水利枢纽

摘要为了综合利用水资源,达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的,需要修建几种不同类型的建筑物,以控制和支配水流,满足国民经济发展的需要,这些建筑物统称为水工建筑物。组合在一起协同工作的建筑物群称为水利枢纽。 水利枢纽类型 水利枢纽依据作用水头的高低可以分为蓄水枢纽和引水枢纽两种类型。...

水利枢纽

为了综合利用水资源,达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的,需要修建几种不同类型的建筑物,以控制和支配水流,满足国民经济发展的需要,这些建筑物统称为水工建筑物。组合在一起协同工作的建筑物群称为水利枢纽。

水利枢纽类型

水利枢纽按其作用主要可分为蓄水枢纽、发电枢纽、引水枢纽等。一个水利枢纽的功能可以是单一的,也可以是多用途的,兼有几种功能的水利枢纽称为综合利用的水利枢纽。

(一)蓄水枢纽

蓄水枢纽多修建在山区峡谷河流上,形成水库,蓄河流丰水时期多余水量以满足枯水时期工农业用水的要求。蓄水枢纽必须具有3个基本建筑物:

①挡水建筑物——各种拦河坝;

②泄水建筑物——溢洪道及泄水隧洞等;

③引水建筑物——水电站进水口或输水隧洞等。

此外还有一些附属水工建筑物,如水电站厂房、通航、过木及过鱼建筑物等。这类枢纽一般修建在河流上游的高山峡谷之中,通常可形成具有一定调节能力的水库。当枢纽兼有防洪、发电和通航等多项综合任务时,尤其是洪峰高、装机规模大和过船吨位大的情况,枢纽布置必须妥善处理好泄洪、发电、导流和通航等建筑物之间的相互关系,以免互相干扰。

修建水库可以保证农业灌溉、工业和城市供水、水力发电的需要,而且可以减少下游的洪水灾害,所以修建水库可以达到综合利用的目的。

(二)引水枢纽

引水枢纽多建于平原河流上,枢纽中有较低的壅水坝或水闸、水电站厂房、通航和引水等建筑物。一般是位于河床坡度平缓、河谷宽阔的河段上,其主要建筑物是拦河闸(坝),由于其上下游水头差不大,称作中、低水头水利枢纽。由于地形开阔,通常是将挡水建筑物、过坝建筑物、泄水建筑物和电站厂房一字摆开。枢纽布置的关键问题是妥善处理好泄洪、消能及防淤、排沙等问题。

水利枢纽作用

水利枢纽有不同的修建目的,其作用也不同,依据修建的目的分以下3种:①水力发电枢纽,其作用是集中河流的落差,将水的势能转化为动能,通过水轮发电机转化为电能;②水运枢纽,其作用是抬高河流的水位,增加航道的水深,减小河道的流速,以改善内河航运条件;③引水枢纽,其作用是保证从河流中引出具有一定水位和足够流量的水流,以满足工农业用水的需要。

水利枢纽的作用可以是单目标的,但根据河流综合利用原则,水利枢纽一般是多目标的,但有主次之分,如淮河上的南湾水库、薄山水库等是以防洪为主、兼有灌溉与发电的功能。

水利枢纽标准

为了贯彻执行国家的经济和技术政策,达到既安全又经济的目的,应把水利水电枢纽工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性分等。SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定,水利水电枢纽工程的等别按表确定。综合利用的水利水电枢纽工程,当按其各项用途分别确定的等别不同时,应按其中的最高等别确定整个工程的等别。

工程
等别
工程
规模
水库总
库容
/10°m3
防洪 治涝 灌溉 供水 发电
保护城镇及
工矿企业的
重要性
保护
农田
/10+亩
治涝
面积
/10+亩
灌溉
面积
/104亩
供水
对象
重要性
装机
容量
/10*kW
I 大(1)
≥10 特别重要 ≥500 ≥200 ≥150 特别重要 ≥120
大(2)
10~1 重要 500~100 200~60 150~50 重要 120~30
中型 1.0~0.10 中等 100~30 60~15 50~5 中等 30~5
小(1)
0.10~0.01 一般 30~5 15~3 5~0.5 一般 5~1
V 小(2)
0.01~0.001 <5 <3 <0.5 <1

不同等别的枢纽工程,其所属建筑物的设计、施工标准亦不同,以达到既安全又经济的目的。由于水工建筑物工程量大,设计和施工标准稍有差异,所需的劳力、投资和设备就会有很大的增减。设计标准稍高,势必造成大量浪费;标准低又可能对安全不利。

水利枢纽设计

一般水利枢纽设计可分为初步设计和施工图设计两个阶段。对于规模较大、技术较复杂的工程,则应先提出可行性研究报告,确定枢纽任务、经济效益和主要设计指标,经审查批准后再进行初步设计。对于技术特别复杂而又缺乏设计经验的项目,还应在初步设计与施工图之间增加技术设计阶段。

可行性研究报告阶段的主要任务是:根据国民经济、区域和行业规划的要求,在河流规划的基础上,通过对拟建工程的建设条件作进一步调查、勘测、分析和方案比较等,而论证该工程技术上的可行性,经济上的合理性及兴建的必要性。设计工作可以进行得粗略一些,但对工程规模、经济效益、投资总额、开发的经济价值、资金来源以及技术力量的落实问题必须论证清楚。可行性研究审查批准后,方可列入国家计划,着手进行初步设计工作。

