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水利工程
来源:宁海县西溪(黄坛)水库管理局 发布时间:2013-07-15

梯级水电站:在一条河流上修建的、上下游互相联系的一系列水电站 。

刘家峡水电站厂景

开发方案

选择河流梯级开发方案时,应考虑以下原则:

①各级水电站要争取首尾相连,充分利用全河流落差;

②尽可能修建水库以调节流量,提高对河流流量的利用率,特别是要争取在上游梯级建造较大的龙头水库(把一条河流上的梯级水电站看成一条“龙”,其上游梯级视为“龙头”),以提高全河流所有梯级电站的保证出力调峰能力和发电量;

③减少因筑坝所引起的淹没损失;

④梯级中各水电站的布置形式应根据其地形、地质等条件选定,但各用水部门对上、下游水位、流量等常提出互相矛盾的要求,为寻求一条河流上水电站梯级的最优开发与运用方式,以达到最大的经济效益和平衡各部门的用水要求,需要进行复杂的分析比选。

潮汐水电站:利用海潮涨落形成的潮汐能发电的水电站 。

朗斯潮汐电站

优点:

①能源可靠,可以经久不息地利用;

②虽然有周期性间歇,但具有准确的规律,可用电子计算机预报,有计划纳入电网运行;

③一般离用电中心近,不必远距离送电;

④无淹没损失、移民等问题;

⑤水库内可发展水产养殖、围垦和旅游综合效益。

缺点:

①单库潮汐电站发电有间歇性;

②这种间歇性周期变化又和日夜周期不一致;

③单位千瓦的造价较常规水电站高。

坝-引水混合式水电站:采用坝和有压引水道共同集中水头,或主要用坝取得水头,并依靠引水道引水以开发水能的水电站 。

   中国建造了较多的坝—引水混合式水电站,如狮子滩、流溪河、古田溪一级等水电站,坝与引水道所得水头各占水电站设计水头的二分之一左右。湖南镇、云峰等水电站的水头主要由坝获得,引水道得到的水头所占比重甚小,类似坝式水电站。而鲁布革、下马岭、铁门关等水电站的水头主要由引水道得到,由坝所得到的水头仅及电站设计水头的四分之一左右,又近似引水式水电站。

   适用条件  坝-引水混合式水电站的特点是:

   

   ①坝与厂房分开,二者用较长的压力水道(隧洞、钢管等)连接;

   ②上游有 水库 ,能进行径流调节,提高枯水季的发电引用流量;

   ③电站的水头由坝抬高上游水位和引水道集中沿程落差而得,水头较大,但坝的高度和水库淹没损失均较小;

   ④在引水道末端与进厂前的高压水管间,一般设有 调压室等调压设施,如采用地下式厂房,且尾水隧洞较长时,还可能要设置尾水调压室。

抽水蓄能水电站:利用电网中负荷低谷时的电力,由下水库抽水到上水库蓄能,待电网高峰负荷时,放水回到下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。

密云水库

适用条件:

在许多电网中因峰谷差扩大和多种经济原因,迫切要求调峰电源。抽水蓄能电站既是良好的调峰电源又具有电网调度上的高度灵活性。它与常规水电站相比,除了具有相同的调峰、调相和备用的功能外,还能利用电网低谷时的电力(称填谷),把电网内成本低的电能,转换为成本高,售价也高的峰荷电能,故可为整个电网带来经济效益。

引水式水电站:全部或主要由引水系统集中水头和引用流量以开发水能的水电站 。

   世界上已建成的引水式水电站,最大水头达 1767m(奥地利赖瑟克山水电站);引水道最长的达39km(挪威考伯尔夫水电站)。中国已建成的引水式水电站,最大水头为629m(云南以礼河第三级盐水沟水电站);引水隧洞最长的为8601m(四川渔子溪一级水电站)。

