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1、水利水电工程导论,第五章 取水输水建筑物,第五章 取水输水建筑物,要充分利用水利枢纽工程拦截下来的自然来水，除了建挡水的坝、闸和保证枢纽安全的泄水建筑物以外，还需一个能够按要求将水库或河道的水保质、保量、并及时输送到用水目的地去的建筑物，这就是取水和输水建筑物。取水建筑物位于整个输水结构的首部，相当于“嘴巴”的功能，用来控制和调节水流，对输送的水体起到保质、保量的作用，形式主要有隧洞的进口段，渠道的进水闸、扬水站等。输水建筑物的作用就是将水源和用水目的地连接起来，有引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。本章主要介绍取水枢纽、输水隧洞、以及渠系中的输水建筑物。,第五章 取水输水建筑物,第一节
2、 取水枢纽,5.1 取水枢纽,取水枢纽是从河流、湖泊、水库等地表水源引水而修建在取水地段的水工建筑物综合体，又称引水枢纽或渠首工程。若引水期间取水枢纽处的河水位高于引水要求的水位，可在天然条件下自流引水；否则，需拦河筑坝或修建水闸，雍高水位，创造自流引水的条件，也可不建坝，在天然水位情况下用水泵提水。取水枢纽一般是指自流引水的情况，用水泵提水时则需建泵站。,一、取水枢纽的作用和类型,5.1 取水枢纽,自河流引水的取水枢纽，根据是否修建拦河建筑物（坝或闸）而分为无坝取水和有坝取水两种类型。有坝取水需建壅水坝（或拦河闸）、进水闸、防沙及冲沙设施等。在综合利用的有坝取水枢纽中，还可能建有船闸、电站、
3、筏道、鱼道等专门建筑物。,一、取水枢纽的作用和类型,5.1 取水枢纽,1.无坝取水 我国著名的水利工程都江堰，就是一个典型的无坝取水工程。无坝取水是当引水比（引水流量与天然河道流量之比）不大、防沙要求不高、取水期间河道的水位和流量能够满足或基本满足要求时，只需在河道岸边的适宜地点选定取水口，即可从河道侧面引水，而无需修建拦河闸（坝）的取水方式。这是一种最简单的取水方式，其特点是工程简单、投资少、工期短、易于施工，对天然河道的影响较小，与其他国民经济部门（航,一、取水枢纽的作用和类型,5.1 取水枢纽,运、渔业、漂木等）要求之间的矛盾小，在水利建设中得到广泛应用；但由于不能控制河道的水位和流量，
4、易受河道水流和泥沙运动影响，取水保证率相对较低。,一、取水枢纽的作用和类型,5.1 取水枢纽,2.有坝取水 采用无坝取水不能满足取水要求时，应建拦河闸或溢流坝，以抬高水位，保证引取水量，这种取水方式称为有坝取水。此外，当水位能满足要求，为保证较大的引水比及减少入渠泥沙、缩短干渠长度、雍高上游水位以改善航运条件、形成上下游水头差以利发电或冲沙，或为两岸取水创造有利条件等目的，也可采用有坝取水。有坝取水枢纽通常由雍水坝（或拦河闸）、进水闸、冲沙闸等拦水、取水以及各种防沙设施组成。,一、取水枢纽的作用和类型,5.1 取水枢纽,1.取水口位置的选择 选择取水口（特别是无坝取水）位置时，首先要掌握河岸的
5、地形、地质资料，研究河流水文泥沙特性及河床演变规律，并遵循下述原则：根据弯道水流特性，取水口选在河岸坚固、河流弯道顶点以下的凹岸处，以引取表层清水；在河流直段设置取水口时，选择河床稳定、水位较高、流速较大且主流靠近引水岸的河段；取水口不宜设在分叉河段上，如必须设置，则选在比较稳定的主叉道上，并对引水河段加以整治；,二、取水枢纽的布置,5.1 取水枢纽,选择较短的输水干渠路线，并尽量避开陡坡、深谷及塌方地段，以减少工程量。 2.无坝取水枢纽的布置 按取水口的数目可分为一首制取水及多首制取水两种。多首制取水一般设23条引渠取水，各引渠在下游一定距离处汇合成一条干渠。进水闸设在每条引渠进口或设在引渠
