1、 水电站进水口设计规范(试行) SD30388 编 制 说 明 第一章 总则 第1.0.1条 在水力枢纽中，一般均设有各种用途的引水、输水和泄水建筑物。这些建筑物中的进水口由于其功能、流态和流速都有较大的差异，因而其设计要求不尽相同。本规范专为发电引水建筑物中的进水口(简称水电站进水口)而制订，并适用于由前池供水的压力管道首部之进水口。 第1.0.2条 本条所列进水口建筑物的组成和设施，仅就一般情况而言，根据不同的进水口型式和具体的工程条件将有所增减。例如，缓坡地形的岸式进水口，可能要设置引渠；有压引水道若由提升闸门充水，就无需另设充水管；开敞式进水口除检修闸门外，尚需装设工作闸门，且不要通气
2、管；如此等等。如通气孔兼作检修进人孔，应设置爬梯。 第1.0.3条 任何工程设计都离不开基本资料，水电站进水口设计也不例外。但值得提出的是，以往在水电站设计中存在着重坝轻水道现象。进水口又是引水建筑物中的一个局部，更易使人忽视。因然大坝失事的后果要比进水口失事严重得多，但进水口出了问题给国家造成的损失也并不算小。以甘肃某水电站岸式进水口的地质资料为例，开挖后才发现顺坡裂隙发育，岩体不稳。按稳定边坡开挖，削坡量太大；作重力式挡墙，混凝土方量太多。几经变更，临时选定了锚索锚固。但因当时无施工力量而推后施工，直至电站建成还不得不“带病”运行。又如福建某水电站的进水口，开挖两万m3土方后才发现勘探中把
3、孤石误认为基岩，被迫另选进水口位置。实际工程中，由于地质资料不足造成设计的被动是常有的事。本条不仅提出了进水口设计所必须的各项基本资料，更提醒设计者对基本资料要重视。 第1.0.4条 本条是作好设计的总的指导思想，是衡量设计好坏的准则，应切实执行。 第1.0.5条 我国幅员辽阔，自然条件差别悬殊，规范不可能包罗万象，也不宜把内容规定得太死。这样，具体工程中必然会有一些问题无所遵循，或规定的条款与实际不符。如遇这种情况，设计单位应提出补充和修改意见，报审批机关批准执行。 第二章 工程布置 第一节 一般规定 第2.1.1条 为保证进水口的流态平稳和水头损失小，关键是要使进水口水流畅顺和进流匀称。为
4、此，应首先着重于工程布置，保证水流条件的良好衔接，不使趋近进水口的水流发生流向突变或形成回流，不使进水口轴线平行并紧靠陡峻的岸坡而造成进水口水流不对称，产生偏流。 第2.1.2条 进水口前缘水域发生漩涡是较为普遍的现象，在统计的48座水电站中，有33个进水口(占69%)曾程度不同地发生过漩涡。表面漩涡对进水口运行不致有大的影响。贯通式漏斗漩涡则不然，像华东和中南地区一些水电站曾发生的那样，有的使大量漂浮物吸附在拦污栅上，栅条压曲变形；有的把空气吸入引水洞，使管道震动，流量减少，机组减荷；还有的使杂物卡在水轮机内，将导叶折断。 漏斗流漩涡的产生，涉及多方面的因素，诸如来流方向与进水口轴线的关系，
5、进水口地形边界形状，进口淹没深度，进口流速和孔口尺寸等。 第2.1.3条 完备的设备和设施是保障进水口安全运行必不可少的组成部分，而且要求其操作灵活，检修方便。但从已建电站来看，在这方面还存在一些问题。例如，较为普遍的是缺少清污设备，人工清污劳动量大；充水阀门操作失灵或检修不便，经常发生事故。还有，设施不能满足需要，有碍正常运行，如贵州某水电站进水口的旁通管，管径过小，百余米长的隧洞两天多才充满水，充水时间太长。 第2.1.4条 已建电站的运行实践说明，多泥沙河流上的水电站由于没有防沙措施或防沙措施不完善，造成水库淤积迅速，发电引水管道进沙，严重者进水口堵塞，电站不能正常运行。 例如黄河上某水
6、电站，总库容2.65亿m3，因无防沙措施，运行后的第三年，即1964年汛期，水库淤积使库容损失已达70%以上，泥沙即推移到坝式进水口的前缘。加之污物堵塞了拦污栅，泥沙也就堆堵到拦污栅上，致使拦污栅被压垮。同时进入引水管的泥沙堵塞了厂内的各种水管，使水力量测系统大部分失效；水轮机磨损严重，机组效率降低，修补频繁。 又如云南某水电站，死库容与来沙量的比值为0.3，原设计考虑设置沉沙池，并配合汛期低水位运行排淤。由于历史原因，未能实现这一方案。1972年运行，1977年日调节池已淤到死水位，过机泥沙量剧增。1978年过机泥沙量增加一倍。1979年以来，每年45月份全厂停水1015天进行清淤，但运行1