   适用条件  在河流比降较大、流量相对较小的山区或丘陵地区的河流上,当可在较短的河段中,以较小尺寸的引水道取得较大的水头和相应的较大发电功率时,建设引水式水电站常是经济合理的。有时采用裁弯取直引水或跨流域引水,也可建造经济合理的引水式水电站。在丘陵地区,引水道上下游的水位相差较小,常采用无压引水式水电站;在高山峡谷地区,引水道上下游的水位相差很大,常建造有压引水式水电站。与坝式水电站相比,引水式水电站引用的流量常较小,又无蓄水库调节径流,水量利用率较差,综合利用效益较小。但引水式水电站因无水库淹没损失,工程量又较小,单位造价往往较低,常成为其主要优点。

平板坝:由平板面板和支墩组成的 支墩坝 。自1903年修建了第一座有倾斜面板的安布生平板坝以后,世界各国修建了很多中、低高度的平板坝。阿根廷在1948年修建的埃斯卡巴平板坝,坝高83m,是世界上最高的平板坝。苏联修建了一些土基上的溢流平板坝。中国在1958及1973年分别建成高54m的金江平板坝和高42m的龙亭平板坝。

   面板与支墩的连接有以下三种形式分类:

   ①简支式:面板简支在支墩托肩(牛腿)上,接缝涂沥青玛蹄脂等柔性材料,并设置止水。简支式能适应地基和温度变形,采用最多。

   ②连续板式:面板跨过支墩,每隔两三跨设一道伸缩缝。连续式可以减小板的跨中弯矩,但在跨过支墩处产生负弯矩,易在迎水面产生裂缝,所以较少采用。

   ③悬臂式:面板与支墩刚性连接,在跨中设缝,要求变形小,以防接缝漏水,只能用于低坝。平板坝支墩有单支墩和双支墩两种形式,双支墩用于高坝。

支墩坝:由一系列倾斜的面板和支承面板的支墩(扶壁)组成的坝。

依泰普水电站

特点:

①面板是倾斜的,可利用其上的水重帮助坝体稳定;

②通过地基的渗流可以从支墩两侧敞开裸露的岩面逸出,作用于支

墩底面的扬压力较小,有利于坝体稳定;

③地基中绕过面板底面的渗流,渗透途径短,水力坡降大,单位岩体

承受的渗流体积力也大,要求面板与地基的连接以及防

渗帷幕都必须做得十分可靠;

④面板和支墩的厚度小,内部应力大,可以充分利用材料的强度;

⑤施工期混凝土散热条件好,温度控制较重力坝简单;

⑥要求混凝土的标号高,施工模板复杂,平板坝和连拱坝的钢筋用量大,因而提高了混凝土单位体积的造价;

⑦支墩的侧向稳定性较差;在上游水压作用下,对于高支墩,还存在纵向弯曲稳定问题;

⑧平板坝和大头坝都设有伸缩缝,可适应地基变形,对地基条件的要求不是很高;连拱坝为整体结构,对地基变形的反应比较灵敏,要求修建在均匀坚固的岩基上;

⑨坝体比较单薄,受外界温度变化的影响较大,特别是作为整体结构的连拱坝,对温度变化的反应更为灵敏,所以支墩坝宜于修建在气候温和地区;

