第二节水利水电枢纽工程及水工建筑物_水工建筑物（第二版）-QQ阅读男生玄幻网

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第二节水利水电枢纽工程及水工建筑物

一、枢纽功能要求及枢纽布置

水利水电枢纽工程是由不同类型的水工建筑物构成的综合体，用以控制和调配水流。水利水电枢纽工程中，大坝、泄水建筑物、引水系统及发电厂房是其主要建筑物。在多泥沙河流上，为了减少水库淤积，防止有害泥沙进入水轮机和淤堵进水口，需要设置冲沙、排沙建筑物；在通航、漂木河流上还需要设置过坝设施，如船闸、升船机、过木道等；在有回游鱼类的河流上需要设置过鱼设施，如鱼道、升鱼机等，这些都属于专门性建筑物。另外，在水利水电工程施工中，还需要有导流建筑物，如围堰、导流洞、导流明渠等临时建筑物。

水利水电枢纽工程可以集中水流的落差，具有发电、泄洪、蓄水、供水、排沙以及过船、过木、过鱼等功能，根据水资源综合利用要求，还可兼顾防洪、灌溉、城镇和工业供水、航运、生态环境保护、旅游、水产养殖和其他综合利用要求。以抽水蓄能发电为目的的建筑物群也属于水利水电枢纽范畴。抽水蓄能电站必须设置上、下两个水库，抽水发电厂房布置在上、下水库之间，上水库和下水库由输水系统连接。在引水式水利水电枢纽工程中，如果引水隧洞或尾水隧洞过长，按照设计规范的要求，还需要设置上游调压井或下游调压井，以保证水轮发电机组安全稳定运行。

河流开发规划规定枢纽开发任务。根据枢纽开发任务和建设条件，确定枢纽功能要求。枢纽功能确定之后，枢纽布置或枢纽建筑物布置是水利水电枢纽工程设计研究的首要任务。枢纽布置要因地制宜、扬长避短、协调紧凑，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，有利于施工布置、节省投资和缩短工期，除此之外，枢纽布置研究还要注意以下几个方面的问题。

（1）在大江大河上，首先要选择泄洪和导流的布置方式，它往往是确定枢纽布置的重要影响因素。

泄水建筑物的布置既要具有足够的泄水能力，还要有利于上、下游泄洪水流与河道水流的衔接，妥善解决水库防淤排淤及下游消能、防冲、回流淘刷及下游泥沙淤积等问题，避免对岸坡和其他建筑物的正常运行造成不利影响。

枢纽布置研究中，要考虑临时导流建筑物与永久水工建筑物的协调，研究导流建筑物改造利用的可能性，包括导流建筑物改建为枢纽永久建筑物。枢纽永久建筑物的布置也要考虑与施工导流建筑物相结合的可能性。

（2）发电厂房宜布置在对外交通和出线方便的地方。对于混凝土坝枢纽，发电厂房宜布置在河床坝段下游，称为坝后厂房。当河床宽度不足，或为了避免施工干扰，或为了更多地利用水头等目的，也常采用岸边厂房或地下厂房。

（3）过坝设施，如船闸、升船机等通航建筑物，宜布置在对上、下游航道水流条件有利，且方便停泊的一岸。为了避免施工与运行上相互干扰，过坝设施应尽量与发电厂房进水口或尾水出口分开布置。

（4）冲沙建筑物要结合泥沙淤积研究成果，并考虑防淤排淤的要求加以布置。冲沙孔的布置要能冲走进水口前的淤沙，保持电站进水口“门前清”。对汛期多泥沙河流，为了减少水库泥沙淤积，泄水建筑物的布置要能保证水库在汛期排沙低水位运行。

各枢纽建筑物有时可以相互结合或重叠布置，如一洞多用，兼做泄洪、导流、放水、冲沙、发电引水或尾水等；泄水建筑物与发电厂房重叠布置在河床坝段，可以克服因坝址狭窄，布置水工建筑物前缘不足的困难，并可减少工程量，但这种布置，会使导流、度汛较复杂，施工干扰较大。

水电站类型分为常规水电站和抽水蓄能水电站两类，相应有常规水电站枢纽和抽水蓄能电站枢纽。常规水电站枢纽按照积聚水头的方式，分为坝式、引水式和混合式三类。按照发电厂房的布置形式，抽水蓄能电站枢纽的布置型式分为地下式、井式、地面式等类型。