7、2个月后又被淤满。汛期提高水位运行以图减少过机泥沙，然而水库淤积更加严重，当汛后低水位运行时又有大量泥沙过机。泥沙的大量过机，使水轮机过水部件磨损严重。运行初期，两年一次大修；1978年以后，一年一次大修。九年内三台机共报废五个转轮。由于检修频繁，球阀关闭次数增多，加速了球阀密封的损坏。 再如云南的另一水电站，由于对库内泥沙运动规律分析研究不够，没有设置冲沙底孔，技施设计中又取消了进水口前的冲沙闸，运行后淤积很快就超过了进水口拦沙坝和溢流堰顶，水库失去了调节径流和防沙的能力。大量泥沙被带进机组，并影响到下游梯级电站。水轮机过水部件磨损日益加剧，部件更换日益频繁。水轮机喷嘴和镶护环运行初期三年更
8、换一次，之后每半年就更换一次。此外，供水管道被泥沙堵塞，发电机冷却水供应不足，机温升高。 还有广西某水电站，没有排沙措施，运转后进水口前缘泥沙已淤积很高，打算安装水力排沙管排淤。 显然，对多泥沙河流上的进水口，有效的防沙设施是确保电站正常运行绝不可少的组成部分，务必给予应有的重视。 已建电站进水口泥沙问题解决欠佳的原因，归纳起来有以下几个方面： 1.依赖于上游梯级电站的先行兴建。靠上游水库拦沙，实际上多半落空。 2.对上游环保效益估计过高。实际上，由于滥伐林木破坏水土保持，使沙量增加，而不是想象中的减少。 3.对修建梯级电站改变自然条件后之河床冲淤估计不足。 4.多泥沙河流上的电站进水口没有有
9、效的冲沙防沙设施。 第2.1.5条 污物堵塞拦污栅是水电站进水口运行中较为普遍的问题。在48座水电站中，有26个即半数以上的进水口曾发生不同程度的拦污栅堵塞。轻者，加大拦污栅的水头损失，减小进水口的流量(根据目前资料，有四个进水口拦污栅压差达67m，两个达1112m)；堵塞严重者，栅条受压变形或压断，机组减荷或被迫停机。 浙江某水电站，1961年6月9日洪峰带来大量浮物，由于进水口前回流和漩涡漏斗的作用，把大量漂浮物汇集到进水口水面，吸入漩涡漏斗，附着在拦污栅上。拦污栅堵塞后，压力管道水压下降4.90N/cm2，总出力降低4000kW，过栅压差达5.4m，最终造成拦污栅损坏和脱落事故。 黄河上
10、某水电站，1964年7、8两个月，3号机由于沉浮在深水中的带泥水草堵塞拦污栅，泥沙堵塞供水系统，共停电29次，少发电计7000多万kWh，损失人民币184万元。8月12日水草堵塞拦污栅后，泥沙受阻淤积在栅前，栅后过水断面呈明流状态，水流过栅压差达6.92m，拦污栅压垮被迫停机。1966年和1967年两年停机分别为53.5天和68天，各损失电能5890万kWh和7190万kWh。为防止水草和泥沙，曾采用所谓“五道防线”设施，即拦污网、挖泥船、吹扬筒、活动拦污栅和回转拦污栅，但收效不显著。 云南某水电站，由于未能及时清除拦污栅上污物，栅前后水压差剧增，栅格变形加大，导致拦污栅压垮，污物涌进机组，最
11、终发生机组全停的重大事故。 云南另一水电站，河道漂浮物多，进口未设专用清污设备，自1971年12月运行后时四年时间里，拦污栅发生多次部分堵塞，进流量减少，引起主机油开关跳闸，造成停机。 云南还有一个水电站，1976年5月29日上游突降暴雨，木料和枯树等杂物大量袭击进水口，因人工来不及清污，拦污栅堵塞，过栅压差达12m，拦污栅被压垮。 福建某水电站，进水口位于大坝左岸，正对应主流，因未设导污设施，汛期大量污物汇集在进水口前，污物附在拦污栅上厚达100cm。1969年3月运行以来，于1974年、1976年、1979年和1980年拦污栅接连发生堵塞，栅条受压变形，直至压垮。事故发生后，被迫采取上游一
12、级水电站关机停水，然后放空二级水库，对拦污栅进行清理、修补和更换。 四川某水电站，位于多漂木的岷江，进水口为拦河闸式侧向引水，顺流向第一道防沙设施为潜孔，因潜孔没有拦木设施，漂木期间曾钻入大量木材，多达2000多m3，堵塞在隧洞进水口前缘。 新疆某水电站，拦污栅本身并无堵塞问题，只是拦污栅网格不适应河流污物特性，拦阻不了水流中的碎屑杂物，经常造成水轮机冷却器的堵塞。 已建水电站进水口堵塞和拦污栅压垮的原因，归纳起来有以下几点： 1.进水口位置欠妥。在多污物河流上，进水口顶冲主流布置，又无有效的导污设施，进水口直接遭受污物的袭击；或把进水口布置在回流区，导致大量污物汇集在进口前缘。 2.对河流携
