第五章-引水、输水工程

第五章引水、输水工程主要内容：第一节引水枢纽的分类第二节水闸第三节灌溉渠道第四节渡槽、隧洞、倒虹吸第五节跌水、陡坡第一节引水枢纽的分类引水枢纽定义在农田水利、水力发电，工业用水及城市供水等水利事业中常需要修建从河道、水库引水的建筑物，将水流引入渠道等的建筑物群，称之为引水枢纽。第一节引水枢纽的分类引水枢纽定义常用的引水方式：自流引水机械引水（提水引水）无坝引水枢纽有坝引水枢纽第一节引水枢纽的分类一、无坝引水枢纽适宜条件：河流的水量和水位满足取水要求，无需建坝抬高水位的情况。组成部分：在河流比降较大、泥沙较多的河流上组成部分包括：进水闸、冲沙闸、导流堤。第一节引水枢纽的分类进水闸用以控制渠首进水流量,并防止泥沙进入渠道。第一节引水枢纽的分类冲沙闸冲走淤积在进水闸前的泥沙，并在汛期渲泄洪水。第一节引水枢纽的分类导流堤引导水流平顺地进入进水闸门，汛期导流渲泄洪水。第一节引水枢纽的分类（1）正面排沙、侧面引水主要适用于水量、泥沙比较大的河流,同时具有一定的泄洪能力，进水闸与主流方向成30°～40°的夹角第一节引水枢纽的分类（2）正面引水、侧面排沙主要适用于河流流量小、灌溉面积比较大的河流，进水闸的轴线与河流流向一致，进水闸底坎高出河床0.5-1.0m。导流堤与主流夹角成10°--30°的夹角为宜。第一节引水枢纽的分类二、有坝引水枢纽枢纽组成：溢流坝/泄洪闸、进水闸、冲沙闸（泄水底孔）、沉砂池。枢纽选址：河床狭窄、地质条件良好的地段。第一节引水枢纽的分类布置形式：1）设冲沙闸的有坝引水进水闸和冲沙闸的轴线相互垂直，进水闸底坎高于冲沙闸底坎。（推移质）运行方式：第一节引水枢纽的分类2）设冲沙底孔的有坝引水进水闸坎较高，在闸坎内布设有闸门的底孔。运行方式：底孔排沙,不中断供水.第一节引水枢纽的分类3）设有沉砂池的有坝引水如果河流流量大，含有较多悬移质，在渠首闸门与渠道之间设沉砂池。运行方式：沉砂池的宽度和深度较大,过水断面增加,流速降低(伯努力方程),悬沙下沉.第二节水闸三、水闸的分类：1）水闸按照闸室结构形式可以分为开敞式、胸墙式、涵洞式、双层式。开敞式：对有泄洪、过木、排冰、排漂要求的水闸如节制闸可选用此型。第二节水闸第二节水闸胸墙式：一般用于上游水位变幅较大，水闸净宽又为低水位过闸流量所控制，在高水位时尚需用闸门控制流量的水闸。如进水闸、排水闸、挡潮闸。第二节水闸第二节水闸涵洞式：一般用于穿堤取水或排水。第二节水闸双层式：对既要求有面层溢流的能力，有要求具有底层泄流能力的水闸可以采用双层式水闸。第二节水闸2)：水闸按其承担的任务不同,其分类有:节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、冲沙闸。第二节水闸节制闸（拦河闸）：修建在河道或渠道上，枯水期用于拦截河流水量，抬高水位以满足上游引水或航运，或根据下游用水要求调节水量；洪水期提闸泄水，保证下游河道的安全。第二节水闸节制闸（拦河闸）：第二节水闸进水闸：建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电、供水的需要。(渠首闸、分水闸、斗门)第二节水闸进水闸：第二节水闸分洪闸：建在河道一侧，用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊和洼地，以削减洪峰。第二节水闸排水闸：常建于江河沿岸，用以排除内河或低洼地区对农作物有害的渍水，外河水涨时关闸，当洼地蓄水时，也可以关闸蓄水或从河流引水，具有双向挡水、过水的特点。第二节水闸挡潮闸建于滨海地段或河口附近，用来挡潮、蓄淡、泄洪、排涝的水闸。涨潮时关闭闸门，防止潮水倒灌进入河道，拦蓄内河淡水，满足引水、航运等的需要。退潮时，潮水位低于河水位,开启闸门,可以泄洪、排涝、冲淤。第二节水闸冲沙闸建在多泥沙河流之上，用于排除进水闸、节制闸前或渠系中沉积泥沙，减少输水水流中的泥沙含量，防止渠道或闸前淤积。第二节水闸四、水闸的工作条件及闸址选择1、当关闸挡水时产生的不利影响；可能使闸室向下游滑动动（原因），同时如果渗漏存在，闸基底部受到渗透扬压力，对闸室的稳定不利。通过闸基及两岸连接处的渗漏，将使土壤发生渗漏变形，严重时，将会影响到闸室的稳定挡水效果。