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1、水电站引水渠道及前池设计规范Design specifications for hydropower headrace and forebay中华人民共和国电力行业标准水电站引水渠道及前池设计规范DL/T50791997主编部门：电力工业部水利部北京勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国电力工业部批准文号：电综199833号前言本标准是根据电力工业部、水利部水利水电勘测设计技术标准体系(1988年9月)中的水工部分水力发电，编号15水电站引水渠道设计规范的安排编制的，考虑到前池与引水渠道在工程上紧密相连，决定增加前池的设计内容，名称定为水电站引水渠道及前池设计规范。我国已建设了大量的渠道引水式
2、水电站，积累了丰富的工程经验。为统一水电站引水渠道及前池的设计原则和技术要求，指导设计，确保工程质量，特制定本标准。为编制本标准，编制组对我国17个省、市、自治区的渠道引水式水电站进行了调查，开展了专题研究，经充分论证，将成熟的工程经验和科技成果引入标准。编制过程中先后召开过专题研讨会、征求意见稿讨论会、送审稿审查会，于1996年5月完成报批稿。本标准系首次编制，其内容反映了我国在水电站引水渠道和前池方面的技术水平。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D，都是标准的附录。本标准由电力工业部水电水利规划设计管理局提出、归口并负责解释。本标准起草单位：电力工业部、水利部北京勘测设计研究院，四川省水
3、利水电勘测设计研究院，湖南省水利水电勘测设计研究院，水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院。本标准主要起草人：林可冀、韩立、艾克明、谢致刚、罗观育、吴季宏、陶志成、谢文伯、唐进虎。目次前言1范围2引用标准3总则4引水渠道布置5引水渠道纵坡及横断面设计6前池及调节池布置设计7水力设计8结构设计和地基处理附录A(标准的附录)侧堰水力计算附录B(标准的附录)前池虹吸式进水口的设计附录C(标准的附录)引水渠道恒定流水力计算附录D(标准的附录)引水渠道系统的涌波计算1范围本标准适用于中小型水电站工程中以发电为主的引水渠道及前池的设计。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准
4、的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB5020194防洪标准GBJ7184小型水力发电站设计规范GBJ13990内河通航标准DL/T50571997水工混凝土结构设计规范SD13384水闸设计规范SD30388水电站进水口设计规范SD34188溢洪道设计规范SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵部分)SDJ2178混凝土重力坝设计规范(试行)及其补充规定SDJ13484水工隧洞设计规范SDJ21784灌溉排水渠系设计规范(试行)SDJ21787水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)
5、SDJ21884碾压式土石坝设计规范SL1891渠道防渗工程技术规范SL2692水利水电工程技术术语3总则3.0.1为统一水电站引水渠道及前池的设计原则和技术要求，确保工程设计质量，特制定本标准。3.0.2引水渠道和前池的设计，应处理好防洪、防污、防渗漏、防泥沙以及防冰等方面的问题。3.0.3引水渠道和前池的设计，应具备水电站水能规划，以及与建筑物设计有关的水文、气象、地形、地质、工程建设条件、环保要求、运行条件等基本资料。资料的精度应满足不同设计阶段的要求。4引水渠道布置4.1引水渠道型式的选择4.1.1引水渠道型式的选择，应结合地形、地质、施工、运行以及枢纽总体布置等条件，经技术经济比较选
