9 水利枢纽布置
水利枢纽布置
枢纽整体布置模型实验1）水利枢纽布置的基本原则有哪些？并简要介绍大源渡航电枢纽。
水利枢纽布置的基本原则：①保证建筑物在任何条件下正常工作②在满足建筑物跨度和稳定条件下，使枢纽总价和运行费较低③应考虑施工导流，方法，进度，使施工方便，工期短，造价低④各建筑物布置紧凑，充分发挥枢纽的效益。
⑤尽可能早时投产，提前受益⑥考虑远景规划，应对运行期扩大装机容量。
⑦枢纽外观与周围环境要协调，在可能条件下尽量美观。
大源渡航电枢纽：大源渡航电枢纽距衡阳市中心城区32km，是湘江衡阳至城陵矶439km千吨级航道的第一个以电养航的航电枢纽工程。
渠化衡阳至大源渡62km航道，改善航道120km。
大源渡航电枢纽为国家重点工程，集能源、灌溉、交通、旅游等多功能为一体，是我国第一个航电结合、以电养航、综合效益高的项目，交通部在内河进行“航电结合、以电促航”的试点项目[。
由国家支持、省里自筹、世界银行贷款部分投资构成，其中向世界银行贷款9000万美元，为中国内河支流改造之“最”。
工程包括大坝、电站、船闸等主体项目。
电站安装4台单机容量为万千瓦的发电机组，年发电量达6亿千瓦时，船闸室平面尺度为180×230米，能通过一顶2艘1000吨级顶推船队。
大源渡航电枢纽工程是湖南省交通行业实施“航电结合、以电促航”的试点、“九·五”期国家重点建设项目，也是我国内河航运建设首批利用世界银行贷款的项目。
大源渡航电枢纽项目总投资20.97亿元，位于湘江下游的衡阳市衡东县、衡山县分界处，主要建筑物包括船闸、电站、泄水闸和坝顶公路桥四部分。
其中船闸布置在湘江左岸，闸室有效尺度为180m×23m×3m（长×宽×门槛水深），设计年通过能力1200万吨；电站布置在右岸，安装4台单机容量30MW灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量120MW，多年平均年发电量5.85亿kWh。
项目建成后可利用大坝挡水抬高上游水位，形成库区航道，渠化了衡阳至大源渡62km 航道，同时利用水库库容调节下游流量，提高下游航道等级。
水工建筑物习题及答案
⽔⼯建筑物习题及答案⽔⼯建筑物习题第⼀套习题⼀、填空1.对⽔⼯建筑物进⾏设计计算时采⽤的荷载组合有两类，⼀类是_______________，属于_______________情况；另⼀类是_______________，属于_______________情况。
2.重⼒坝抗滑稳定验算时，计算单元可取为_______________或_______________，⽔闸闸室抗滑稳定验算时，计算单元是_______________,拱坝坝肩岩体稳定验算时，计算对象是由_______________⾯、_______________⾯、_______________⾯及_______________⾯所包围的_______________。
3.为了消除或抑制_______________对结构的不利影响，溢洪道的泄⽔槽在平⾯布置上应尽量做到：_______________、_______________、_______________。
4.隧洞灌浆包括_______________和_______________，其⽬的分别是_______________和_______________。
⼆、判断改正题，对者在[ ]内画√，错者在[ ]内画×，并在[ ]后改正。
1.重⼒坝深式⽆压泄⽔孔中⼀般设置⼀道通⽓孔，⽤于检修时补⽓和排⽓。
[ ]2.在地震作⽤下，重⼒坝上下游⾯的地震动⽔压⼒沿⽔深呈抛物线分布，其⽅向垂直于坝⾯。
[ ]3.由于拱坝属于⾼次超静定整体结构，坝体应⼒计算时，必须考虑温度荷载和地基位移的影响。
[ ]4.对粘性⼟坝坡或级配较好的砂性⼟坝坡，渗流溢出处可能会发⽣流⼟。
[ ]5.对侧槽式溢洪道，为保证溢流堰⾃由出流和迅速泄洪，侧槽和泄⽔槽的底坡均应⼤于临界坡度。
[ ]6.⽔闸地下轮廓线是指底板、板桩、铺盖、与地基的接触线，其长度称闸基防渗长度。
