浙江水利水电专科学校水利工程系.ppt

2006年5月,浙江水利水电专科学校水利工程系,第九章水利枢纽（二）,http//192.168.53.151,第五节水利枢纽中的过坝建筑物（船闸）,船闸是通过充泄闸室内水体克服水位落差来实现船只过坝的建筑物一、船闸的组成及分类船闸通常由闸首、闸室和引航道三部分组成船闸可以分为单级如三堡船闸，适用于水头小于20m多级三峡船闸，分五级,,,德清大闸,,,,,,船闸又可以分为双线（复线）和单线。双线船闸，视上下游水位差的大小，每条线可以是单级的，也可以是多级的。长江三峡大坝的船闸，为双线五级船闸，可使1000吨的船及船队同时过坝,富春江船闸,右图为船闸上游，平面油压式；下游为人字形闸门。,三峡二线五级船闸全貌三峡船闸演示,二、闸室设计,闸室位于两闸首之间，是船只临时停泊处。（1）闸室的主要尺寸闸室的主要尺寸包括闸室的有效长度、有效宽度及闸槛上的有效水深和交通要求等。闸室有效长度-----闸室全长应等于有效长度与镇静段长度之和。镇静段长一般采用6m～12m闸室有效宽度-----指闸室内两侧墙表面突出部分（如护木等）之间的距离门槛上水深----是指设计最低通航水位时门槛最高处的水深,,2闸室结构形式按闸底板与两侧侧墙的连接方式的不同，闸室结构形式可以分为整体式与分离式两大类------若地基土质较好，且水头不大于5m，通常采用闸底板为透水的分离式闸室------当地基土质较差，且水头较大时，闸室宜采用整体结构,分离式闸室的闸墙为挡土墙，结构形式有重力式、扶壁式、连拱式、拉杆镇定式板墙式及板桩式；,3闸室的防渗布置对于分离式透水底板的闸室，应考虑防渗布置，进行渗透稳定验算。透水闸底板底部需设反滤层。采用流网法、直线比例法或改进阻力系数法等进行计算。防渗措施对粘土、亚粘土地基，可加设齿墙；对砂性土地基，可打防渗板桩。在闸墙后回填土内设排水砂层或排水暗管。,,,闸室部分防渗与排水（a）软基上；（b）岩基上,三、闸首,闸首作用是设置闸门和输水廊道。闸首组成边墩和底板两部分闸首的结构布置主要取决于闸门的形式、输水系统的型式等。船闸的输水系统集中式（又称短廊道、或头部输水系统）分散式（又称长廊道输水系统）前者用于低水头的中、小型船闸，后者用于中、高水头的大、中型船闸。常用的闸门有人字门、横拉门等。,对于采用人字闸门和短廊道输水的闸首。在顺水流方向由前沿部分、门库部分和支持部分组成,前沿部分是上闸首与上游引航道或下闸首与闸室的连接部分；门库部分是闸门的门龛；闸门后面承受闸门荷载的是支持部分短廊道输水是将廊道设在闸首两侧的边墩内，用阀门控制水流，利用出口水流对冲，消减水流的能量,前沿部分的长度,门库部分长,支持部分长,,四、上下游引航道,引航道的作用是保证船舶（队）安全通行和停靠。上下游均设引航道单线船闸引航道的平面形状可分为对称式和非对称式两类。对称式-------轴线与闸室轴线相重合，多用于小型船闸。非对称-------对提高船闸的通航能力较为有利。引航道内流速不得大于2m/s，横向流速要小于0.3m/s，并保证有足够的通航水深。,第五节水利枢纽中的过坝建筑物（鱼道）,一、引言进入21世纪之后，以实现可持续发展的社会为目标，人们越来越关心环境问题。根据人水和谐的理念，水工程在建造设计施工运行中应尽量考虑对生态环境的影响。树立生态环境和安全、经济并重的理念将一个水利工程建设成一个生态工程，国际上已经作了大量的理论研究和工程实践。欧美各国已经提出了“自然设计方法”，日、韩等国提出了“与自然亲近的治河工程”理念，我国台湾也正开发“生态工法”技术。我国的水利工作者也提出要人水和谐，并在规划设计阶段提出,1、设计规划方面,*在开发江河湖泊的同时，尽可能保留河流形态多样化（湿地、河湾、急流和浅滩）的设计规划。*保留健全的河流湖泊生态系统（上下游、左右岸）、实现水的可持续利用的设计规划。*为当地野生的水生与陆生植物、鱼类与鸟类等动物的栖息繁衍提供方便条件、提供相应的技术方法和工程材料的设计规划。*有利于提高水体自净能力并慎重引进可以提高水体自净能力的其他物种的设计规划。*保持河流最低生态需水量、最大限度减少对河流生态系统胁迫的设计规划。*避免因水利水电工程引起生物栖息地退化的设计规划。,2、工程措施方面,*泥沙处理措施。避免因泥沙淤积给上游带来种种负面影响。*过鱼设施。富春江水电站的鱼道是失败的，后来的葛洲坝也没有设。国外的不少鱼道是成功的，如伊泰普水电站。国内有否成功的先例鱼道、升鱼机都可以。*水库分层取水建筑物。作为较生态的一种水工建筑物，这次的丛书中应有所介绍。*生态廊道。*生态型河道。*橡胶坝。*坝坡绿化措施。现在公路两侧被挖去的山坡不少都采取了绿化措施。国外有的水库的溢洪道先铺土再植草，视觉上看不出是溢洪道。*大坝放水孔。为解决筑坝后下游居民的用水，坝上设有放水孔。