6、定自动调节渠道、非自动调节渠道、或自动与非自动相结合的调节渠道。4.1.2符合下列条件可选择自动调节渠道：1)渠道进水口水位变幅不大，渠道长度较短，渠底纵坡较缓，渠道大都处于挖方内；2)无适宜于修建泄水建筑物的条件；3)运行要求利用渠道积蓄水量作为水电站的调节容量。4.2引水渠道线路的选择4.2.1应避开大溶洞、大滑坡、泥石流等不良地质地段，且不宜在冻胀性、湿陷性、膨胀性、分散性、松散坡积物以及可溶盐土壤上布置渠线。若无法避免时，则应采取相应的工程措施。4.2.2宜少占或不占耕地，避免穿过集中居民点、高压线塔、重点保护文物、军用通信线路、油气地下管网以及重要的铁路、公路等。4.2.3山区渠道宜
7、沿等高线布置渠线，采用明渠与明流隧洞或暗渠、渡槽、倒虹吸相结合的布置，以避免深挖高填。4.2.4引水渠道的弯曲半径，衬砌渠道宜不小于渠道水面宽度的2.5倍，不衬砌土渠宜不小于水面宽度的5倍。4.2.5寒冷地区渠道线路的选择，应符合有关专业技术规范的规定。4.3引水渠道进水口的闸门设置4.3.1非自动调节渠道应在进水口设置工作闸门和检修闸门。4.3.2自动调节渠道宜在进水口设置事故检修闸门。4.3.3具备下列条件的自动调节渠道可不设事故检修闸门：1)渠道长度短，且渠堤高度能满足进水口水位变幅要求；2)进水口的水位能够降低，从而为渠道检修提供条件者。4.4引水渠道及渠系建筑物的防洪4.4.1引水渠
8、道及渠道上建筑物的防洪标准，应根据水工建筑物级别，按表4.4.1确定；如果建筑物失事会影响厂房安全，则其防洪标准应与水电站厂房的防洪标准相同。4.4.2对靠近进水口的渠段，其堤外坡的防洪，应根据泄洪情况确定防护范围和相应的工程措施。表4.4.1引水渠道及渠系建筑物的防洪标准水工建筑物级别防洪标准(重现期)年设计校核330202001004201010050510304.4.3对傍山渠道的坡面暴雨径流，应合理布设坡面截(排)水沟，使水流经排洪建筑物泄走。4.5引水渠道上的建筑物布置4.5.1泄水建筑物宜采用侧堰或虹吸式泄水道等型式。4.5.2侧堰宜布置在前池内(或距前池较近处)或渠道跨冲沟处；可
9、布置单侧溢流侧堰，或根据需要布置两岸对称的双侧溢流侧堰。根据需要可在堰上设置闸门。当有超过电站引用流量的多余水量进入渠道时，经水力计算分析论证，可在适当部位增设一道侧堰。4.5.3侧堰水力设计应满足下列要求：1)引水渠道在设计流量下水电站正常运行时，侧堰的堰顶高程应高于过境水流的水面高程0.1m0.2m；2)堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定；3)过堰水流应保持自由出流，堰后应因地制宜布置侧槽或陡槽泄水和必要的消能防冲设施；4)堰型采用实用断面堰或梯形堰，也可采用真空剖面堰；5)侧堰两侧导墙满足使水流保持平顺的要求。侧堰水力计算按附录A进行。4.5.4重要建筑物和难工险段之前，应设置退水
10、建筑物；在多泥沙条件下，宜与排沙设施相结合。4.5.5为满足渠道检修要求，应设置放水孔。放水孔宜与排沙或灌溉、供水等设施相结合。4.5.6当渠道较长且沿途有较多污物进入渠道时，宜在适当部位增设拦污、清污设施。4.5.7对进入渠道的泥沙(主要是推移质)，宜在渠道内设置排沙涡管等有效的排沙设施。4.5.8引水渠道沿线应设置必要的安全、交通等设施。5引水渠道纵坡及横断面设计5.0.1水电站引水渠道的纵坡及横断面设计，应根据渠道沿线的地形、地质条件，以及环境、施工、运行管理等要求，通过水力计算和技术经济比较确定。5.0.2引水渠道纵坡宜按下列条件选择：1)中低水头、大流量引水渠道，自动调节渠道，清水渠
11、道及土渠，采用较缓的纵坡；2)高水头电站的引水渠道，多泥沙渠道，傍山衬砌渠道，不衬砌的岩石渠道以及输冰运行渠道，采用较陡的纵坡；3)当渠线长时，可根据地形、地质条件分段选用不同纵坡，多泥沙和输冰运行渠道的分段纵坡宜沿程增大。5.0.3引水渠道横断面型式宜按下列条件选择：1)地面坡降陡且起伏大、地下水位低的山丘地区，采用窄深式断面；2)地势平坦、地下水位高、基土冻胀性较强，以及有综合利用要求的渠道，采用宽浅式断面；3)易受洪水、泥石流等危害，以及穿越村镇、工矿区的渠道，采用城门洞型、箱型等暗渠型式的断面。5.0.4引水渠道在设计流量下的平均流速，应小于护面的允许流速；在多泥沙条件下应满足不冲、不