2、当开闸泄水时产生的不利影响；3、当闸基承载力较低时产生的不利影响。第二节水闸闸址选择1、位置闸址应选择在河床基本稳定的河段；如进水闸、节制闸、排水闸等2、地质条件地质条件包括土壤、岩石的物理力学指标、许可承载力、抵抗冲刷能力及地下水位等3、施工条件4、通航条件第二节水闸五、闸室1、组成部分第二节水闸1）底板按照与闸墩的连接方式分为整体式和分离式。底板是闸室的基础，并支撑上部结构，将上部的重量通过它均匀地传递给地基；同时依靠与地基的摩擦力来维持扎实的稳定。第二节水闸1）底板第二节水闸底板要求：底板厚度；混凝土配筋率；沉降缝（沉陷缝）等。第二节水闸2）闸墩闸墩的作用是分隔闸孔和支撑闸门、工作桥、公路及胸腔等。闸墩应高出上游最高水位，并有一定的超高，使闸墩上的桥梁既不妨碍泄水，也不受波浪的影响。第二节水闸闸墩的要求：材料：混凝土、钢筋混凝土、浆砌石；闸墩的端部；长度；厚度：浆砌石0.8—1.5m混凝土1.0—1.6m少筋混凝土0.9—1.4m钢筋混凝土0.7—1.2m闸墩的高度要求：第二节水闸2）闸墩第二节水闸3）胸墙当闸前挡水高度较大时，为减小闸门的高度，可在闸门顶部设置胸墙。胸墙底部距闸室底板的高度应保证有足够的过水能力，胸墙迎水面下角的形式。对平板闸门，胸墙的位置；闸门前面或后面。利与弊的比较。第二节水闸3）胸墙第二节水闸4）闸门和启闭机闸门根据工作性质可以分为主闸门（工作闸门）和检修闸门。闸门根据结构形式可以分为叠梁闸门、平板闸门、弧形闸门。第二节水闸叠梁闸门第二节水闸平板闸门第二节水闸闸门组成活动部分：承重结构、行走支撑、封水装置、吊耳等组成；固定部分：移动轨道、止水锚固构件、导向轨道等组成。第二节水闸弧形闸门弧形闸门的本体由门叶、支臂、支承铰和止水装置四部分组成。埋设构件包括侧止水座、底坎止水座、顶止水装置和支铰座承重构件，一般均埋入混凝土相关部位表面以内，起止水严密和承重作用。启闭设备弧形闸门启闭力小，起吊点的运动轨迹是弧线，露顶式或宽高比较大的弧门多用两个吊点，启闭设备多采用一门一机的布置。第二节水闸弧形闸门第二节水闸弧形闸门第二节水闸5、工作桥常采用梁式桥，由纵梁、横梁、桥面板、栏杆等组成。第二节水闸六、闸室地基处理某些天然地基如淤泥层、细沙层等，当不能满足稳定和承载力要求时，应加以处理，常用的方法有：（1）人工垫层；（2）预压加固；（3）振动加密；（4）灌注桩基；（5）振冲加固。第二节水闸振冲器第二节水闸七、消能防冲设施第二节水闸（1）消力池和护坦消能条件：当下游水位较浅，不足以形成淹没水跃时，可开挖下游河床形成消能工。水跃：水跃区的水流可以分为两部分：上部不断翻腾旋滚，因掺入空气而呈白色。下部是主流，是流速急剧变化的区域。这两部分的交界面上流速梯度很大，紊动混掺强烈，液体质点不断地穿越交界面进行交换。由于水跃内部水体的强烈摩擦混掺而消耗大量机械能，因此通常把水跃作为消能的有效方式之一。第二节水闸水跃及消力池第二节水闸消力池第二节水闸护坦：消力池的保护设施，受水跃旋滚激流的冲刷、水流脉动和护坦扬压力的作用，故有一定的重量、强度和抗冲刷能力。第二节水闸（2）海漫和防冲槽：经消力池的水流仍具有一定剩余动能，为消除水流的剩余能量设置海漫、防冲槽，使水流扩散，调整流速分布，减小底部流速。第二节水闸（3）上下游连接段防冲设施：上下游翼墙、上游齿墙（铺盖前）护坡（长度大于海漫）第二节水闸七、水闸与两岸连接的建筑物上下游翼墙、闸室边墩。作用：挡住填土，保护堤岸稳定、引导水流进出水闸，同时防止绕坝渗流的破坏作用。第二节水闸1、布置形式1）闸室与河岸直接连接适用条件:闸基稳定，闸高不大、孔数少。2）上下游翼墙连接适用条件：河床较窄、河流平水期、汛期流量较大、设置渐变段。此时翼墙作为边墩在上下游的延伸段，保护上下游堤岸。上游与铺盖等长，下游与护坦等长。第二节水闸2、连接建筑物的结构形式第二节水闸2、连接建筑物的结构形式连接建筑物的结构是挡土墙，其形式有：1）重力式挡土墙2）悬臂式挡土墙3）扶壁式挡土墙第二节水闸2、连接建筑物的结构形式第二节水闸2、连接建筑物的结构形式第二节水闸2、连接建筑物的结构形式第三节灌溉渠道渠系建筑物定义:为了合理的输配水量以满足农业…的用水需要,在渠道上修建的建筑物.