水利水电工程动能设计规范

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水利水电工程动能设计规范范文第1篇

为了合理开发、有效利用、节约和保护水资源，解决水资源开发利用中取水高开采、用水高消耗、排水高污染造成的开发过度、河流干枯、灾害频发、生态失衡等问题，2002年5月，国家出台了《建设项目水资源论证管理办法》，实施水资源论证制度。这是以水资源为基础，指导建设项目合理布局，保障建设项目的合理用水要求，促进水资源的优化配置和可持续利用的重要措施，为科学审批取水许可提供可靠的技术支撑。云南省开展建设项目水资源论证工作已有三年多了，经过省水利厅组织专家评审的建设项目水资源论证报告书共138项，其中40%为水利，60%为水电。笔者作为水利部“建设项目水资源论证报告书评审专家”，参加了13个水利水电项目水资源论证报告书的评审。回顾三年来云南省水利水电建设项目水资源论证（以下简称论证）工作，总体感到进步较快，大多数有资质承担论证任务的单位都能按照《建设项目水资源论证导则》（SL/Z322-2005）的要求，认真开展论证工作。但是，也不难发现对一些主要技术问题的认识还不一致，工作的深度参差不齐，在这里对评审工作中碰到的主要技术问题，提出来与同行们商榷。

2论证范围的选取和工作等级确定

云南水利水电建设项目绝大多数是以地表水为取水水源。在论证工作中，合理地确定论证工作范围和等级是保证论证成果质量、工作深度和费用协调一致的重要因素。范围过大，工作量大，浪费严重；范围过小，不能满足工作深度要求。

2.1论证范围的选取

对地表水而言，一般应从3个方面考虑论证范围：①水文评价区间。对建设项目取水，从水文资料可靠性、一致性、代表性分析的角度，考虑流域水文控制站所涉及的范围。②取水用水评价区间。建设项目所在区域或流域现状水平年和规划水平年水资源开发利用的供需平衡、累积影响所含盖的范围。③退水评价区间。对建设项目退水口所在水域，以水功能区为分析单元，论证对周边水功能区可能产生的影响。

上述3个方面考虑的范围可交叉、重叠，并在论证范围图中示意清楚。此外，还要考虑水量平衡计算条件及与现有的规划成果、资料协调一致等因素，使论证工作能顺利开展，论证质量得到保证。

2.2工作等级的确定

水资源论证主要从取水、用水、退水及其影响等方面进行，对建设项目取用水的全过程进行分析论证，有别于区域水资源评价、水资源规划和建设项目的水文专题分析。工作等级的确定主要从建设项目的取水规模、用途、当地的

水资源状况及开发利用程度、取退水影响的程度与范围、水功能区管理要求等分类指标的最高级别确定。

3取用水合理性分析

3.1取用水合理性分析的基础

在确定的建设项目水资源论证范围内，在流域或区域水资源调查评价现有成果的基础上，结合调查和收集的资料，简要分析水资源量及其时空分布特点；在水功能区划成果的基础上，调查分析入河污染物的现状及水资源质量情况；在水资源开发利用调查评价成果的基础上，结合现场调研资料，分析水源工程的设计供水能力和现状供水能力，查清工业、农业和城市生活等各行业用水现状、人均水资源量、平均耕地水资源量，农业有效灌溉程度、有效灌溉面积，现状可供水量占总需水量及规划水平年需水量的比例等进行供需平衡和现状开发利用程度分析；结合流域综合规划和社会经济发展指标，评价区域用水水平，进行水资源开发利用现状评价、开发利用潜力以及存在问题的分析，阐明取用水的必要性、迫切性。

3.2取水的重要依据

在区域水资源开发利用现状调查基础上，建设项目取水应从水资源综合规划、水资源专项规划、水中长期供求计划、水资源配置方案及国家产业政策的总体思路分析取水的合理性。取水应符合水资源规划、配置和管理要求，并与项目所在区域的水资源条件、开发利用程度、区域的用水水平等相适应。满足河道内最小生态需水量，在通航河道上满足最小通航水深。