12、淤的要求。渠道的不冲、不淤流速，各种护面材料的允许流速，按SL18和SDJ21784确定。5.0.5中型水电站和低水头大流量的小型水电站引水渠道的设计流速，应经技术经济比较确定；小型水电站引水渠道的设计流速的选择范围：衬砌渠道宜选用1m/s2m/s，土渠宜选用0.6m/s0.9m/s；输冰和结冰盖运行的引水渠道的流速，按有关专业技术规范确定。5.0.6水电站引水渠道应因地制宜、就地取材，选用耐久、防渗性能好的材料进行衬砌。衬砌设计按SL18进行。5.0.7引水渠道的边坡和堤顶宽度可按SDJ21784确定。5.0.8渠顶超高，对于中型工程应按渠道通过设计流量水电站正常运行条件下，突然甩全部负荷产
13、生的最大涌波高度，再加安全超高来确定。对小型工程可按GBJ71的规定执行。对兼有通航的引水渠道应计入船行波的影响。5.0.9对傍山开挖的引水渠道所形成的高边坡，其稳定坡度应根据地质条件、边坡高度和施工条件等，进行工程类比和稳定分析确定。为便于施工和维护宜分级设置马道。5.0.9.1对易于失水干裂、卸荷松弛、风化掉块和可能失稳的边坡，应根据工程的重要性、边坡高度与坡度、影响边坡稳定的主要因素、施工和技术经济条件，确定综合防护和处理措施。5.0.9.2对于需要加固处理的边坡，可根据地质条件，通过技术经济比较，采用削坡、锚喷、灌浆、抗滑挡墙、抗滑桩(塞)、锚洞以及预应力锚索锚固等措施。5.0.9.3
14、应分层设置排水设施和可靠的排水通道。5.0.9.4对高陡边坡及地质条件复杂的边坡，应加强施工期和运行期的监测，以保证工程安全。边坡开挖及处理设计，可参照有关专业技术规范的规定进行。6前池及调节池布置设计6.1前池的布置设计6.1.1前池的布置，应能引导和控制水流从引水渠道向压力管道平稳过渡和均匀配水，并保证水电站正常运行和事故情况下的安全。6.1.2前池的设计包括连接段、池身和水电站进水口的设计。根据需要可设置泄水、排沙、排冰、放空等建筑物，并应布置适当的观测设备。6.1.3前池应布置在稳定的地基上，避开滑坡和顺坡裂隙发育地段，并充分注意前池建成后水文地质条件变化对建筑物及高边坡稳定的不利影响
15、，确保前池和下游厂房的安全。6.1.4引水渠道与池身间的连接段，在平面上应两边对称扩展，其扩展角不宜超过12；底部纵坡宜小于或等于1:5。6.1.5前池的长、宽、深度，应根据地形、地质条件，压力水管的直径、根数、间距，过栅流速，水电站进水口的最小淹没深度，排沙设施布置，水电站运行条件等要求确定。6.1.6前池的平面布置，宜优先采用水电进水口中心线与引水渠道中心线相重合的正面进水方式，应避免布置在弯道或紧靠弯道的末端。如难以避免时，则宜在弯道终点与前池入口间设直线调整段，或加设分流导向设施。重要工程或布置条件复杂的前池，其体型应通过水工模型试验确定。受地形条件限制的小型工程可布置地下洞室式前池。
16、6.1.7前池应设爬梯(踏步)、栏杆、照明等设施，以及运行管理用的观测设备。6.1.8水电站进水口，应采用有闸门控制的布置形式；条件适宜时，也可采用虹吸式进水口。6.1.8.1有闸门控制的水电站进水口，应设拦污栅、检修闸门、工作闸门和相应的启闭设备。其设计按SD30有关规定进行。6.1.8.2小型水电站当前池内的水位变幅在3.0m左右时，可采用虹吸式进水口，但前池最低水位至虹吸喉道断面顶点间的高差应小于当地海拔高程的容许吸入高度；其横断面型式，可采用矩形或圆形；可用钢筋混凝土、钢筋混凝土加钢板内衬或钢板制作，应保证其气密性。6.1.8.3虹吸式进水口的拦污栅可与进水口分开设置，也可设于进水口处
17、，视具体条件经论证确定。虹吸进水口的设计和水力计算，按附录B进行。6.1.9水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，应按SD30确定。6.1.10前池内设置侧堰，应根据地形、地质条件布置，并满足4.5.3有关水力设计的规定。6.1.11前池内设排沙设施时，其设计应符合下列要求：1)排沙设施的布置形式，以及冲沙方式和冲沙流量大小，应考虑水源条件、泥沙特性及运行方式等因素，合理选定；2)宜采用正面排沙，当冲沙底孔布置在水电站进水口底槛内(或前池底部)时，其尺寸应便于检修并应设控制闸门；3)当采用非正面排沙时，宜辅以导沙设施。6.1.12寒冷地区的导冰、排冰设施的设计，按有关专业技术规范进行。6.