渠系建筑物按作用分类：（1）渠道；（2）调节和配水建筑物；（3）交叉建筑物；（4）落差建筑物；（5）冲沙和沉沙建筑物（6）泄水建筑物；（7）量水建筑物第三节灌溉渠道一、灌溉渠道系统定义:从水源取水,通过渠道及其他建筑物向农田供水、经由田间工程进行农业灌溉的工程系统.1、灌溉渠道分类：（1）按照使用寿命；（2）控制面积大小和水量层次；（3）按照渠道横断面结构划分；第三节灌溉渠道按照渠道横断面结构划分：1）挖方渠道断面结构要求：（1）边坡系数—防止坡面径流的侵蚀、坍塌、便于施工和管理；（2）设置平台；（3）集水沟。第三节灌溉渠道按照渠道横断面结构划分：2）填方渠道断面结构要求：（1）内外边坡系数—防止坡面径流的侵蚀、坍塌、便于施工和管理；（2）设置排水滤体；（3）当填方大于5m水深或高于2倍射击水深时设置渠内纵横向排水槽。第三节灌溉渠道按照渠道横断面结构划分：3）半填半挖方渠道断面结构要求：（1）弃土场所；（2）填方等于挖方时工程量最小。第三节灌溉渠道按照渠道横断面结构划分：第三节灌溉渠道2、灌溉渠道规划原则：（1）干渠及其他各级渠道布置要求；（2）使工程量和工程费用要求；（3）灌溉渠道的位置要求（应按照行政区划规定，尽可能使各用水单位都有独立的用水渠道）；第三节灌溉渠道（4）斗、农渠的布置要求；（5）灌溉渠道系统和排水渠道的布置要求；（6）灌溉系统布置结合土地利用规划；第四节渡槽、隧洞、倒虹吸三、渡槽渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。用途：用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉。渡槽结构的主要作用在于输水——输水桥梁。第四节渡槽、隧洞、倒虹吸三、渡槽按其支承形式来分梁式拱式桁架式斜拉桥式吊索桥式第四节渡槽、隧洞、倒虹吸三、渡槽渡槽槽身直接搁置在槽墩或槽架上，槽身既起输水作用，又能承受荷载起纵向梁作用梁式渡槽按照支承点数目及其布置位置不同，又可分为简支、单悬臂、双悬臂及连续梁四种型式第四节渡槽、隧洞、倒虹吸三、渡槽(a)简支梁式(b)单悬臂梁式(c)双悬臂梁式(d)连续梁式第四节渡槽、隧洞、倒虹吸渡槽的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸1、渡槽的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸2、下部支撑第四节渡槽、隧洞、倒虹吸2、下部支撑第四节渡槽、隧洞、倒虹吸四、隧洞第四节渡槽、隧洞、倒虹吸四、隧洞第四节渡槽、隧洞、倒虹吸1、隧洞的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸隧洞的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸隧洞的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸隧洞的组成第四节渡槽、隧洞、倒虹吸二、水工隧洞的组成水工隧洞按其工作特点由三部分组成。进口段：隧洞进口，主要构造包括拦污栅、进水喇叭口、闸门室及渐变段、平压管、通气孔。控制水流的关键部位。洞身段：输送水流。出口段：隧洞出口，主要构造按照隧洞的类型包括出口建筑物及消能防冲设施。第四节渡槽、隧洞、倒虹吸1）竖井式；竖井式进口是进口附近的岩体中开凿竖井。优点是结构比较简单，不需要工作桥，不受风浪和冰的影响，抗震性及稳定性好。第四节渡槽、隧洞、倒虹吸第四节渡槽、隧洞、倒虹吸第四节渡槽、隧洞、倒虹吸2）塔式进水口；第四节渡槽、隧洞、倒虹吸3）岸塔式进水口；2、进口建筑物的构造1）喇叭口；2）闸门;3）渐变段；4）通气孔。第四节渡槽、隧洞、倒虹吸2、洞身有压隧洞断面；无压隧洞断面；无压隧洞的要求：净空面积不小于隧洞断面的15%，净高不小于40cm,隧洞最小尺寸=宽×高≥1.5×1.8m;纵坡；衬砌；分缝第四节渡槽、隧洞、倒虹吸2、洞身纵坡衬砌作用：1、承受山岩压力、内水压力、其他荷载；2、填塞岩石裂缝、保护围岩、防止漏水、减小表面糙率。分缝灌浆无压隧洞---0.01有压隧