[ ]三、简答题。
1.根据溢流坝⾯曲线和基本△剖⾯确定溢流坝实⽤剖⾯时，有哪两种情况（可绘图解释）？2.对双曲拱⽽⾔，拱冠梁剖⾯设计包括哪些内容？3.在粘性⼟坝坡稳定分析中，⽤总应⼒法和有效应⼒法计算抗滑⼒分别如何进⾏？4.何谓正槽式河岸溢洪道？由哪⼏部分组成？需要怎样的地形条件？5.何谓有压隧洞？洞内闸门布置有何特点？为什么？6.平原地区⽔闸消能防冲设计的任务是什么？池深设计应满⾜什么要求？7.简述温升、温降对拱坝应⼒及坝肩稳定的影响？第⼆套习题⼀、填空1.⽔⼯建筑物应根据其级别规定各项设计标准及要求，如_______________、_______________、_______________等等，以达到即安全⼜经济的⽬的。
第9章 水工建筑物枢纽布置设计
第九章水工建筑物枢纽布置设计2、了解枢纽布置的原则§1水利枢纽设计阶段的划分1.1设计所需要的基本资料：自然地理；地质；水文；气象；社会经济；相关规程与规范。
1.2设计阶段的划分：预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图设计（原先：可行性研究报告、初步设计、招标设计和施工图设计）可行性研究报告阶段：论证拟建工程在技术上的可能性、经济上的合理性、以及开发次序上的迫切性。
包括以下内容：初拟主要水文参数，查清主要地质问题，选定工程地址；估算淹没补偿和对环境的影响；初定工程等别、建筑物级别，主要建筑物的形式、轮廓尺寸和枢纽布置方案，装机容量和机型；估算主要工程量，初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度；估算工程总投资，进行经济分析和评价，阐明工程效益。
初步设计阶段：包括确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别；选定各种特征水位；选定坝型、输水线路、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置；确定装机容量，选择机组型号和其他机电设备；确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施；提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量；论证对环境的影响及环境保护；进行经济分析，阐明工程效益。
招标设计阶段：合同文件和工程文件。
前者包括：投标须知和合同条款、合同格式和投标格式；后者包括技术规范和图纸。
施工祥图阶段：建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。
§2蓄水枢纽2.1坝址与坝型选择坝址、坝型选择和枢纽布置三者是互相联系的，不同的坝轴线可以选用不同的坝型和枢纽布置。
如河谷狭窄，地质条件良好，宜于修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可以修建重力坝或支墩坝；河谷复盖层厚或地质条件较差且土料含量丰富，宜于修建土石坝。
对同一条坝轴线，还可以考虑几种不同的坝型和枢纽布置方案。
在选择坝址、坝型和枢纽布置中不仅要研究枢纽附近的自然条件，而且还要考虑枢纽的施工条件、运行条件、总和效益、投资指标及远景规划等，这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。
水利工程枢纽布置
西安理工大学水利水电学院
张晓飞
三峡水利枢纽
二滩水电站－－1998年竣工 流域/地址：雅砻江/四川攀枝花； 坝型：双曲拱坝； 最大坝高：240m； 总库容：58.0亿m3； 总装机容量：330万kw。
锦屏一级水电站－－在建 流域/地址：雅砻江/四川； 坝型：双曲拱坝； 最大坝高：305m； 总库容：100亿m3； 总装机容量：300万kw。
图 3–62 连续式挑流鼻坝的水舌及冲刷坑示意图