⑩可做成溢流坝,也可设置坝身式泄水管或输水管。

双曲拱坝:双向(水平向及竖向)弯曲的拱坝。它是拱坝中最具有代表性的坝型。双曲拱坝的水平向弯曲可以发挥拱的作用,竖直向弯曲可实现变中心、变半径以调整拱坝上下部的曲率和半径。双曲拱坝的优越性可从这两个方向的弯曲中体现出来。一般情况,上部半径大些,可使拱座推力更指向岸里;下部半径小些,可适当加大下部中心角以提高拱的作用。因此,双曲拱坝一般均采用变中心、变半径布置,具体又有等中心角及变中心角之分和拱冠梁有近乎直立和俯向下游之分。为适应特定的地形、地质和溢洪、泄水及厂房布置要求,使拱坝体型、应力及拱座稳定等更趋合理,可调整双曲拱坝的各种参数,并可在坝基增设垫座以周边缝与坝身分开,或在坝身设置切入缝和分离缝等。设置周边缝和垫座一般可改善地基(特别是不均匀或不规整地基)对拱坝坝身应力的影响,及改善或降低坝基(即垫座底部)应力以适应地基的要求。设置切入缝或分离缝可改变拱梁系统荷载分配以改善坝身及坝基应力以适应特定的要求。周边缝、切入缝及分离缝自20世纪50年代以后才逐渐出现。它们改进了拱坝应力并扩大了拱坝的应用范围,优点较多。但也有人认为这些缝破坏了拱坝的整体性,削弱了坝体强度,其结构作用不明确。虽然对它们的作用至今还存在肯定和怀疑两种不同的观点,但从世界修建拱坝的实践看,这些结构缝屡见不鲜,且有逐渐增多的趋势。

橡胶坝:固定在混凝土底板上的橡胶囊(或橡胶片)式的低水头挡水建筑物。

优点:

①坝袋制造工厂化、安装简单、工期短;

②造价低廉、节省钢材、木材、水泥;

③不阻水、能保持河道泄流断面;

④操作灵活、管理方便;

⑤有较好的抗冲击性能。

缺点:

坝袋易老化、耐久性较差。

浆砌石坝:坝身主要用石料浆砌而成的坝。为了防止渗水,在迎水面设有防渗面板、防渗墙或用水泥砂浆勾缝防渗。

   浆砌石坝的优点是:

   ①就地取材、节约钢材、木材、水泥;

   ②坝顶可以泄流;

   ③施工期允许坝体过水;

   ④施工操作技术易于掌握,施工期安排较灵活。缺点是施工机械化较困难,施工速度较慢,使用劳力较多。

河南焦作群英坝(世界最高)

   分类  浆砌石坝分为浆砌石重力坝、浆砌石拱坝和浆砌石支墩坝 浆砌石重力坝又分为实体重力坝、硬壳坝、填碴坝和空腹重力坝。浆砌石支墩坝又分为连拱坝和大头坝。硬壳坝主要由硬壳和坝内填料两部分组成,利用干砌石、堆石来代替实体重力坝内低应力部位的浆砌石坝体,外包以浆砌块石和条石、混凝土或钢筋混凝土的硬壳。填碴坝又分为在坝体宽缝内填以砂砾石或石碴的宽缝填碴坝和在坝的下游部设置浆砌石框格,在格内填以砂卵石的框格填碴坝。

大头坝:由支墩上游部分向两侧扩展形成面板(上游头部)的支墩坝。

 

   大头坝头部有以下三种形式分类:

    ①平板式:上游面为平面,施工简单。但在水压力作用下,上游面易产生拉应力,引起裂缝。

    ②圆弧式:上游面为圆弧。作用于弧面上的水压力向头部中心辐集,应力条件好,但施工模板较复杂。

    ③钻石式:上游面由三个折面组成,兼有平板式和圆弧式的优点,最常采用。

    大头坝支墩有单支墩和双支墩两种形式,高坝多采用双支墩以增强其侧向稳定性。为了提高支墩的侧向劲度或为了防寒,也可将下游部分扩宽,使坝腔封闭,这时在结构体形上接近宽缝重力坝。

水库渗漏:库水沿透水岩土带向库外低地渗水的现象。水库蓄水后,水位升高,回水面积增大,库水充满库底和库边岩土体的空隙,库周地下水位随之壅高。当库水位上升到高于库周地下水分水岭高程时,库水往往将通过松散岩土层的孔隙和坚硬岩层的层面、断层、节理裂隙、不整合面、溶隙溶洞、风化壳等渗流通道,产生坝基及绕坝渗漏(见 坝基渗漏 ),向邻谷洼地或坝下游等低地排泄,出现与库水位涨落密切相关的新泉和原有泉、井、暗河出口的流量、承压水头增大等现象。