13、带的污物特性调研不够，防污设计一般化。如在暴雨山洪来势猛、树枝和杂草密度大的河流上，进水口未设有效的导污、排污设施，只有普通型的拦污栅。 3.没有与污物类型相适应的清污设备。已建水电站绝大多数都是人工水面或潜水清污，少数梯级小库容电站，还靠放空水库清污。 4.拦污栅缺少监测设施，清污不及时，没有制度化，待污物堵塞已危及正常运行时才进行清理。 5.早期设计的拦污栅，对污物堵塞认识不足，压差荷载假定偏小，栅条强度不够。 第2.1.6条 我国土地辽阔，南北跨越33个纬度。在北纬30度以北的17个省、区，约占我国四分之三以上的地区，尤其是东北、华北和西北地区，每年冬季都出现不同程度的冰情。 流冰，可能
14、撞击和堵塞进水口，还可能在浅滩、急流等处堆成冰坝，气温回升后冰坝溃决，泛滥成灾，威胁进水口的安全；沿海地区的潮汐河流，在潮汐作用下冰块来回移动，可能对进水口反复撞击。黄河凌汛，特别是内蒙和山东河段，河流流向自南向北，造成下游开河晚于上游，往往出现冰凌卡塞，形成冰坝。黑龙江、松花江都出现过冰坝。新疆天山北坡的许多河流，坡陡流急，冬天大都不封冻，流冰期长，流冰量大，当气温骤降，流冰量大增，往往形成冰坝。冰坝溃决后，冰水俱下，冰块撞击河流上的建筑物。1951年1月永定新河潮汐河口，流冰撞坏永定新河大桥和大车桥，使交通断绝。 冰盖，当初春气温连续大幅度回升时迅速膨胀，冰压力急剧增大，对建筑物产生巨大推
15、力。例如，辽宁某水库工业用水取水口的钢筋混凝土塔，就是在冰压力作用下于1982年2月产生水平裂缝的。 冻结，主要发生在开敞式进水口的拦污栅、闸门和门槽上，它可能封堵过水断面，使设备操作失灵，影响进水口的正常运行。 因此，防止流冰的撞击、冰压力的破坏和设施的冻结，是严寒地区河流上进水口设计的关键问题之一。 第2.1.7条 为保证进水口的顺利施工和管理方便，尤其是岸式和塔式进水口，良好的交通运输条件是非常重要的。在进水口位置选择和工程布置时应予以充分重视。 第2.1.8条 进水口位置选择及其工程布置不是孤立的，应与整个枢纽布置一道考虑。既要选择进水口的较佳方案，又不致影响其它建筑物的布置。 第二节
16、 进水口型式、体形及布置 第2.2.1条 水流条件不同，水流流态不一；进水口位置不同，结构型式有异。流态不一、结构型式有异，设计要求也就有差别。因此，本规范按进水口水流条件和所处位置作了分类，以便分别对其提出要求。 开敞式进水口，也称无压进水口，具有与大气接触的自由水面，适用于河流水位变化幅度小的径流引水式电站。浅孔式进水口和深孔式进水口均淹没于水面以下，不具有自由水面，属有压进水口，适用于河流水位变化幅度大或从水库取水的水电站。但浅孔式进水口在防沙、防污和防冰等方面与开敞式进水口类同。 位于坝上的进水口，或本身就是挡水建筑物的组成部分者，如河床式水电站进水口，本规范统称为坝式进水口。位于岸边
17、的进水口称为岸式进水口。独立于坝体和岸边之外者，称为塔式进水口。 第2.2.2条 坝式进水口是坝体的组成部分，故必须根据坝型并结合坝体分段分块进行水工布置。 河床式水电站进水口，即是挡水建筑物的组成部分，又是厂房建筑物的组成部分。布置时为适应水流条件，进水口在立面上应扩大作成喇叭口，上部与胸墙相连，以保护门槽和拦污栅免遭浮物和冰块的撞击，且可降低栅前流速使水流平顺地进入水轮机室。 第2.2.3条 岸式进水口有多种型式，以往无统一名称，故各地称法不同。为便于交往和规范用语，有必要使名称统一化。本规范按装置闸门的位置及其相应的结构型式，并考虑以往的习惯，把岸式进水口分为三大类。事故或检修闸门装入与
18、岸边连接的塔形建筑物内者称为岸塔式进水口；闸门装进岸上竖井内者称为竖井式进水口；闸门沿岸坡装置者称为岸坡式进水口。开敞式进水口也是岸式进水口的一种类型。 第2.2.4条 我国已建的塔形进水口多为单面进水的矩形塔筒式。多层多孔径向进水的圆形塔式进水口，由于塔身结构复杂、闸门及其启闭设备特殊，我国很少采用。 第2.2.5条 为便于设计者对各式进水口特点的了解和选用，特将各式进水口的适用条件列入附录一，并附有断面图以资比较。 第2.2.6条 水电站进水口的流速一般较小，线型要求不像泄洪建筑物那样高，但为了水流平顺和水头损失小，进水口过水边界宜采用流线型，过水断面宜逐渐收缩。 第2.2.7条 水头太高
19、，孔口尺寸过大，可能为闸门结构或启闭机起吊能力所不允许。为此，可改变孔口尺寸，变单孔为双孔。但应注意开挖跨度增大后地质条件是否允许，设置隔墩后水流流态是否扰动太大。 第2.2.8条 为使进水口的上下游有良好的衔接，使水流畅顺，流态平稳，特提出本条要求。 在编制隧洞规范时，据调查，近期已建水电站的岸式进水口渐变段一般多采用直线变化规律，长度多为1.52.0倍引水道宽度(或洞径)，效果较好。考虑到坝式进水口按此要求布置有困难，故在条文中将长度改为1.02.0倍引水道宽度(或洞径)。 第2.2.10条 发电机组是靠水轮机导叶调整流量，有压引水系统中的岸式进水口无需装设工作闸门；在调压井内或高压管道首
