1、第十一章 水利水电枢纽布置教学要求：了解拦河坝水利枢纽、取水枢 纽、堤防工程和厂区布置的基本要求，掌握河坝水利枢纽、取水枢纽、堤防工程和厂区的选址、主要建筑物布置和形式的方案分析方法。第一节 拦河坝水利枢纽布置拦河坝水利枢纽是为解决来水与用水在时间和水量分配上存在的矛盾，修建的以挡水建筑物为主体的建筑物综合运用休，又称水库枢纽，一般由挡水、泄水、放水及某些专门性建筑物组成。将这些作用不同的建筑物相对集中布置，并保证它们在运行中良好配合的工作，就是拦河水利枢纽布置。拦河水利枢纽布置应根据国家水利建设的方针，依据流( 区) 域规划，从长远着眼，结合近期的发展需要，对各种可能的枢纽布置方案进行综合分
2、析、比较，选定最优方案，然后严格按照水利枢纽的基建程序，分阶段有计划地进行规划设计。拦河水利枢纽布置的主要工作内容有坝址、坝型选择和枢纽工程布置等。一、 坝址及坝型选择坝址及坝型选择的工作贯穿于各设计阶段之中，并且是逐步优化的。在可行性研究阶段，一般是根据开发任务的要求，分析地形、地质及施工等条件，初选几个可能筑坝的地段（坝段）和若干条有代表性的坝轴线，通过枢纽布置进行综合比较，选择其中最有利的坝段和相对较好的坝轴线，进而提出推荐坝址。开在推荐坝址上进行枢纽工程布置，再通过方案比较，初选基本坝型和枢纽布置方式。在初步设计阶段，要进一步进行枢纽布置，通过技术经济比较，选定最合理的坝轴线，确定坝型
3、及其他建筑物的形式和主要尺寸，并进行具体的枢纽工程布置。在施工详图阶段，随着地质资料和试验资料的进一步深入和详细，对已确定的坝轴线、坝型和枢纽布置做最后的修改和定案，并且作出能够依据施工的详图。 坝轴线及坝型选择是拦河水利枢纽设计中的一项很主要的工作，具有重大的技术经济意义，两者是相互关联的，影响因素也是多方面的，不仅要研究坝址及其周围的自然条件，还需考虑枢纽的施工、运用条件、发展远景和投资指标等。需进行全面论证和综合比较后，才能做出正确的判断和选择合理的方案。（一）坝址选择 选择坝址时，应综合考虑下述条件。1地质条件地质条件是建库建坝的基本条件，是衡量坝址优劣的重要条件之一，在某种程度上决定
4、着兴建枢纽工程的难易。工程地质和水文地质条件是影响坝址、坝型选择的重要因素，且往往起决定性作用。选择坝址，首先要清楚有关区域的地质情况。坚硬完整、无构造缺陷的岩基是最理想的坝基：但如此理想的地质条件很少见，天然地基总会存在这样或那样的地质缺陷，要看能否通过合宜的地基处理措施使其达到筑坝的要求。在该方面必须注意的是：不能疏漏重大地质问题，对重大地质问题要有正确的定性判断，以便决定坝址的取舍或定出防护处理的措施，或在坝利选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。对存在破碎带、断层、裂隙、喀斯特溶洞、软弱夹层等坝基条件较差的，还有地震地区，应作充分的论证和可靠的技术措施。坝址选择还必须对区域地质稳定性
5、和地质构造复杂性以及水库区的渗漏、库岸塌滑、岸坡及山体稳定等地质条件做出评价和论证。各种坝型及坝高对地质条件有不同的要求。如拱坝对两岸坝基的要求很高，支墩坝对地基要求也高，次之为重力坝，土石坝要求最低。一般较高的混凝土坝多要求建在岩基上。图 11-1 三峡拦河坝水利枢纽2地形条件坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽组成建筑物的布置要求。通常，河谷两岸有适宜的高度和必需的挡水前缘宽度时，则对枢纽布置有利。一般来说，坝址河谷狭窄，坝轴线较短，坝体工程量较小，但河谷太窄则不利于泄水建筑物、发电建筑物、施工导流及施工场地的布置，有时反不如河谷稍宽处有利。除考虑坝轴线较短外，对坝址选择还应结合泄水建筑物、
6、施工场地的布置和施工导流方案等综合考虑。枢纽上游最好有开阔的河谷，使在淹没损失尽量小的情况下，能获得较大的库容。坝址地形条件还必须与坝型相互适应，拱坝要求河谷窄狭；土石坝适应河谷宽阔、岸坡平缓、坝址附近或库区内有高程合适的天然垭口，并且方便归河，以便布置河岸式溢洪道。岸坡过陡，会使坝体与岸坡接合处削坡量过大。对于通航河道，还应注意通航建筑的布置、上河及下河的条件是否有利。对有暗礁、浅滩或陡坡、急流的通航河流，坝轴线宜选在浅滩稍下游或急流终点处，以改善通航条件。有瀑布的不通航河流，坝轴线宜选在瀑布稍上游处以节省大坝工程量。对于多泥沙河流及有漂木要求的河道，应注意坝址位段对取水防沙及漂木是否有利。
