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第1章 水电站的作用与特点1

1.1 水力发电资源的基本特点1

1.1.1 我国陆地水力发电资源的基本情况1

1.1.2 我国陆地水力发电资源利用现状4

1.2 水力发电的基本原理与特征参数6

1.2.1 水电站的输出功率（或称出力）6

1.2.2 水电站的发电量7

1.2.3 水电站动能参数7

1.2.4 水电站的经济指标8

1.2.5 水电站的分等指标8

1.3 水电站的类型与设计总体要求8

1.3.1 小水电站设计的基本要求8

1.3.2 小水电站水文分析计算要求9

1.3.3 小水电站经济评价原则11

1.3.4 小水电站工程概（估）算11

1.3.5 小水电站工程管理的基本要求11

1.3.6 小水电站的环境保护原则11

1.3.7 小水电站水库淹没处理及工程占地规定12

1.3.8 小水电站消防的基本要求13

1.3.9 小水电站电气系统的基本要求13

1.3.10 小水电站水力机械及采暖通风的基本要求16

1.3.11 小水电站金属结构的基本要求18

1.4 构成水电站的主要建筑物及基本设计要求19

1.4.1 小水电站工程地质勘察基本要求19

1.4.2 小水电站水利及动能计算基本要求21

1.4.3 小水电站工程布置及建筑物设计的基本规定22

1.4.4 小水电站施工的基本要求30

第2章 水电站进水口建筑物设计32

2.1 水电站进水口的功用和基本要求32

2.2 水电站有压进水口设计32

2.2.1 水电站有压进水口设计的基本要求32

2.2.2 设计范例——清风口水利枢纽进水口设计36

2.3 水电站无压进水口及沉沙池设计39

2.3.1 水电站无压进水口设计的基本要求39

2.3.2 沉沙池设计的基本要求39

2.3.3 无压进水口设计范例——刘家衩水电站进水口39

第3章 水电站引水道建筑物设计43

3.1 水电站引水道的特点及设计要求43

3.1.1 水电站引水渠道设计43

3.1.2 水电站引水隧洞设计45

3.1.3 工程示例——印度戈伊纳梯级电站湖泊双叉引水道45

3.1.4 引水道充排水试验方法46

3.2 水电站压力前池与日调节池的设计50

3.2.1 压力前池的作用50

3.2.2 压力前池的组成51

3.2.3 压力前池的布置原则51

3.2.4 压力前池的尺寸拟定方法51

3.2.5 日调节池设计53

第4章 水电站压力管道设计54

4.1 水电站压力管道的功用、类型与要求54

4.2 水电站压力管道的线路选择及尺寸拟定55

4.2.1 水电站压力管道的供水方式55

4.2.2 水电站压力管道明管布置的基本方式55

4.2.3 水电站压力管道线路选择的基本要求56

4.2.4 水电站压力管道直径的选择要求56

4.3 水电站明敷钢管的敷设方式及附件57

4.3.1 水电站明敷钢管的敷设及支承方式57

4.3.2 水电站明敷钢管上的闸门和附件形式58

4.4 作用在明敷钢管上的荷载及组合60

4.4.1 荷载计算及其分项系数60

4.4.2 荷载组合62

4.5 明敷钢管的结构分析方法62

4.5.1 明敷钢管管壁厚度的估算62

4.5.2 明敷钢管的管身应力分析63

4.5.3 明敷钢管极限状态验算70

4.6 明敷钢管的抗外压稳定设计70

4.6.1 光滑管段的临界外压力71

4.6.2 加劲钢管的外压稳定设计71

4.6.3 水电站明敷钢管的设计步骤72

4.7 分岔管设计73

4.7.1 分岔管设计的基本要求73

4.7.2 岔管的布置形式73

4.7.3 岔管的结构形式73

4.8 水电站地下埋管设计76

4.8.1 水电站地下埋管的布置要求及工作特点76

4.8.2 地下埋管承受内压时的强度计算方法78

4.8.3 影响钢衬应力的因素79