水库淤积:河流挟带的泥沙在水库区的淤积。河流流入水库回水区后,由于断面增大, 流速 减小, 水流挟沙能力 降低,所挟带的泥沙将在库区落淤。泥沙在库区的淤积数量、过程和分布受水库库容大小、平面形态、底部地形、壅水高度、运行方式和来水来沙量、过程及泥沙组成等多种因素的影响。

土坝:利用当地土料和砂、砂砾、卵砾、石渣、石料等筑成的坝。它是一种古老而至今还不断发展并得到广泛使用的挡水建筑物。有时也称土石坝。

   按照筑坝材料在坝内的配置可将土坝分为四类:

堆石坝:主体用石料填筑,配以防渗体建成的坝。

都江堰

土石坝:土坝和堆石坝的统称,又称当地材料坝。土坝和堆石坝都是传统坝型,历史悠久,使用较为普遍。

苏联努列克土石坝(世界第二高坝)

优点:

①筑坝材料取自当地,可节省水泥、钢材和木材;

②对坝基工程地质条件要求比其他坝型低;

③抗震性能较好等。

缺点:

①一般需在坝外另行修建昂贵的 泄水建筑物 ,如溢洪道 、隧洞等;

②如库水漫顶,将垮坝失事,故抵御超标准洪水能力较差。

空腹拱坝:沿坝轴线方向设有较大空腹的拱坝。一般这种坝型较厚,常为 重力拱坝 ,故又称空腹重力拱坝。

  20世纪60年代葡萄牙修建了高 87m的本波斯塔空腹拱坝。采用这种坝型的主要原因是考虑坝顶溢流,还可节约坝身混凝土体积的11.8%。中国于1977年建成凤滩水电站空腹拱坝,坝高112.5m,为当时世界上同类型坝中最高者。空腹内布置厂房,并在坝顶设置溢洪道。空腹拱坝是一种新兴坝型,在坝体下部设一较大空腔,其水平宽度及竖直高度均约为坝体剖面宽高的1/3左右。这样对悬臂梁及水平拱系统的刚度均有削弱,相对而言梁系统削弱较少,而对空腹部位的水平拱则削弱较多,使空腹以上梁承担荷载减少,而以下则增加。只要空腹设置得当,拱梁应力及稳定均能满足要求。

   这种坝型的优点是:

   ①由于梁底部中间约三分之一为空腔,可改善坝底部应力即主要可减小坝踵拉应力;

   ②有利于峡谷地区的枢纽,协调坝体泄洪和厂房布置的矛盾;

   ③有利于坝基排水,可减少坝基渗透压力及浮托力,并可利用空腹在运行时进行监测;

   ④有利于坝体混凝土散热,在一般情况下坝体内可不设纵缝。这种坝型的缺点是结构及体型较为复杂,坝体应力计算分析及施工要增加一定难度。

   过去有人认为坝体应力计算分析费时且不易准确,在空腔边缘易出现裂缝而危及大坝安全。但通过一些工程的实践及实际运行监测,说明只要坝体体型与空腔形状选择恰当,在空腔边缘不会因出现拉应力而导致混凝土开裂。目前由于电子计算技术的发展,计算速度及精度均有较大幅度的提高,对这种新兴坝型的发展是很有利的。

水库浸没:水库蓄水使水库周边地带的地下水壅高,引起土地盐碱化、沼泽化等次生灾害的现象。地下水壅高可使毛管水抬升,当其上升高度达到建筑物地基或农作物和树木的根系,且持续时间较长时,将产生浸没问题。浸没可使农田作物减产,工矿企业和民用建筑物地基条件恶化而损坏,矿井涌水量增加,铁路、公路发生翻浆、冻胀,有时还影响水库正常蓄水位或坝址的选择。

连拱坝:由拱形面板和支墩组成的支墩坝。

  与其他形式的支墩坝比较,连拱坝有下列特点:

