11水工概论-第三章.

第三章水利水电枢纽本章内容：第一节水利枢纽第二节水工建筑物第三节枢纽布置第一节水利枢纽一、水利枢纽及其特性水利枢纽是由不同类型水工建筑物构成的综合体。水利水电枢纽是指以水力发电为主的水利枢纽（水利水电工程）。水利枢纽按其作用、水头、规模等进行分类。水利枢纽总体布置方案的合理性与工程造价、施工工期及管理运行的关系很大，需要经过多方案设计，并经过充分论证比较后确定。水利枢纽建成后，对周围的环境、自然状况以及社会生活都会发生重大影响。一个大型工程可能使周围环境发生巨大的变化。(一)对上游的影响水利枢纽的拦河大坝形成水库后，除了能发挥蓄丰补枯、水力发电、农业灌溉、工业和民用供水、改善通航条件效益外，也可能产生一些其他影响。库水位抬高---造成大范围淹没---使库区居民失去生活居所和生产场所----产生大批移民。如，长江三峡工程的总移民人口达84万多人。人库水流流速减小----泥沙淤积（库首门口）---上游河道回水上涨。黄河三门峡建成初期，因泥沙淤积造成上游渭河等支流口门堵塞，从而抬升了这些河流的水位，形成新的不利淹没。后来增设冲砂孔，改变水库运行方式，问题才得到解决。水库蓄水后---库区周边地区的地下水位升高---导致农田受涝、盐碱化、沼泽化。同时可能引起局部小气候发生变化，如全年可能增加雾天出现的天数，增加降水量等。水库蓄水后---改变了库区的地应力---可能引起库岸坍塌、诱发地震。其次改变生态环境，水流流速降低后，改变了某些鱼类生存、徊游的天然状况。当然，水库又能为某些非徊游性鱼类提供生存环境。广东新丰江水库，坝高105m，1959年10月20日开始蓄水。1962年3月9日发生6.1级地震，震中位于库首与坝下游约1公里间。湖北丹江口水库，坝高97m，1967年11月开始蓄水，1970年1月初发地震，1973年11月29日发生4.7级地震，震中位于水库上游宋湾峡谷。(二)对下游的影响水库蓄水后---可调节流量---为下游河道提供较为稳定的流量，对航运、灌溉有利；水库的调蓄能力大大提高下游防洪能力；水库拦截泥沙，下泄清水刷深河床，对桥梁、堤岸有不利的一面。(三)对社会经济的影响大型水利枢纽工程的建设能带动周围经济发展。大型水利水电枢纽投资大，效益好，建设期间可以给当地提供就业机会，刺激当地的相关配套产业发展，改善当地的交通、通讯等基础设施建设。工程建成后，往往成为当地的龙头产业。如黄河三门峡市、汉江丹江口市、长江宜昌市等。上游库区风景秀丽，可发展旅游事业。如浙江新安江水库建成后，上游库区形成千岛湖著名旅游景点。第二节水利水电枢纽的组成和类型三、水利水电枢纽的等级不同规模的水利水电工程在国民经济中的重要性是不同的，工程失事后的影响程度也是大相径庭。设计时，采用与工程规模相适应的设计标准，可以在工程安全运行的前提下，使工程建设的投资更经济。例如，丹江口工程和三峡工程位于特大城市武汉和著名的农业基地江汉平原的上游，工程一旦失事，可能造成江汉平原，洞庭湖平原、武汉地区等地淹没，其损失在国民经济中不可估价。如果在建设中对所有工程采用同一个设计标准，前者可能存在较大的不安全因素，后者则可能造成某些浪费。将不同的水利水电枢纽按其工程的规模、效益以及在国民经济中的重要性分成不同的等别，采用与之相适应的设计洪水标准和设计安全系数，从而使工程建设达到安全、经济的目的。水利部2000年颁布的(水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000将不同的水利枢纽划分为五等。在综合利用的工程中，综合比较各项规模指标，取其中达到的最高等别为整个枢纽的等别标准。特殊工程在论证的基础上，可以提高一等或降低一等。确定水利水电枢纽的等级---确定不同建筑物的级别。不同等别的水工建筑物有不同的洪水标准。山区丘陵地区和平原地区的洪水特征和运用条件有所不同，洪水标准也有所不同。第三节水工建筑物为了满足防洪要求、获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流适宜地段修建各种不同类型的建筑物，用来控制和支配水流，这些建筑物统称为水工建筑物。