觉木沟水电站设计

目 录

摘 要 ............................................................................................................... 3 ABSTRACT .......................................................................................................... 4 前 言 ............................................................................................................... 5 第1章 觉木沟水电站设计任务书 .................................................................. 6

1.1基本情况及水文资料 ....................................................................................................... 6 1.2地形资料 ........................................................................................................................... 6 1.3地质资料 ........................................................................................................................... 6 1.4机墩及其它资料 ............................................................................................................... 7 1.5完成任务内容 ................................................................................................................... 7

第2章 引水渠道 ............................................................................................ 8

2.1引水渠道布置 .................................................................................................................... 8 2.2引水渠道纵断面设计 ........................................................................................................ 8 2.3引水渠道的线路选择 ........................................................................................................ 9 2.4引水渠道进水口闸门设置 ................................................................................................ 9 2.5引水渠道及渠系建筑物的防洪 ........................................................................................ 9 2.6引水渠道横断面设计 ........................................................................................................ 9 2.7引水渠底板及边墙设计 .................................................................................................. 11 2.8校核渠道流速范围 .......................................................................................................... 12 2.9确定渠底高程 .................................................................................................................. 12 2.10渠道防渗措施 ................................................................................................................ 12 2.11渠道沉降缝及伸缩缝 .................................................................................................... 12

第3章 压力前池 .......................................................................................... 13

3.1前池布置说明 .................................................................................................................. 13

3.2前池控制水位 .................................................................................................................. 13 3.3前池各部分尺寸 .............................................................................................................. 14 3.4构造设计 .......................................................................................................................... 17 3.5压力墙抗滑稳定计算 ...................................................................................................... 21 3.6溢流堰 .............................................................................................................................. 22 3.7冲砂孔 .............................................................................................................................. 17 3.8通气孔 .............................................................................................................................. 23 3.9工作闸门 .......................................................................................................................... 23 3.10拦污栅 ............................................................................................................................ 24

结 论 ............................................................................................................... 26 致 谢 ............................................................................................................... 27 参考文献 ......................................................................................................... 28 附 表、附图 .................................................................................................... 29

摘 要

觉木沟二级水电站是基于西藏农牧学院自主技术而设计的一个输电予以自给的水利工程，该电站的开发方式为引水式。由于西藏特殊地理环境和水文资料的不尽完善，加之设计中诸多细微瑕疵，该电站在电力供给方面明显吃力。本次设计在参考对照近代中国众多小型水电站的建设数据及相关地勘和投入运营后的数据后，运用最接近当代水利水电事业发展趋势的电站设计原理及该二级电站本身特征进行了分析研究，对水电站压力前池及引水渠道的计算，为该电站的建设提供了相对全面的理论支持。

关键词：觉木沟水电站；压力前池；引水渠道

Wood gully hydropower station water intake hub design

ABSTRACT

Sleep wood secondary hydropower station is designed based on Tibet agriculture and animal husbandry college autonomous technology a transmission to be self-sufficient in water conservancy project, the development mode for water diversion type power station. Due to Tibet's special geographical environment and imperfect of hydrological data, combined with a lot of microscopic defects in design, this power station in power supply. In reference to the design control in modern China's numerous small hydroelectric power station construction data and relevant operating data, geological exploration and use the most close to the development trend of modern water conservancy and hydropower power station design principle and the secondary power plant itself characteristic was analyzed, the hub of the hydropower station reservoir calculation, for the construction of the plant provides a relatively comprehensive theoretical support.

Keywords: first hub design; Water diversion channels; Pressure before the pool; Pressure

steel pipe; workshop

前 言

水利水电工程专业作为土建工程系类的重要分支，其随着中国现代化建设的逐步推进及经济建设的发展正日益受到社会各界的关注重视。无论是从我国水能资源蕴藏量及其开发现状，还是从西南地区巨大的水资源储量与内地水资源连年吃紧且电力供应紧张，抑或从系列世纪工程猪如南水北调及“三江源”的梯级开发来看，都充分阐释了水电事业于国民经济中所处地位之恒量，笔者有幸选择其作为攻读的专业课程。