7、3建筑材料在选择坝址、坝型时，当地材料的种类、数量及分布往往起决定性影响。对土石坝，坝址附近应有数量足够、质量能符合要求的土石料场；如为混凝土坝，则要求坝址附近有良好级配的砂石骨料。料场应便于开采、运输，且施工期间料场不会因淹没而影响施工。所以对建筑材料的开采条件、经济成本等，应进行认真的调查和分析。4施工条件从施工角度来看，坝址下游应有较开阔的滩地，以便布置施工场地、场内交通和进行导流。应对外交通方便，附近有廉价的电力供应，以满足照明及动力的需要。从长远利益来看，施工的安排应考虑今后运用、管理的方便。5综合效益坝址选择要综合考虑防洪、灌溉、发电、通航，过木、城市和工业用水、渔业以及旅游等各部
8、门的经济效益，还应考虑上游淹没损失以及蓄水枢纽对上、下游生态环境的各方面的影响。兴建蓄水枢纽将形成水库，使大片原来的陆相地表和河流型水域变为湖泊型水域，改变了地区自然景观，对自然生态和社会经济产生多方面的环境影响。其有利影响是发展了水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和解除洪水灾害、改善气候条件等，但是，也会给人类带来诸如淹没损失、浸没损失、土壤盐碱化或沼泽化、水库淤积、库区塌岸或滑坡、诱发地震、使水温、水质及卫生条件恶化、生态平衡受到破坏以及造成下游冲刷，河床演变等不利影响。虽然水库对环境的不利影响与水库带给人类的社会经济效益相比，一般说来居次要地位，但处理不当也能造成严重的危害，故在进行
9、水利规划和坝址选择时，必须对生态环境影响问题进行认真研究，并作为方案比较的因素之一加以考虑。不同的坝址、坝型对防洪、灌溉、发电、给水、航运等要求也不相同。至于是否经济，要根据枢纽总造价来衡量。归纳上述条件，优良的坝址应是：地质条件好、地形有利、位置适宜、方便施工造价低、效益好。所以应全面考虑、综合分析，进行多种方案比较，合理解决矛盾，选取最优成果。（ 二）坝型选择常见的坝型有土石坝、重力坝及拱坝等。坝型选择仍取决于地质、地形、建材及施工、运用等条件。1土石坝在筑坝地区，若交通不便或缺乏三材，而当地又有充足实用的土石料，地质方面无大的缺陷，又有合宜的布置河岸式溢洪道的有利地形时，则可就地取材，优
10、先选用土石坝。随着设计理论、施工技术和施工机械方面的发展，近年来土石坝比重修建的数量已有明显的增长，而且其施工期较短，造价远低于混凝土坝。我国在中小型工程中，土石坝占有很大的比重。目前，土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。目前已建、在建混凝土面板堆石坝 74 座，其中坝高在 100m 以上的有12 座；已建最高的广西天生桥一级 178m；在建的水布垭坝高 232m，为该坝型世界最高；完成设计待建的坝高 100m 以上的还有 19 座；南水北调西线的通天河引水与大渡河引水方案，需建面板堆石坝，坝高方案为 296348m，且还位于地震区。2重力坝有较好的地质条件，当地有大量的砂
11、石骨料可以以利用，交通又比较方便时，一般多考虑修筑混凝土重力坝。可直接由坝顶溢洪，而不需另建河岸溢洪道，抗震性能也较好。我国目前已建成的三峡大坝是世界上最大的混凝土浇筑实体重力坝。近年来碾压混凝土筑坝技术发展很快，自 1986 年我国建成第一座碾压混凝土坝到现在，已建、在建的有 43 座，其中超过 100m 的座；设计待建的 21 座，其中超过 100m 的 8 座；是世界上建设碾压混凝土坝最多的国家，以红水河龙滩坝坝高 192m，为该坝型世界最高。3拱坝当坝址地形为 V 形或 U 形狭窄河谷，且两岸坝肩岩基良好时，则可考虑选用拱坝。它工程量小，比重力坝节省混凝土量 1/22/3，造价较低，工
12、期短，也可从坝顶或坝体内开孔泄洪，因而也是近年来发展较快的一种坝型。已建成的二滩混凝土拱坝高240m，在建的小湾混凝土拱坝坝高 292m，待建的溪洛渡混凝土拱坝坝高 278m。另外，我国西南地区还修建了大量的浆砌石拱坝。二、枢纽的工程布置拦河筑坝以形成水库是拦河蓄水枢纽的主要特征。其组成建筑物除拦河坝和泄水建筑物外，根据枢纽任务还可能包括输水建筑物、水电站建筑物和过坝建筑物等。枢纽布置主要是研究和确定枢纽中各个水工建筑物的相互位置。该项工作涉及泄洪、发电、通航、导流等各项任务，并与坝址、坝型密切相关，需统筹兼顾，全面安排，认真分析，全面论证，最后通过综合比较，从若干个比较方案中选出最优的枢纽布
