7—转换阀；8—上升最高水位；9—吸入管；10—射流供水管；11—射流泵；12—排出管；13—控制阀；14—充水阀图10水力真空控制装置示意图真空形成原理及操作程序为：打开充水阀14、转换阀7，使压力水管内的气体由功能管6通过进气管3排出，待平压后关闭充水阀14和转换阀7；打开控制阀13，射流泵11就在压力管内水压力作用下开始工作，虹吸体内空气将由功能管6和吸入管9输至射流泵，通过排出管12排出，前池的水流也将进入虹吸体并逐渐上升高出前池水位；为使以后的真空破坏迅速可靠，当水位上升至功能管6以下，即最高水位8处时，水位继电器传出信息，使射流泵停止工作；随即压力水管内水流将通过吸入管9返回，便进气管3内水位上升与最高水位8齐平。至此http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，45/46抽真空的作业完成。真空破坏原理与操作程序为：电站正常运行时，转换阀7处于开启状态，进气管3内水位处于堵口水位5的位置(略低于前池水位)，当需紧急切断水流时，只要迅速开启控制阀13，射流泵11随即工作，抽吸吸入管9内的水流，使进气管3内水位大幅度下降，待补气口4露出，进气管3内空气随即进入功能管6至虹吸体1内，使之断流。3)水箱式抽气装置。工作原理如图11所示。操作程序为：依次打开阀门5、1、2、4，分别向压力水管和水箱充水，直至平压；分别关闭5、1、2三个阀门，打开阀门3，随着水箱内水位的下降便进行抽气，完成后关闭阀门3，便可开机运行。断流只需打开阀门5即可。阀3的出口宜淹没于水下；当出口为非淹没时，须使水箱内虚线水位至管出口间的高度大于箱内外压差。图11水箱式抽气系统图水箱容积，根据波义耳—马略特定律，并考虑安全系数K，按下式计算pV¶o=KV=KVmin1pa-ghB·¶(4)式中：p——当地大气压力(kN/m2)；aVo——虹吸发动前在平压水面以上的空腔体积(m3)；γ——水的容重(kN/m3)；h.——虹吸的设计负压值(m)，即式(B1)或式(B4)的h.a值；babK——安全系数，取1.1。上述三种方式，国内都有成功经验和原型观测资料。自发动方式，在浙江长沼二级等四个电站做了系统的原型观测；水力真空控制装置，在青海省曲库乎电站做了原型试验，一般认为水电站水头在15m以上即可利用上游来水形成射流，而无需其他动力源，且一台射流泵的造价约相当于真空泵的1/5～1/8；水箱式抽气装置，在四川省乐山市新林水电站运用是成功的，编制组成员曾赴现场调研。但目前从理论上对这三种方式进行系统深入的总结研究尚嫌不足。因此，在设计时应结合工程具体条件，参照已成工程的经验，经论证后合理选用。附录C(标准的附录)引水渠道恒定流水力计算C.0.1～C.0.3引水渠道恒定流的水力计算，属设计的基础性工作，本附录提供了一些常用的基本公式和数据，应用时要根据实际工程布置条件合理选用。恒定流水力设计和计算的基本要求和思路，已在7.0.7条及相应的条文说明中予以阐明；对于非自动调节渠道还应与附录A相结合。附录D(标准的附录)引水渠道系统的涌波计算D.0.1～D.0.5这里所列的一维圣维南方程适用于非恒定缓变流。随着计算水力学的发展，对于非恒定急变流http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn 水电站引水渠道及前池设计规范页码，46/46的涌波，采用适当的数值计算方法，满足相容性、收敛性、稳定性及耗散性也是可以求解的。按照目前的研究水平，求解自动调节渠道中的涌波变化过程是可以的。但对于有侧堰的非自动调节渠道，由于侧堰在恒定流条件下本身就是个复杂的三维流动，再加上非恒定状态的涌波通过侧堰，用一维方法去计算，只能取得近似的成果。用行进波方法进行涌波计算，理论上是上述方法的一种简化，其基本物理图案是符合实际的，因此，对于自动调节渠道也是可以应用的。对于有侧堰的非自动调节渠道也同样存在上述的问题。本规范在编制过程中对涌波计算做了专题的研究，在理论分析、试验研究和原型观测的基础上，对非自动调节渠道给出D.0.5中的简化处理方法，是可以满足工程要求的。但对重要工程或布置条件复杂的工程宜进行水工模型试验。http://www-lcdljx/bzhb/ZY/328/3281500.HTM2007-8-1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建ÿwww.fineprint.com.cn'