航道工程学课件:1、河流渠化.ppt
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- 航道 工程学 课件 河流
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1、渠渠 化化 工工 程程 学学 重庆交通大学河海学院重庆交通大学河海学院 陈明栋:研究员陈明栋:研究员 Tel: 023-66762414 13808324758 E-mail: 第第五五章:章: 河河流流渠渠化化工工程程渠化工程定义渠化工程定义: :u 水电水电河流梯级开发,发电;河流梯级开发,发电;u 水利水利形成水库,防洪、灌溉;形成水库,防洪、灌溉;u 水运水运人工航道,筑坝抬高水位,增加水深,人工航道,筑坝抬高水位,增加水深,增加航宽,淹没滩险。是航道整治的最高阶段。增加航宽,淹没滩险。是航道整治的最高阶段。u “水利工程水利工程”相邻专业相邻专业(综合利用综合利用)港航、港航、水电、
2、水利、河川、农水、水工建筑、城市给水电、水利、河川、农水、水工建筑、城市给排水等排水等。u 1、运输能力大,适宜大宗货物:煤炭、矿石、油和、运输能力大,适宜大宗货物:煤炭、矿石、油和 集装箱等以及长途运输货物;集装箱等以及长途运输货物;u 2、运输成本相对较低;、运输成本相对较低;u 3、建设投资较少、建设投资较少 ;u 4、占地少;、占地少;u 5、环境污染少;、环境污染少;u 6、重、特大件运输几乎是无可代替;、重、特大件运输几乎是无可代替;u 7、国防建设意义。、国防建设意义。水路运输的意义水路运输的意义(优势优势):弱点弱点 1 1、水运的技术速度和商务速度比较低;、水运的技术速度和商
3、务速度比较低;2 2、水运受自然条件的影响较大;、水运受自然条件的影响较大;3 3、水系目前还自成体系,河流间互不沟通,、水系目前还自成体系,河流间互不沟通,运输的连续性较差。运输的连续性较差。第一节第一节 水利资源的综合利用水利资源的综合利用 综合利用是我国水利建设的基本原则,也是内综合利用是我国水利建设的基本原则,也是内河航运建设的根本方针。水资源的综合利用就是要河航运建设的根本方针。水资源的综合利用就是要充分发挥水资源的作用,同时满足发电、航运、防充分发挥水资源的作用,同时满足发电、航运、防洪、灌溉、工业及民用供水渔业等各方面的要求,洪、灌溉、工业及民用供水渔业等各方面的要求,以获得最大
4、经济效益。以获得最大经济效益。 河流上筑坝蓄水,坝上游形成水库以后,不光河流上筑坝蓄水,坝上游形成水库以后,不光为水资源的利用创造了条件,河道扩宽、水深增加,为水资源的利用创造了条件,河道扩宽、水深增加,可大大改善航运条件。可大大改善航运条件。一、水库的特征一、水库的特征 (一)水库的特征水位:(一)水库的特征水位: 水库是调节河川径流的主要工程措施。表征水库的主要特征水库是调节河川径流的主要工程措施。表征水库的主要特征是水库的面积和容积。是水库的面积和容积。 在一般情况下,水库的面积和容积越大,其径流调节能力越在一般情况下,水库的面积和容积越大,其径流调节能力越强,通航保证率越高,综合利用的
5、经济效益也越大。一个综合利强,通航保证率越高,综合利用的经济效益也越大。一个综合利用的渠化工程水库的水位和相应的库容如用的渠化工程水库的水位和相应的库容如图图5 51 1所示。所示。 1、死水位:、死水位:在正常运用情况下,允许水库消落的最低水位在正常运用情况下,允许水库消落的最低水位叫死水位。该水位以下的水库容积称为死库容。叫死水位。该水位以下的水库容积称为死库容。 2、正常蓄水位:、正常蓄水位:在正常运用情况下,为满足兴利要求,水在正常运用情况下,为满足兴利要求,水库应蓄到的水位。正常蓄水位至死水位之间的深度,称为消落深库应蓄到的水位。正常蓄水位至死水位之间的深度,称为消落深度。正常蓄水位