13、置方案。（一）枢纽布置的原则进行枢纽布置时，一般可遵循下述原则。（1）为使枢纽能发挥最大的经济效益，进行枢纽布置时，应综合考虑防洪、灌溉、发电、航运、渔业、林业、交通、生态及环境等各方面的要求。应确保枢纽中各主要建筑物，在任何工作条件下都能协调地、无干扰地进行正常工作。（2）为方便施工、缩短工期和能使工程提前发挥效益，枢纽布置应同时考虑便是选择施工导流的方式、程序和标准便是选择主要建筑物的施工方法，与施工进度计划等进行综合分析研究。工程实践证明，统筹行当不仅能方便施工，还能使部分建筑物提前发挥效益。枢纽布置应做到在满足安全和运用管理要求的前提下，尽量降低枢纽总造价和年运行费用；如有可能，应考虑
14、使一个建筑物能发挥多种作用。例如，使一条陪同做到灌溉和发电相结合；施工导流与泄洪、排沙、放空水库相结合等。（3）在不过多增加工程投资的前提下，枢纽布置应与周围自然环境相协调，应注意建筑艺术、力求造型美观，加强绿化环保，因地制宜地将人工环境和自然环境有机地结合起来，创造出一个完美的、多功能的宜人环境。（二）枢纽布置方案的选定水利枢纽设计需通过论证比较，从若干个枢纽布置方案中选出一个最优方案。最优方案应该是技术上先进和可能、经济上合理、施工期短、运行可靠以及管理维修方便的方案。需论证比较的内容如下。（1）主要工程量。如土石方、混凝土和钢筋混凝土、砌石、金属结构、机电安装、帷幕和固结灌浆等工程量。（
15、2）主要建筑材料数量。如木材、水泥、钢筋、钢材、砂石和炸药等用量。（3）施工条件。如施工工期、发电日期、施工难易程度、所需劳动力和施工机械化水平等。（4）运行管理条件。如泄洪、发电、通航是否相互干扰、建筑物及设备的运用操作和检修是否方便，对外交通是否便利等。（5）经济指标。指总投资、总造价、年运行费用、电站单位千瓦投资、发电成本、单位灌溉面积投资、通航能力、防洪以及供水等综合利用效益等。（6）其他。根据枢纽具体情况，需专门进行比较的项目。如在多泥沙河流上兴建水利枢纽时，应注重泄水和取水建筑物的布置对水库淤积、水电站引水防沙和对不游河床冲刷的影响等。上述项目有些可定量计算，有些则难以定量计算，这
16、就给枢纽布置方案的选定增加了复杂性，因而，必须以国家研究制定的技术政策为指导，在充分掌握基本资料的基础上，以科学的态度，实事求是地全面论证，通过综合分析和技术经济比较选出最优方案。（三）枢纽建筑物的布置1、挡水建筑物的布置为了减少拦河坝的体积，除拱坝外，其他坝型的坝轴线最好短而直，但根据实际情况，有时为了利用高程较高的地形以减少工程量，或为避开不利的地址条件，或为便于施工，也可采用较长的直线或折线或部分曲线。当挡水建筑物兼有连通两岸交通干线的任务时，坝轴线与两岸的连接在转弯半径与坡度方面应满足交通上的要求。对于用来封闭挡水高程不足的山垭口的副坝，不应片面追求工程量小，而将坝轴线布置在垭口的山脊
17、上。这样的坝坡可能产生局部滑动，容易使坝体产生裂缝。在这种情况下，一般将副坝的轴线布置在山脊略上游处，避免下游出现贴坡式填土坝坡；如下游山坡过陡，还应适当削坡以满足稳定要求。2、泄水及取水建筑物的布置泄水及取水建筑物的类型和布置，常决定于挡水建筑物所采用的坝型和坝址附近的地质条件。(1) 土坝枢纽土坝枢纽一般均采用河岸溢洪道作为主要的泄水建筑物，而取水建筑物及辅助的泄水建筑物，则采用开凿于两岸山体中的隧洞或埋于坝下的涵管。若两岸地势陡峭，但有高程合适的马鞍形垭口，或两岸地势平缓且有马鞍形山脊，以及需要修建副坝挡水的地方，其后又有便于洪水归河的通道，则是布置河岸溢洪道的良好位置。如果在这些位置上
18、布置溢洪道进口，但其后的泄洪线路是通向另一河道的，只要经济合理且对另一河道的防洪问题能做妥善处理的，也是比较好的方案。对于上述利用有利条件布置溢洪道的土坝枢纽，枢纽中其他建筑物的布置一般容易满足各自的要求，干扰性也较小。当坝址附近或其上游较远的地方均无上述有利条件时，则常采用坝肩溢洪道的布置形式。(2) 重力坝枢纽对于混凝土或浆砌石重力坝枢纽，通常采用河床式溢洪道(溢流坝段) 作为主要泄水建筑物，而取水建筑物及辅助的泄水建筑物采用设置于坝体内的孔道或开凿于两岸山体中的隧洞。泄水建筑物的布置应使下泄水流方向尽量与原河流轴线方向一致，以利于下游河床的稳定。沿坝轴线上地质情况不同时，溢流坝应布置在比