18、2调节池的布置设计6.2.1调节池的位置，应结合地形、地质条件，根据所需的调节容积和消落深度，利用天然洼地或人工围堤修建。6.2.2调节池布置设计，可因地制宜采用下列方式之一：1)与引水渠道结合或相连通；2)与前池结合或相连通；3)调节池通过连接管(渠)直接向压力管道或前池供水。6.2.3调节池位置确定后，应做好连接渠、旁通渠(管)、连接建筑物、泄水建筑物等的布置设计，并通过水力计算确定水流衔接关系。6.2.4调节池应做好防渗设计，可选用沥青混凝土、预制混凝土板、现浇的钢筋混凝土或适宜的当地材料做表面衬护防渗。6.2.5对多泥沙渠道，应采取有效的泥水控制措施，防止调节池淤积。6.2.6寒冷地区
19、的调节池防冰冻设计，按有关专业技术规范进行。7水力设计7.0.1水力设计应完成下列各项任务：1)引水渠道前池系统的恒定流和非恒定流的水力计算：2)泄水建筑物的水力设计及消能防冲；3)排沙设施的水力设计和计算；4)其他过水建筑物的水力计算。7.0.2引水渠道的设计流量应包括水电站的最大引水发电流量(Qp)，以及计入渠道的渗漏、蒸发等损失的流量。下列情况下，可加大相应渠段的设计流量：1)引水渠道兼有灌溉、航运、工业和民用取水用途的流量；2)考虑专门用于排沙、排冰的流量。7.0.3当经过论证有大于设计流量的多余流量进入引水渠道或有区间入流时，可作为校核工况。7.0.4应以设计流量下水电站正常运行时的
20、水位作为前池的正常水位。此时，引水渠道系统应在均匀流或接近均匀流状态下工作。7.0.5前池和引水渠道内的最高水位，应按照设计流量下正常运行时，水电站突然甩全部负荷时的最高涌波水位确定。7.0.6前池和引水渠道的最低水位，可按下列情况之一来确定：1)设计频率枯水期的最小引水发电流量，渠道正常运行时；2)冬季有排冰运行要求时；3)根据电站运行要求的其他情况。最低运行水位应保证满足6.1.9所要求的淹没深度。7.0.7引水渠道前池系统恒定流的水力设计和计算，应完成下列各项任务：1)从渠道进水口至水电站进水口范围内，在渠道进水口前为正常水位下引用设计流量，确定引水渠道的基本尺寸和前池特征水位，给出各部
21、位的水深、流速和水面高程。2)通过水力计算确定渠道进水口来流与引水渠道的水流衔接关系。3)对于通常布置一道侧堰的非自动调节渠道，应计算机组关闭后，全部设计流量从侧堰下泄时的水面线。4)对于渠道沿程上设置两道侧堰的情况，当入渠流量QoQp时，应分别计算机组正常引水发电(QQp)，以及机组关闭时(Qp0)，全部流量由侧堰宣泄，系统在恒定流状况下的水面线。5)根据需要，计算其他情况下的水面线。电站在设计流量正常运行条件下，对棱柱体渠道，应按明渠均匀流进行计算；对非棱柱体渠道应按明渠恒定缓变流进行计算。水头损失包括沿程摩擦损失，以及断面变化、弯道、桥墩、拦污栅、门槽等局部损失，计算时应同时计算出相应于
22、各项水头损失的水位变化量。恒定流水力计算按附录C进行。7.0.8水电站引水渠道前池系统，应进行水电站突然甩负荷引起的最高涌波和突然增负荷时的最低涌波计算。涌波计算按附录D进行。7.0.9水电站突然甩负荷时的涌波计算，宜采用下列计算条件：1)初始条件为：渠道进水口前为正常水位，在设计流量下引水渠道前池系统为恒定流，电站满负荷运行；2)假定水电站各机组均突然由满发流量减至零；3)当采用涌波控制措施时，可按实际的流量变化进行计算。7.0.10电站突然增负荷时的负涌波计算，宜针对孤立运行的水电站，或在电力系统中担负事故备用任务的水电站进行。其突然增负荷的容量(机组数)，应根据负荷特性或电力系统的要求确
23、定。8结构设计和地基处理8.1结构设计的一般规定8.1.1建筑物的结构设计，应满足稳定、强度、变形、抗裂、抗渗及抗冻等方面的要求。8.1.2建筑物的结构设计应包括下列内容：1)结构型式、布置及材料的选择；2)荷载计算及其组合；3)稳定计算；4)强度计算；5)细部结构设计；8.2荷载及其组合8.2.1作用在建筑物上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载包括：1)结构自重及其上的永久设备重量；2)设计水位时的静水压力；3)设计水位时的扬压力(包括渗透压力和浮托力)；4)泄流时的动水压力(只在泄水建筑物结构计算时考虑)；5)土压力；6)泥沙压力；7)冰压力、冻胀力；8)其他出现机会较多的荷载。特