反弧半径R＝（8～10）h，h为鼻坎上水深； 挑角：θ= 20°～25° 坎顶应高出下游水位以的1～2m为宜。 挑射距离L与最大冲刷坑深度做为指标，一般要求
L/tk >2／ .5～5.0。
③底流 设计主要内容：池长计算、尾坎高计算、护坦结构计算。
（四）泄水孔 1.泄水孔进口高程确定：根据承担任务设置。 泄水孔分中孔、深孔、底孔。其中，中孔和深孔承担泄
板堆石坝、沥青防渗心墙（斜墙）土石坝等。 （二）土坝枢纽泄水建筑物布置
泄水建筑物一般由溢洪道和隧洞组成。
溢洪道布置位置在岸边，有正槽和侧槽两种布置形式。
溢洪道布置尽量利用垭口地形（如铜钱坝）；堰顶高程 一般较高，主要任务为泄洪。
隧洞任务有泄洪、排沙、放空水库等，故其布置高程需 根据其承担任务设置，其中排沙及放空水库隧洞进口高程 较低。
二、土石坝
（一）大坝设计
大坝设计内容主要有： 计算部分：坝顶高程计算、渗流分析（计算浸润线）和 大坝稳定分析等。 构造设计：坝顶、防渗体、上下游护坡、排水结构等。 需要特别注意问题： 1. 坝顶高程需满足两个条件：一是坝顶高程要求高出正 常蓄水位0.5m，二是坝顶高程要求高于校核洪水位。 2.粘土防渗墙顶高程：心墙高于正常水位0.6～0.3m， 斜墙高于正常水位0.6～0.8m；
引水枢纽的布置
△H
淤积 Ⅰ dB （b）
侧压力 （a） 表层流
离心力 （c） 底层流
合力
图 11－1 弯道环流示意图
第九章 取水枢纽的布置
（2）表层取水，底层排沙（底部冲沙廊道式） （3）壅水沉沙（沉沙槽式） （4）滤沙取水（底栅式） 三、取水枢纽的工作特点 （1）无坝取水 受河水涨落、泥沙淤积及河床变迁的影响大 （1）有坝取水 1）壅水坝上游的淤积问题 2）壅水坝下游的初期冲刷、后期淤积问题 解决办法：1）合理选择渠首位置；2）正确处理取水与排沙的关系； 3）必要的河道整治。 四、渠首位置的选择 应综合考虑地形、地质、洪水特性、含沙量及河床演变规律等
渠首采取正面泄洪，底层排砂，上层侧向引水形式。设有泄洪闸6孔， 总宽度67.5米,设计流量500秒立方米。两岸进水闸共3孔,每孔宽10米。其 左岸(墨玉县)2孔,右岸(和田县)1孔,设计引水流量分别为120和50秒立方 米。闸门启闭由电脑自动控制。该工程完成土石方81.7万立方米,浇筑混 凝土和钢筋混凝土3.26万立方米,砌石2万余立方米。远远望去，高达16米 多的钢筋混凝土渠首工程巍巍壮观。喀拉喀什河渠首担负着两岸近90万亩 耕地的灌溉和数十万人畜用水的引水任务。
路
公
（二）多首制渠首
• 在不稳定多泥沙河流上，尤其是山麓性 的河流，采用一个取水口时，常常由于 泥沙淤积而不能引取所需的水量，严重 时甚至不能引水，在这种情况下可采用 多首制渠首。
引水渠 沉沙池 干渠
泄水渠
排沙渠
第九章 取水枢纽的布置
第三节 有坝取水枢纽的布置
一、组成：壅水坝（拦河闸）、进水闸、防沙设施（沉沙槽、冲沙闸、冲
（a)正面取水，侧面排沙布置示意图；（b）正面排沙，侧面取水布置示意图
水利工程枢纽布置
1.入库洪水过程线：Q~t曲线 （1）资料直接给出设计标准的洪水过程线； （2）资料给出典型洪水过程线 可采用同倍比方法将典型洪水过程线放大至设计洪 水过程线及校核洪水过程线。 放大比例=Q设计/Q典型
安康水电站
（2）坝身泄水孔布置
☆承担排沙任务的泄水孔应靠近发电（灌溉、供水）进 水口，其进口高程是枢纽泄水建筑物中位置最低的；
☆其他泄水孔的位置根据泄洪要求而定。 ☆枢纽泄水建筑物由溢流坝及泄水孔共同承担，则一般 溢流坝布置于河床中央，泄水孔布置于溢流坝侧。
二、土石坝枢纽布置 （一）大坝的布置形式。 大坝布置于河床中央。 坝型有均质土坝、粘土均质坝、粘土斜墙坝、混凝土面
2.单宽流量q设选取:
单宽流量的选取与地质条件有关： 一般软弱岩石： q=30～50m3/（s·m）； 较好岩石： q=50～70m3/（s·m）； 坚固岩石： q=70～130m3/（s·m）；