20、部若装有事故闸门，除引水隧洞较长或运行有要求者，岸式进水口一般只装设检修闸门。坝式进水口，一般既装有检修闸门又装有事故闸门。明渠引水道存在进水流量的控制问题，所以，开敞式进水口除检修闸门外，工作闸门是不可缺少的。 第2.2.11条 为充分发挥通气孔的作用，通气孔管道的下口应紧靠闸门后的水道顶部。上口超出上游最高水位，是为了防止风浪卷入杂物堵塞通气管。与闸门启闭机室分开，是为了在发生通气孔事故喷水时可保障人身和机器设备的安全。 气锤，也有人称气浪，是压力水道中发生的一种压缩气体的剧烈波动。严重时，压缩气体经电站进水口的通气孔或进人孔冲出，引起进水口向外喷水，水柱可高达10多m。这种现象一旦发生，
21、破坏力极大，严重威胁着进水口建筑物和运行人员的安全，以及电站的正常运行。据51座已建水电站的统计，其中有21座电站的进水口(占41%)先后发生过气锤喷水，有的进水口还接连不断地发生气锤喷水。 例如，云南某水电站，1968年5月27日，3号机启动试运行半小时后，水压从正常的612.92N/cm2下降到333.43N/cm2。此时意识到进水口闸门未开。由于闸门提得太猛，水压发生剧烈周期性变化，使洞内水流从通气孔喷出，射向闸门室，门窗被冲坏，门槽上的钢梁被掀起，值班人员受惊吓。 又如，陕西某水电站进水口的通气孔，其管道上口通向下游，因充水阀的充水行程调整过大，先后发生过三次气锤喷水。最严重的一次发生
22、在1983年3月。3号机大修后应进行管道充水，但操作人员误认为管道有水，便快速提门运行，结果造成气锤喷水。喷水射到下游110kV开关站，引起双母线接地，发生重大事故。 鉴于已建电站存在的上述情况，故对通气孔的进口位置作了相应规定。 第2.2.12条 为平衡闸门上下游之水压力和机组运行的需要，有压管道在启门前应先行向管道充水。充水方式有三：利用埋在闸墩中的所谓旁通管充水；通过设在闸门上的阀门充水；提升闸门由闸门下缝隙充水。无论哪种充水方式，均应考虑充水设施要便于操作、检查和维修。 第三节 位置选择 第2.3.1条 进水口前引渠较长时，由于电站机组突增负荷可能会发生引渠水流的不连续。 第2.3.2
23、条 在支流或山沟的汇口处，往往由洪水带来大量推移质，威胁进水口的正常运行。如广西某水电站，因进水口位于山沟出口处，又无拦沙设施，每年山洪都冲来很多沙石，进水口前淤积厚达34m。故规定不应把进水口置于支流和山沟的汇口附近。 第2.3.3条 在第2.1.5条的说明中，曾提到浙江某水电站进水口拦污栅被污物堵塞的情况。污物之所以汇集在进水口前缘，是由于进水口前水面的回流作用，而回流的形成则是进水口上游侧山梁顶托水流所致。事实上，不仅对聚积污物来说回流区不利，就水流条件来说，回流区对进水口的流态也是不利的。至于进水口不应正对流冰的直接撞击，则是不言而喻的。 第2.3.4条 所谓“稳定河段”，是指该河床断
24、面基本不变、主槽位置比较固定的河段。 在工程设计中有所谓“稳定河宽”的概念，用来判断河段是否稳定。在苏联和我国常应用下述阿尔图宁稳定河宽公式： 2.05.0JQAB =（A） 式中 Q“造床流量”，m3/s，相应于频率为3%10%的流量； J河床纵比降； A系数，对直河段采用0.91.1，对弯曲河段再乘以0.50.75。 上式是根据苏联中亚河流的具体条件总结出来的。在我国实际应用中，普遍认为按频率3%10%算得的Q太大，即B太宽。有不少人认为应采用“常年洪水流量”的概念，但具体数值仍难论证和统一。由于各类河流条件有很大差异，上述公式的使用还存在不少问题，但在工程设计中仍可参考应用，并结合河段实
25、际情况分析确定。 第2.3.5条 把进水口选在弯曲河段上是为了充分利用弯道的环流作用，弯道顶点下游处环流强度最大。利用环流作用是一项重要的防沙措施，早在2000多年前都江堰工程就得到应用，并为此后众多的工程实际所采用。对于形态规则的弯道(图A)，杜立涅夫曾通过试验得出最有利的引水口位置。其计算公式如下： 14+=BRKBL(B) 式中 L引水口至弯道起点间的距离，m； R弯道河槽中心线的弯曲半径，m； K系数，一般取0.61.0； B弯道河槽宽度，m。 图A 弯道引水口位置图 与此类似的还有其它经验公式。但实际河流弯曲形态常为非规则的同心圆，所以这些公式都还难以正确的应用。此外在选择枢纽位置时