（一）常规水电站

1.坝式水电站

按坝型分为混凝土坝、土石坝以及土石坝与混凝土坝的混合坝型三类。坝式开发的水电站枢纽建筑物一般集中在坝址区。

（1）混凝土坝枢纽。坝身可布置泄水、发电进水口、冲沙孔等建筑物。枢纽中泄水建筑物和发电厂房的位置和型式有各种不同的组合。图1-2所示的四川雅砻江二滩水电站枢纽是混凝土拱坝枢纽布置的典型工程，图1-3所示的长江三峡水利枢纽是混凝土重力坝枢纽布置的典型工程。

（2）土石坝枢纽。按照所处河段位置分为顺直河段上的枢纽和弯曲河段上的枢纽，前者泄水建筑物和发电厂房等沿岸顺河向布置，一般导流、泄水、引水系统等建筑物线路较长，枢纽建筑物布置比较拥挤，在地质条件允许时多采用地下厂房，代表性工程有黄河小浪底水利枢纽［图1-4（a）］；后者利用河弯形成的河间地块布置引水发电或泄水、导流建筑物，代表性工程有甘肃白龙江碧口水电站［图1-4（b）］。

图1-2 四川雅砻江二滩水电站枢纽布置图

1—厂房进水口；2—主厂房；3—主变室；4—左岸公路；5—2号尾水洞；6—1号尾水洞；7—进厂交通洞

图 1-3 长江三峡水利枢纽布置图

（3）土石坝与混凝土坝的混合坝枢纽。适合于宽河谷坝址，利用河床混凝土坝段布置泄水建筑物、引水系统、发电厂房等，例如巴西伊泰普（Itaipu）水电站枢纽、江西赣江万安水电站枢纽、海南昌化江大广坝水电站枢纽。土石坝和混凝土坝的连接有混凝土翼墙和混凝土刺墙等方式。图1-5所示的湖北丹江口水利枢纽是土石坝与混凝土坝的混合坝枢纽布置的典型工程。

图1-4 土石坝枢纽布置图

（a）小浪底水利枢纽；（b）碧口水利枢纽

图1-5 湖北丹江口水利枢纽布置图（高程单位：m）

2.引水式水电站

枢纽建筑物包括首部建筑物和厂区建筑物两部分。一般首部建筑物与厂区建筑物相距较远，中间由引水建筑物（引水隧洞、引水明渠、引水明管）连接。首部建筑物一般包括拦河闸坝、进水口、冲沙闸、沉沙池等建筑物。厂房区建筑物包括调压井（或压力前池）、压力管道（隧洞）、发电厂房、变压器场、开关站、尾水渠（隧洞）等。引水式水电站枢纽，按引水建筑物内水流是有压流或明流，分为有压引水式和无压引水式两类。

（1）有压引水式。引水隧洞内为有压水流，末端设调压室，下接压力管道（隧洞）。首部建筑物分为有水库调蓄和无水库调蓄两种。前者多建有较高的拦河坝，上游形成有调蓄能力的水库，不需设沉沙池，进水口附近设有冲沙底孔，如鲁布革水电站枢纽；后者多建拦河闸坝或较低的溢流坝，上游不能形成有调蓄能力的水库，一般设有沉沙池，进水口附近设有冲沙闸，如渔子溪一级水电站枢纽。

（2）无压引水式。引水明渠或引水隧洞内的水流为明流，末端设有压力前池，下接压力管道。首部建有拦河闸或较低的溢流坝，进水口一般为开敞式。一般设有沉沙池，如南桠河二级水电站枢纽。

3.混合式水电站

枢纽首部与厂房区一般相距不很远，多利用河弯修建引水隧洞，以获得一定的水头，首部建有相对较高的拦河坝，不设沉沙池，如矶头水电站枢纽。

（二）抽水蓄能电站枢纽

抽水蓄能电站枢纽建筑物，从上游向下游依次是：①上水库；②进（出）水口；③引水道和上游调压室；④压力管道；⑤抽水发电厂房；⑥尾水管道（隧洞）和尾水调压室；⑦出（进）水口；⑧下水库。

上、下水库一般在河流或沟谷筑坝形成。除设有进（出）水口外，还设有泄水、冲沙等建筑物。当水库集雨面积较小、洪水径流不大时，也可不设泄水、冲沙建筑物。上、下水库需根据地质条件做好坝基、库坡和库底的防渗处理。上游调压室及尾水调压室的设置，根据抽水蓄能电站对水力机械过渡过程条件的要求确定。