19、较坚实的基础上。在含沙量大的河流上修建水利枢纽时，泄水及取水建筑物的布置应考虑水库淤积和对下游河床冲刷的影响，一般在多泥沙河流上的枢纽中，常设置大孔径的底孔或隧洞，汛期用来泄洪并排沙，以延长水库寿命；如汛期洪水中带有大量悬移质的细微颗粒时，应研究采用分层取水结构并利用泄水排沙孔来解决浊水长期化问题，减轻对环境的不利影响。3 电站、航运及过木等专门建筑物的布置对于水电站、船闸、过木等专门建筑物的布置，最重要的是保证它们具有良好的运用条件，并便于管理。关键是进、出口的水流条件。布置时，须选择好这些建筑物本身及其进、出口的位置，并处理好它们与泄水建筑物及其进、出口之间的关系。电站建筑物的布置应使通向
20、上、下游的水道尽量短、水流平顺，水头损失小，进水口应不致被淤积或受到冰块等的冲击；尾水渠应有足够的深度和宽度，平面弯曲度不大，且深度逐渐变化，并与自然河道或渠道平顺连接；泄水建筑物的出口水流或消能设施，应尽量避免抬高电站尾水位。此外，电站厂房应布置在好的地基上，以简化地基处理，同时还应考虑尾水管的高程，避免石方开挖过大；厂房位置还应争取布置在可以先施工的地方，以便早日投入运转。电站最好靠近临交通线的河岸，密切与公路或铁路的联系，便于设备的运输；变电站应有合理的位置，应尽量靠近电站。航运设施的上游进口及下游出口处应有必要的水深，方向顺直并与原河道平顺连接，而且没有或仅有较小的横向水流，以保证船只
21、、木筏不被冲入溢流孔口，船闸和码头或筏道及其停泊处通常布置在同一侧，不宜横穿溢流坝前缘，并使船闸和码头或筏道及其停泊处之间的航道尽量地短，以便在库区内风浪较大时仍能顺利通航。船闸和电站最好分别布置于两岸，以免施工和运用期间的干扰。如必须布置在同一岸时，则水电站厂房最好布置在靠河一侧，船闸则靠河岸或切入河岸中布置，这样易于布置引航道。筏道最好布置在电站的另一岸。筏道上游常需设停泊处，以便重新绑扎木或竹筏。在水利枢纽中，通航、过木以及过鱼等建筑物的布置均应与其形式和特点相适应，以满足正常的运用要求。第二节 取水枢纽布置一、取水枢纽的作用和类型通常所称的取水枢纽(引水枢纽)是指从河流或水库取水的水利
22、枢纽，其作用是获取符合水量及水质要求的河水，以满足灌溉、发电、工业及生活用水的要求；并要求防止粗颗粒泥沙进入渠道，以免引起渠道的淤积和对水轮机或水泵叶片的磨损，保证渠道及水电站正常运行。因取水枢纽位于渠道首部，所以又称为渠首枢纽。取水枢纽根据是否具有拦河建筑物可分为无坝引水枢纽和有坝引水枢纽两大类。1无坝取水枢纽当河道枯水时期的水位和流量能满足引水要求时，不必在河床上修建拦河建筑物，只需在河流的适当地点开渠，并修建必要的建筑物自流引水，这种取水枢纽称为无坝引水枢纽。其优点是工程简单、投资少、施工比较容易、工期短、收效快、并且对河床演变的影响较小。缺点是不能控制河道水位和流量，枯水期引水保证率低
23、。在多泥沙河流上引水时，如果布置不合理还可能引入大量泥沙，造成渠道淤积，不能正常工作。2有坝取水枢纽当河道枯水时期的水位和流量能满足引水要求时，但河道水位较低不能自流引水时，需修建壅水坝(或拦河闸)以抬高水位以满足自流引水的要求，这种具有壅水坝的引水枢纽，称为有坝引水枢纽。不过在有些情况下，虽然水位和流量均可满足引水要求，但为了达到某种目的，也要采用有坝取水的方式。比如：采用无坝取水方式需开挖很长的水渠时，工程量大，造价高时；在通航河道上引水量大而影响正常航运时；河道含沙量大，要求有一定的水头冲洗取水口前淤积的泥沙时。有坝取水枢纽的优点是工作可靠，引水保证率高，便于引水防沙和综合利用，故应用较
24、广。但相对无坝取水枢纽来说，工程复杂，投资较多，拦河建筑物破坏了天然河道的自然状态，改变了水流、泥沙的运动规律，尤其是在多泥沙河流上，如果布置不合理时，会引起渠首附近上下游河道的变形，影响渠首的正常运行。二、取水枢纽的工作特点1、无坝取水枢纽的工作特点（1）受河道水位涨落的影响较大 无坝取水枢纽因没有拦河建筑物，不能控制河道水位和流量。在枯水期，由于天然河道中水位低，可能引不进所需的流量，引水保证率较低。而在汛期，由于河道中水位高，含沙量也大。因此，渠首的布置不仅要能适应河水涨落的变化，而且必须采取有效的防沙措施。（2）河床变迁的影响较大若取水口处河床不稳定，就会引起主流摆动。一旦主流脱离引水
25、口，就会导致水流不畅；加之常受河水涨落、泥沙淤积等影响，可能还会使引水口被淤塞而失效。如黄河人民胜利渠渠首，由于河床变迁，进水闸前出现大片沙滩，引水十分困难。郑州市东风渠的渠首工程，因受黄河河床变迁的影响，迫使引水口被淤而不能取水。所以，在不稳定河流上引水时，引水口应选在靠近河道主流的地方。并随时观察河势变化，必要时，加以整治，防止河床变迁。（3）水流转弯的影响如在河道直段侧面引水，由于岸边引水口前水流转弯，从而形成侧面引水环流，使表层水流和底层水流分离。而且，进入渠道的底层水流宽度远大于表层水流，从而使大量推移质随着底流进入渠道。当引水比(引水流量与河道流量的比值)达 50时，河道的底沙几乎