3.3用水合理性分析的重要内容

根据建设项目的取水方案和用水工艺，进行各行业用水指标、用水定额的拟定，并与国内同行业先进指标、区域用水指标、用水定额相比较，分析建设项目的用水合理性，并通过水量平衡计算，分析是否缓解当地的水资源供需矛盾，符合国民经济的发展要求。如2003年水利部水规总院对云南省第一个水资源论证报告书——云南省德宏州陇川麻栗坝大（二）型水库用水合理性评价为：报告提出的陇川县2015设计水平年农业灌溉、工业及城乡生活用水定额、灌区需水量预测和供需平衡分析成果基本合理。经分析，麻栗坝灌区当地多年平均地表径流量为7.31亿m3，水利设施多年平均可供水量0.67亿m3（未考虑麻栗坝水库），设计枯水年份需麻栗坝水库供水1.49亿m3.修建麻栗坝水库工程后，可对水资源进行调节和优化配置，有利于缓解陇川坝区的水资源供需矛盾，符合陇川县国民经济发展规划和《南宛河流域规划》的要求。通过径流调节计算分析，水库多年平均供水量1.42亿m3，灌溉供水保证率符合有关规范规定。

4取水水源论证

4.1取水水源论证的重要环节

建设项目取水首先要分析来水量是否满足要求。根据建设项目所在流域的水文控制站、邻域参证站的实测降水径流资料，分析论证所采用径流资料系列的代表性、可靠性。通过径流特性、人类活动对径流的影响分析及径流还原和插补延长，一般可把径流资料还原到天然状况，或统一到现状下垫面条件下，使其具有一致性。

依据建设项目对取水设计保证率要求，选择取样时段和方法，一般按皮尔逊Ⅲ型频率曲线分布，适线法确定不同水平年来水量。经验频率按数学期望公式计算，适线时，在照顾大部分点据的基础上，应侧重考虑平水年、枯水年的点群趋势。当建设项目所在流域、区域无实测水文资料时，可依据已有的水资源调查评价与规划成果、流域水文模型、径流系数、地区综合公式、等值线图等计算来水量。

对水资源紧缺地区，应在现状水平年来水量的基础上，

充分考虑论证范围来水区域规划水平年用水量的情况计算来水量。需要注意的是，无论是有资料条件的或是无资料条件下的来水量分析计算，都应对径流成果进行合理性检查，即径流分析计算成果应与上下游、干支流和邻近流域的计算成果比较，符合其降水径流特性与自然规律。

4.2应体现宏观规划与微观项目建设的结合

可供水量是指在某一水平年需水要求和指定供水保证率的条件下，现有和规划的水工程设施可能为用户提供的水量，是水资源论证的主要内容，也是取水许可审批的重要依据。

规划水平年的确定，除考虑建设项目的实施计划外，还要结合考虑宏观规划，如国民经济发展规划、流域或区域水资源规划等的水平年，以便资料成果的协调一致。

根据论证范围区域社会经济发展指标、用水定额和规划用水量，结合现状用水量分析调查进行不同水平年的需水量预测；以需水预测和供水工程规划为基础，结合工程的设计供水能力，不同水平年和不同保证率的来水与用水过程，通过水量调节计算可供水量。可供水量的计算原则是，需考虑河道生态用水，有航运要求的航运用水，以及其它用户用水，在此基础上计算工程的可供水量。计算中应充分考虑现有工程和规划拟建工程条件，对不同工程条件和需水水平进行多方案调节计算；对于具有多年调节功能的蓄水工程，应进行多年调节计算；对于保证率要求较高的建设项目，应对连续枯水年进行调节计算。

4.3综合分析取水水源的可靠性

根据分析调节计算得到的建设项目所在区域不同水平年的可供水量，对各种影响可供水量的因素进行风险分析，主要分析规划水平年取水水源受人类活动的影响，分析来水水量与水质的变化，可供水量的减少对供水要求产生的影响，人类活动对水质产生的影响，是否满足用水水质的要求。定量给出规划水平年不同保证率可供水量的可靠程度，以保证供水安全、可靠。