24、殊荷载包括：1)最高水位时的静水压力；2)最高水位时的扬压力；3)最高水位时的波浪压力；4)最高水位时的动水压力(只在泄水建筑物结构计算时考虑)；5)地震荷载；6)其他出现机会很少的荷载。8.2.2荷载计算方法和公式，应按SDJ21、SD341等有关规定执行。8.2.3荷载组合分为基本组合和特殊组合两类。基本组合由基本荷载组成；特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载所组成。根据各种荷载实际同时出现的可能性，按表8.2.3选择最不利的情况进行计算。表8.2.3荷载组合表荷载组合计算情况荷载说明自重静水压力扬压力波浪压力动水压力土压力泥沙压力冰压力地震荷载其他荷载(1)(2)(3)(4)(5)(6
25、)(7)(8)(9)(10)基本组合正常水位冰冻情况按冬季运行水位计算(2)(3)项检修情况前池完全放空特殊组合最高水位地震情况按正常水位计算(2)(3)(4)项注：1.对施工期情况，应做必要的核算，作为特殊组合。2.在运行期，可考虑排水失效的情况，作为特殊组合。3.检修情况是考虑前池完全放空，作为控制条件。如存在降低前池水位检修的工况，则应考虑实际情况进行核算。8.3稳定计算8.3.1岩基上的挡土墙、堰、闸等重力式建筑物，沿基底面的抗滑稳定安全系数，应按下列抗剪断强度公式计算 (8.3.11)式中：K1按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f1混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；c混凝土与基岩
26、接触面的抗剪断粘聚力(MPa)；A建筑物与基岩接触面的面积(m2)；W作用在结构物上的全部荷载对计算滑动面的法向分量(包括扬压力)(kN)；P作用在结构物上的全部荷载对计算滑动面的切向分量(包括扬压力)(kN)。对中、小型工程，若无条件进行抗剪试验取得c值时，也可按下列抗剪强度公式计算沿基底面的抗滑稳定安全系数 (8.3.12)式中：K2按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f2混凝土与基岩接触面的抗剪摩擦系数。8.3.2采用式(8.3.11)或式(8.3.12)计算的抗滑稳定安全系数应不小于表8.3.2规定的数值。8.3.3当岩石地基内存在不利的软弱构造时，其抗滑稳定需作专门研究。8.3.4土基
27、上重力式建筑物沿基础底面的抗滑稳定和地层整体稳定，按SD133进行设计。表8.3.2抗滑稳定安全系数荷载组合K1K2建筑物级别345基本组合3.01.051.051.05特殊组合2.51.01.01.08.3.5挡水土堤设计，应按SDJ218中有关规定进行。8.4强度计算8.4.1各种荷载组合情况下，建筑物基底面上的最大垂直正应力，应小于地基容许压应力；最小垂直正应力应大于零。必要时应复核地基深层应力。8.4.2应力分析可用材料力学方法。闸室底板可用弹性地基梁法或用有限元法计算。8.5地基处理设计8.5.1地基处理设计，应结合建筑物结构和运用特点，满足各部位对承载能力、抗滑稳定、地基变形、渗流
28、控制以及耐久性等方面的要求，保证运行安全。8.5.2当地基为软岩或存在规模较大、性状差的断层破碎带、软弱夹层、岩溶等不良地质构造时，应进行专门的处理设计。处理方案应根据工程的重要性、部位、地质条件、施工条件和运用要求等因素，经技术经济比较确定。土质地基的处理设计，按SD133有关规定进行。8.5.3地基的渗流控制应采用防、排并重的设计原则，根据工程地质和水文地质条件，建筑物的重要性和部位，作用水头的大小等，确定相应的措施。8.5.4建筑物建基面及边坡坡面开挖，应按设计要求成型，其开挖深度应根据要求，结合地质条件、施工条件及处理措施等因素综合研究确定。前池闸室、挡水建筑物的地基宜开挖至弱风化岩层