26、全部进入渠道。为此，应采取必要的防沙措施，改变流态，减小底流宽度或将底流导离引水口，以减少推移质入渠。（4）渠首运行管理的影响渠首运行管理的好坏，对防止泥沙入渠也有很大的关系。河流的泥沙高峰在洪水期，如果这时能关闸不引水，或少引水，避开泥沙高峰，就能有效的防止泥沙进入渠道造成淤积。2、有坝引水枢纽的工作特点（1）对上游河床的影响当渠首投入运用后，上游水位被壅水坝抬高，坝前流速较低。因此，大量泥沙沉积在坝前，沉积的速度也很快，在 12 年内，甚至一次洪水即可将坝前淤满，山区河流中，由于水中带的泥沙为砾石及大块石，因此坝前淤积往往高出坝顶，如陕西石头河的梅惠渠，坝前淤积高出坝顶 2.0m，壅水坝淤
27、平后，即失去控制水流的作用进水闸处于无坝取水状态。另外，当河道主流摆动后，上游河床常形成一些岔道，使得引水口附近不能保持稳定的深槽，从而影响渠首的正常工作。（2）对下游河床的影响在渠首运行初期，壅水坝下泄的水流较清，具有很大的冲刷力，促使下游河床冲刷；当坝前淤平后，下泄水流的含沙量增大，又使下游河床逐渐淤积，严重时可将壅水坝埋于泥沙之中。陕西省织女渠首的壅水坝，其坝体大部分已被埋在沙内。根据上述情况，不但要使建筑物布置合理、尺寸和高程选择恰当，而且还要考虑渠道上、下游河床的再造情况，进行必要的河道整治。三、取水枢纽布置的一般要求取水枢纽是整个渠系的咽喉，它的布置是否合理，对发挥工程效益影响极大
28、。除枢纽的各个建筑物应满足一般水工建筑物的要求外，取水枢纽的布置还应满足以下的要求：在任何时期，都应根据引水要求不间断地供水；在多泥沙河流上，应采取有效的防沙措施，防止泥沙入渠；对于综合利用的渠首，应保证各建筑物正常工作互相不干扰；应采取措施防止冰凌等漂浮物进入渠道；枢纽附近的河道应进行必要的整治，使主流靠近取水口，以保证引取所需水量；枢纽布置应便于管理，易于采用现代化管理设施。四、无坝取水枢纽的布置（一）无坝取水枢纽位置选择无坝取水枢纽因没有拦河建筑物，不能控制河道水位和流量。所以，渠首位置的选择，对于提高引水保证率，减少泥沙入渠，起着决定性作用。在选择位置时，除满足渠首位置选择的一般原则外
29、，还必须详细了解河岸的地形、地质情况，河道洪水特性，含沙量及河床演变规律等，并根据以下原则，确定合理的位置。（）根据河流弯道的水流特性，无坝渠首应设在河岸坚固、河流弯道的凹岸，以引取表层较清水流，防止泥沙入渠。因此取水口不应设在弯道的上半部，因为该处的横向环流还没有充分形成，河流中的泥沙还来不及带到凸岸。所以取水口应设在弯道顶点以下水深最深、单宽流量最大、环流作用最强的地方。（）在有分汊的河段上，一般不宜将取水口布置在汊道上。由于分汊河段上主流不稳定，常发生交替变化，导致汊道淤塞而引水较困难。若由于具体位置的限制，只能在汊道上设取水口进，则应选择比较稳定的汊道，并对河道进行整治，将主汉控制在该
30、汊道上。（）无坝渠首也不宜设在河流的直段上。因从河道直段的侧面引水，河道主流在取水口处流向下游，只有岸边的水流进入取水口，所以进水量相对较小且不均匀。此外，由于水流转弯，引起横向环流，使河道的推移质大量进入渠道。（二）无坝取水枢纽的布置形式无坝取水枢纽的水工建筑物有进水闸、冲沙闸、沉沙池及上下游整治建筑物等。当有航运、漂木和渔业等要求时，还应考虑设置船闸、筏道和鱼道等。无坝取水枢纽的布置形式，按取水口的数目可分为一首制和多首制两种，每种渠首的布置形式，根据河床和河岸的稳定情况，河流的水沙特性以及引水流量的多少而有所不同。根据情况不同有三种布置形式，即位于弯道凹岸的渠首、引水渠式渠首和导流堤式渠
31、首。（1）位于弯道凹岸的渠首当河床稳定，河岸土质坚硬时，可将渠首进水闸建在河流弯道的凹岸，利用弯道环流原理，引取表层较清水流，排走底沙。这种渠首由拦沙坎、进水闸及沉沙设施等部分组成。进水闸的作用主要是控制入渠流量。拦沙坎和沉沙池的作用都是防沙。但拦沙坎是用来加强天然河道环流，阻挡河道底部泥沙入渠并使河道底沙顺利排走。沉沙池是用来沉淀进入渠道的推移质及悬移质中颗粒较粗的泥沙的。进水闸一般布置在取水口处，在保证工程安全的前提下，应昼减少引水渠的长度，这样一方面可减少水头损失，又可减轻引水渠的清淤工作。取水口两侧的土堤，一般用平缓的弧线与河堤相连，使取水口成为喇叭口形状。尤其是取水口的上唇应做成平缓