毕业设计作为大学四年最后一次对所学专业知识的模拟演练，将有助于设计者将大学之所学予以一次全面梳理、总结、巩固并提高和深化，进一步掌握专业学科所掺杂的细节处理内容，培养设计者综合运用所学理论知识和对数据的基本处理技能。水工建筑物的设计是水电建设工程的核心部分，能够在投入运营后最优运行的水电项目无一不是自设计之初就最大程度趋于完善。颇为遗憾的是，笔者在大学四年中未能对所学专业知识了解全面精湛，过多置身于其他能力训责以至于无法对问题深入剖析，仓促之中难免遗漏量出。

笔者这次毕业设计的内容为觉木沟水电站取水枢纽设计。觉木沟水电站是基于西藏农牧学院自主技术而设计的输电予以自给的水利工程，该电站的开发方式为引水式。由于西藏特殊地理环境和水文资料的不尽完善，加之设计中猪多细微瑕疵，该电站在电力供给方面明显吃力。本次设计在参考对照近代中国众多小型水电站的建设数据及相关地勘和投入运营后的数据后，运用最接近当代水利水电事业发展趋势的电站设计原理及该二级电站本身特征进行了分析研究，对水电站压力前池及引水渠道的计算，为该电站的建设提供了相对全面的理论支持。

本次设计以工程技术学院水工教研室下发的《觉木沟水电站取水枢纽毕业设计任务书》为指导，充分参照《西藏农牧学院本科毕业论文（设计）管理工作规范（2010年制定）》，严格按照我国所颁布实施的《水利工程技术标准》及其他规范、准则进行设计。设计附参考文献用于问题查勘。本次设计的主要内容：（1）压力前池设计；（2）引水渠道设计。

第一章 觉木沟水电站设计任务书

1.1基本情况及水文资料

由于在工程水文课程中已进行了计算，故下述水文资料可直接利用。装机容量按2台700kw机组计，共1400kw。

设计保证流量：3.0m3/s，相当设计保证率：70%； 保证出力（在P=70%保证率条件下）：1000kw； 渠道引用流量：4.0 m3/s； 溢流坝长度：25m；

水轮机设计流量：4.0 m3/s，单机流量：2.0 m3/s； 校核洪水流量：150 m3/s（P=25%），溢流能力计算依据； 坝体施工期导流流量：2.4 m3/s（12月～4月）；

设计洪水宣泄量（由溢流坝向下游宣泄）：105 m3/s（P=40%）。

以上水文资料是按无资料河道，由水文调查、经计算求得，为减少工作量直接将最终结果给出。

1.2地形资料

地形图（见图）：二级站地形图一张。

地形说明：渠道总长890m，总落差50m。由于八一镇附近山谷冬季较冷，建议渠纵坡按1/500～1/800，以防冬季在最冷期零下20℃渠道冻结。引水渠沿半山坡修筑，动力渠建议按深窄式矩形渠设计，考虑到边坡稳定性因素，压力管坡设计坡建议小于35°（25°～45°）。

1.3地质资料

（1）、坝址区：河床两岸表层分布为砂壤土，右岸厚约1.5m，左岸厚2.0m，在左岸最大厚度达到3.5m，该层透水性较大，结构松散，承载能力差，应清除或处理。

河床两岸表层下部为漂石层，漂石最大粒径大于4.0m，一般粒径0.6～0.8m，磨圆度普遍较好，卵石粒径一般为0.1～0.25m，成份主要为花岗岩、砂岩、石英岩及部分性质不明的岩石，河床填充物主要有大圆石（直径2～3m），角砾、粗中砂，该层无分选性漂石排列，杂乱无章，结构为表层松散，0.8m以下较紧密，有架空现象，渗透性大。

（2）渠道：首部、尾部表层覆盖砂壤土，灰黄色，厚1.6～2m，含有角砾、砾石。在

距首部350～460m为岩石段，岩性为破碎花岗岩。

（3）前池、压力钢管：表层为砾砂壤土、灰黄色、结构较紧密，砂石直径一般为5～30cm，磨圆度较好，成份为花岗岩和片麻岩为主，砂以中砂为主，表层下为含卵石的漂石层，粒径为20～40cm，成份为石英花岗岩为主，表层厚2～3.5m。