29、中部，或经技术经济比较确定。对易风化、易泥化的基岩，应提出相应的施工保护措施。地基处理措施的设计，应参照有关专业技术规范进行。附录A(标准的附录)侧堰水力计算A.0.1本附录适用于侧堰段为矩形断面棱柱体渠道，且渠内水流为缓流的情况。图A1明渠侧堰溢流示图A.0.2如图A1所示，描述侧堰段恒定变量流的基本微分方程为 (A1)对于沿程减量流的侧堰，其单宽流量为 (A2)当把堰上水头用侧堰首末端的平均值来表示，即，且其流量系数用表示时，侧堰的泄流能力公式为 (A3)以上三式中：i渠道底部纵坡；if侧堰段的水力摩阻坡降，用谢才公式计算；动量改正系数，可取1.1；Q侧堰段任一断面的渠道流量(m3/s)；
30、Q1、Q2分别为侧堰上游和下游的渠道流量(m3/s)；Ucos侧向出流速度在渠道流速v方向上的分量(m/s)；v侧堰段渠道任一断面的平均流速(m/s)；侧向出流影响系数，Ucos/v；P侧堰堰高(m)；h侧堰段任一段面的渠道中线水深(m)；A与h相对应的断面面积(m2)；B与A和h相对应的水面宽(m)；L侧堰长度(m)；g重力加速度(m/s2)。式(A1)可用数值计算求解。按式(A1)求解计算水面线时，对本规范所论的以发电为主的引水渠道，水流为缓流，其水流弗劳德数Fr大多在0.20.4范围内，其值的大体范围是1.21.7，且侧堰分流比(QL/Q1)大，Fr值小时，取大值。作为一种简化处理，应用
31、时宜在此范围内选取。这里要指出的是，尽管侧堰段前后流量的平衡关系是Q1QLQ2，但堰后渠道内与Q2相适应的水深却只能是在Q1、QL、Q2动态平衡条件下的水深，而不是相应于Q2均匀流动时的水深。A.0.3对于通常设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常水位运行，侧堰不溢水；当水电站突然甩全部负荷待水流稳定后全部流量从侧堰溢出时，为控制工况。此时，侧堰下游引水渠道流量为零，侧堰泄流能力可按式(A3)确定；根据试验资料，这种情况下其H1/H20.91.0，可近似看作H1H2，其流量系数宜取(0.90.95)m0，而m0为正堰的流量系数。A.0.4对于渠道沿程上设两道侧堰的布置，当确认存在水电站正常
32、运行两道侧堰也同时过水的工况时，则应利用上述公式和渠道水面线计算公式，通过试算，求得在渠道进水口流量Q0、第一道侧堰泄流量QL1、第二道侧堰泄流量QL2、机组引水流量Qp的条件下的动态平衡，并且水轮机导叶按推得的前池水位来操作，计算方可成立。鉴于侧堰段的水流为复杂的三维流动，用一维流水力学方法进行计算，只能得到近似的结果。对重要工程或条件复杂的布置宜进行水工模型试验。附录B(标准的附录)前池虹吸式进水口的设计B.0.1对于图B1所示的矩形断面虹吸式进水口，其特点是：断面由高矩形进水口(11)等宽过渡到矩形喉道断面(22)，再经适当长度(l1)的渐变段变到圆形。其主要参数可在下面的范围内选择：图
33、B1矩形断面虹吸式进水口示意图1)喉道断面的宽高比：b0/h01.52.5；2)喉道中心半径与喉道高之比：r0/h01.52.5；3)进口断面面积与喉道断面面积之比：A1/A022.5；4)喉道断面面积与压力管道面积之比：A0/Am11.65；5)喉道断面底部高程(b点)在前池正常水位以上的超高值：z0.1m0.2m；6)进口断面和喉道断面间的水平距离与其高度之比：l/P0.70.9；7)当断面11和22间的上肢段采用圆形断面时，其主要特点是：A0/Am1.0或略大于1.0；r0/d01.9；弯管采用分节焊接时，每节中心角宜为22.5左右；进水口(断面11)后的圆锥形收缩段长度宜大于或等于进水