4.8.4 地下埋管的抗外压稳定分析80

4.8.5 不用钢衬砌的地下管道稳定分析81

4.8.6 设计实例——老黑河水电站压力管道设计82

4.9 水电站混凝土坝体压力管道设计84

4.9.1 坝内埋管设计85

4.9.2 坝后背管设计87

4.9.3 设计范例——果子沟水电站压力管道结构设计88

第5章 水电站的水击问题及调节保证计算92

5.1 水电站的水击问题及调节保证计算要求92

5.2 水击现象及其传播规律92

5.2.1 t=0～L/a的过程92

5.2.2 t=L/a～2L/a的过程93

5.2.3 t=2L/a～3L/a的过程93

5.2.4 t=3L/a～4L/a的过程93

5.3 水击的基本方程与边界条件94

5.3.1 水击方程的构建94

5.3.2 水击的边界条件95

5.4 简单管道水击的解析计算方法97

5.4.1 直接水击和间接水击问题97

5.4.2 水管末端各相水击压力计算98

5.4.3 水击波在水管特性变化处的反射特征99

5.4.4 开度依直线变化的水击特征100

5.4.5 起始开度对水击的影响103

5.4.6 开度变化规律对水击压力的影响特征104

5.4.7 水击压力沿管长的分布特征104

5.5 复杂管道水击的计算方法105

5.5.1 串联管水击简化计算105

5.5.2 分岔管的水击压力计算106

5.5.3 蜗壳及尾水管的水击压力计算106

5.6 水击计算的数值解法107

5.6.1 管道水击特征线方程的构建107

5.6.2 管道水击特征线方程的基本求解方法108

5.6.3 管道水击计算数值解法的基本求解步骤110

5.7 机组转速变化的计算方法110

5.7.1 机组运动方程的基本形式111

5.7.2 机组转速变化率近似计算方法111

5.8 水击调节保证计算的标准及改善调节保证的措施112

5.8.1 水击调节保证计算的基本标准112

5.8.2 减小水击压强的措施113

5.8.3 调节保证设计范例——蚂蚁河水电站调节保证计算114

第6章 调压室设计119

6.1 水电站调压室设置的条件及基本要求119

6.2 水电站调压室工作原理及基本方程120

6.2.1 水电站调压室工作原理120

6.2.2 调压室水位波动的基本方程121

6.3 水电站调压室常见布置方式及类型121

6.4 调压室水位波动的解析计算方法123

6.4.1 丢弃全负荷情况的解析计算123

6.4.2 增加负荷时的最低涌波水位计算124

6.5 调压室水位波动的图解计算方法125

6.5.1 图解法的基本原理125

6.5.2 图解法进行圆筒式调压室水力计算126

6.5.3 图解法进行阻抗式调压室水力计算127

6.6 调压室水位波动的数值求解方法128

6.6.1 调压室水位波动数值求解的基本原理128

6.6.2 调压室水位波动数值求解的主要步骤129

6.7 调压室水位波动的稳定要求130

6.7.1 小波动稳定断面的计算方法130

6.7.2 波动稳定条件分析130

6.8 调压室的水力计算条件131

6.9 调压室的结构布置要求132

6.9.1 调压井结构的荷载及其组合133

6.9.2 调压井结构计算的基本原理133

6.9.3 调压室设计范例——果子沟水电站调压室设计134

第7章 水电站地面厂房规划设计138

7.1 水电站厂房的组成及基本类型138

7.1.1 水电站厂房的组成138

7.1.2 水电站厂房的基本类型139

7.2 水电站厂房设计所需的资料及基本设计程序139

7.2.1 水电站厂房设计所需资料139

7.2.2 水电站厂房的设计程序140

7.3 水轮发电机的基本特点140

7.3.1 水轮发电机的类型及传力方式140

7.3.2 发电机的励磁系统141

7.3.3 发电机的支承结构（机墩）141

7.3.4 发电机的布置方式142