6、至死水位之间的库容称为兴利库容(或称调节库度。正常蓄水位至死水位之间的库容称为兴利库容(或称调节库容)。容)。 3防洪特征水位:防洪特征水位:是指水库各项防洪水位的总称。包括校核洪是指水库各项防洪水位的总称。包括校核洪水位、设计洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。水位、设计洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。 (1)校核洪水位是遇到校核标准洪水时,坝前达到的最高水位。)校核洪水位是遇到校核标准洪水时,坝前达到的最高水位。 (2)设计洪水位是遇到大坝的设计标准洪水时,泄洪建筑物闸门)设计洪水位是遇到大坝的设计标准洪水时,泄洪建筑物闸门全开,坝前达到的最高水位。全开,坝前达到的最高水位。 (3)防
7、洪高水位是遇到下游防护对象的设计标准洪水位时,水库)防洪高水位是遇到下游防护对象的设计标准洪水位时,水库按下游安全泄量放水,坝前达到的最高水位。按下游安全泄量放水,坝前达到的最高水位。 (4)防洪限制水位是水库在汛期蓄水的上限水位。防洪限制水位)防洪限制水位是水库在汛期蓄水的上限水位。防洪限制水位至防洪高水位之间的库容称为防洪库容。防洪限制水位至校核洪水至防洪高水位之间的库容称为防洪库容。防洪限制水位至校核洪水之间的库容称为调洪库容。之间的库容称为调洪库容。 4 通航水位通航水位:是指能保证水库正常通航的水位是指能保证水库正常通航的水位。 (二)二) 水库的水文情势水库的水文情势 水库的水文情
8、势是指水库多年的水文要素(如水位、水温、流速、水库的水文情势是指水库多年的水文要素(如水位、水温、流速、泥沙、波浪及水化学成分等)情况,水文情势变化将带来以下影响。泥沙、波浪及水化学成分等)情况,水文情势变化将带来以下影响。 1 1 水量损失水量损失蒸发和泄漏。蒸发和泄漏。 2 2 水库淤积和坝下冲刷水库淤积和坝下冲刷泥沙和势能影响。泥沙和势能影响。 3 3 波浪波浪风力对宽阔水域影响。风力对宽阔水域影响。 4 4 水温及冰情水温及冰情热能互换、冰冻影响。热能互换、冰冻影响。 5 5 水质的变化水质的变化污染。污染。 葛洲坝和三峡影响葛洲坝和三峡影响(气候、洪水、环境、水质等)学会用专业(气候
9、、洪水、环境、水质等)学会用专业知识去解释自然现象知识去解释自然现象。 (三)径流调节的基本概念:(三)径流调节的基本概念: 按照用水部门的需要,借助专门的建筑物(主要是按照用水部门的需要,借助专门的建筑物(主要是拦河筑坝形成水库)将河川径流加以控制和重新分配,拦河筑坝形成水库)将河川径流加以控制和重新分配,这一过程称为径流调节。即将汛期多余水量暂时拦蓄在这一过程称为径流调节。即将汛期多余水量暂时拦蓄在水库中,而在枯水期泄放以补充河川径流的不足。水库中,而在枯水期泄放以补充河川径流的不足。 水库由放空到蓄满再放空所需时间称为水库的蓄泄水库由放空到蓄满再放空所需时间称为水库的蓄泄周期(调节周期)
10、。径流调节按调节周期的长短,可以周期(调节周期)。径流调节按调节周期的长短,可以分为日调节、年调节和多年调节等。分为日调节、年调节和多年调节等。 1日调节:为适应水电站调峰的需要,将一天均匀日调节:为适应水电站调峰的需要,将一天均匀的来水过程(洪水期除外)改变为不均匀的用水过程,的来水过程(洪水期除外)改变为不均匀的用水过程,其周期为一昼夜,称为日调节。其周期为一昼夜,称为日调节。 2年调节:利用水库的调节作用,把一年内洪水期年调节:利用水库的调节作用,把一年内洪水期多余水量的一部分或全部拦蓄于水库中供枯水期使用,多余水量的一部分或全部拦蓄于水库中供枯水期使用,其调节周期为一年,称为年调节其调
11、节周期为一年,称为年调节(图(图5-2)。 3多年调节:将河流中丰水年的多余水量拦蓄在水多年调节:将河流中丰水年的多余水量拦蓄在水库中,以补充若干连续的枯水年的水量不足,其周期较库中,以补充若干连续的枯水年的水量不足,其周期较长,称为多年调节(但水库不经济)长,称为多年调节(但水库不经济)。 二、水电站的基本概念二、水电站的基本概念 水力发电基本原理水力发电基本原理借助水力机械将水流的势借助水力机械将水流的势能转变成机械能,再通过发电机把机械能转变为电能。能转变成机械能,再通过发电机把机械能转变为电能。水电水电清洁能源。清洁能源。 利用水工建筑物及有关的机电设备使水流的势能利用水工建筑物及有关
