非自动调节渠道压力前池布置计算书



非自动调节渠道压力前池布置计算书
1 设计依据及参考资料
（1）设计依据：《水电站引水渠道及前池设计规范》（DL/T 5079—1997）、《小型水力发电站设计规范》（DL/T 5079—1997）
（GB 50071—2002）、《水电站进水口设计规范》（SD 303—88）。
（2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人  董毓新主编）、《水电站》（成都水力发电学校主编）
2 设计基本资料
机组台数 …………………………………………………n1=					2台
单机容量……………………………………………………N=					1600kW
引水渠设计引用流量 ……………………………………Qp=					16.200m³/s
单机引用流量……………………………………………Q设=					16.200m³/s
引渠末端渠底高程………………………………………▽1=					1041.000m
引渠末段渠底宽度…………………………………………b=					3.500m
引渠末段渠道边坡…………………………………………m=					0
引渠末端渠道设计水深……………………………………h=					2.850m
引渠末端渠道设计流速 …………………………………v0=					1.624m/s
压力钢管根数 ……………………………………………n2=					1根
压力钢管内径………………………………………………D=					2.000m
进水室隔墩厚度……………………………………………d=					0.000m
进水室拦污栅的允许最大流速 …………………………v进=					0.900m/s
堰顶与过境水流水面的高差……………………………△h=					0.100m
侧堰类型正堰的流量系数 ………………………………m0=					0.427
3 侧堰布置及水力计算
3.1 侧堰堰顶高程的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第4.5.3条的规定，侧堰的堰顶高程应高于设计流量下水电站正常
运行时的过境水流水面高程△h(0.1～0.2m)，本工程取△h＝					0.100m
过境水流水面高程▽2=			渠末渠底高程 + 渠道正常水深
=			1043.850m
侧堰堰顶高程▽3=			▽2 + △h
=			1043.950m
3.2 侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第A.0.3条，对于设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常
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，为控制工况。此时，侧堰下游
			（A3）
流量系数mL宜取（0.9～0.95）m0，本工程取mL=0.9m0，即mL=					0.3843
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第4.5.3条，侧堰的堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定。
溢流堰长度与溢流堰顶水深有关，溢流水深过大，则单宽流量大，消能工程量大，但溢流水深小，则溢流堰长度
就长，影响前池平面布置，所以在计算时两者应统筹兼顾。根据上述原则，经试算确定堰顶长度和堰上平均水头。
取H堰=		0.610m
则L堰=		19.976m
取L堰=		20.000m
则H堰=		0.610m
4 压力前池各部分平面尺寸的拟定
4.1 前池池身平面尺寸的拟定
对于中小型电站进水室长度L进=3～5m，本工程取L进=						5.000m
单管的进水室宽度b进=1.8D=				3.600m	取b进=	5.000m
进水室宽度B进=n2b进+(n2-1)d=				5.000m	取B进=	5.000m
前池池身宽度B前=1.5B进=				7.500m	取B前=	10.000m
前池池身长度L前=3.0B前=				30.000m	取L前=	30.000m
5 压力前池特征水位的拟定
5.1 进水室入口处的水深h进（m）应满足下列条件：
即:
ｈ进min=		3.600m
5.2 前池正常水位Z正常：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.4条，应以设计流量下水电站正常运行时的水位作为前池的
正常水位。
Z正常=		渠末渠底高程 + 渠道正常水深
=		1043.850m
5.3 前池最高水位Z最高：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.5条，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。