7.4 水电站厂房内各种辅助设备的基本特点142

7.4.1 调速系统142

7.4.2 油系统142

7.4.3 供水系统143

7.4.4 排水系统143

7.4.5 气系统144

7.4.6 水电站厂房起重设备144

7.5 水电站主厂房布置的基本要求145

7.5.1 发电机层设备布置的基本要求145

7.5.2 水轮机层设备布置的基本要求145

7.5.3 蜗壳层布置的基本要求145

7.5.4 安装间布置的基本要求145

7.6 水电站主厂房的轮廓尺寸设计147

7.6.1 水电站主厂房平面尺寸的确定方法147

7.6.2 水电站主厂房高度及各层高程的确定方法148

7.7 水电站副厂房的布置要求150

7.7.1 水电站副厂房的位置要求151

7.7.2 水电站副厂房平面布置设计的原则和要求151

7.8 水电站厂房的采光、通风、交通、防火设计要求153

7.9 水电站厂区总体布置要求154

7.9.1 水电站厂区总体布局设计的基本要求154

7.9.2 水电站总体规划范例——呼玛河梯级水电站规划155

7.9.3 水电站流域规划范例——黄河流域规划157

7.9.4 水电站流域规划及水资源综合利用范例——长江流域规划158

第8章 水电站厂房结构设计162

8.1 水电站厂房的结构特点162

8.1.1 水电站厂房的结构组成及作用162

8.1.2 水电站地面厂房结构的受力及传力途径163

8.1.3 水电站地面厂房混凝土浇筑的分期与分块问题164

8.1.4 水电站地面厂房结构的分缝与止水164

8.2 水电站厂房整体稳定及地基应力计算方法165

8.2.1 水电站厂房整体稳定和地基应力计算的荷载及其组合165

8.2.2 水电站厂房整体稳定和地基应力计算方法及要求165

8.3 水电站厂房吊车梁及排架柱结构计算方法167

8.3.1 水电站厂房吊车梁结构计算方法167

8.3.2 水电站厂房排架柱结构计算方法168

8.4 机墩与风罩设计170

8.4.1 作用在机墩上的荷载及荷载组合170

8.4.2 圆筒式机墩的结构计算171

8.4.3 圆筒式机墩的配筋计算174

8.4.4 风罩墙的结构计算174

8.5 蜗壳结构计算方法175

8.5.1 钢蜗壳外围混凝土结构计算175

8.5.2 钢筋混凝土蜗壳计算177

8.6 尾水管设计180

8.6.1 尾水管的荷载及荷载组合181

8.6.2 尾水管的设计计算方法182

8.6.3 尾水管的配筋原则183

8.6.4 水电站厂房结构设计示例——观音庙一级水电站厂房结构设计183

8.6.5 水电站厂房分层分块设计示例——火龙沟电站厂房分层分块设计186

8.6.6 水电站厂房总体设计示例——克孜勒水电站厂房设计189

8.6.7 水电站厂房排架柱设计示例——梦娘沽电站厂房排架柱结构设计193

第9章 其他类型的水电站厂房设计197

9.1 坝后式、溢流式、坝内式水电站厂房设计的特点与要求197

9.1.1 坝后式水电站厂房197

9.1.2 溢流式水电站厂房197

9.1.3 坝内式厂房198

9.2 河床式水电站厂房设计特点与要求198

9.3 地下式水电站厂房设计特点与要求199

9.3.1 地下式水电站厂房的特点199

9.3.2 地下式水电站厂房的基本布置形式200

9.3.3 地下式水电站厂房的基本洞室组成200

9.3.4 地下式水电站厂房的基本洞室布置201

9.4 小水电站技术改造201

9.4.1 小水电站技术改造的基本要求201

9.4.2 小水电站技术改造中现状分析的基本方法与要求203

9.4.3 既有小水电站性能测试的基本方法与要求203

9.4.4 小水电站技术改造的技术经济指标要求204

9.4.5 小水电站技术改造工程验收的基本要求205

9.4.6 小水电站技术改造的基本方法205

参考文献212