3.泄水宽度设计: 单孔孔口宽：一般情况：b＝（8～16）m；当有排浮
要求时，可加大到（18 ～ 20）m。
二、土石坝
（一）大坝设计
大坝设计内容主要有： 计算部分：坝顶高程计算、渗流分析（计算浸润线）和 大坝稳定分析等。 构造设计：坝顶、防渗体、上下游护坡、排水结构等。 需要特别注意问题： 1. 坝顶高程需满足两个条件：一是坝顶高程要求高出正 常蓄水位0.5m，二是坝顶高程要求高于校核洪水位。 2.粘土防渗墙顶高程：心墙高于正常水位0.6～0.3m， 斜墙高于正常水位0.6～0.8m；
3.面板堆石坝的防浪墙与面板 连接问题：分缝至防浪墙顶； 止水结构至防浪墙顶水位以 上；
经典：水利工程枢纽布置
安康水电站
（2）坝身泄水孔布置 ☆承担排沙任务的泄水孔应靠近发电（灌溉、供水）进
水口，其进口高程是枢纽泄水建筑物中位置最低的； ☆其他泄水孔的位置根据泄洪要求而定。 ☆枢纽泄水建筑物由溢流坝及泄水孔共同承担，则一般
溢流坝布置于河床中央，泄水孔布置于溢流坝侧。
二、土石坝枢纽布置 （一）大坝的布置形式。 大坝布置于河床中央。 坝型有均质土坝、粘土均质坝、粘土斜墙坝、混凝土面
图 3–56 WES 型堰面曲线
② 下游段曲线b～c）：当坝体上游面为铅直时：
x1.852.0Hd0.85y
式中：Hd——定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水
4．环境影响
（1）对上游淤积、淹没、浸没和下游河床演变、水文条件以及 水温、水质等的作用和影响；
（2）减少水库淤积，延长水库寿命。措施：汛期利用泄水和取 水建筑物进行冲沙。
（3）美化枢纽周围的环境，发展旅游。
第三节 不同类型枢纽布置的一般原则
一、重力坝枢纽布置原则 （1）溢流坝布置
☆ 尽可能布置在河床中央； ☆ 尽可能采用开敞式溢流孔（溢流坝）； ☆ 泄洪建筑物在平面上的布置不应影响电站、取水建筑物、 船闸等正常运行的要求。
瀑布沟水电站 流域/地址：大渡河/四川； 坝型：心墙堆石坝； 最大坝高：186m； 总库容：51.7亿m3； 总装机容量：330万kw。
糯扎渡电站枢纽由心墙堆石坝、左岸溢洪道、左 岸引水发电系统等组成。
玉 带 河
铜钱坝水库枢纽布置图
∶
河
带
基西
玉
①
① 基西
①
草房
草房
① ①
①
①
①
耕
河
-
地
带
玉
水利枢纽布置
水利枢纽布置第一节水利枢纽布置一、水利枢纽设计的任务一般水利枢纽设计可分为初步设计和技术设计及施工图设计两个阶段。
（一）初步设计阶段的主要任务是：1、选择合理的坝址、坝轴线和坝型2、通过方案比较选出最优的枢纽布置方案3、确定工程和建筑物的等级标准、主要建筑物的型式、主要尺寸和布置4、选择水库的各种特征水位；选择电站装机容量、电气主接线方式及主要机电设备5、提出水库移民安置规划6、选择施工导流方案和进行施工组织设计7、提出工程总概算，阐明工程效益。
（二）技术设计及施工图设计阶段的主要任务1、根据批准的初步设计进行建筑物的结构设计和细部构造设计2、进一步研究地基处理方案3、制定详细的施工方案和施工技术措施，编制详细的施工组织设计、施工进度计划和施工预算等二、坝址和坝型选择1、地质条件：地质条件是坝址、坝型选择的重要条件。
2、地形条件：不同的坝型对地形的要求不一样。
3、建筑材料：坝址附近应有足够数量符合要求的建筑材料。
4、施工条件：要便于施工导流，坝址附近应有开阔地形，便于布置施工场地；距交通干线较近，便于交通运输。
5、综合效益：要综合考虑防洪、灌溉、发电等各部门的经济效益对环境的影响等。
三、水利枢纽布置（一）枢纽布置的一般原则1、枢纽布置应保证各建筑物在任何条件下都能正常工作。
2、在满足建筑物的强度和稳定的条件下，使枢纽总造价和年运行费较低。
3、枢纽布置应使施工方便、工期短、造价低。
4、枢纽中各建筑物布置紧凑，充分发挥枢纽的综合效益。