5取退水对周边环境的影响分析

5.1地表取水影响分析

建设项目地表取水影响，重点是分析取水对论证范围内水量时空分布与水文情势的影响。根据建设项目取水量占论证范围内现状和规划用水量的比例，特别是枯水期和枯水流量的取水比值，定量分析取水前后水功能区控制断面相应时段径流量的变化和影响；当取水量占取水水源可供水量比例较大时，必须定量分析取水对河流生态基流量的影响；对引水、蓄水工程，由于水域流态改变，必须分析对下游水文情势的影响，对农业蓄水灌溉工程而言，重点是对回归水量的分析，定量分析净耗水量，在枯水期对河道产生的影响及对水功能和纳污能力的影响，提出满足下游生态保护的最小流量和其它生态保护措施。

当取水可能对敏感生态水域和重要水功能区的水资源条件构成明显影响时，要针对取水引起水位降低、水量减少、流速变化、水质下降、水温改变等水资源特性改变的情况，对可能进一步产生的水域生态系统中保护性生物群落栖息地、繁殖场和迁徙通道的影响等问题进行重点分析，预测取水对水域生态系统、生态完整性和生物多样性的影响。

5.2退水影响分析

建设项目退水影响分析必须遵循论证范围内水功能区管理的规定，满足水功能保护的要求。对水利工程而言，主要根据水功能区水域纳污能力和入河排污总量控制要求，分析工程建成、灌区开发后，退水污染物对水域纳污总量及水资源保护

规划目标的影响，是否符合水功能区划要求；要结合工程调度运行方式，分析下泄水量、水温的沿程变化及可能产生的生态影响及低温水下泄对农业生产的影响；要针对退水特性和退水水域环境特点，特别是周边水功能区集中城市生活饮水水源或第三者取用水的安全，分析其污染物的迁移扩散和自净转化能力，论证可能影响的程度和范围。

在建设项目取水和退水影响论证基础上，综合分析入河排污口位置选取及所确定排放方式的合理性与可行性，并针对建设项目取水和退水可能产生的影响，提出相应的减轻和消除不利影响的对策措施，使其符合水功能区管理和保护要求。

6存在问题及建议

（1）缺乏统一的收费标准或各级水资源论证工作的指导价格，竞相压价会导致论证工作无法保证成果质量和论证工作所应持的公正立场。

（2）对于南方地区河道内生态基流量的确定，与执行水利水电工程动能设计规范有冲突之处，即在水电站设计保证率90%以上时河道水量都变成生态基流量不能开发利用，规范所定设计保证率没有实际意义。

（3）水资源论证工作在一定程度上属于论证范围内水资源利用配置方案，需要协调处理好各有关用水户之间的合法利益，更要站在水资源管理代言人的立场上，保证水资源的高效利用，即水资源论证工作的社会责任重大，但还不被广大群众所重视，导致论证工作中对相关受影响方利益考虑欠周全，遗留下一些问题，增加今后的处理难度。

（4）2002年省政府批准执行的《云南省水功能区划》中，对一些水能资源丰富的峡谷地区所划定的水功能区和保护目标，与近几年来云南加快发展中小水电的战略有不协调之处，有必要根据目前全省的水利水电建设局面，对该水功能区划作相应的调整，适应经济社会发展的需要。

7结语

建设项目水资源论证工作开展时间不长，且涉及的内容非常广泛。上述几个方面，笔者认为是云南省水利水电工程建设项目水资源论证工作中最具关键性的技术问题，有许多技术问题尚需在理论上和实践中进一步探讨和研究。在水利水电建设项目水资源论证工作中，抓住工作重点和难点，培育新型的用水观念，以水定规模，以水定发展，在充分做好上述调查分析工作的基础上，科学、公正、合理地作出水资源论证结论，为取水许可审批提供可靠的依据。

水利水电工程动能设计规范范文第2篇

关键词：水闸，消力池，长度，计算

中图分类号： TV66 文献标识码： A 文章编号：

1问题的提出

底流消能是水闸工程中主要消能方式之一。如果下游水深不影响闸孔出流，则为闸孔自由出流（见图1），闸孔自由出流产生的水跃有远驱式水跃、临界水跃、淹没水跃三种形式；如果下游水位影响了闸孔出流，称为闸孔淹没出流（见图2），闸孔淹没出流只产生淹没水跃一种形式。