（4）厂区：表层为细沙壤土夹卵石，卵石的直径为1～1.5m，表层厚度大于3.5m，表层下为含漂石的砂卵石层，漂石的直径为200～2000mm，磨圆度较好，成份主要是花岗岩；卵石50～150mm，磨圆度较好，成份仍以花岗岩为主，石英砂岩、页岩、云母岩少有；砾石一般10～20mm，大小颗粒混杂，无分选性。

各种岩土力学性能指标，建议按下附表采用。该电站地质条件单一，地质剖面图不另给出，按各段给出地质情况，选用表中建议值即可。

1.4机墩及其它资料

（1）、机墩：

发电机连轴重4.5T，发电机锭子重1.5T，机组正常转速450转/分，发电机功率因素cosφ＝0.8，水轮机转速轴重6T，轴向推力1.2T，水轮机飞逸转速ηp＝1200r/min，水轮机叶片按15片计。

（2）、其它数据：

本机墩采用250#砼，Ⅱ级钢筋，钢筋设计强度310kg/cm2，砼设计强度250kg/cm2，钢筋砼安全系数k＝1.5，砼容重2.4T/m3，砼伯松比μ＝1/6，砼弹性模量E压＝2.3×106T/m2，E拉＝1.45×106T/m2。建筑物等级按Ⅴ级考虑。

1.5完成任务内容

计算部分：地形测量；渠道纵横断面计算、坝体稳定计算；强度计算；过水能力计算；坝体排沙问题及设计；坝面曲线计算；闸门（引水闸）设计计算；渠系建筑物及渠道设计计算；前池设计计算。

图纸部分：地形图；首部工程平面总体布置图；首部枢纽详图（平面）；剖视图；取水口闸门；渠平面、断面、纵断面图；前池及溢水道、前池部分主体建筑物剖面图。

表：物理力学性质指标建议值

压缩模渗透系开挖边坡

抗剪强容重 内聚力 量 允许荷

数

度 ρ C 载 永

K E 临时 3

(tgφ) (g/cm) (Mpa) (MPa) 久

（m/d） (MPa)

0.80～

1.00 0.75～0.80 0.65～0.70 0.50～0.55 0.35～0.40 0.35～0.40 0.35～0.40

2.60～2.75 2.60～2.65 2.10～2.20 1.80～1.90 1.75～1.85 1.75～1.85 1.65～1.70

0.02～0.03 0.015～0.02 0.01～0.012 / / / /

800～1000 600～800 300～400 60～80 40～50 40～50 30～40

0.8～1.0 0.6～0.7 0.5～0.6 0.4～0.5 0.4～0.45 0.4～0.45 0.25～0.30

/ / / 30～40 0.5～1.0 5.0～10.0 10.0～15.0

1:0.3 1:0.35 1:0.5 1:0.75 1:1.0 1:1.0 1:1.0

1:0.50 1:0.6 1:0.75 1:1.0 1:1.25 1:1.25 1:1.25

物理指标

岩性名称

灰岩 砂岩 粘土岩 砂卵砾石层 崩坡积碎石土

层 洪积碎石土层 人工填土层

岩石的物理力学性质指标为： 岩性

容重(KN/m3)

花岗岩

27.0

吸水率(%) 1

抗压强度

抗剪强

砼与基岩的摩擦系数 0.72

砼与基岩的粘

结力 0

（MPa） 度（MPa） 112

48.8

第2章 引水渠道

2.1引水渠道布置

结合本工程的地形、地质，施工、运行及枢纽总体布置等条件，引水渠沿半山建筑；从工程量及安全运行等方面考虑，选用非自动调节渠道。本工程选择非自动调节渠道主要有以下原因：