抽水蓄能电站厂房的布置形式多为地下式，如广州抽水蓄能电站、浙江天荒坪抽水蓄能电站、北京十三陵抽水蓄能电站等。除上、下水库设在地面外，整个引水系统及厂房均布置在地下，变压器场及开关站也多布置在主变洞内。为了防止空蚀，抽水蓄能电站机组淹没在水下的深度很大。因此当地质条件适宜时，发电厂房布置在地下，常常是比较有利的。按厂房在引水系统中的位置（靠近上水库、中部或靠近下水库），可分为首部式、中部式、尾部式3种厂房布置类型。

当地形、地质条件允许时，抽水蓄能电站也可布置在靠近下水库的竖井中或地面上，分别称为井式和地面式。

二、水工建筑物及其特点

水利水电枢纽工程中受水作用的建筑物统称为水工建筑物，作用在水工建筑物上的水体或静止或流动，或有侵蚀性或无侵蚀性。水的作用主要为力的作用，包括：静水压力、动水压力、浪压力、冰压力、渗压力、浮托力等。此外还有其他物理的和化学的作用，包括：水流的空蚀、磨蚀、冲刷，水的冻融循环，渗流对岩土内部的冲刷和化学溶蚀及淤塞，侵蚀性水对建筑物的侵蚀作用等。水工建筑物还承受自重、土压力、温度、地震等作用。

水工建筑物类型按其用途可分为一般性（通用性）水工建筑物和专门性水工建筑物。一般性（通用性）水工建筑物按其功能可分为具有拦截水流、壅高水位功能的挡水建筑物，如坝、水闸、河床式水电站厂房及堤防等；控制或无控制地泄放具有势能的水流的泄水建筑物，如溢流坝、岸边溢洪道、泄洪隧洞等；承担从水源取（引）水的取（引）水建筑物，如进水闸、电站引水系统（坝身引水或管道引水）、引水隧洞等；还有由水源向电站厂房、城镇、工矿、农田等用水部门输送水流的输水建筑物，如渠道、隧洞、涵洞、管道等；以及河道整治建筑物，如护岸工程、导流堤、丁坝等。专门性水工建筑物有水力发电建筑物、航运建筑物、灌溉建筑物、防洪建筑物、渔业建筑物等。

水工建筑物按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物。前者在工程运用期间长期使用，后者只在永久建筑物施工或检修期间使用。永久建筑物按其在工程中的重要性又可分主要建筑物和次要建筑物，前者失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益，如大坝、发电厂房等；后者失事后不致造成严重影响。

水工建筑物按其主要建筑材料可分为混凝土、砌石、土石、金属材料等类型。

水工建筑物承受水的各种作用，并受洪水影响，其工作条件在很大程度上受地形、地质、水文等自然条件的制约，且多处于水下或水流中，损坏后不易修复，因而要因地制宜地根据具体条件加以设计，一般要求有较高的可靠度。

水工建筑物，如大坝、泄水建筑物等往往对自然环境和社会发展有很大的影响，对于不利影响方面，应该研究和确定相应的减免措施。

在河、湖、海等水域中施工，需导流和排干施工基坑或在水下施工，一般工程量巨大，常需机械化作业，因此水工建筑物的设计要考虑施工条件。

设计水工建筑物需根据规程规范，按建筑物的重要性、级别、结构类型、运用条件等，采用相对应的洪水标准及其他设计安全标准，确保建筑物设计的安全可靠性。

水工建筑物布置、结构型式、地基及其边坡工程设计，一般均需要进行多方案的技术经济比较，择优选取设计方案，在保证工程设计安全的前提下，力求方便施工、易于管理、节省投资。

三、水利水电枢纽工程等级及其安全设计标准

水利水电枢纽工程按照其规模、效益和在国民经济中的重要性分为5等。水利水电枢纽工程中的水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为5级。对不同等别的水利水电枢纽工程，在下列方面有不同的要求：①抵御洪水能力，如洪水标准、安全超高等；②抗震设防能力，如抗震设计标准、抗震措施等；③强度和稳定性，如建筑物的材料强度和抗滑稳定安全系数、限制裂缝的要求等；④建筑材料，如品种、质量、耐久性等；⑤运行可靠性，如建筑物各部分尺寸裕度大小和设置观测设备等。

目前中国有两套水利水电枢纽工程等级规范，分别介绍如下。

1.SL 252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》

水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性按表1-2确定。

表1-2 水利水电工程分等指标