ch5-引水工程解析课件.ppt
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- ch5 引水 工程 解析 课件
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1、 5.1 引水防沙的意义引水防沙的意义 5.2 引水工程选址与布置引水工程选址与布置 5.3 防沙排沙理论与设计防沙排沙理论与设计 5.4 无坝引水无坝引水 5.5 有坝引水有坝引水 5.6 入渠泥沙防治入渠泥沙防治Ch5 引水工程引水工程Ch5 引水工程引水工程 5.1 引水防沙的意义引水防沙的意义 一、引水工程中的泥沙问题一、引水工程中的泥沙问题 在河流上兴建的各种引水工程数量在不断增加,引水的用水在河流上兴建的各种引水工程数量在不断增加,引水的用水效率和质量受到广泛重视。如灌溉引水、水电站引水效率和质量受到广泛重视。如灌溉引水、水电站引水二、引水防沙工程的发展二、引水防沙工程的发展1、引
2、水防沙工程分类、引水防沙工程分类分为三类:无坝引水防沙工程;有坝引水防沙工程;活坝分为三类:无坝引水防沙工程;有坝引水防沙工程;活坝类引水防沙工程。类引水防沙工程。无坝引水防沙工程:分布较广,如都江堰无坝引水防沙工程:分布较广,如都江堰有坝引水防沙工程可分为:有坝引水防沙工程可分为:低坝沉沙冲槽式引水防沙工程(印度式);低坝沉沙冲槽式引水防沙工程(印度式);闸坝式引水防沙工程,用拦河闸代替印度式的溢流低坝。闸坝式引水防沙工程,用拦河闸代替印度式的溢流低坝。弯道式引水防沙工程:人为形成弯道环流,达到凹岸引水弯道式引水防沙工程:人为形成弯道环流,达到凹岸引水凸岸排沙。凸岸排沙。底栏栅式引水防沙工程
3、,拦河坝顶布设栏栅,防止砾卵石底栏栅式引水防沙工程,拦河坝顶布设栏栅,防止砾卵石进入坝内廊道。进入坝内廊道。分层式引水防沙工程(中亚式)分层式引水防沙工程(中亚式)三、引水防沙问题分析步骤、引水防沙问题分析步骤 泥沙问题分析步骤泥沙问题分析步骤 1、野外调查与资料收集:确定来沙量;野外调查与资料收集:确定来沙量;河床演变情况;河床演变情况;2、分析水沙过程对引水工程的影响、分析水沙过程对引水工程的影响 3、分析引水工程对当地和上下游河流与环、分析引水工程对当地和上下游河流与环境的影响;境的影响;4、估计需要采取的泥沙处理措施;、估计需要采取的泥沙处理措施;5、最佳方案的选择。、最佳方案的选择。
4、5.2 引水工程选址与布置引水工程选址与布置 一、引水工程选址中的泥沙问题一、引水工程选址中的泥沙问题 在河流上修建引水工程除了考虑工程本身的因素以外,在河流上修建引水工程除了考虑工程本身的因素以外,还应考虑到地质地貌、河流动力学、水文及环境、经还应考虑到地质地貌、河流动力学、水文及环境、经济等因素。引水工程满足两个要求济等因素。引水工程满足两个要求:(1)能够取到所)能够取到所需要的水量;(需要的水量;(2)保持引水口的河床稳定或冲淤平)保持引水口的河床稳定或冲淤平衡,同时尽可能减少泥沙入侵。衡,同时尽可能减少泥沙入侵。考虑的泥沙方面的因素考虑的泥沙方面的因素(1)河流的水文泥沙资料,)河流
5、的水文泥沙资料,来水来沙过程,悬移质、推移来水来沙过程,悬移质、推移质和床沙组成;质和床沙组成;(2)河床稳定性,河型、河)河床稳定性,河型、河道演变历史及趋势。道演变历史及趋势。二、引水工程的选址与泥沙考虑二、引水工程的选址与泥沙考虑 1、引水工程在河流上的位置、引水工程在河流上的位置 1)选择弯道的考虑:稳定的弯道凹岸一侧是引)选择弯道的考虑:稳定的弯道凹岸一侧是引水工程比较理想的位置。弯道凹岸水深大,流速水工程比较理想的位置。弯道凹岸水深大,流速大,有利于推移质的输移大,有利于推移质的输移;弯道环流与纵向水流弯道环流与纵向水流构成螺旋流运动,含沙量小的水流指向凹岸,含构成螺旋流运动,含沙