（1）、工程量小；

（2）、上游水位变化范围大；

（3）、电站停止运行时，仍需向下游供水来满足灌溉及牲畜饮水问题。

2.2引水渠道纵断面设计

由于八一镇附近山谷冬季较冷，土壤属于沙壤土，根据《小型水电站》表10-1，渠道纵坡选定为1/750，以防止在冬季最冷期零下20℃渠道冻结。见总体平面布置图。

2.3引水渠道的线路选择

结合本工程的地形、地质条件，以及参考资料，本引水渠道采用明渠布置形式，并采用明渠矩形断面。

2.4引水渠道进水口闸门设置

由于本设计的渠道布置形式为非自动调节渠道，所以需要设置工作闸门和检修闸门。

2.5引水渠道及渠系建筑物的防洪

根据SL/T205-97《水电站引水渠道及前池设计规范》，由于本电站水工建筑物级别5级，故渠道的设计防洪标准为10年，校核洪水标准为30年。

2.6引水渠道横断面设计

根据地质资料建议，考虑工程区冬季最低气温为-20℃的气象资料，动力渠道按深窄式矩形渠道设计。渠道采用钢筋混凝土衬砌。

本电站的开发方式为引水式，渠道设计引用流量4.00。水轮机设计引用流量4.00m3/s，单机设计引用流量2.00m3/s。根据设计引用流量和设计渠道纵比降，采用《水力学》（第三版）提供的水力最佳断面计算公式计算水力最佳断面：

hm=[

nQ(βm+2+m2)

(βm+m)i

51

32

23

]

38

βm=2(+m2-m)

bm=βmhm

式中：Q–渠道设计引用流量，（m3/s）,Q＝4.00m3/s；

hm–水力最佳断面水深，（m）； bm–水力最佳断面底宽，（m）； βm–水力最佳断面宽深比；

n–渠道糙率，混凝土护面取为0.015；

i–渠道纵比降，i＝1/750；

m–渠道边坡系数，m＝0；

经计算hm=1.246m，bm=2.492m,渠道断面为宽浅式，不符合设计。

为满足深窄式矩形渠道的设计要求，并参照已建工程，初步选定渠底宽为1.5m，再拟定几个渠水深分别进行试算，找出合理的断面形式。

试算采用明渠均匀流的流量公式：

Q=ACRi K=

Q=ACR

式中：Q–渠道设计引用流量，（）,Q＝4.00；

K–流量率，（）；

A–渠道过水断面面积，（），A＝bh； h–渠道断面水深，（m）； b–渠道断面底宽，（m）；

1

C=R6

n（）C–谢齐系数，；

1

n–渠道糙率，混凝土护面取为0.015； i–渠道纵比降，i＝1/750； m–渠道边坡系数，m＝0；

根据设计引用流量和渠道纵比降，可算出本渠道的流量率为：

K=

Q=109.56m3/s

渠道采用矩形断面形式，m=0,查《小型水电站》表10-5可知m"=2，由试算法求出渠道正常水位：

渠道断面水力学计算表

底宽 水深 过水面积 湿周 水力半径

糙率

（m） （m） 1.50

2.100

（m2） 3.150

（m） 5.700

（m） 0.553

0.015

（m1/2/s） 60.392

0.0013

141.419

谢齐系数

纵比降 流量率

流量

（m3/s） 4.00

西藏大学农牧学院毕业设计

1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50

2.000 1.900 1.800 1.750 1.700 1.650

3.000 2.850 2.700 2.625 2.550 2.475

5.500 5.300 5.100 5.000 4.900 4.800

0.546 0.538 0.529 0.525 0.520 0.516

0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015

60.261 60.118 59.962 59.878 59.790 59.699

0.0013 0.0013 0.0013 0.0013 0.0013

133.517 125.641 117.797 113.883 109.987

4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00

0.0013 106.098

当b=1.5m,h=1.7m时,则：

ω=(b+mh)h=1.5×1.7=2.55m2

"

χ=b+mh=4.90m 故

R=

ω2.55

==0.52χ4.90

由《小型水电站》附录表Ⅱ—2可知c=59.74，

K=wcR=109.85与k0相近。

故渠道正常水深h=1.7m，此时，渠道的流速为1.57m/s，满足动力渠道经济流速1.50～2.00m/s的要求。根据《小型水电站》的参考资料，渠道顶超高取为0.40m，则渠道断面尺寸为1.50×2.10m（渠净宽×渠净高）。