32、的曲线，以使入渠水流平顺，减少水头损失；并减轻对取水口附近水流的扰动，对防止推移质泥沙随水流进入取水口很有益处。（2）引水渠式渠首当河岸土质较差易受水流冲刷而变形时，可将进入闸设在距河岸有一定距离的地方，使其不受河岸变形的影响。取水口处设简易的拦沙设施，以防止泥沙入渠。在取水口和进水闸之间用引渠相连。引渠兼作沉沙渠，并在沉沙渠的末端，按正面引水、侧面排沙的原则布置进水闸和冲沙闸。冲沙闸用来冲洗沉沙渠内的泥沙，使泥沙重归河道。一般冲沙闸与引水渠水流方向的夹角为 30060 0。冲沙闸底板高程比进水闸低 0.51.0m。在进水闸前也要设一道拦沙坎，以利导沙。为了冲洗引渠出口处的长度，以便利用水力冲
33、洗淤积在引水渠中的泥沙。必要时，也可辅以人力或机械清淤。这种渠首的主要缺点是引水渠沉积泥沙后，冲沙效率不高。为保证引水，常需要用人工或机械辅助清淤。为了减轻引水渠的淤积，一般应在引水渠的入口处修建简单的拦沙设施。（3）导流堤式渠首在山区河流坡降较陡、引水量较大及不稳定的河道上，为控制河道流量，保证引水防沙，一般采用导流堤式。该渠首由导流堤、进水闸及泄水冲沙闸等所组成。导流堤的作用是束缩水流、抬高水位，以保证水流平顺入渠。进水闸的作用是控制入渠流量。泄水冲沙闸除了宣泄部分洪水外，平时也可用来排沙。 进水闸与泄水冲沙闸的位置，一般接正面引水、侧面排沙的原则进行布置。进水闸与河道主流方向一致，泄水冲
34、沙闸与水流方向一般做成接近 90 夹角，以加强环流，有利于排沙。当河水流量大，渠首引水量较小时，也可采用正面排沙、侧面引水的布置形式。这时泄水冲沙闸的方向和主流方向一致，进水闸的中心线与主流方向成锐角，一般以 3040 为宜。这样布置可减轻洪水对进水闸的冲击，而冲沙闸又能有效的排除取水口前的泥沙。为拦截泥沙，进水闸底板高程应高出引水段河床高程 0.51.0m。泄水冲沙闸底板与该处河底齐平或略低，但比河道主槽要高，有利于泄水排沙。导流堤的布置一般是从泄水闸向河流上游方向延伸，使其接近河道主流。导流堤的轴线与河道水流方向的夹角不宜过大，以免被洪水冲毁。但也不能太小，否则将便导流堤长度增加而增大工程
35、量。一般取 1020的夹角。导流堤的长度决定于引水量的多少，堤愈长引水量愈多。有时在枯水期，为了引取河道全部流量，甚至可使导流堤拦断全部河床，但在洪水来临前，必须拆除一部分，让出河床，以利泄洪。图 11-2 所示，是我国古代著名的水利工程都江堰取水枢纽的布置示意图。它建于2300 年前，也属于导流堤式渠首。整个渠首位置选择在岷江天然弯道上。它由百丈堤、导流堤、飞沙堰、泄水槽及进水口等建筑物组成。金刚堤(导流堤)位于进水口宝瓶口前，建在江中卵石沉积的天然滩脊上，根据当时的施工条件和材料，堤身是用当地材料竹笼内装卵石及木桩加固而成，类似于现代的铅丝笼装卵石导流堤。金刚堤的最前端是分水鱼嘴。金刚堤的
36、作用主要是分水和导流，它把岷江分为内江和外江。在洪水时期，内江和外江水量的分配比例大约为 4：6，大部分洪水，从外江流走以保证灌区的安全；在枯水时期，内外江的分水比例恰好相反，大部分江水进入内江，保证了灌区用水。进水口一宝瓶口，系由人工凿开玉垒山而成。由于岩石坚硬，能抵抗水流的冲击，并可以控制引取所需的水量。飞沙堰及泄水槽建在进水口前的导流堤上，用以宣泄进入内江的多余水量，排走泥沙，并保持取水口所需要的水位。百丈堤位于导流堤上游，除引导江水外，还保护河岸免受冲刷。因整个工程布置合理，各建筑物能互相紧密配合，相互调节，起到了分水、泄洪、引水和防沙的作用，使成都平原农田可以自流灌溉，成为旱涝保收的
37、富饶地区。这座工程的建造，充分体现了我国古代劳动人民具有无穷的智慧和高度的科学技术水平。图 11-2 都江堰取水枢纽平面布置图五、有坝取水枢纽的布置当河道枯水时期的流量能满足引水要求，但河道水位较低，不能自流引水时，需修建拦河建筑物以抬高水位，满足自流引水的要求。这种取水枢纽称为有坝取水枢纽。有坝取水枢纽一般由拦河壅水建筑物（壅水坝或拦河闸)、进水闸、冲沙闸、防排沙设施及上下流河道整治措施等建筑物组成。拦河壅水建筑物的作用是抬高水位和宣泄河道多余的水量和汛期洪水；进水闸的作用是控制入渠流量；防排沙设施的作用是防止河流泥沙进入渠道。常用的的防排沙设施有沉沙槽、冲沙闸、冲沙廊道、冲沙底孔及沉沙池等