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第D.0.5条，侧堰作为控制泄流建筑物，对涌波起到控制作用，即
对引水道系统来说，控制工况是：电站甩满负荷待水流稳定后（涌波已消失），全部流量从侧堰侧堰溢出时，将
恒定流时的堰上水头乘以1.1～1.2的系数，把这时的水位定为最高涌波水位。
即Z最高=堰顶高程▽3+1.2H堰
Z最高=		1044.682m
5.4 前池最低水位Z最低：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.6条，前池最低水位可根据水电站运行要求确定。一般前池
最低水位为电站突然增加负荷前前池的起始水位Z0减去突然增荷时的最低涌波△hmax。
对于非自动调节渠道，起始水位Z0可取溢流堰顶高程▽3，最低涌波△hmax按一台机组运行突增到两台机组即
发电流量由8.1m3/s突然增加到16.2m3/s时的前池水位降落。
负荷变化前的流量Q0=			8.100m³/s
负荷变化后的流量Q'=			16.200m³/s
下面试算求解波速c0、起始断面波高△h0：
假设△h0=			0.700m
波流量△Q=			8.100m³/s
B'0=b+2m(h-△h0/2)=			3.500m
负荷变化前的过水面积W0=Q0/v0=			4.988m²
则波速c0=			3.304m/s
则起始断面波高△h0=			0.700m
△hmax=K△h0=2△h0=			1.400m
Z最低=			Z正常 - △hmax
=			1042.450m
6 压力前池各部位高程的拟定
6.1 进水室淹没深度S的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第6.1.9条规定，水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，应
按SD303确定。淹没深度按戈登公式确定：
式中：
C—系数，对于对称进水口，C=				0.55
d—进水口闸门高度，本工程d=				2.000m
V—进水口闸门断面流速，本工程V=				4.050m/s
经计算S=				3.150m
6.2 进水室底板高程的确定
进水室底板高程=最低水位-S-d=				1037.300m	本工程取1037m。
7 压力前池结构计算
本前池基础置于中厚层白云岩(T1a2-2)地基上，岩体坚硬完整，抗风化能力强，岩层平缓，倾角15°，故
本次设计只对边墙抗滑稳定进行了以下两种工况复核计算：
工况1：电站正常运行，池内水位为正常水位作用；
工况2：电站从满发突然甩全负荷，池内水位为最高水位作用；
计算时选取水深最大的E-E断面。
2.1 荷载计算
（1）边墙自重W
材料容重γ=		23.5kN/m³
墙断面面积S=		22.4m²/m
墙体自重W=		527kN/m
（2）静水压力P
	工况	水容重γ	水深h	静水压力P
	工况1	9.8kN/m³	5.850m	168kN/m
	工况2	9.8kN/m³	6.682m	219kN/m
2.2 抗滑稳定安全系数K计算
计算公式：
	工况	W	P	f	K
	工况1	527kN/m	168kN/m	0.5	1.571
	工况2	527kN/m	219kN/m	0.5	1.204
	均满足要求。
8 工程量计算
	（1）土石方开挖
	桩号	面积	平均面积	长度	体积
	0	91.2
			125.6	18.819	2364
	18.819	160
			226.7	18.818	4266
	37.637	293.4
			286.05	24.5	7008
	62.137	278.7
			278.5	29.5	8216
	91.637	278.3
			294.8	16	4717
	107.637	311.3
	合计			107.637	27899.55
	土石比例按2:8
	土方开挖：	5580	石方开挖：	22320
	（2）M7.5浆砌块石
	桩号	面积	平均面积	长度	体积
	0	66.5
			45.55	18.819	857
	18.819	24.6
			26.7	18.818	502
	37.637	28.8
			28.8	24.5	706
	62.137	28.8
			28.8	29.5	850
	91.637	28.8
			28.8	16	461
	107.637	28.8
	合计			107.637	3544.8
	（3）C20混凝土
	桩号	面积	平均面积	长度	体积
	0	9.3
			11.6	18.819	218
	18.819	13.9
			16.2	18.818	305
	37.637	18.5
			18.5	24.5	453
	62.137	18.5
			18.5	29.5	546
	91.637	18.5
			19.25	16	308
	107.637	20
	合计			107.637	1921.5
				板梁C20：	100
	（4）钢筋
		85t
	（5）沉降缝
		300m
	（6）C15混凝土
		600m³