2.7渠底板及边墙设计

渠道采用钢筋混凝土矩形断面，渠道断面如图5.1所示。边墙采用混凝土重力式边墙，边墙顶宽0.20m，底宽0.40m，自顶到底逐渐增大。底板厚为0.40m。

2.8校核渠道流速范围

2

正常水深为1.7m对应过水面积为2.55m，则渠道内流速。

v=

Q

ω

=

4.00

=1.57m/s2.55

由渠道水深h=1.7，查《小型水电站》上册可知，本设计中渠道的最大不冲

2v=1.89m/s， 1流速

2

可知，不於流速v2=0.72m/s，

v2

2.9确定渠底高程

由地形图可知渠道进水口底高程为3050，

则渠道末端正常高程=渠道进口底高程-渠道纵坡×渠道长

Z渠末底=Z渠进底-iL=3050-1

⨯890.00=3048.81m750。

即

2.10渠道防渗措施

渠道一般都存在不同程度的渗漏。渗漏不仅减少了渠道的输水量，而且影响渠道边坡的稳定。其防渗措施一般采用衬砌。衬砌不仅减少了渠道的渗漏损失，还可保护渠道免受水流的冲刷破坏，并可稳定边坡，减少了渠床糙率以提高输水能力，防止渠坡长草及动物破坏。本段渠道采用混凝土衬砌，其优点是衬砌强度和耐久性较好，糙率较小，养护和维修也较方便。

2.11渠道沉降缝及伸缩缝

渠道横缝的作用是减少和防止基础不均匀沉降和混凝土伸缩带来的影响，其间距为10~20m，寒冷地区宜取小值，在本次设计中，间距取10.00m，缝内防渗采用橡胶型止水，填充物采用沥青木板。

第3章 压力前池

3.1前池布置说明

前池位置的选择，以及它与渠道、压力管道、水电站厂房等建筑物之间的互相布置，因根据地形、地质条件及运用要求等方面来综合考虑。根据本工程的地形、地质条件，前池采用正面进水，侧面溢流的布置形式，其布置见平面总布置图。

3.2前池控制水位

（1）前室正常水位前室正常水位

Z前正

Z渠末正

Z前正

近似的认为等于渠道末端正常水位

渠道末端正常水位=渠道末端底高程+渠道内正常水深 渠道末端底高程=渠道进水口高程－渠道纵坡降×渠道全长

Z渠末正=Z渠末底+h渠水深

Z渠末底=Z渠进底-iL

式中：Z渠末正–渠道末端正常水位，（m）；

Z渠末底–渠道末端底部高程，（m）；

Z渠进底–渠道进口底部高程，（m），Z渠进底＝3046.00m； h渠水深–渠道内正常水深，（m），h渠水深＝1.70m；

i–渠道纵比降，i＝1/750； L–渠道全长，（m），L＝890.00m；

即：

Z渠末底=Z渠进底-iL=3046.00- =

Z渠末底

1

⨯890.00=3044.81m750

Z渠末正

+

h渠水深3044.81+1.7=3046.51m

=

则

Z前正Z渠末正

=，前室正常水深为3046.51m

Z最低

（2）前室的最低水位

初步拟定为渠道末端的地面高程，即拟定前池内最低水位为3046.00m

（3）前室内最高水位

Z最高

由公式:Z最高=Z前正+H0

式中：H0为溢流堰宣泄最大流量时，堰顶上的水头,一般为0.2~0.5m,本设计取为0.5m

则

Z最高=Z前正+H0=3046.51+0.50=3047.01m

前池最高水位取为3047.00m。 （4）进水室正常水位

进水室正常水位为前室正常水位减去从拦污栅经闸门槽进入进水口之间的水头损失之和，即：Z进正=Z前正-式中：

Z前正Z进正∑∆h局

∑∆h局

–前室正常的水位 –进水室正常水位

–进口、闸门槽和拦污栅水头损失之和,初步拟定为0.5m

则进水室正常水位为3046.00m

3.3前池各部分尺寸

3.3.1进水室

（1）、宽度

根据《小型水电站》提供的公式，有两根以上水管的进水室总宽度为：

B进=nb进+δ(n-1)

b进=(1.5—1.8)D

式中：n–压力水管数目,本设计中n为2；

b进

–单根水管进水室的净宽，本设计中取b进=1.8D而且不小于1.00m；

D–压力水管直径，D＝0.90m；

δ–中间隔墩厚度，混凝土一般不小于0.50m，本设计取1.00m

则：b进=1.8D=1.8⨯0.90=1.62m；

B进=nb进+δ(n-1)=2⨯1.62+1.00⨯(2-1)=4.24m

由于压力钢管在平面上不转弯，根据机组间距离5.40m，故而压力钢管中心线间的距离取为5.40m，单根水管进水室净宽选定为1.90m，中墩加厚为3.5m，进水室总宽度为7.30m。

