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第五章 引水、输水工程

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  第五章 引水、输水工程_电力/水利_工程科技_专业资料。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

  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: 无坝引水枢纽 自流引水 有坝引水枢纽 机械引水(提水引水) 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 无压隧洞---0.01 纵坡 有压隧洞---0.002----0.005 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 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 3、出口段 消能工的设置 消力池、消力坎、挑流鼻坎 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 六、倒虹吸 适宜条件:在渠道与道路,河谷相 交等高填方地段. 优缺点:造价低,水头损失大/管 理不便. 1、倒虹管的组成:进口段、出口段、 管身。 2、形式:竖井式、虹吸式。 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 倒虹吸 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 倒虹吸 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 1、进口段包括渐变段、闸门、拦污栅及沉 砂池等组成。 进口段作用:与渠道平顺衔接,以减少水头损 失。 渐变段形式:扭面或八字形墙。长度要求。 闸门作用:清淤、检修. 拦污栅作用: 沉砂池作用,对于泥沙大的渠道设置冲沙闸. 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 2、出口段 布置的形式: 一般情况下出口渐变段比进口段稍长,其 主要原因是调整出口水流的流速分布,使水流 平顺的进入渠道. 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 3、管身 管身断面一般为圆形或矩形. 圆形管因水力条件和受理条件较好,主要用于大、 中型倒虹吸,而矩形由于施工工艺比较简单,主要用 于小型混凝土倒虹吸。 管路的设置要求: 1、在管道变坡或转弯处设置镇墩; 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 2、在管道最低处或镇墩内设置冲沙孔(放水 孔); 3、底部高程一般与河道枯水位齐平,但在实 际工程中有防洪要求的河道,虹吸管常高于河 道最高洪水位。当管路穿过冰冻区时,管道要 有一定的埋深,穿越河床时,要低于冲刷面以 下。 第四节 渡槽、隧洞、倒虹吸 4、倒虹吸管的布置形式: 竖井式和斜管式。 竖井式多用于穿越道路或堤坝,进出口一般用 砖砌或混凝土浇筑而成矩形断面的竖井,水平 管道有矩形或圆形。 斜管式倒虹吸多用圆管连接而成(管道间采用 止水材料密封),进出口段做成渐变段与渠道 相连(天圆地方)。 第五节 陡坡、跌水、农桥 落差建筑物: 定义:渠道要保持一定的纵坡,以保证输送需 要的流量并防止渠道产生冲刷淤积。当渠道要 通过坡度过陡的地段时,为了保证渠道的设计 纵坡,避免大填方和深挖方,可将水流的落差 集中,并修建建筑物来连接上下游渠道,这种 连接建筑物称之为落差建筑物。 主要形式有陡坡和跌水 第五节 陡坡、跌水、农桥 落差建筑物: 定义:渠道要保持一定的纵坡,以保证输送需 要的流量并防止渠道产生冲刷淤积。当渠道要 通过坡度过陡的地段时,为了保证渠道的设计 纵坡,避免大填方和深挖方,可将水流的落差 集中,并修建建筑物来连接上下游渠道,这种 连接建筑物称之为落差建筑物。 主要形式有陡坡和跌水 第五节 陡坡、跌水、农桥 跌水 定义:当水流从渠道口流出后,呈自由抛 射状态,落于下游消力池中的自由跌落称 之为跌水。 跌水有单级跌水(3~5m)和多级跌水之 分。 跌水的组成:跌水口、跌水墙、消力池、 出口连接段等。 第五节 陡坡、跌水、农桥 跌水 第五节 陡坡、跌水、农桥 跌水口 跌水口的设计:不知渠道口上游水面 雍高或降低; 常用的形式有矩形、梯形和抬堰式 第五节 陡坡、跌水、农桥 第五节 陡坡、跌水、农桥 第五节 陡坡、跌水、农桥 第五节 陡坡、跌水、农桥 二、陡坡 定义:当渠道过地形较陡的地段时,利用 倾斜渠漕连接该段上下游渠道,这种倾 斜渠漕的坡度比临界坡度大,称之为陡 坡 第五节 陡坡、跌水、农桥 二、陡坡 定义:当渠道过地形较陡的地段时,利用 倾斜渠漕连接该段上下游渠道,这种倾 斜渠漕的坡度比临界坡度大,称之为陡 坡

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