26、还要考虑具体的地形、地质等条件。例如，映秀湾和龙渠水电站的引水枢纽，其进水口都接近弯道的末端，因为该处有较为适宜的进水口位置，其后并有布置沉沙池的地形条件，所以枢纽位置的选择较为合适。渔子溪一、二级等工程也有类似情况。 但在另一方面，弯道横向环流强度过大也会对工程产生不利的影响。例如，凹岸下游冲刷剧烈，泄洪闸前水位横比降大；闸孔泄流能力很不均匀，位于凸岸的闸孔泄流量小且闸前闸后易形成淤积等。这些在设计中都应给予重视。 第2.3.6条 实际工程中由于地质条件欠佳是有深刻教训的。例如，甘肃某水电站进水口，地处倾倒体覆盖、断裂发育的地段，为清除上部倾倒体，开挖边坡高达77m。由于是边勘探边设计和边施
27、工，开挖中才发现顺坡裂隙越挖越多。施工过程中，发生过洞脸岩体塌落，堵塞遂洞进口；出现过山坡岩体错动，拉断已浇混凝土护板。显然山坡处于不稳定状态，需要采取措施进行处理。当时，工程进度紧迫，不稳定岩体随开挖逐渐增多，故决定不再挖除不稳定岩体而采用重力式混凝土挡墙处理。经计算，挡墙混凝土方量过大，为整个进水塔工程量的63.4%；且重力挡墙还要靠进水塔支撑，使塔身结构受力条件复杂。这样，又放弃了重力式挡墙方案，按施工进度改为混凝土锚洞、深齿槽、钻孔钢筋桩和预应力锚束等综合加固措施。其中，预应力锚束因各种原因未如期施工，故在电站其他建筑物建成后只能“带病”投入运行。此实例说明，岸式进水口的地质条件一定要
28、搞清楚，边坡稳定一定要有保证。 第四节 设置高程 第2.4.1条 所谓上游最低运行水位，是指与电站引用流量设计保证率相应的河道水位。 第2.4.2条 开敞式和浅孔式进水口的底板高程，从防沙角度考虑，一般应高出进水口前缘的河床高程(称拦沙坎)。高出多少，与河道地形、进水口型式、含沙量及其分布规律以及排沙设施有关，应通过防沙水工模型试验选定。 拦沙坎虽应具有一定的高度，但过高也不利，因为在闸前水深一定的情况下，坎愈高则进水口水深愈小，而为了保持进水口较低的流速(否则易进底沙)，就会使进水口前缘和冲沙槽布置得很长，不利于枢纽泄洪和排沙。根据国内工程经验，对于大中型工程，坎高应大于23m，或相当于冲沙
29、槽内水深的50%左右。 第2.4.3条 在附录四中，对进水口最小淹没深度提出了两个估算公式，一是从防止进水口发生贯通式漏斗漩涡考虑，一是从防止进水口产生负压考虑。可视工程具体情况采用。 第2.4.4条 要求进水口底板高于水库淤积高程，关键是对库区淤积高程的正确估计。例如，河北某水电站进水口的底板高程为460m，运行后进水口前缘沙滩平均高程已达461m，最高达465m。实际泥沙淤积高程远高于进水口的底板高程，这就难免不使泥沙进入引水系统。 所谓排沙漏斗，即通过排、冲沙设施，将电站进水口前缘的淤沙排往下游，在此处形成漏斗状空间，以保持电站进水口前的所谓“门前清”，使泥沙不进入发电引水系统。根据一些
30、工程的总结，排沙漏斗顺水流方向的坡度为13至130；侧向边坡为12.5至14.6。侧向边坡可由下述经验公式估算： =2201lg)05.003.0(HuQuM(C) 式中 M漏斗侧向坡度； u排沙孔喇叭口处的平均流速，m/s； Q排沙流量，m3/s； H坎前淤积厚度，m； u011m水深时泥沙起动流速，m/s。 平板闸门随孔口高程的下降而加重，即造价随孔口高程下降而增大。因此，进水口设置高程还应结合进水口的地形地质条件和全面的经济比较确定。 第2.4.5条 大型水电站工期较长，为及时发挥前期工程效益而需分期发电时，进水口高程的设置应满足分期引水的需要。例如乌江渡水电站，装机三台，其中两台机的进
31、水口高程为700m，另一台为683m，后者即考虑了先行蓄水发电的要求。 第三章 防沙、防污和防冰 第一节 防沙 第3.1.1条 防沙设计的任务是制定合理的防沙措施。所设计的水电站是否需要防沙，采取什么样的防沙措施，以及排沙措施的规模大小，都决定于河流的泥沙资料。因此，正确地解决电站进水口的防沙问题，必须首先充分掌握河流泥沙的基本情况。 第3.1.2条 在进行防沙设计时，既要弄清现有河流的泥沙含量，又要考虑上游泥沙来量的可能变化(例如自然环境的改善和上游水库的兴建等)。应恰当估计上游水土保持的实效，防止不切实际的防沙设计和失误。例如盐锅峡水电站，坝高50m，虽属中水头水电站，但地处峡谷，库容小，