34、口直径的0.6倍，或根据布置需要合理确定。B.0.2最大负压值出现在喉道断面顶点a处，a点的最大负压值按下式确定 (B1)式中：z前池内正常水位与最低水位间的高差(m)；h0喉道断面高度(m)；hw从进水口断面11至喉道断面22间的水头损失(m)；p0/因法向加速度所产生的附加压强水头(m)。附加压强水头按下式计算 (B2)式中：r0喉道断面中心半径(m)。计算结果，须满足下列条件hB、ahahv(B3)式中：ha计算断面处的大气压强水柱高，对不同海拔高程按10.33估算(m)；hv水的汽化压强水柱高，可由表B1按水温查取(m)。式(B1)中的hw项，在体型拟定后可参照一般水力计算确定。一般情
35、况下，hB、a可依下面的简化公式近似计算 (B4)表B1水温与水的汽化压强水柱高关系表水温05101520253040hvm0.060.090.130.170.240.320.430.75B.0.3最小淹没深度S(图B1)，可按下式估算S/h0(11.57)Fr0(B5)式中：Fr0喉道断面的水流弗劳德数，Fr0V0/B.0.4虹吸的发动与断流宜选用以下的几种装置和方法来实现：1)用真空泵抽气发动，可根据设计条件和工况做设备选型；2)自发动；3)水力真空装置；4)水箱抽气装置。B.0.5断流装置常采用真空破坏阀。在已知hB、a值时，真空破坏时的瞬间最大进气量可按下式估算 (B6)式中：真空破坏
36、阀系统的流量系数；wa真空破坏阀的断面面积(m2)；、a分别为水和空气的密度。可根据式(B6)合理选择真空破坏阀的形式和直径。对于虹吸发动和断流的装置和方式，设计时应因地制宜，参照已建工程的经验，经论证比较后合理选择应用。附录C(标准的附录)引水渠道恒定流水力计算C.0.1明渠恒定均匀流的基本公式如下。流速公式vC (C1)流量公式QAvAC (C2)流量模数KAC (C3)式中C谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即 (C4)R水力半径(m)；i渠道纵坡；A过水断面面积(m2)；n曼宁粗糙系数，其值按SL18确定。C.0.2水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以al型壅水曲线和bl型落
37、水曲线最为常见。求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为 (C5)式中：x流段长度(m)；g重力加速度(m/s2)；h1、h2分别为流段上游和下游断面的水深(m)；v1、v2分别为流段上游和下游断面的平均流速(m/s)；1、2分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；f流段的平均水力坡降，一般可采用(C6)或 (C7)式中：hfx段的水头损失(m)；n1、n2分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n1n2n；R1、R2分别为上、下游断面的水力半径(m)；A1、A2分别为上、下游断面的过水断面面积(m2)。计算时将整个明渠分
38、成若干段，一般落水曲线变化大，分段宜短；壅水曲线水面变化小，分段可长些；计算段内的断面形状、粗糙系数和纵坡应尽可能一致，如有变化宜作为分段的位置。(a)水面线示意图；(b)3X关系曲线hk未缩窄渠道断面临界水深(m)；hk2桥墩间断面处的临界水深(m)；z水位变化量(m)；h1、h3收缩前、后渠道断面的水深(m)；Wp/Wc；Wp桥墩总宽度(m)；Wc渠道断面总宽度(m)图C1水位变化量求解图C.0.3各项水头损失计算如下：1)沿程水头损失的计算公式为 (C8)2)矩形断面明渠内桥墩的水位变化量可按图C1确定。求解时，按已知的3值作水平线和图内已知曲线相交，由交点向下作直线即可定出X值。求通过