（2）、长度

进水室长度取决于拦污栅、工作闸门、检修闸门、工作桥和启闭机设备等的布置，小型水电站常取2~5m，本次设计中进水室长度取为3.00m。

3.3.2前室

前室是引水渠道末端与进水室间的扩大加深部分。前室的主要作用是：把引水渠道断面性状平缓地过渡到进水室前缘，以减缓前池中的流速，并使泥沙和污物杂草在此沉积下来。其尺寸确定包括以下几部分：

（1）、宽度

前室净宽约为进水室总宽度的1~3倍。即：

B前=(1—3)B进=7.30-21.90m本设计前室净宽取10.00m

（2）、长度

前室长度通常采用扩散后前室净宽的2.5~3倍，即：

L=(2.5—3)B前=25.00-30.00m本设计前室长度取26.00m

3.3.3压力管管顶高程

为了保证不形成漩涡，及不使空气进入压力水管，一般规定进水室的最低水位，应高出引水管进水口顶部两倍水管中的流速水头，设以∇h代表这一高度，并不低于0.30~0.50m。即：

v2

∇h≥2

2g

v=

Q

4

式中：v为压力水管的流速，（m/s），根据压力水管的最大流速

3

则v=3.15m/s。

D2

，

v2v2

∇h≥2==1.02m

2gg计算∇h：

则压力水管管顶高程

∇管顶

可有公式：

∇管顶=Z最低-∇h=3046.00-1.02=3044.98m

压力水管管顶高程为3044.98m。

3.3.4进水室底板高程

进水室底板高程

∇进底

可由公式：

∇进底=∇管顶-Dα

计算得到，式中：

∇管顶–压力水管管顶高程；

D–压力水管直径；

α–压力管道与水平面间的夹角；

∇=3044.98-0.cos0=3044.08m。 进底则

进水室底板高程取为3044.00m。

3.3.5前室末端底板高程

为了便于沉积泥沙和污物，前室末端底板高程应比进水室底板低0.5~1.0，本次设计取为0.5m。

则前室末端底板高程∇前底=∇进底-0.5=3044.00-0.5=3043.50m 前室末端底板高程为3043.50m。

3.3.6前池顶高程

前池中压力墙和挡水墙的顶部高程等于前室最高水位加安全超高，安全超高值一般为0.3~0.5m，本次设计中，安全超高取为0.5m。

则前池顶高程

∇池顶=Z最高+0.50

=3047.00+0.50=3047.50m。

3.4构造设计

3.4.1边墙

3.4.1.1尺寸拟定

进水室外边墙高度=∇池顶-∇进底

=3047.50-3044.00 =3.50m

边墙采用水泥砂浆砌块石，根据《小水电站》表10—19“边墙参考表”，进水室外边墙尺寸为:顶宽0.6m，底宽2.10m,底板厚0.40m，墙趾0.30m

断面尺寸图：

前室外边墙高度=∇池顶-∇前底

=3047.50-3043.50

=4.00m

边墙采用水泥砂浆砌块石，根据《小水电站》表10—19“边墙参考表”，前室外边墙尺寸为：顶宽0.60m，底宽2.60m，底板厚0.40m，墙趾0.30m

断面尺寸图：

3.4.1.2抗滑稳定性计算 （1）、进水室边墙 取单宽进行计算，其中定分析示意图如下：

γ浆砌石=22N/m3

33

γ=2N/mγ=10N/m土水，，，稳

计算列表如下：

Kc=

f∑W

抗滑稳定系数：

P

式中：Kc—抗滑安全系数 允许值为1.05

f—抗剪摩擦系数 砂卵石地基f=0.40

∑W—作用于建筑物上的垂直力总和 ∑P—作用于建筑物上的水平力总和

则：KC

fW0.4⨯134===1.8>1.05