6、量小的水流指向凹岸,含沙量大的指向凸岸。避免布置在弯道的凸岸。沙量大的指向凸岸。避免布置在弯道的凸岸。注意如下:力求河势稳定;避免河岸和河床冲淤注意如下:力求河势稳定;避免河岸和河床冲淤变化较大的位置,容易造成取水口的脱溜变化较大的位置,容易造成取水口的脱溜.有利有利于防沙、排沙。有利于泥沙的排泄;便于施工和于防沙、排沙。有利于泥沙的排泄;便于施工和管理。管理。1、引水工程在河流上的位置、引水工程在河流上的位置 2)、注意调查地质、地形和河床演变情况)、注意调查地质、地形和河床演变情况 地质方面考虑基岩埋深较浅,或者为沙砾石或沙地质方面考虑基岩埋深较浅,或者为沙砾石或沙基的河段。基的河段。河床
7、演变选在河势稳定,河床冲淤变化不大的河河床演变选在河势稳定,河床冲淤变化不大的河段,段,3)、引水建筑物离深泓线不远处。)、引水建筑物离深泓线不远处。可缩短引水长度,保证水量防止泥沙的入侵。可缩短引水长度,保证水量防止泥沙的入侵。4)、有坝与无坝引水的关系)、有坝与无坝引水的关系:无坝引水的选址要无坝引水的选址要求高于有坝引水。求高于有坝引水。5)、因势利导、不宜强行整治。)、因势利导、不宜强行整治。6)、水电枢纽上下游的引水口位置。)、水电枢纽上下游的引水口位置。7)、水轮机的选择。)、水轮机的选择。2、泥沙问题的考虑、泥沙问题的考虑 防止推移质泥沙和悬移质粗颗粒泥沙进防止推移质泥沙和悬移质
8、粗颗粒泥沙进入引水口。入引水口。1)河型的影响河型的影响 2)底槛的高度,设置一定的高度。)底槛的高度,设置一定的高度。3)防沙、排沙清淤措施;)防沙、排沙清淤措施;4)估计河槽的冲淤变化;)估计河槽的冲淤变化;5)泥沙估计)泥沙估计 6)引水比与引沙比。)引水比与引沙比。三、侧面引水与正面引水三、侧面引水与正面引水 按照引水头部与河流来流的相对位置将引水形按照引水头部与河流来流的相对位置将引水形式分为侧面与正面引水。引水头部与来流方向式分为侧面与正面引水。引水头部与来流方向大致平行时为正面引水;引水头部与来流方向大致平行时为正面引水;引水头部与来流方向大致垂直时为侧面引水。大致垂直时为侧面引
9、水。侧面引水特点:在河岸一侧引水,缺陷:大量侧面引水特点:在河岸一侧引水,缺陷:大量泥沙进入引渠,引水冲沙相互影响,采区防沙泥沙进入引渠,引水冲沙相互影响,采区防沙措施。措施。正面引水:有正面排沙和侧面排沙。前者的水正面引水:有正面排沙和侧面排沙。前者的水深和引水比不宜太大。后者的整治工程简单,深和引水比不宜太大。后者的整治工程简单,限制少。限制少。四、引水工程泥沙问题研究方法:四、引水工程泥沙问题研究方法:(1)类比分析和调查)类比分析和调查 已经运行成功的引水工程进行调查分析;已经运行成功的引水工程进行调查分析;(2)初步分析估算:对水流泥沙、河床演)初步分析估算:对水流泥沙、河床演变进行
10、分析;也可用估算的方法变进行分析;也可用估算的方法(3)河工模型试验:解决引水工程局部河河工模型试验:解决引水工程局部河床变化、优化防沙方案、河床演变预测。床变化、优化防沙方案、河床演变预测。(4)数学模型计算数学模型计算5.3 防沙排沙理论与设计防沙排沙理论与设计 一、引水口水沙运动特性一、引水口水沙运动特性 合理规划引水口,合理布置引水口的防沙设合理规划引水口,合理布置引水口的防沙设施,合理设计与布置灌溉引水口。施,合理设计与布置灌溉引水口。1、引水口前的流速场、引水口前的流速场 1)理论分析理论分析2)实测成果)实测成果 引水比小:引水口水引水比小:引水口水流曲率小,支槽有回流曲率小,支