集中建造的几种水工建筑物配合使用，在运行中彼此相互配合，形成一个有机的综合体，称为水利枢纽。一、水工建筑物的特点１、受自然条件约束2、受水的影响大3、施工复杂4、失事后果严重二、水工建筑物的分类(一)按其作用分类水工建筑物可以分为挡水建筑物、泄水建筑物、取水、输水建筑物、整治建筑物和专门建筑物五类1、挡水建筑物用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种材料和类型的坝和水闸，以及为防御洪水或阻挡海潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。2、泄水建筑物用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。小浪底泄水取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如引水隧洞的进口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。3、取水、输水建筑物拱式渡槽输水建筑物是为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。4、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，以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷。5、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、电站厂房等。(二)按其使用时间长短分类1.永久性建筑物枢纽工程运行期间长期使用的建筑物。按其重要性分为：a、主要建筑物。指建筑物一旦失事后，将造成下游毁灭性灾害，或严重影响工程效益的建筑物。如拦河大坝、泄水建筑物等b、次要建筑物。指建筑物失事后不会形成严重灾害和效益损失，或易于恢复的建筑物。如下游导流墙，灌溉支渠等建筑物。2.临时性建筑物临时性建筑物是枢纽工程在建设期间使用的建筑物，往往在工程建成后拆除。如，导流隧洞、围堰等。三、水工建筑物的分级建筑物按其所属枢纽的等别、建筑物在枢纽中所起的作用和重要性进行分级，分为五级。级别不同的要求：(1)抵御洪水能力(2)强度和稳定性。(3)建筑材料。(4)运行可靠性。第四节枢纽布置枢纽布置是研究枢纽中各个水工建筑物之间的相互位置。枢纽布置包括坝址选择、坝型选择和枢纽布置。枢纽布置没有固定模式，一般按以下布置原则和要求:1、在一个枢纽中，为各兴利部门修建的水工建筑物有其不同的要求，枢纽布置的任务是将它们有机地组合在一起，共同完成各自的任务。当不同水工建筑物在布置上有矛盾时，应就重避轻，趋利避害。如在狭窄河谷，采用坝后式水电站可能发生厂房与泄水建筑物争河床的问题。枢纽布置时，可将泄水建筑物布置在河床中央，满足下泄水流要求，以确保大坝安全。这时，水电站厂房靠岸边布置，适当增加开挖工程量，也可将水电站厂房布置成地下式厂房或厂房顶挑流等。2、在满足建筑物稳定和强度的前提下，使工程总造价和年运转费最省。3、工期等因素的影响。4、尽可能使枢纽在尚未完全建成的情况下，使部分建筑物提前发挥效益，如提前发电。以下介绍几种不同型式的水利枢纽。一、三峡水利枢纽三峡水利枢纽位于长江西陵峡中段，坝址在湖北宜昌三斗坪，距已建的葛洲坝水利枢纽40km处。坝址处河谷开阔，基础为坚硬完整的花岗岩，具有修建混凝土高坝的优越地形、地质和施工条件。三峡水利枢纽是具有防洪、发电、航运等巨大综合利用效益的大型工程，主要由拦河大坝、水电站厂房、通航建筑物等三大部分组成。水库正常蓄水位175.Om，总库容393亿m3，防洪库容221.5亿m3，可使荆江大堤的防洪能力由十年一遇提高到百年一遇。三峡水利枢纽布置图拦河大坝为混凝土实体重力坝。大坝轴线长度2309.47m，坝顶高程185.Om，最大坝高181m。泄洪坝段居河床中部，两侧为厂房坝段和非溢流坝段。泄水建筑物有22个表孔、23个深孔、3个泄洪排漂孔和7个排沙孔，最大泄流量10.25万m3/s。泄洪表孔和泄洪深孔相间布置，组成泄洪坝段，布置在河床中部偏右岸的位置。