12、的机电设备使水流的势能变为电能的工程,称为水电工程。变为电能的工程,称为水电工程。 (一)(一) 水电站的出力计算:水电站的出力计算: 水电站的规模一般由电站的发电能力决定。水水电站的规模一般由电站的发电能力决定。水电站的发电能力取决于水流所做的功的大小。当流电站的发电能力取决于水流所做的功的大小。当流量量Q Q(m m3 3/s/s)的水体落下一个高度)的水体落下一个高度H H(m m)时,其所做)时,其所做功的功率等于:功的功率等于: N=QHN=QH(kWkW) (5-15-1) 由于水电站的水轮机、发电机以及输配电设备由于水电站的水轮机、发电机以及输配电设备中均有功率的损耗,实际上发出
13、的电的功率(称为中均有功率的损耗,实际上发出的电的功率(称为有效功率)要比理论功率小:有效功率)要比理论功率小: N N有效有效=QH (5-2) =QH (5-2) 在工程规划设计中,式(在工程规划设计中,式(5-2)通常简化为:)通常简化为: N有效有效=AQH (5-3) 式中:式中:A出力系数。出力系数。 根据水电站的保证率,在流量历时曲线上查得相应根据水电站的保证率,在流量历时曲线上查得相应的流量的流量,可得到水电站的保证出力。即:可得到水电站的保证出力。即: N保证保证=A Q保证保证H(KW) (5-4) (二)(二) 水电站的开发方式及主要建筑物水电站的开发方式及主要建筑物 利
14、用水工建筑物和相应的机电设备产生电能利用水工建筑物和相应的机电设备产生电能的方式有多种多样,而其中最主要的开发方式的方式有多种多样,而其中最主要的开发方式有壅(抬)水式、引水式和混合式三种。有壅(抬)水式、引水式和混合式三种。 1.1.壅(抬)水式电站,壅(抬)水式电站,又可分为河床式、坝又可分为河床式、坝后式和坝内式三种布置型式。后式和坝内式三种布置型式。 (1 1)河床式:水电站厂房建筑在河床内,厂房与坝)河床式:水电站厂房建筑在河床内,厂房与坝并列或成某一交角共同起挡水作用并列或成某一交角共同起挡水作用(图(图5-35-3)。 适用范围:宽阔河道,水头不高电站。适用范围:宽阔河道,水头不
15、高电站。 (2 2)坝后式:水电站厂房位于坝后,库中水流通过)坝后式:水电站厂房位于坝后,库中水流通过坝内输水管道引入坝后厂房坝内输水管道引入坝后厂房(图(图5-55-5)。 适用范围:河床断面狭窄,下泄流量较大电站。适用范围:河床断面狭窄,下泄流量较大电站。 (3 3)坝内式:水电站厂房位于坝内)坝内式:水电站厂房位于坝内(图(图5-65-6);这类;这类电站多用于水头较高河谷狭窄情况,但拦河坝坝体结构电站多用于水头较高河谷狭窄情况,但拦河坝坝体结构复杂,地形、地质条件外,一般多不采用。复杂,地形、地质条件外,一般多不采用。 2.2.引水式电站:引水式电站:引水式电站是利用引水建筑引水式电站
16、是利用引水建筑物集中落差来获得发电水头物集中落差来获得发电水头(图(图5-75-7)。 3.3.混合式水电站:混合式水电站:混合式水电站是壅(抬)混合式水电站是壅(抬)水式和引水式电站两者的综合水式和引水式电站两者的综合(图(图5-85-8)。 当上游河床平坦,有修筑水库的条件,而下当上游河床平坦,有修筑水库的条件,而下游河床坡度较陡,修建不长的引水建筑物可获得游河床坡度较陡,修建不长的引水建筑物可获得较大水头时,才宜建造混合式水电站。较大水头时,才宜建造混合式水电站。 (三)水电站的工作特点及装机容量(三)水电站的工作特点及装机容量 1、水电站的工作特点、水电站的工作特点 (1)出力多变,保
17、证率较低)出力多变,保证率较低 (2)机组启动和停机迅速,负荷增减方便)机组启动和停机迅速,负荷增减方便 (3)土建投资比重大,机电投资比重小)土建投资比重大,机电投资比重小 2、水电站的装机容量、水电站的装机容量 水电站的装机容量是指电站全部机组满载运行时水电站的装机容量是指电站全部机组满载运行时的总额定的总额定 容量,即水电站全部水轮发电机组的总生容量,即水电站全部水轮发电机组的总生产能力。产能力。 三、农田水利工程三、农田水利工程 (一)农田水利工程的一般概念(一)农田水利工程的一般概念 1 1、农作物对水分的要求、农作物对水分的要求 2 2、调节农田水份状况的措施、调节农田水份状况的措
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