39、桥墩的水位差z时，对于圆头桥墩，由无桥墩缩窄时渠道临界水深hk，乘以X就得z；对于图中示出的其他墩形(有联结隔板的双圆柱墩、无隔板的双圆柱墩等)，则以临界水深hk乘以rX得z，其中，r值由图C1的右上角小图按3值查取。3)渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为 (C9)相应的水位变化量按下式计算 (C10)式中：h渐变段的水头损失(m)；hc断面渐缩或渐扩引起的局部水头损失(m)；hf渐变段长度L的沿程水头损失(m)；fc断面渐缩或渐扩的局部损失系数；v1渐缩或渐扩段前的断面平均流速(m/s)；v2渐缩或渐扩段后的断面平均流速(m/s)；f渐变段长度L范围内水力坡度的平均值，i
40、f1和if2分别为渐变段前、后的水力坡度。当断面渐扩变化时，其计算公式的形式与式(C9)和式(C10)相同，只需将右边括号中的和互相换位即可。对于倒虹吸、隧洞、暗渠进出水口渐变段的fc值，可按照图C2和表C1选用。对明渠各种形式的渐缩或渐扩的fc值参照图C3和表C2选用。图C2渐变段形状图表C1渐变段的局部损失系数渐变段形状变化情况渐缩的fc渐扩的fc矩形断面，宽度对称渐变，末端与矩形的进口相连接图C2(a)0.10.2矩形断面，宽度对称渐变，末端与圆形的进口平顺连接图C2(b)、(c)0.20.3梯形与矩形断面间用扭曲面连接图C2(d)0.20.3梯形与矩形断面间用扭曲面连接，末端与圆形进水
41、口平顺连接图C2(e)、(f)0.30.4八字墙，梯形与矩形断面用折线(八字墙)连接，末端与矩形进口相接图C2(g)0.30.5八字墙，梯形与矩形断面间用折线(八字墙)连接，末端与圆形进口相接图C2(h)0.40.7注：表中局部损失系数，是在两边壁与渠道中心线间的夹角为1230的实验条件下做出的，故明渠渐变段的长度须按此角度推算。4)弯道段的总水头损失可按下式计算 (C11)其中损失系数 (C12)表C2明渠渐变段局部损失系数渐变段形状变化情况渐缩的fc渐扩的fc扭曲面图C3(a)0.10.21/4的直立圆柱面图C3(b)0.150.25八字斜墙图C3(c)0.30.5式中：B按中心线水面高程
42、算得的水面宽度(m)；L弯道中心线长度(m)；C谢才系数；R水力半径(m)；r弯道中心线半径(m)；v断面平均流速(m/s)。弯道横向水面超高可按下式计算 (C13)式中：K超高系数，对于梯形和矩形明渠的简单圆曲线式弯道，可取K0.5。当弯道中心半径与水面宽度之比值大于10时，弯曲损失可以不计。(a)扭曲面；(b)1/4直立圆柱面；(c)八字斜墙图C3渐缩段与渐扩段的型式5)门槽、拦污栅的水头损失计算，参照SD303进行。附录D(标准的附录)引水渠道系统的涌波计算D.0.1按明渠非恒定流的基本方程圣维南方程进行涌波计算。对任一形状断面棱柱体明渠，其运动方程和连续方程为 (D1) (D2)式中：
43、A横断面面积(m2)；Q流量(m3/s)；v平均流速(m/s)；h水深(m)；i0渠底纵坡；if摩擦坡度；t时间(s)；x沿渠底度量的距离，向下游为正(m)；g重力加速度(m/s2)；q横向进流量，入流为正，出流为负m3/(sm)；vq横向进流流速沿下游方向的分量(m/s)；对于求解的水电站引水渠道中的涌波，属于弱解，其差分格式应满足相容性、收敛性、稳定性及幅度耗散性。计算的初始条件：渠道恒定流时的流速和水深。上游边界条件：一般假定上游水位为常数，这对于自动调节渠道是适宜的；对非自动调节渠道(通常设有侧堰)或有调节池布置的情况，宜按实际情况建立其上游边界条件。下游边界条件：一般为出流量变化条件，此时忽略压力管道中水的弹性，假定机组过流量的变化就是前池出流量的变化。D.0.2水电站突然甩负荷或增荷时，在引水渠道系统中所产生的正涌波或负涌波，也可用行进波方法来计算。行进波所携带的流量波流量可用下式确定(D3)波的传播速度的公式为 (D4)式中：n涌波高度(m)；Bn过水断面在半波处的顶宽(m)，BnBn0mn；m梯形断面的边坡系数；Bn0断面nn处初始的水面宽度(m)；An0断面nn处初始的过水断面面积(m2)；vn0断面nn