P29.79即拟定尺寸能够满足稳定性要求。 （2）、前室边墙 取单宽进行计算，其中计算列表如下：

抗滑稳定系数：Kc=

fW

γ浆砌石=22N/m3

33

γ=2N/mγ=10N/m土水，，

P

式中：Kc—抗滑安全系数 允许值为1.05

f—抗剪摩擦系数 砂卵石地基f=0.40

∑W—作用于建筑物上的垂直力总和 ∑P—作用于建筑物上的水平力总和

则：KC

f∑W0.4⨯178.40===1.7>1.05

41.89P

即拟定尺寸能够满足稳定性要求。

3.4.2压力墙构造

压力墙采用水泥砂浆砌石筑成，并在临水一侧用水泥砂浆抹面。

压力墙的墙高和进水室中挡水墙墙高相同，为3.50m,压力墙底宽按墙高的0.65~0.7倍计，即压力墙底宽为2.28~2.45m，取底宽为2.30m。顶宽1.00m，台阶高度1.2m，过道宽0.4m，底板厚0.40m。

断面尺寸图

:

压力墙断面

图

工作闸门设在压力水管进口处，紧贴压力墙，压力水管后设通气孔。 压力水管进口做成圆弧形，以减少水头损失。在压力墙范围内的压力水管四周用混凝土包住，混凝土的厚度不小于压力水管直径的一半。

3.5压力墙抗滑稳定计算

压力墙抗滑稳定计算示意图

取单宽进行计算，其中

γ

浆砌石=22N/m3

γ水=10N/m3

抗滑稳定计算

kc=

f∑W∑P

式中：kc–抗滑稳定安全系数，允许值为1.05；

f–抗剪磨擦系数，对于砂卵石地基f=0.40；

∑W–作用于建筑物上的垂直力总和，（KN）； ∑P–作用于建筑物上的水平力总和，（KN）；

则

kc=

f∑W0.40⨯230.56

==2.05＞1.05∑P45

经计算，所拟定尺寸满足抗滑稳定要求。

3.6溢流堰

溢流堰采用实用堰断面，其堰顶高程设置较前池正常水位高0.05m,即堰顶高程

∇堰顶=3046.51+0.05=3046.56m

B=

堰顶设计水头初步拟定为0.45m，溢流堰前沿长度可由公式

算得到。

式中：B–溢流堰前沿长度；

QmH可计

3

2

Q–溢流堰设计流量，Q=4.00m3；

m–流量系数，实用剖面堰取1.7；

H–堰顶设计水头，H=0.45m。

则，溢流堰前沿长度B=7.80m，取为8.00m，经计算堰顶水头为0.44m，故定型水头取为0.44m。溢流堰断面尺寸可参考《小型水利水电（上册）》图10-52 使用溢流堰剖面图制定。结合设计资料，本次溢流堰拟定的断面尺寸如下图所示：

溢流堰断面图（单位：mm）

在溢流堰下，接一段陡槽，将溢流出来的水排入溢洪道中。陡槽末端设置消力池，以消除水流快速流下时的产生的能量。参考《小型水利水电（上册）》及我校电站工程制定消力池尺寸。

3.7冲砂孔

冲沙孔设在前池末端底部，紧靠溢流侧堰，进口高程与前池末端底板高程相同，为3043.50m，孔口尺寸为0.5m 0.5m，采用木插门闸门，以控制水流。冲沙方式采用定期冲沙，即当泥沙沉积到一定深度时，进行排沙。

3.8通气孔

因工作闸门设在紧贴压力水管进口处，必须在闸门后面的压力水管上设置通气孔。通气孔的作用是：当闸门关闭时，让空气进入水管，以防止压力水管中产生真空，形成负压；开启闸门时水进入压力水管，管内空气自通气孔排出。

通气孔设在闸门后面的压力水管上，通气孔采用铸铁管，根据《小型水电站》的参考资料，管径的大小与压力水管直径有关，通气孔一般不小于压力水管管径的1/4，即通气孔直径不小于0.225m，本设计中采用0.3m。通气孔的出口朝向下游，其高程高出前池的最高水位，出口上端设有网罩保护以防止石块等掉进孔口内，堵塞通气孔。