图1

在工程设计中，闸孔淹没出流产生的水跃往往和闸孔自由出流产生的水跃在公式运用上相混淆。本文对闸孔自由出流产生的水跃和闸孔淹没出流产生的水跃相应的消力池长度计算公式分别进行阐述，并对其在工程设计中的应用进行探讨。

图2

2计算公式分析

2.1闸孔自由出流产生的水跃工况下消力池长度计算公式分析

根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B，采用以下公式进行消力池长度计算[1]：

hc′3-T0 hc′2+aq2/（2gψ2）×(b1/b2)0.25=0(1)

hc〃= hc′/2{[1+8aq2/(ghc3)]0.5-1}(2)

Lj=6.9×(hc〃- hc′)(3)

Lsj=Ls+βLj(4)

式中:

hc′――收缩水深，m;

hc〃――跃后水深，m;

a――水流动能修正系数，可采用1.0～1.05;

q――过闸单宽流量，m3/（s.m）;

g――重力加速度，可采用9.81（m/s2）;

b1――消力池首端宽度，m;

b2――消力池末端宽度，m;

H0――含行近流速水头在内的堰上水头，m;

T0――由消力池底板顶面算起的总势能，m;

ψ――流速系数，一般采用0.95;

Lj――水跃长度,m;

Ls――消力池斜坡段水平投影长度,m;

β――水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8；

Lsj――消力池长度;

经对上述公式分析可知其适用范围如下：1）、上述公式是基于闸孔自由出流推导而来的，该公式适用于闸孔自由出流产生的三种水跃形式消力池长度的计算；该公式中并未出现和下游水深相关的参数，即与下游水深无关，这也印证该公式是在自由出流产生水跃的基础上推导而来。2）、水流通过闸孔后，因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5～1）e处出现第一次收缩水深为hc；当消力池有一定深度时，因消力池底板低于闸孔底板，水流将会在消力池底板上出现第二次收缩水深hc′。该公式适用于水流在消力池底板上出现的收缩水深hc′（即第二次收缩水深）计算。3）、闸孔淹没出流工况时套用上述公式计算得出的水跃要比闸孔自由出流计算得出的水跃长，这个结果显然是错误的。根据单宽能量公式计算[2] ：E=γ×H×q(γ为水的重度，H为上下游水位差，q为单宽流量)，当闸孔淹没出流工况时，上下游水位差H小，因单宽能量和上下游水位差成正比，也就是说上下游水位差H小，单宽能量就小，相应的水跃就短。这说明上述公式不适用于闸孔淹没出流工况下消力池长度的计算。

经上述分析，规范推荐的消力池长度计算公式应用仅适用于闸孔自由出流产生的水跃计算工况，不适用于闸孔淹没出流产生的水跃计算工况。

2.2闸孔淹没出流产生的水跃工况下消力池长度计算公式分析

水流通过闸孔后，因惯性产生垂向收缩，在距离闸门（0.5～1）e处出现第一次收缩水深hc；在淹没出流中，由于受下游水深淹没的影响，消力池深度为0m（d=0m），水流在消力池底板上不会出现第二次收缩水深，因此，闸孔淹没出流中的收缩水深按第一次收缩水深hc计算，公式如下[3]：

hc=ε′×e(5)

ε′――垂直收缩系数，

e――闸门开度。

淹没出流的跃后水深hc〃、水跃长度Lj采用自由出流公式（2）、（3）计算；由于收缩水深发生在闸底板上（见图2），因此，消力池长度Lsj采用如下公式计算：

Lsj=βLj(6)

闸孔被淹没后，收缩断面的实际水深增大为h，且h>hc，故实际水头减少为（T0-h），因而，闸孔淹没出流流量小于自由出流的流量。但h 位于旋滚区不易测量，故实际计算时，将闸孔自由出流量乘上一个淹没系数，淹没出流流量计算公式如下[4]：