5、尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前受益6、考虑枢纽的远景规划，应对远期扩大装机容量、大坝加高、扩建等留有余地。
7、枢纽的外观与周围环境要协调，在可能的条件下尽量注意美观。
（二）枢纽布置方案的选择进行方案选择时，通常对以下项目进行比较：1、主要工程量：如钢筋混凝土和混凝土、土石方、金属结构、砌石等各项工程量。
2、主要建筑材料：如钢筋、钢材、水泥、木材、砂石、沥青、炸药等材料的用量。
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第九章水利枢纽布置
第一节水利枢纽布置
一、水利枢纽设计的任务
一般水利枢纽设计可分为初步设计和技术设计及施工图设计两个阶段。
（一）初步设计阶段的主要任务是：
●选择合理的坝址、坝轴线和坝型
●通过方案比较选出最优的枢纽布置方案
●确定工程和建筑物的等级标准、主要建筑物的型式、主要尺寸和布置
●选择水库的各种特征水位；选择电站装机容量、电气主接线方式及主要机电设备
●提出水库移民安置规划
●选择施工导流方案和进行施工组织设计
●提出工程总概算，阐明工程效益。
（二）技术设计及施工图设计阶段的主要任务
●根据批准的初步设计进行建筑物的结构设计和细部构造设计
●进一步研究地基处理方案
●制定详细的施工方案和施工技术措施，编制详细的施工组织设计、施工进度计划和施工预算等
二、坝址和坝型选择
●地质条件：地质条件是坝址、坝型选择的重要条件。
●地形条件：不同的坝型对地形的要求不一样。
●建筑材料：坝址附近应有足够数量符合要求的建筑材料。
●施工条件：要便于施工导流，坝址附近应有开阔地形，便于布置施工场地；距交通干线较近，便于
交通运输。
●综合效益：要综合考虑防洪、灌溉、发电等各部门的经济效益对环境的影响等。
三、水利枢纽布置
（一）枢纽布置的一般原则
●枢纽布置应保证各建筑物在任何条件下都能正常工作。
●在满足建筑物的强度和稳定的条件下，使枢纽总造价和年运行费较低。
●枢纽布置应使施工方便、工期短、造价低。
●枢纽中各建筑物布置紧凑，充分发挥枢纽的综合效益。
●尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前受益
●考虑枢纽的远景规划，应对远期扩大装机容量、大坝加高、扩建等留有余地。
●枢纽的外观与周围环境要协调，在可能的条件下尽量注意美观。
（二）枢纽布置方案的选择
进行方案选择时，通常对以下项目进行比较：
●主要工程量：如钢筋混凝土和混凝土、土石方、金属结构、砌石等各项工程量。
●主要建筑材料：如钢筋、钢材、水泥、木材、砂石、沥青、炸药等材料的用量。
●施工条件：主要包括施工期、机械化程度、劳动力状况、料场位置、交通运输等条件。
●运用管理条件：发电、通航、泄洪、灌溉等是否相互干扰，建筑物和设备的检查、维修和操作运用、对外交通是否方便，人防条件是否具备等。
●建筑物位置与自然界的适应情况：地基是否可靠，河床抗冲能力与下游的消能方式是否适应等。
●经济指标：主要比较分析总投资、总造价、年运转费、淹没损失、电站单位千瓦投资、电能成本、灌溉单位面积投资以及航运能力等综合利用效益。
上述比较的项目中，有些项目是可以定量计算的，但有不少项目是难以定量计算的，这样就增加了方案选择的复杂性。
因此，应充分掌握资料，实事求是，进行方案选择。
第二节水利枢纽布置实例
一、重力坝枢纽布置
以丹江口水利枢纽的布置为实例讲述。
丹江口水利枢纽工程布置图
二、拱坝枢纽布置
以李家峡水电站枢纽布置为实例讲述。
李家峡水电站平面总布置
①—双曲拱坝；②—双排机厂房；③—泄水道；④—尾水渠；⑤—出线站；⑥—消力塘
三、土石坝枢纽布置
以小浪底水利枢纽工程布置为实例讲述。
小浪底水利枢纽总布置
四、取水枢纽布置
以韶山灌区洋潭引水枢纽布置为实例讲述。
韶山灌区洋潭引水枢纽平面布置图
1—导航堤；2—机房；3—斜面升船机；4—重力坝；5—泄洪闸；
6—溢流坝；7—水电站；8—土坝；9—洋潭支渠进水口；10—进水闸。