11、槽有回流。流。引水比大:引水口水引水比大:引水口水流表层曲率小,底层流表层曲率小,底层曲率大;支槽有回流,曲率大;支槽有回流,范围小。范围小。2、引水宽度、引水宽度 3、推移质分沙比与分流比的关系、推移质分沙比与分流比的关系 推移质分沙比与分流比的关系实验室研推移质分沙比与分流比的关系实验室研究较多。德国,分沙比随分流比的增大究较多。德国,分沙比随分流比的增大而增大,分流比达到而增大,分流比达到50%,几乎全部推,几乎全部推移质泥沙进入引水口。移质泥沙进入引水口。4、悬移质分沙比与分流比的关系、悬移质分沙比与分流比的关系 关系复杂。关系复杂。1、人工引水弯道、人工引水弯道 目的:创造良好的弯道
12、环流,有效引水防沙。目的:创造良好的弯道环流,有效引水防沙。设计原则:设计原则:(1)弯道宽度;)弯道宽度;(2)弯道外形;)弯道外形;(3)泄洪闸:中心线与弯道中心线呈)泄洪闸:中心线与弯道中心线呈40-45度度(4)冲沙闸与进水闸)冲沙闸与进水闸二、弯道引水二、弯道引水防沙工程设计防沙工程设计 三、导流装置三、导流装置 奥加德奥加德(A.J.Odgaard)方法:利用导流屏在引水口前导方法:利用导流屏在引水口前导流,改善河床水流流态,使引水口泥沙淤积减缓。流,改善河床水流流态,使引水口泥沙淤积减缓。导流屏导流屏:制造人工环流,增加表层引水宽度,:制造人工环流,增加表层引水宽度,减小底层引水
13、宽度。减小底层引水宽度。1、导流屏防沙理论、导流屏防沙理论 导流屏防沙理论:导流屏防沙理论:导流屏的设计参数:导流屏高度、长度、迎导流屏的设计参数:导流屏高度、长度、迎水角、淹没深度等水角、淹没深度等 导流屏缺点导流屏缺点:(1)构造复杂,费用高,运行管理不便;)构造复杂,费用高,运行管理不便;(2)细沙运用效果不显著细沙运用效果不显著(3)河床不稳定的河道效果不好,)河床不稳定的河道效果不好,(4)在通航河流上不宜采用。)在通航河流上不宜采用。三、导流装置三、导流装置 2、导沙坎导沙坎:设置在引水口前设置一定高度和:设置在引水口前设置一定高度和长度的坎,底部水流形成螺旋流将泥沙导离长度的坎,
14、底部水流形成螺旋流将泥沙导离引水口。引水口。(1)水流现象)水流现象 水流束窄;螺旋流,水流束窄;螺旋流,(2)泥沙运动)泥沙运动(3)导沙坎的影响效果)导沙坎的影响效果 包括水流流速、坎高、导沙坎与主流的夹角、多道导沙包括水流流速、坎高、导沙坎与主流的夹角、多道导沙坎的水流形态、导沙坎几何尺度。坎的水流形态、导沙坎几何尺度。四四 环流冲沙槽环流冲沙槽 在壅水淤积情况下,采用束水攻沙原理,在壅水淤积情况下,采用束水攻沙原理,在引水口前设置冲沙槽,用纵向束水墙与在引水口前设置冲沙槽,用纵向束水墙与溢洪坝分开,在引水闸前形成较高流速,溢洪坝分开,在引水闸前形成较高流速,冲走槽内泥沙。冲走槽内泥沙。
15、环流冲沙槽由冲沙闸、引水口岸边墙、束环流冲沙槽由冲沙闸、引水口岸边墙、束水墙和导沙坎等部分组成。水墙和导沙坎等部分组成。环流冲沙槽各部分功能环流冲沙槽各部分功能 束水墙:满足在进水口前形成稳定平顺的水流;束水墙:满足在进水口前形成稳定平顺的水流;满足与上游来水的渐变衔接;考虑定期冲沙和满足与上游来水的渐变衔接;考虑定期冲沙和沉沙时的容积要求。沉沙时的容积要求。L=2-3B,冲沙槽的泄流能力满足引水流量和最小冲沙流冲沙槽的泄流能力满足引水流量和最小冲沙流量要求。量要求。冲沙闸的泄流能力与冲沙流量以及稳定河槽流冲沙闸的泄流能力与冲沙流量以及稳定河槽流量相适应。量相适应。导沙坎与潜没分水墙:导沙坎是
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