   ①拱形面板为受压构件,承载能力强,可以做得较薄。支墩间距可以增大。混凝土用量最少,但钢筋用量较多。混凝土平均含钢筋量可达30~40kg/m 施工模板也较复杂。混凝土单位体积的造价高。

   ②面板与支墩整体连接,对地基变形和温度变化的反应比较灵敏,要求修建在气候温和地区,且地基比较坚固。

   ③上游拱形面板与溢流面板的连接比较复杂,因此很少用作溢流坝。

宽缝坝:将实体重力坝每个坝段的横缝中间部分扩宽成为空腔的重力坝。其优点是:①由于宽缝的存在,坝底面积小,扬压力显著降低,加之上游坡较缓,可利用上游水重来增加稳定,因此使坝体混凝土量可较实体重力坝节省约10%~20%;②宽缝增加了散热面,有利于施工期 混凝土温度控制 ;③坝内留设宽缝后,可以方便坝体观察和检查,必要时还可以在宽缝内进行维护修补和 地基处理 工作。缺点是:①模板工作量大,提高了混凝土的单价;② 施工导流 稍感不便;③在严寒地区,必须采取保温措施。设宽缝重力坝的坝段宽度为 ,宽缝的宽度为2 ,缝宽比2 / 一般为0.2~0.4。缝宽比越大,混凝土越省,但宽缝头部容易产生较大的主拉应力。宽缝重力坝的上游坡 一般为0.15~0.35,较重力坝为缓,下游坡 为0.5~0.7。通常取上游头部的厚度 ≥(0.08~0.12) (为截面以上水深),用以布置横缝止水、灌浆廊道和排水设施。下游尾部的厚度 一般采用3~5m 这种坝型的坝顶超高和坝顶宽度同非溢流重力坝。

  宽缝重力坝的设计原则和实体重力坝基本相同,坝体断面主要根据抗滑稳定和应力要求来确定。抗滑稳定分析和实体重力坝一样,用抗剪断强度或抗剪强度公式计算,计及宽缝的影响。宽缝重力坝的应力是一个三维问题,特别是在上游头部附近,但可简化成平面问题进行计算。分为两个步骤:首先计算整体应力,即计算水平截面上的竖直应力和上、下游坝面的边缘应力;然后计算局部应力,即头部应力,可以垂直上游面切取平面,用差分法或有限元法计算。当缝宽较大时,头部中线附近可能产生拉应力。坝体内一般不容许出现拉应力,但离上游面较远的局部区域,可容许出现不大的拉应力。宽缝重力坝最先由瑞士人菲加里于1900年提出。苏联修建的布拉茨克坝和马马康坝,缝宽比分别为0.27和0.4,后者建造在寒冷的西伯利亚。中国在50年代修建了新安江宽缝重力坝,坝高105m,缝宽比0.4;以后又修建了丹江口、云峰、故县和潘家口等宽缝重力坝,坝高依次为 97m、113.8m、121m和107.5m。中国设计人员还提出了坝基闭路式抽水减压排水系统的设计,即在坝内结合宽缝布置纵向排水廊道网,设置水泵,自动抽水,以进一步减少扬压力,节省坝体混凝土量,已在一些工程中成功地运用。

水电站简介:将水能转换为电能的综合工程设施 又称水电厂 它 包括为利用水能生产电能而兴建的一系列 水电站建筑物 及装设的各种水电站设备。

水库特征值:水库规划设计与运行中作为设计和控制运用条件的若干特征库水位及特征库容。这些特征值反映了 水库 的规模、效益与运用方式,常要通过经济分析和综合比较选定。

  特征库水位  水库在各时期和遭遇特定水文情况下,需控制达到、限制超过或允许消落到的各种特征库水位。

   主要的特征水位有:

   ①正常蓄水位,指水库在正常运用情况下,允许为兴利蓄到的上限水位。它是水库最重要的特征水位,决定着水库的规模与效益,也在很大程度上决定着 水工建筑物 的尺寸。

   ②死水位,指水库在正常运用情况下,允许消落到的最低水位;