38、。由于河道水流特性、地形、地质条件千差万别，各建筑物对枢纽工程的形式选择和布置起着决定性作用。一般情况下是先根据基础资料拟定几个不同的布置方案，进行技术经济比较后确定。下面将介绍常用的几种有坝取水枢纽的布置。（1）沉沙槽式渠首这种渠首按侧面引水、正面排沙的原则进行布置，由壅水坝、冲沙闸、冲沙槽、导水墙及进水闸等组成。因其最先建于印度，又称印度式渠首。由于沉沙槽式渠首的布置和结构简单，施工容易，造价较低，故在我国西北、华北等地区得到广泛应用。但在运用实践中，发现这种渠首布置存在下述主要问题：由于进水闸与河流垂直，水流需转 90急弯进入进水闸，这样便在进水口处产生横向环流，把部分推移质泥沙带入渠道
39、； 当冲沙闸冲沙时，槽内推移质发生跃移运动，为防止泥沙入渠，必须关闭进水闸，停止取水； 当壅水坝前淤平后，该坝便失去控制水流作用，此时，进水闸处于无坝引水状态。引水得不到保证。针对这些缺点，改进措施有： 加大沉沙槽及冲沙闸的尺寸，采用弧形沉沙槽，槽内增设潜没分水墙、导沙坎等改变水流内部结构，使表层水进入进水闸； 合理选择进水闸与拦河建筑物之间的夹角，一般采用进水闸水流与河道水流成3060角，以减弱环流强度。 将壅水坝全部或大部分改为拦河闸以稳定主流。图 11-3 沉沙槽式渠首 图 11-4 人工弯道式渠首（2）人工弯道式渠首这种渠首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，在弯道未
40、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，排走底层泥沙,以达到引水排沙的目的。该渠首由人工弯道、进水闸、冲沙闸、泄洪闸以及下游排沙道等组成(图 11-4)。（3）底栏栅式渠首在山溪河道上，河床坡度较陡，水流中带有大量的卵石、砾石及粗沙，为防止大量泥沙入渠，常采用底栏栅式渠首。这种渠首的主要建筑物有底栏栅坝、溢流堰、泄洪冲沙闸、导沙坎及上下游导流堤等组成(图 11-5)。图 11-5 底栏栅式渠首 图 11-6 底部冲沙廊道式渠首（4）底部冲沙廊道式渠首由于河道中水流泥沙沿深度分层的特点，将水流将垂直地划分为表层及底层两个部分，进水闸引取表层较清水流，而含沙量较高的底层水流
41、则经过冲沙廊道或泄洪排沙闸排到下游。分层取水的渠首布置常采用底部冲沙廊道式渠首。如图（图 11-6）由于廊道冲沙所需水量较少，常用于缺少冲沙流量的河流。当冲沙廊道用于宣泄部分洪水时，则需水量较多。这种枢纽要求坝前水位能形成较大的水头，使水流在廊道内产生 46m/s 的冲沙流速。（5）两岸引水式渠首当河道两岸都需要引水时，常在拦河（溢流）坝两端分别建造沉沙槽式取水口，以满足两岸引水要求。实践证明，这种渠首常有一岸取水口被泥沙堵塞。为此，通常采用在一岸集中引水，然后用坝内输水管道向对岸输水，或用跨河渡槽或在河床内埋设涵洞向对岸输水。这种从一岸取水并向对岸输水的方式，虽然结构复杂，但运用情况良好，不
42、仅有利于水量调配，且便于管理。（6）少泥沙河流上综合利用的有坝渠首布置在我国南方山区及平原地区河道上，多修建综合利用的取水枢纽工程，以满足灌溉、航运、筏运、发电和渔业的要求。因此，这类枢纽建筑物的组成，除进水闸的和溢流坝外，根据用途的不同，还要修建一种或几种专门建筑物。第三节 堤防工程堤防是沿河岸顺水流方向修建的治河工程，其目的是束范洪水，平顺水流，减轻洪水对下游灾害，保护沿河两岸人民生活财产安全。堤防工程虽不是防洪治河工程的唯一措施，但如今仍是重要的防洪工程措施。下面就堤防工程的设计及管理作以介绍。一、堤防的种类与作用堤防按其所在位置不同，可分为河堤、湖堤、海堤、围堤和水库堤防五种。因彼此工
43、作条件各不相同，因此其断面设计时要求也略有差异。河堤位于河道两岸，用于保护两岸田园和城镇不受洪水侵犯。因河水涨落较快，高水位持续时间较短，其承受高水位压力的时间不长，堤内浸润线一般难以发展到最高洪水位的位置，故断面尺寸相对较小。湖堤位于湖泊四周，由于湖水位涨落缓慢，高水位持续时间较长，且水域辽阔，风浪较大，故其断面尺寸应较河堤为大。此外，还要求临水面有较好的防浪护面，背水面须有一定的排渗措施。海堤又称海塘、海堰或海堆，位于河口或沿海海岸，用以保护沿海地区坦荡平衍的田野工城镇乡村免遭潮水海浪袭击。海堤主要在起潮时或风暴激起海浪袭击时着水，高水作用时间虽不长，但潮浪的破坏力较大，特别是强潮河口或台