6、汇合处。一首制取水设一条引渠取水，是工程中普遍采用的一种形式。,二、取水枢纽的布置,5.1 取水枢纽,无坝取水枢纽主要包括引水渠、进水闸、防沙设施及上下游整治建筑物等，取水口一般布置在河流弯道凹岸的顶点以下水深最大、环流作用最强的,二、取水枢纽的布置,图51 引渠式无坝取水示意图,位置。引水角采用300500。适用于河岸稳定、引水流量小于天然河道流量的2535%的渠道。如图51。,5.1 取水枢纽,3.有坝取水枢纽的布置 有坝取水是横贯河床设置壅水坝或拦河闸控制河道水流，抬高水位，保证渠首引水的取水枢纽。有坝取水枢纽通常由壅水坝（拦河闸）、进水闸及防沙设施组成。在有通航、发电、过木、过鱼等综合
7、利用要求的枢纽中，还应根据要求设置船闸、电站、筏道、鱼道等专门建筑物。在多泥沙河流上，为了排除泥沙，可以采用不同的渠首布置形式，常用引渠式、沉沙槽式、人工弯道式、底拦栅式等取水。,二、取水枢纽的布置,5.1 取水枢纽,（1）引渠式取水 进水闸前设引渠用以引水、沉沙的取水方式。在多沙河流上，当河道狭窄、河岸陡峻、无适宜地点布置进水闸及冲沙闸，或河岸地质条件复杂，易受水流,二、取水枢纽的布置,图52 引渠式有坝取水工程布置示意图,冲刷而变形，需将进水闸远离河岸布置时，常用引渠取水。枢纽常由引水渠、引水涵洞、壅水坝、进水闸、冲沙闸等组成。如图52。,5.1 取水枢纽,（2）沉沙槽式取水 按侧面引水、
8、正面排沙的原则进行布置，利用进水闸前的沉沙槽使水流中的粗沙下沉，并由冲沙闸排走，以减少入渠泥沙的一种有坝取水。沉沙槽式取水枢纽主要由壅水坝、进,二、取水枢纽的布置,水闸、沉沙槽、冲沙闸等组成。由于其布置简单且有一定的防沙能力，在国内外得到了广泛应用。如图53。,图53 沉沙槽式取水枢纽示意图 1-导流墙；2-沉沙槽；3-土坝；4-进水闸； 5-冲砂闸；6-壅水闸；7-导流堤,5.1 取水枢纽,（3）人工弯道式取水 是将弯曲河段整治为有规则的人工弯道，利用弯道环流原理，在弯道末端按正面引水、侧面排沙的原则布置进水闸和冲沙闸，以引取表层清水，排走底,二、取水枢纽的布置,层泥沙。该枢纽由人工弯道、进
9、水闸、冲沙闸、泄洪闸以及下游排沙道等组成。如图54。,图54 人工弯道式取水枢纽示意图 1-冲砂闸；2-进水闸；3-导沙坎；4-泄洪闸；5-小路,5.1 取水枢纽,（4）底拦栅式取水 山区河流的特点是坡陡流急，水流中常挟带大量卵石、砾石及粗砂，为防止泥沙入渠，常采用底拦栅式取水枢纽。这种渠首的主要建筑物有底拦栅坝、,二、取水枢纽的布置,溢流坝、泄洪冲沙闸、拦沙坎及上下游导流堤（图55）。底拦栅式渠首构造简单，造价低廉，施工管理方便，适用于大粒径砂石较多而小粒径推移质较少的山区河道的中小型工程。,图55 不设冲沙闸的底栏栅式取水枢纽示意图 （a）平面图 （b）I-I剖面 1-壅水坝；2-底栏栅坝
10、；3-金属栏栅；4-输水廊道；5-进水闸；6-渠道,第五章 取水输水建筑物,第二节 水工隧洞,5.2 水工隧洞,为满足水利水电工程各项任务的需要，在地面以下开凿的各种隧洞，称为水工隧洞。其功用是： （1）配合溢洪道宣泄洪水，有时也可作为主要泄洪建筑物之用。 （2）取（引）水发电，或为灌溉、供水、航运和生态输水。 （3）排放水库泥沙，延长水库使用年限，有利于水电站等的正常运行。 （4）放空水库，用于人防或检修建筑物。 （5）在水利枢纽施工期用来导流,一、水工隧洞的类型,5.2 水工隧洞,水工隧洞按其功用，可分为： （1）取（引）水、输水隧洞 取（引）水或输水以供发电、灌溉或工业和生活之用； （2
11、）导流、泄洪隧洞 在兴建水利工程时用以导流或运行时泄洪； （3）尾水隧洞 排走水电站发电后的尾水； （4）排沙隧洞 排冲水库淤积的泥沙或放空库水以备防空或检修水工建筑物之用。,一、水工隧洞的类型,5.2 水工隧洞,按隧洞内的水流流态，水工隧洞又可分为有压隧洞和无压隧洞。从水库引水发电的隧洞一般是有压的；灌溉渠道上的输水隧洞常是无压的，有的干渠及干渠上的隧洞还可兼用于通航；其余各类隧洞根据需要可以是有压的，也可以是无压的。在同一条隧洞中可以设计成前段是有压的而后段是无压的。但在同一洞段内，除了流速较低的临时性导流隧洞外，应避免出现时而有压时而无压的明、满流交替流态，以防引起振动、空蚀和对泄流能力