32、黄河又是有名的含沙河流，却未设排沙设施。运行23年后水库淤满，坝前淤积达进水口底板高程，大量泥沙带进引水系统。其原因就是过高估计上游的水土保持效益，并寄希望于上游刘家峡水库先期兴建拦截泥沙(实际上刘家峡水库后于盐锅峡水电站修建)。 第3.1.3条 我国在多泥沙河流上修建了许多中小型引水式电站和灌溉进水口，实践中对这类拦河闸式引水枢纽积累了丰富的防沙经验。如西南地区建成的映秀湾、渔子溪、南桠河三级、西洱河梯级和大寨等水电站，其防沙设施都收到了良好的效果。当然，在另一些电站也有不少失败的教训。本条所列拦河闸式引水枢纽进水口防沙设计应遵循的基本原则，就是归纳了这些成功的经验和失败的教训而提出的。 其
33、中，关于水库防淤和进水口防沙应统筹安排问题，对于调节性能差的低坝式水库尤其是这样。因为库区的大量淤积必然导致进水口防沙任务的加重。 所谓促使水、沙分离，引水排沙，主要是通过合理地利用有利地形，恰当地进行工程布置，使水、沙各行其道，把“清水”引入进水口，把泥沙排往下游。 在已建电站中，由于对推移质只拦不排造成了进水口前缘的淤积，继而大量的推移质被带进引水道。例如安徽某水电站，进水口前30m处筑有拦沙坝，拦截推移质的效果尚佳，但无排冲设施，拦沙坝将面临淤平失效的境地。其它电站也有类似情况。这些教训说明，对推移质不但要拦截，更重要的还应立足于排。 事实上，推移质虽被拦沙坎拦截，但有害的悬移质泥沙和一
34、部分跳跃式推移质还会越过拦沙坎进入进水口。为些，在多泥沙河流上，于拦沙坎之后还应修建沉沙池，把越过拦沙坎的泥沙沉淀下来，经冲沙道冲往下游。 水库合理的运行方式，如汛期流量大、含沙多，可降低水位运行，以便充分排沙，减少库区淤积；非汛期流量小、含沙少，可抬高水位运行，以充分发电。这种运行方式已被实践证明是库区防淤和进水口防沙卓有成效的经验。 低坝引水枢纽中的进水口，按枢纽布置形式可分为无坝引水式、低坝冲沙槽式和拦河闸式。无坝引水式，引水保证率低，仅适用于小型水电站。低坝冲沙槽式，是在靠近进水口的坝段上设置冲沙闸，闸前设冲沙槽，利用槽内较高的纵向流速把进入槽内的推移质冲向冲沙闸，排到下游。工程实践中
35、由于冲沙闸泄流规模和过水宽度偏小，常发生大量泥沙带入电站进水口和闸前主流变迁现象。拦河闸式虽与低坝冲沙槽式在布置上相似，但河床壅水建筑物全部采用拦河闸，大水时可全开闸孔降低闸前水位，大量排除库内泥沙，而很少改变原河道的水、沙运动规律；小水时则利用冲沙槽和导沙坎防沙。因为拦河闸式是低坝引水枢纽中较好的防沙引水方式，故在附录二中特说明其防沙设施的具体要求。 第3.1.4条 若以库容损失作为是否设置排沙设施的标准，有人建议：K30时，必须设置排沙设施；30K100时，宜设置排沙设施；当K100时，可不设置排沙设施。K=V/W，其中V为原始库容，W为年平均入库沙量(以体积计)。 深式进水口的防沙，一般
36、只能作到进水口“门前清”。所谓“门前清”，是通过进水口附近的排沙设施放水拉沙，使电站进水口前形成一个冲刷漏斗，以降低泥沙淤积高程，保证门前为净水。其关键在于正确估计泥沙冲刷坡度，把电站进水口置于冲刷漏斗范围之内。 第3.1.5条 排、冲沙能力涉及到排沙泄流规模的确定问题。根据设计与实测资料对比分析认为，多沙河流的排沙泄量应根据工程泥沙问题的突出程度区别对待。对泥沙问题较突出的水库来说，往往由于库容较小，水、沙均需由泄量来进行调节，因此要求排沙泄量较大，反之则要求较小。对于前者，可按汛期运行水位、死水位(排沙水位)分别予以确定。汛期运行水位的泄量也可称为第一造床流量。黄河上一些工程的大量实测资料
37、表明，该流量控制建库后的滩面高程，其泄量接近汛期运用水位下的多年平均洪峰流量或稍大一些；滩面以下的断面形态及高程，主要取决于低水时的泄量，即第二造床流量。由于水库一般在一年或隔几年必须降至低水位(死水位或排沙水位)进行排沙，因此死水位泄量势必要与排沙联系起来。例如刘家峡、青铜峡等水库，在汛前、汛期或汛后隔一定时间均安排一段时间的冲刷排沙。该泄量应满足排沙比大于或等于100%的要求。对这一级泄量来说，不同类型枢纽的要求是一致的，一般在满足库区淤积对泄量要求的前提下，是可以满足处理坎前泥沙要求的。 第3.1.6条 虽可根据防沙的基本原则和工程类比来设计进水口，但防沙问题的圆满解决还是比较复杂的。故