3.9工作闸门

工作闸门采用平面钢闸门，设置在紧贴压力水管进口处，外形尺寸可由以下公式（参考《小型水电站》）计算：

闸门高=1.3倍压力水管管径+0.2m 闸门宽=进水室宽度+0.3m 由相关设计资料，该闸门尺寸为： 闸门高=1.3×0.9+0.2=1.37m 闸门宽=1. 9+0.3=2.20m

本设计中的启闭机采用手轮式螺杆式启闭机，可以向上提拉使闸门开启，向下顶压使闸门关闭。

闸门平面尺寸图如下所示：

3.10拦污栅（见附图）

拦污栅采用钢筋混凝土框架结构支承，拦污栅框架由墩（柱）及横梁组成，墩（柱）侧面留槽，拦污栅片插在槽内，上、下两端分别支承在两根横梁上，承受水压式相当于简支梁。拦污栅的栅框是嵌在进水室前部的栅槽里，为了便于清除杂草、树枝，一般放置与水平面成70°～80°的倾角。本设计倾角为80°。

拦污栅由若干块拦片组成，每块拦片宽度一般不超过2.5m，高度不超过4m，栅片想闸门一样插在支承结构的栅槽中，必要时可以一片片提起检修。

栅片的厚度及宽度由强度计算决定，通常厚8～12mm，本设计取10mm，宽100mm～200mm，本设计取150mm。

拦污栅高=1.02倍进水室挡水墙高度 拦污栅宽=进水室宽+0.2m

由相关设计资料，该拦污栅尺寸为： 拦污栅高=1.02⨯3.5=3.57m 拦污栅宽=3.00+0.2=3.20m

铁制栅条的直径一般为8～10mm，本设计采用10mm

栅条的净宽b取决于水轮机的型号及尺寸，以保证通过拦污栅的污物不会卡在水轮机过流部件中。本次设计采用的是混流式水轮机，栅条净宽

b≈

式中：D1—水轮机转轮直径

则：

D1

b=

D1

==15mm

由于栅条净距同时要满足，最大净距不超过20cm，最小净距不小于5cm，因此，本次设计取为15cm。

其平面尺寸图如下所示：

结 论

本次设计，在指导老师肖安伟老师的悉心教导和帮助下，我充分运用了自己所学的各项理论知识，同时参考相关设计资料、规范手册，基本圆满完成了此次毕业设计任务。本次小型水电站的设计较为容易，对于觉木沟水电站压力前池及引水渠道设计知识及相关注意事项都有了充分的掌握。在本设计中仍然存在一些问题，设计过程中遇到很多问题，但总的来说，经过完成本次的毕业设计，基本检验了我大学四年专业学习的成果。同时，由于在许多方面仍然存在很多的不足之处，恳请各位老师能够不吝批评指正。

致谢

从选题到结束，经过2个月的努力，我终于完成了此次毕业设计任务。在此，我忠心的感谢各位传授过我各项基础知识和专业知识的老师，感谢毕业指导老师肖安伟老师以及所有在设计过程中给予我耐心指导和帮助的老师们，正因为她对我们小组进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行设计的修改和改进，我的设计才可以如此顺利的完成。同时，毕业设计是一个团结合作的过程，大家互相学习，互相关心，互相帮助，互相支持。在此我也向所有曾经关心和帮助过我的同学和朋友致以诚挚的谢意，感谢他们与我共同走过四年大学生活，一起成长，一起成才！

参考文献

[1] 天津大学水利系. 小型水电站(上册)[M]. 天津：水利电力出版社，1976. [2] 吴持恭. 水力学（上）（下）[M]. 北京：高等教育出版社，2003.11(2006重印). [3] 林继庸. 水工建筑物[M].第四版，北京：中国水利水电出版社，2006（2007重印） [4] 天津大学水利系. 小型水电站(中册)[M]. 天津：水利电力出版社，1976. [5] 华东水利学院. 水工设计手册（第七卷）[M].南京：水利电力出版社，1985.

附图

1、渠道纵断面图 2、渠道横断面图 3、压力前池平面图 4、压力前池剖面图