Qs=σsμbe(2gH0)0.5(7)

μ――闸孔自由出流流量系数，μ=0.6-0.176e/H;

σs――淹没系数，与潜流比(ht- hc〃)/(H- hc〃）有关;

e――闸门开度，m;

g――重力加速度，可采用9.81（m/s2）;

b――闸孔宽度，m;

H0――含行近流速水头在内的堰上水头，m;

从公式（6）可知，淹没出流流量和下游水深ht、跃后水深hc〃有关，适用范围：0.1

3计算公式应用举例

在工程设计中，考虑到工程运行时，泄洪一般都是在汛期，对开闸有一定的时间要求，多数闸孔按区域（按闸门开启的先后顺序通常分为两区或三区）进行消力池消能工的设计，即在水闸调度过程中，先打开第一区泄水，因下游水位无水，将产生闸孔自由出流，应采用闸孔自由出流产生的水跃计算公式；再打开第二区泄水，因第一区泄水壅高下游水位，第二区泄流将受到下游水位顶托，产生闸孔淹没出流，应采用闸孔淹没出流产生的水跃计算公式。本文以新庄水电站拦河水闸开闸泄水为例，说明两种不同的计算公式在工程中的应用。

新庄水电站的拦河水闸建于2005年，位于广东省仁化县周田镇附近的浈江河上，最大过闸流量为4130m3/s，属大（Ⅱ）型水闸工程，正常水位为75.50m，布置14孔10m宽的泄水闸，水闸底板高程为71.50m。先打开第一孔泄水，根据闸门不同开度或下泄流量计算出相应闸孔消力池的长度，计算中忽略行近流速水头的影响，按公式（1）、（2）、（3）、（4）求得消力池长度列入表1中。因hc"-ht-d＞0，为自由出流，经计算可知消力池池深为0.85m，相应的底板高程为70.65m，消力池长度为15.49m。再打开第二孔泄水，根据闸门不同开度或下泄流量计算出相应闸孔消力池的长度，同样计算中忽略行近流速水头的影响，且忽略三维水流对消力池长度计算的影响（因三维出流对消力池长度计算影响不大），当打开第二孔时，下泄流量增大，下游水位升高，对第一孔出流产生影响，从而反影响下游水位，按公式（2）、（3）、（5）、（6）、（7）经3次叠代后求得消力池长度列入表2中。从表2可知，因hc"-ht-d＜0，为淹没出流，经计算可知消力池池深为0m（d=0m），相应的底板高程为71.50m，消力池长度为3.31m。

表1:第一闸孔出流消力池长度计算

注:e/H＜0.65为闸孔出流，hc"-ht-d＞0为自由出流。

表2:第二闸孔出流消力池长度计算

注:e/H＜0.65为闸孔出流，hc"-ht-d＜0为淹没出流。

经上述分析，新庄水电站14孔的泄水闸中，只需布置1孔（即第一区）为自由出流消力池，相应的消力池长度为15.49m，在制定水闸调度原则时安排在第一时间开闸泄水；其余13孔（即第二区）为淹没出流，相应的消力池长度为3.31m，在制定水闸调度原则中安排在第二时间开闸泄水。

在闸孔淹没出流工况时，经计算，消力池长度较短，在工程实践中，往往不再通过计算设消力池，而是采用下控0.5m或加强底板防护设计，提高抗冲能力进行保护。

新庄水电站水闸下游消力池按上述布置建成后6年多来，并经过2006年“7.16”百年一遇的洪水考验，运行效果良好。

4结论

闸孔自由出流产生的水跃和闸孔淹没出流产生的水跃消力池长度的计算结果相差较大，如能结合两种不同的计算结果合理运用在工程布置上，与单纯利用闸孔自由出流产生的水跃消力池长度计算结果运用在工程布置上相比，可较大幅度地降低工程造价，并能取得较好的经济效益。

参考文献

[1] SL265-2001水闸设计规范[S]

[2] 陈立新.水闸消力池深度与长度计算中应注意的问题[J].水利技术监督.2005,(4):16-19

[3]、[4] 吴持恭.水力学（上册）（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1989：406-410