38、对多泥沙河上的大型或重要工程的进水口，最终选定方案还必须通过水工泥沙试验加以论证。 第二节 防污 第3.2.1条 有关河流污物的资料，设计人员应进行实地调查和分析判断。 第3.2.2条 不同类型的污物，其漂移特征是不同的。如黄河上的带泥水草，既有漂浮于水面的，又有半沉没状态的；又如山区河流垮山而来的树枝和杂草，来势猛，数量大。所以，只有全面掌握各种污物的漂移特征，才能有针对性地采取预防措施。 第3.2.3条 防止进水口被污物堵塞，首先应在进水口位置的选择上避开容易聚积污物的回流区，并使其不正对携带污物的主流。同时，结合进水口流态，可设置导污、排污设施，将污物导向排污道，排到下游。对于拦污设施、
39、清污方法和清污设备，应适应河道的污物特性并相互协调和配套。以往在这个问题上由于对污物特性掌握不够，防污措施一般化，常脱离具体工程条件。 如有的工程污物虽较严重，但设计文件上根本看不到有关污物的情况，更看不出其防污措施。枢纽中仅设中孔而无表孔，洪水带来的大量污物无法排走，只能堆积在水库中，污物聚积可达1m多厚(约10万m3)，捞木者在污物上拉木料行走犹如陆地。所以，每当洪水来临，污物使很容易堵塞拦污栅。 第3.2.4条 通仓式拦污栅是在多个进水口前缘设置一个整体统一的拦污栅，把所有进水口都包括进去。这种布置栅面大，可减小过栅流速；局部堵塞，不影响各进水口引水。三门峡和刘家峡电站的坝式进水口都采用
40、这种布置，运行情况较好。 多跨连通式拦污栅是在一个进水口前缘设置多孔拦污栅，水流过栅后再合而为一，流入进水口，如图B。其特点是拦污栅面积大，过栅流速小；拦污栅堵塞后可分孔清污，不影响引水；有两道栅槽，第二道放入挡水门可起拦污栅前后的平压作用，既便于清污，也不致因压差过大压坏栅体。碧口电站的岸式进水口即采用这种布置。 图B 多跨连通式拦污栅布置 第3.2.5条 栅孔面积由过栅流速控制。限制过栅流速，一方面是便于清污，另一方面是为了减少水头损失。本条规定的过栅流速，当拦污栅淹没较深时采用下限值，淹没较浅时采用上限值。 如果水头损失对整个引水系统微不足道，而且污物不多或可提栅清污时，通过论证可适当提
41、高过栅流速。 第3.2.6条 为快速清理污物和及时运走污物，本条提出的要求是必要的。尤其是污物的临时堆放，已建工程多有所忽视。由于清出来的污物无处堆放，影响污物继续清理。 第3.2.8条 本条应在设计文件和运行要求的有关条文中提出，并予以强调。 第3.2.9条 本条有两层意思，其一是梯级电站中的排污设施应根据河流的污物特点统一考虑其经济性；其二是上游电站清栅的污物不应随便抛入下游河道，以防继续危害下游电站。 第3.2.10条 已建工程中拦污栅被压跨，一是污物来量集中，来不及清理；二是污物堵塞情况不清楚，未及时清理。后者的解决办法，应在拦污栅上装设监测压差的报警器，监视污物的堵塞情况，作到及时清
42、污。 第3.2.11条 合理的运行方式有利于防止污物。例如： 1.当污物来量多时，宜抬高水库水位运行，以减少污物进入进水口的机会。但汛期高水位运行对防沙不利，故应全面分析作出决定。 2.汛期宜多开启靠近进水口的泄洪闸孔，以便及时排除进水口前的污物。 3.拦河闸式引水枢纽的开敞式进水口，还应考虑“返冲除污”的要求。即当进水口堵塞时，突然开启泄洪闸孔使闸前水位下降，此时进水口拦污栅前水位反低于栅后，由于“反压”作用，贴污将自动脱离栅面由冲沙闸排至下游。“返冲除污”已是映秀湾工程一项主要的清污措施(结合枢纽排沙进行)，运用效果较好。对于具有一定淹没深度的进水口，可以作到不停电“返冲”。此外，苏联50
43、年代出版的水工手册中也推荐过这种清污方法(用反向的水流清理)。 第三节 防冰 第3.3.1条 严寒地区河流上进水口的设计，应进行整条河流的冰情资料的调查和分析，其中包括水面封冻、流冰和冰坝等。流冰的方式有冰块和冰团(青海地区叫“麻浮”)，其漂浮特征和对建筑物的危害是不同的，调查中应区分清楚。 第3.3.2条 本条所列是可能发生的冰害。就具体工程来说，由于河流冰情不同，工程布置各异，某些冰害可能发生，而另一些冰害则不一定发生，所以应针对具体工程作出符合实际的估计。 第3.3.3条 预防初冬的流冰，最好是调整运行方式，抬高上游水位、降低流速，使水面及早形成冰盖。 第3.3.4条 调节水温可通过压缩
44、空气和潜水泵抽水实现。利用压缩空气调节水温，是将压缩空气从置于水面下的喷嘴喷出，许多小气泡成柱状上升，把深部较暖的水带到水面，使水面水温高于冰点，防止结冰。采用压缩空气防冰，水库水温具有一定梯度时方能有效。美国垦务局为大古里坝设计防冰系统时，对喷嘴大小、形状、埋置深度、喷射方向等作过试验。试验表明，锥形圆孔孔口流线型最好；喷嘴最好放在水面下310.5m之间，喷嘴朝下，间距最好不超过3m。根据实验，大古里进水口拦污栅中埋置铜制配气管及喷嘴。配气管的弯曲半径应较大，以便用压缩空气清扫。苏联等国家也使用压缩空气防止进水口、坝面及闸门面板等部位结冰。我国大伙房水库和官厅水库的电站进水口均采用压缩空气防