泄洪排漂孔布置在泄洪坝段的两侧。坝后式厂房，分置于溢洪坝段两侧坝后。左侧厂房安装14台水轮发电机组，厂房全长643.6m，右侧厂房安装12台机组，厂房全长584.2m026台机组的单机容量均为70万kW，总装机容量1820万kW。年发电847亿kW-h，主要供电华中、华东地区，部分送到重庆市。在右岸还留有为后期6台扩机(420万kW)的地下厂房位置。永久通航建筑物设于左岸，包括双线5级莲续梯级船闸及单线单级垂直升船机。每级船闸闸室的有效尺寸为280mx34mx5m，可通过万吨级船队。垂直升船机的承船厢有效尺寸为120mx18mx3.5m，一次可通过3000t级船舶。通航建筑物年单向通过能力500()万t，工程建成后可改善航道约660km。经水库调蓄后，宜昌下游枯水期最小流量从3000时/s提高到5000m3/s。洪水期万吨级船队可由汉口直达重庆。三峡水利枢纽位于长江西陵峡中段，坝址在湖北宜昌三斗坪，距已建的葛洲坝水利枢纽40km处。坝址处河谷开阔，基础为坚硬完整的花岗岩，具有修建混凝土高坝的优越地形、地质和施工条件。水库移民涉及湖北和重庆的19个县市，根据1991一1992年调查，主要淹没实物指标为:淹没区人口84.41万人，淹没耕地和柑桔地2.45万公顷。大量移民资金的投人对这个地区来说，是一个新的发展机遇。三峡工程枢纽建筑物分三期施工，总工期为17年。1993年开始施工。1997年12月8日大江截流，开始二期工程施工。2002年5月2日二期上游围堰爆破拆除，二期工程开始挡水。2003年4月10日临时船闸停止过船。2003年6月1日零时正式下闸蓄水。2003年6月16日永久船闸船队首次通航。2003年6月24日首台机组(二号机组)并网试运行发电。2003年7月18日三期右岸厂房主体工程开始浇筑混凝土，预计2009年枢纽工程完建。三峡工程主体建筑物主要工程量为:土石方开10282.9万m3，土石方填筑3197.9万m3，混凝土2793.5万m3，金属结构安装256500t。按1993年5月末价格水平，枢纽工程静态总概算为500.9亿元，水库淹没处理和移民安置费400亿元。计及工程建设期17年的物价上涨因素和贷款利息等因素，三峡工程动态总投资估计为2039亿元人民币。二、二滩水利枢纽二滩水电站位于金沙江上，是雅碧江干流规划建设的21个梯级电站中的第一个工程，是20世纪我国建成发电的最大水电站。二滩水电站以发电为主，电站安装6台单机容量550MW的水轮发电机组，总装机容量3300MW，年发电量为170亿kW.h，保证出力为100亿kW，年利用小时516h。水库正常蓄水位为1200m，发电最低运行水位为1155m，总库容58亿时，有效库容33.7亿，属季调节水库，控制流域面积11.64万km2。二滩拱坝地处峡谷，两岸临江坡高300-400m，左岸谷坡250一450，处于川滇南北向构造带中段西部相对稳定的共和断块上，断块内部不存在发震构造。坝区地震基本烈度为7度。坝基岩体完整性好，无大的断层分布，小断层、破碎带以中高度垂直或斜交河床分布，一般延伸短小，连贯性差。二滩主体工程包括混凝土双曲拱坝、地下厂房系统、泄水建筑物、过木机道等。拱坝为抛物线双曲拱坝，坝高240m，是我国已建的最高拱坝枢纽。拱圈最大中心角91.50，坝顶高程1205m，拱冠处坝顶宽度llm，底部宽度55.74m，拱端最大宽度58.51m。左右半拱采用不同曲率半径，以适应两岸的不对称地形。泄水建筑物包括坝顶溢流表孔、中孔、放空底孔和右岸泄洪洞，最大泄洪流量23900时/s。坝体分三层开孔，7个溢流表孔，高11.5m，宽llm，设计及校核泄流量分别为6260m3/s,9500m3/s。6个泄洪中孔，高6m，宽5m，设计及校核泄流量分别为6930m3/s,6950m3/s；4个放空底孔，高5m，宽3m。两条右岸泄洪洞为短进水口龙抬头明流洞，分别长922.0m,1269.0m,13mx13.5m圆拱直墙形断面。设计和校核工况的两洞总泄洪流量分别为7400m3/s,7600m3/s。过木道布置在大坝左岸。地下厂房系统布置在雅碧江左岸，包括厂房进水口、压力管道、地下厂房、主变室及交通洞、母线洞、通风洞、尾水调压室、尾水隧洞、50