12、的不利影响。,一、水工隧洞的类型,5.2 水工隧洞,设计水工隧洞时，应该根据枢纽的规划任务，按照一洞多用的原则，尽量设计为多用途的隧洞，以降低工程造价。有压隧洞和无压隧洞在工程布置、水力计算、受力情况及运行条件等方面差别较大，对于一项具体工程，究竟采用有压隧洞还是无压隧洞，应根据工程的任务、地质、地形及水头大小等条件提出不同的方案，通过技术经济比较后选定。,一、水工隧洞的类型,5.2 水工隧洞,（1）水力特点 枢纽中的泄水隧洞，除少数表孔进口外，大多数是深式进口。深式泄水隧洞的泄流能力与作用水头H的1/2次方成正比，当H增大时，泄流量增加较慢，超泄能力不如表孔强；但深式进口位置较低，能提前泄水
13、，从而提高水库的利用率，减轻下游的防洪负担，故常用来配合溢洪道宣泄洪水。泄水隧洞所承受的水头较高，流速较大，如果体形设计不当或施工存在缺陷，可能引起空化水流而导致空蚀；水流脉动会引起闸门等建筑物的振动；出口单宽流量大，能量集,二、水工隧洞的工作特点,5.2 水工隧洞,中会造成下游冲刷。为此应采取适宜的防止空蚀和消能措施。 （2）结构特点 隧洞为地下结构，开挖后破坏了原来岩体内的应力平衡，引起应力重分布，导致围岩产生变形甚至崩塌。为此，常需设置临时支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。但围岩本身也具有承载力，可与衬砌共同承受内水压力等荷载。承受较大内水压力的隧洞，要求围岩具有足够的厚度和进行必要的衬
14、砌，否则一旦衬砌破坏，内水外渗，将危害岩坡稳定及附近建筑物,二、水工隧洞的工作特点,5.2 水工隧洞,的正常运行。过大的外水压力也可使埋藏式压力隧洞失稳。故应做好勘探工作，使隧洞尽量避开不利的工程地质、水文地质地段。 （3）施工特点 隧洞一般是断面小，洞线长，从开挖、衬砌到灌浆工序多，干扰大，施工条件较差，工期一般较长。施工导流隧洞或兼有导流任务的隧洞，其施工进度往往控制整个工程的工期。因此，采用新的施工方法，改善施工条件，加快施工进度和提高施工质量是隧洞工程建设中值得研究的重要课题。,二、水工隧洞的工作特点,5.2 水工隧洞,水工隧洞一般包括进口建筑物、洞身和出口建筑物三个主要部分（图56）
15、。 （1）进口建筑物 包括进水,三、水工隧洞的组成,图56 水工隧洞布置图,喇叭口、闸门及其控制建筑物、通气孔道、进口,5.2 水工隧洞,渐变段（从安装闸门地段的矩形断面过渡到洞身断面）。该部分主要作用是进水和控制水流；保证水流平顺，避免空蚀现象；尽量减少局部阻力，保证过水能力。 （2）洞身 隧洞的主体，其断面形式和尺寸取决于水流条件、施工技术情况和运用要求等。有压隧洞一般采用圆形断面（图57a、b），而无压隧洞则采用圆拱直墙（图57c、d）或马蹄形（图57e）。隧洞断面尺寸必须满足设计流量的要求。洞身一般要修建衬砌，用以防护岩面并减,三、水工隧洞的组成,5.2 水工隧洞,小洞壁糙度，防止渗漏
16、，承受围岩压力、内水压力及其他荷载。地质条件较好的隧洞，特别是无压隧洞，可以不作衬砌，但要采用光面爆破开挖，以达到岩面平整的要求。 （3）出口建筑物 其组成和功用按隧洞类型而定。用于引水发电的有压隧洞，其末端连接水电站的压力水管，在该部位通常还设置有调压室（井），当电站负荷急剧变化时，用以减轻有压隧洞和压力水管中的水击现象，改善水轮机的工作条件。泄水洞口一般设有消能建筑物，如出口设置扩散,三、水工隧洞的组成,5.2 水工隧洞,段以扩散水流，减小单宽流量（从洞内流出的最大流量除以水面宽度），防止对出口渠道或河床的冲刷。,三、水工隧洞的组成,第五章 取水输水建筑物,第三节 输水建筑物,5.3 输水建筑物,输水建筑物是指将水从一处输引到另一处的建筑物，可分为无压（渠道、渡槽、跌水、陡坡等）和有压（隧洞、压力水管、倒虹吸等）两种。下面简要介绍水利工程中常见的渠道、渡槽、倒虹吸、涵洞、跌水和陡坡。,5.3 输水建筑物,为输送水流而在地面上开挖、填筑或埋设的人工水道工程称为渠道。渠道按功能