45、冰，多年运行证明，采用压缩空气防冰是成功的。喷嘴分移动式和固定式两种。白山水电站进水口防冰范围大，将配气管埋在混凝土里，在靠混凝土处理不锈钢喷嘴固定块，施工时拧上丝堵，保护固定块孔口，施工完将丝堵拧下，拧上不锈钢喷嘴。配气管路可用压缩空气清扫。由于白山库水位变化范围大，故沿进口高度每隔67m埋一排喷嘴，共埋5排。使用3台3m3空压机供气，空压机用自控装置自动启闭，并设有自动和手动切换开关，手动也可操作。 第3.3.5条 加热设备是通过热水箱、蒸汽箱或电热器等装置对闸门和门槽进行加热。 设备没入水下，例如，将拦污栅没入水下避开冰冻层是防止冻结的有效措施。新疆可可托海水电站处于高寒地区，最低气温-
46、50.8，冰层厚度1.21.5m，进水口上缘没入水下2.5m深，无其它防冰措施，运行17年未发生过进水口冻结。 第四章 水力计算 第4.0.1条 进水口的型式和流态不同，水力计算的内容也不一样。后接明渠的无压进水口，引水流量受进水口控制，故需进行引水流量的计算；有压引水系统的进水口，机组流量不受进水口控制，不存在进水口引水流量的计算问题，而是根据机组最大流量选择合理的孔口流速，用以确定进水口的孔口尺寸。管道通气孔面积和管道充水计算，只是有压引水管道才有此需要。当竖井式进水口装有快速闸门时，为求得竖井上游洞段的动水荷载，需要计算水锤压力。 第4.0.2条 当入口段很长时，如竖井式进水口，竖井至进
47、水口之洞段才需要计算沿程损失。在异型管段之局部水头损失中，通常均包括了该管段之沿程损失，无需另行计算沿程损失。 第4.0.3条 开敞式进水口引水流量的计算，一般均为已知设计流量和闸前水位，要求选定闸孔尺寸。 第五章 结构设计 第5.0.1条第5.0.3条 进水口型式不同，荷载及其组合也不同。例如，竖井式进水口的竖井结构，不存在冰压力和风压力；地震对地下洞室影响甚微，除地面结构外洞室部分可不考虑地震荷载。 关于拦污栅水压荷载，由于拦污栅堵塞在所难免，栅前后水压差远不是理论计算的过栅水头损失。以往设计中，拦污栅及其支承结构取水压差荷载23m，运行实践表明显然偏小。有些电站，拦污栅压差达67m，甚至
48、有达1112m者。所以，有些设计单位对拦污栅压差取值35m。 所谓设计运行水位和校核运行水位，是指与厂房设计标准相应的设计和校核水位，不是枢纽防洪标准的水位。因为，在一般情况下，厂房设计标准是低于枢纽防洪标准水位的。 第5.0.4条 坝式进水口实际上是坝体的一部分，它的安危与大坝密切相关，其设计等级和标准无疑应与坝体相当。 岸式、塔式进水口和厂房等均为发电建筑物的组成部分，故其设计等级应该相当。 河床式水电站的进水口既是挡水建筑物的一部分，又是厂房结构的组成部分，所以它的结构设计应同时满足挡水建筑物和厂房的要求。其胸墙板的结构设计应考虑各种可能情况，如拦污栅的可能最大水压差和突然关机引起的涌浪
49、压力。广西某水电站进水口的钢筋混凝土胸墙板发生破坏，就是对拦污栅水压差估计不足所致。进水口的结构可按平面水平框架和梁、柱、板杆件分区分段计算。有条件时宜按空间框架分析应力。 第5.0.7条第5.0.8条 为了解与掌握方框形拦污栅空间框架地震内力的一般规律，在理论分析的基础上，重点选择几种典型型式进行了大量电算与模型实验，并初步总结了它们的自振特性及地震内力特性。图C(a)、(b)和(c)为安康、龙羊峡和刘家峡水电站方框形拦污栅框架结构简图(因皆为对称结构，只取一半)。图D为以杆轴线构成的杆系结构计算简图，轴线不相交且有一定距离时，计算简图宜考虑无质量刚臂作用。表A为应用空间有限元在微机上算得的它们前四阶自振频率f值、最大主振型方向和参与系数值。图D中还绘有它们的有效频率(即动力放大系数和参与系数乘积较大的自振频率)的相应振型曲线。通过对安康空间框架模型(1100比尺的有机玻璃模型)实验检验，其前几阶自振频率与振型向量皆吻合较好，表A括弧中的数值即为实验频率值经原型频律换算后的原型频率值。 从表A和图D可知，它们自振特性的一般规律是：前几阶自振频率的最大主振型向量皆为横河向(总体坐标x向)，基频振型向量最大值皆发生在两层平台板中间