,韩丹水坝,是韩国关于环境可续设计专题研究的范例，在规划和设计阶段实施的各种措施和策略使该坝成为“生态坝”。碾压混凝土坝结构、主要目的是为下游城市的防洪大坝设置了4扇用于控制生态水流的闸门（其中一扇较低，兼洪水季节排沙）、设置了4个鱼类通道、为当地的7种动物（鸟类、鱼类、昆虫类、两栖类等）设置了可持续迁徙的通道、在大坝上下游新辟各类动物栖息地、上游设置了自然生态公园和湿地、在坝顶修建了横跨交通道路的生态廊道和覆盖绿色植物的动物迁徙道路、在坝体内设置了5.6米直径的生态隧洞以使鱼类、螃蟹和浮游生物在一年中的大部分时间内可以自由通过。在规划和设计阶段采取各种措施以使该工程成为“生态坝”，是非常值得我国水利工程技术人员借鉴和学习的,,水库建设会对自然环境和社会环境带来很大的影响。水库大坝的建造对部分生物（鱼类）栖息环境造成不可逆的影响每年秋天，鲑鱼和鳟鱼从美国哥伦比亚河长途跋涉，游向太平洋，沿途受到许多水电站大坝的阻拦，死伤严重。生境退化、孵化管理等也使鱼类种群下降洄游鱼类更是面临种群灭绝的危险,减轻影响的办法,目前国内外普遍采用设置鱼道以解除鱼类移动障碍和开辟新栖息场所等方法。对鱼类栖息极为丰富的河流，有的水库在最初设计时就考虑设置鱼道；而建设初期没有设置鱼道的水库近些年也在补建相关工程。拆除一些废弃不用的坝，以恢复鱼类的通道。（例如一些位于美国宾夕法尼亚州河流上的小坝）----葛洲坝和四川渔业；人工培育鱼苗----设置鱼道的有常山闸、富春江；（准备）鸭绿江上----国外鱼道成功案例,富春江上设置的无效鱼闸,※表示在现有水库上增设鱼道的事例,一、鱼道（fishway）,供鱼类洄游通过水闸或坝的人工水槽。鱼道的设计主要考虑鱼类的上溯习性。在闸坝的下游，鱼类常依靠水流的吸引进入鱼道。鱼类在鱼道中靠自身力量克服流速溯游至上游。,二、鱼道的主要结构形式,由一系列的倾斜的渠道构成渠道每隔一定距离设置木质的隔板以降低水流速度每一段之间设置水流静止的池子，供过坝的鱼休息，以保持体力,垂直鱼道VerticalSlot,由一系列的池子组成两块隔板放置在每个池子的入口处，隔板之间留着一个较窄的竖槽供鱼通过流经池子的水流比较集中，但池子中为静水，可供鱼休息,鱼池PoolandWeir,由一系列呈阶梯形的池子组成池子里有足够的水深，从而鱼能够游过，而不是跳过一级一级的台阶池子中的水流速度足够慢以保证鱼能够休息,鱼梯FishLift,,通常用于上下游落差较大的工程用一定流速的水流吸引鱼进入大型的贮水槽将装有鱼的贮水槽提升过坝，在坝的另一侧将其放回河道。,日本许多工程采用的形式,三、鱼道的构造,鱼道由进口、槽身、出口和诱鱼补水系统组成。进口多布置在水流平稳，且有一定水深的岸边或电站，溢流坝出口附近。常用的槽身横断面为矩形，用隔板将水槽上、下游的水位差分成若干个小的梯级，板上设有过鱼孔，利用水垫、沿程摩阻、水流对冲和扩散来消除多余能量。由于孔形不同，又可分为堰式、淹没孔口式、竖缝式和组合式等。,四、鱼道的设计依据,调查了解通过闸、坝的过鱼对象，拟定设计运行水位和设计流速等是确定隔板布置、过鱼孔形式和尺寸等的主要依据。出口应靠近岸边，水流平顺，并与溢流坝或水电站进口间留有足够的距离，以免过坝的鱼再被水流带到下游。尽管鱼道设计成败的关键在于进口位置的选择，但实际运用情况表明，拦河修建闸、坝后，难于引鱼进入鱼道，故近代常采用其他鱼类过坝措施。,设计过程中考虑的因素,设计所面对的鱼的种类；鱼的游动能力；合适的流速，以吸引鱼沿着鱼道游走，而不会在半路停下来产卵；相应鱼类通常在河流的什么位置停留过鱼能力生物学家和水力学家合作，才能将所有因素考虑在内。每个鱼道的设计都应该由生物学家和水力学家紧密合作，共同完成，以满足各个工程不同的需求。,五、鱼道的效果,建于1959年，在Whitehorse坝一期工程完成后建成深2m，长366m，是世界上最长的木质台阶式鱼道每年七月到九月，数百条大鳞大麻哈鱼通过鱼道返回其产卵地。其他种类的鱼，如鳟鱼、北极茴鱼等也使用这一鱼道过坝,WhitehorseFishway,,James河上新建的鱼道,SackvilleRiverFishway,,1999年春天，有61,419条鱼通过新建的鱼道，其中包括185条美洲西鲱。2000年春天，有112,825条鱼通过鱼道，其中包括375条美洲西鲱。2001年春天，由于水温较低，延迟了溯河鱼通过的时间；但最终鱼还是通过鱼道向上洄游。,六、鱼道的效益,社会及生态效益从一定程度上减轻了鱼类的移动障碍，使洄游鱼类能按照其生活习性生存繁衍鱼道可设滞鱼池，在产卵季节将特定种类的鱼滞留，以获得鱼卵进行人工孵化研究，有利于鱼类种群的繁衍经济效益多数鱼道设置了观赏窗口，在鱼类洄游季节向游客开放例Boquet河上的Willsboro鱼道自1982年建成，每年吸引上万的游客前来观赏，游客在当地的消费超过200,000,