44、风登陆地区，因受海流、风浪和增水影响，故其断面要比河堤为大。海堤临水面一般设有较好的防浪消浪设施，或采取生物与工程相结合的保滩护堤措施。围堤修建在蓄滞洪区的周边，在蓄滞洪运用时起临时挡水的作用，其使用频率虽小，但修建标准一般应与河流干堤相同。水库堤防位于水库回水末端及库区局部地段，用于限制库区的淹没范围和减少淹没损失。库尾堤防常需根据水库淤积引起翘尾巴的范围和防洪要求适当向上游延伸。水库堤防的断面尺寸应略大于一般河堤。河堤按其所在位置和重要性，又分为干堤、支堤和民堤之分。干堤修建在大江大河的两岸，标准较高，保护重要城镇、大型企业和大范围地区，由国家或地方专设机构管理。支堤沿支流两岸修建，防洪标
45、准一般低于同流域的干堤。重要支流堤防一般由流域部门负责修建，一般支堤则由地方修建、管理。民堤又称民埝，民修民守，保护范围小，抗洪能力低，如黄河滩的生产堤，长江中下游洲滩民垸的围堤等。二、堤防工程防洪标准及级别堤防工程的防洪标准，又称堤防工程设计洪水标准，它是衡量堤防工程承受洪水的能力。在堤防工程规划设计时，可按现行国家 GB5020194防洪标准 ，取其防护区内要求较高的防护对象的防范标准。一般在堤防工程设计阶段，设计洪水标准主要有两种方法确定。一是以洪水洪水的频率或重现期为设计标准。也就是通过代表站的洪水频率计算，定出所选不定期频率的洪峰流量，据以推出水面线，得出沿程的设计洪水位。二是采用实
46、际出现的某年洪水为设计标准。如目前黄河下游堤防的设计洪水标准是防御 1985 年型洪水；长江中下游堤防的防御标准是 1954 年型洪水。采用频率计算成果作为设计标准较为抽象，且当发生一次大的洪水后，频率统计样本会发生变化，因而标准难以稳定；采取实际洪水作为设计标准洪水，简单直观、效益明确，但它受历史资料的局限性大，不可能选取比已现洪水更高的标准。因此，实际工程中，多根据实际发生的大洪水，历史调配洪水和频率计算成果，经综合分析比较后，定出堤防设计的洪水标准。堤防工程的级别划分，与其防洪标准有关，应符合我国现行 GB5028698堤防工程设计规范的规定（表 11-1） 。表 11-1 堤防工程的级
47、别防洪标准 P重现期年P10050P10030P5020P3010P20堤防级别 1 2 3 4 5根据当地洪水和洪灾情况，如果需要提高或降低堤防级别，应报行业主管部门批准。对于穿堤建筑物的设计防洪标准，不应低于堤防工程的防洪标准，并应留有适当的安全值。三、堤防工程规划（一）堤防规划与堤防的选线1堤防规划堤防规划的一般原则如下：（1）堤防规划应考虑流域水资源综合利用，并与其他工程防洪措施如水库、分蓄洪工程等协同配合，以达到最有效、最经济地控制洪水的目的。（2）堤防的上下游、左右岸、各地区、各部门必须统筹兼顾/根据河流、河段及其防护对象的不同，选定不同的防洪标准和不同的堤型、堤身断面。当所选的防
48、洪标准和堤型、堤身断面短期内难以达到时，可分期分段实现。（3）保证主要江河的堤防不发生改道性决口，并确保对国民经济关系重大的堤段不发生决口。（4）规划中应统筹考虑当堤防遭遇超标准洪水袭击时的对策措施。2堤防选线堤线的选择是规划设计的前提，堤线选择合理与否，对河道泄洪、当地经济、防汛抢险影响很大，故在选线时要考虑以下几点：1）堤线尽量与河流流向保持一致，两岸堤线基本平行，避免出现局部突然变窄或变宽的现象，以利洪水宣泄。2）堤线与主河槽保持一定距离，在河弯处，不宜离凹岸河槽太近，以防洪水主流顶冲，造成坍塌、危及堤防的安全。3）堤线应选在地质情况良好的地带，并尽量沿等高线修建，避免通过流沙、淤泥地带
49、，降低工程造价。4）堤线不宜随河道局部较小弯曲而弯曲，应沿河槽弯曲外沿布设。对于河道较大弯曲，堤线布设时应有较大的转弯半径，并在堤防临水一面采取贴护措施，避免局部过分突出，影响洪水宣泄。第四节 厂区布置一、水电站厂房的功用和基本类型水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。（一）水电站厂房的主要功用(1) 将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。(2) 布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。(3) 布置必要的值班场所，为运行操作人员提供良好的工作环境。（二）水电站厂房的类型由于水电站的开发方式、枢纽布置方案、装机容量、机组形式等条件的不同，厂房的形式也是多种多样的，通常按厂房的结构及布置上的特点，可分为地面式（包括河床式、坝后式、岸边式） 、地下式（包