水利枢纽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。

技术设计及施工图设计阶段的主要任务是: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。

水利枢纽工程的兴建必须遵循先勘测、再设计、最后施工的建设程序。必须重视设计施工前的勘测工作,以便为设计提供准确、可靠的依据,确保设计和施工的顺利进行。勘测的内容和工作量不但要与建筑物的类型、大小、自然条件的复杂程度以及设计阶段相对应,而且还要与施工紧密配合,逐步深入,使所得勘测资料的范围、精度等均能满足不同阶段的要求。

水利枢纽布置

枢纽布置就是合理安排枢纽中各建筑物的相互位置。在布置时应从设计、施工、运用管理、技术经济等方面进行综合比较,选定最优方案。

(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。尽量采用当地材料,节约钢材、木材、水泥等基建用料。采用新技术、新设备等是降低工程造价的主要措施。

(3)枢纽布置应考虑施工导流、施工方法和施工进度等,应使施工方便、工期短、造价低。

(4)枢纽中各建筑物布置紧凑,尽量将同一工种的建筑物布置在一起;尽量使一个建筑物发挥多种用途,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(如提前蓄水,早发电或灌溉)。

(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

在遵循枢纽布置一般原则的前提条件下,从若干具有代表性的枢纽布置方案中选择一个技术上可行、经济上合理、运用安全、施工期短、管理维修方便的最优方案是一个反复优化的过程。需要对各个方案进行具体分析、全面论证、综合比较而定。

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、机电安装、帷幕灌浆、砌石等各项工程量。

(2)主要建筑材料用量。如钢筋、钢材、水泥、木材、砂石、沥青、炸药等材料的用量。

(3)施工条件。主要包括施工期、发电日期、机械化程度、劳动力状况、物资供应、料场位置、交通运输等条件。

(4)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。

(5)建筑物位置与自然界的适应情况。如地基是否可靠,河床抗冲能力与下游的消能方式是否适应,地形是否便于泄水建筑物的进、出口的布置和取水建筑物进口的布置等。

(6)经济指标。主要比较分析总投资、总造价、年运行费、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。

(7)其他。根据枢纽特定条件有待专门进行比较的项目。

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,实事求是地进行方案选择。

坝址和坝型的选择

坝址(闸址)、坝型选择和水利枢纽布置是水利枢纽设计的重要内容,两者相互联系,不同的坝址可选用不同的坝型和枢纽布置。例如,当河谷狭窄、地形条件良好时,适宜修建拱坝;河谷宽阔,地质条件较好,可以选用重力坝;河谷宽阔,河床覆盖层深厚,地质条件较差又有适宜的土石料时,可以选用土石坝。不同的坝址选择不同的建筑物形式以及相应的枢纽布置方案,同一个坝址也应考虑几种不同的枢纽布置方案进行比较。在选择坝址、坝型和枢纽布置时,不仅要研究枢纽附近的自然条件,还需考虑枢纽的施工条件、运行条件、综合效益、投资指标以及远景规划等。

(一)地质条件

地质条件是坝址、坝型选择的重要条件。拱坝和重力坝(低的溢流重力坝除外),需要建在岩基上;土石坝对地质条件要求较低,岩基、土基均可;而水闸多是建在土基上。但天然地基总是存在这样或那样的缺陷。如:断层破碎带、软弱夹层、淤泥、细沙层等。在工程设计中应通过勘测研究,了解地质情况,采取不同的地基处理方法,使其满足筑坝的要求。

(二)地形条件

不同的坝型对地形的要求不一样。在高山峡谷地区布置水利枢纽,尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段,坝轴线短,坝体工程量小,但对布置泄水、发电等建筑物以及施工导流均有困难。选用土石坝坝型时,应注意库区内有无天然的垭口或天然冲沟可布置岸边溢洪道,上、下游是否便于布置施工场地。因此,经济与否由枢纽的总造价、总工期来衡量。对于多泥沙及有漂木要求的河道,还应注意河流的流态,在坝址选择时,要注意坝址的位置是否对取水防沙及漂木有利。对有通航要求的枢纽还应注意上下游河道与船闸筏道等过坝建筑物的连接。此外还希望坝轴线上游山谷开阔,在淹没损失尽可能小的情况下,能获得较大的库容。

(三)建筑材料

坝址附近应有足够数量符合要求的建筑材料。采用混凝土坝时,要求有可作骨料用的砂卵石或碎石料场。采用土石坝时,应在距坝址不远处有足够数量的土石料场。对于料场分布、储量、埋深、开采运输及施工期淹没等问题均应认真考虑。

(四)施工条件

要便于施工导流,坝址附近应有开阔的地形,便于布置施工场地;距交通干线较近,便于交通运输。在同一坝区范围内,施工条件往往是决定坝址的重要因素,但施工的困难是暂时的,工程运行管理方便则是长久的。应从长远利益出发,正确对待施工条件的问题。

(五)综合效益

对不同的坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、旅游等各部门的经济效益,以及对环境的影响等。

水利枢纽和水电站一样吗

1. 类别差异:水利枢纽是水利工程的一个综合体,包含多个建筑物,共同发挥各种功能。而水电站更严格地说是一种利用水力发电的电站工程。

2. 主要构成不同:水电站主要包括水工建筑物、水力机械设备、发电设备、变电设备、配电设备、输电设备以及控制及辅助设备。相比之下,水利枢纽主要由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物以及专门性建筑物组成。

3. 选址方式不同:水利枢纽的位置在流域规划或地区规划中通常有一个大致确定的范围,但具体位置需要通过不同方案的技术经济比较来最终确定。而水电站的选址则没有这样的限制。

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