   ③防洪限制水位,指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,通常多根据流域洪水特性及防洪要求分期拟定。进行 水库调洪计算 时,可以此水位作为起算水位。

   ④防洪高水位,指下游防护区遭遇 设计洪水 时,水库(坝前)达到的最高洪水位;

   ⑤设计洪水位,指大坝遭遇设计洪水时,水库(坝前)达到的最高洪水位;

   ⑥校核洪水位,指大坝遭遇校核洪水时,水库(坝前)达到的最高洪水位。

  特征库容   相应于某一水库特征水位以下或两个特征水位之间的水库容积,一般均指坝前水位水平面以下的静库容。

   主要的特征库容有:

   ①死库容,指死水位以下的水库容积。

   ②兴利库容,亦称调节库容,指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。

   ③防洪库容,指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。

   ④调洪库容,指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。

   ⑤重叠库容,指正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容积。这部分库容既可用于防洪,也可用于兴利。防洪库容与兴利库容完全重叠时,正常蓄水位即为防洪高水位。防洪库容

与兴利库容完全分开时,正常蓄水位即为防洪限制水位。

   ⑥总库容,指校核洪水位以下的水库容积。它是划分水库等级的主要依据之一。

水库简介:用坝 、堤 、水闸 、堰等工程,于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域。它是用于径流调节以改变自然 水资源 分配过程的主要措施,对社会经济发展有重要作用。

重力拱坝:重力作用较为显著的拱坝。一般情况下重力拱坝常建筑于较宽的河谷,其厚度较大,厚高比常在0.35以上。重力拱坝形式随河谷形状而异。对较宽的U形或梯形河谷,常采用定中心定半径拱坝,与重力坝接近。对较宽的 V形河谷常采用变中心变半径拱坝(即双曲拱坝)。重力拱坝在拱坝中属较厚实的一种坝型。

   它的主要优点是:

   ①兼有拱坝及 重力坝 的优点,安全性较高,对抗御超标准洪水或意外荷载潜力较大;

   ②便于在坝体内布置 泄水孔 及坝顶溢流;

   ③便于在坝下游面设置厂房;

   ④坝体应力及渗透压力比降较低;

   ⑤有时为适应地形、地质上的需要,还可调整体型结构,降低坝基应力,以满足坝址地质要求。如美国 胡佛坝 地质差,要使221m的大坝最大坝基应力控制在3MPa以下,才采用了这种坝型。

坝式水电站:筑坝抬高水头,集中调节天然水流,用以生产电力的水电站 。其主要特点是拦河坝和水电站厂房集中布置于很短的同一河段中,电站的水头基本上全部由坝抬高水位获得。

龙羊峡水电站

  适用条件 坝式水电站适于河道坡度较缓、有筑坝建库条件的河段。其中,坝后式水电站的坝上游有较大容量的蓄水库可以调节流量,有利于加大电站的装机容量,能适应电力系统的调峰要求,水能的利用较充分,综合利用的效益也高,常可既发挥防洪作用,又满足其他兴利要求。其缺点是水库有淹没损失和城乡居民搬迁安置的困难,故高坝大库的坝后式水电站仅适于建造在高山峡谷、淹没较小的地区。河床式水电站只建有低坝,水库容量和调节能力均较小,主要依靠河流的天然流量发电,所以又称径流式水电站。由于弃水较多,水能利用受到较大限制,综合效益相对较小,但淹没损失和移民安置的困难也较小,适于建造在平原或丘陵地区,河道坡度较缓,而抬高水位会显著增加两岸城乡淹没损失的河段上。

水库地震:水库蓄水引起库区及其邻近地区原有地震活动产生变化的现象。水库地震可分为三种情况:

   ①蓄水前没有历史地震记载,蓄水后出现明显的地震活动;

   ②蓄水后发生的地震震级和频度高于历史地震;

   ③蓄水后地震的震级低于蓄水前的震级。前两种常发生在弱震区或无震区,又称水库诱发地震。后一种常出现于多震区或强震区。