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水电工程规划设计土木工程导则第一卷.pdf

水会产生有害的影响。在某些情况下，其浓度会高到对水中生物产生严重影响。 如果铁和锰成为一个问题的话，那么只能通过在水库中掺气或采用多层进水口来 加以控制。更为普通的经验是简单地通过使用水轮机掺气，有时能提高溶解氧含量。 无论是水轮机掺气还是水库掺气，都将在水轮机掺气一节中讨论。

该压力如果是正值，那么在分流片尾部所 分流片引起的压力差值可表示为

(1）发电机(2）真空调节阀供气(3）真空调节阀门（4)管道(5)带通风孔 和导流片的水轮机轮壳(6)涡壳(7）尾水管(8)多孔环(9多孔环掺气

2019年江苏省建设工程施工图设计审查技术问答--建筑专业（江苏省建设工程设计施工图审查管理中心2019年12月）(1）发电机(2)真空调节阀供气(3）真空调节阀门（4)管道、(5）带通风孔 和导流片的水轮机轮壳(6)涡壳(7）尾水管(8)多孔环(9多孔环掺气

设计人员应该注意上述分析是基于尾水管的平均流速值。但是在尾水管中的某些位置 上，局部流速值可能与平均流速值有很大的差别．水轮机型号不同，这些局部点的流 速值也随之不同。如果上述分析表明分流片是合适的，那么在正式使用它们之前，还 应该在上述设备中做进一步的试验。 对安装分流片区域内水流方向的了解也是很重要的，目的是为了能够将分流片垂 直于水流方向安装。有时，在现有设备中，空穴流态会有助于判定主流方向：然而水 流的方向能够随着闸门的开启而变化。为了改变水流方向，多向分流片已投入运用， 安装在水轮机壳上的短管将从各个方向使来流加速，而不是仅仅象图1一10那样只从 一个方向加速， 流线型的分流片也已经被采用，用以减少水轮机的功率损失，同时对分流片的功 能不会有明显的影响/TVA，19841.

1)输出变化（%）（2）流盘（英尺/秒）（3）工程（

据功率损失排序的掺气位量

另一种已被证实的掺气方法是在水库上层（温跃层)采用水泵将接近水库表面的水 抽到水轮机的进口段：靠近表层的水含有很高的溶解氧浓度，通过水轮机将表层的水 抽到水轮机的屋水段，从而替代一些吸入到泵内的低溶解氧含量的水体，其结果是使

?70~90%的捞氧溶于非改到尾水的水体内

图1一17在实验菌和现场条件下两种扩散器的氧通二与氧传输效率之间的关系 (1）传输效率(2）氧通量(3）铝合金板尺寸1.5~2.0微米（4)实验室试验(12.8米深) (5）现场试验(21.4米深）（6)铝合金板尺寸15~20微米(7）同(4）（8)同(5)

尽管有关闸孔泄流掺气系统的设计资料为数很少，但闸孔泄流能够使下游水体的 DO含量达到饱和甚至超饱和。对设计而言，重要的是设法使过溢洪道的水流尽可能 地薄，且使其落差尽可能地大。如果没有溢洪道，则应考虑装一个掺气阀。闸孔泄流 掺气系统的作用是将水轮机排水中的低溶解氧含量的水与闸孔排放的高溶解氧含量的 水掺混。为了在合理的时间内使这些水混合，这两股水的温差不应超过2℃。

1984.年Lewis和Bohac对田纳西州的9个水利工程增加溶解氧含量的方法进行 了评价，估算了在水轮机或尾水管使用碳酸钙和氢氧化铝混合物及压缩空气进行掺气

的费用（按1984年美元价计)。对若干工程中采用高纯度氧气的情况也进行了计算。成 本估算包括设备投资、为改进系统而需要的停机、液态氧、水轮机效率损失、维修保 养以及压缩机耗电费用等

（1）在道格拉氏坝项，表层水泵将氧含高的温表水下移至水轮机的排泄区（2）道格拉氏坝 (3）改善后的尾水情况（4）表层水泵（5）直径15的淹没螺旋桨·（6）典型仲夏水库情况 (7）表层水（8）排泄区(9)水轮机进口（10)、（11）高程（12)溶解氧氢浓度(mg/1）（13）温度(°F)

(1）氧气(2)分流片(3)压缩空气(4)年成本(×1000美元）(5)掺人的氧量(吨

在某些工程中，要求连续提供最低限度的流量。对于用来连续提供基何的水电工 程，保证最低限度的流量一般不会有什么问题。然而，当工程仅用于每天的高峰荷载 供由时，就可能会出现流量极小其至断流的问题。

ncremental./HabitatQualityMethods

(1）传统方法(2）流域变量(3）流域大小（4）推荐流(5）春天(6)夏天(7）固定坡度 (8）平均流量(9）平均流量（10）推荐流量（11)固定百分比(12)流量超值（13）流量超值 (14）推荐流量（15）固定百分比（16）增值／环境质量法（17）非转化水力变量（18）混周 (19)推荐流量(20）曲线上的相对点(21）生物转化水力变量(22)有效宽度(23)推荐流量 (24）曲线上的相对点（25）多级生物转化变量（26）BinnsHQI变量(27）推荐流量（28）选取值 (29）用以确定推荐流量的六种方法： a.当流域面积或某些其它流域特征量增加时，最小推荐流量也要增加(在图例中，该法给出了春 季和夏季流域面积与流量之间的不同关系） 6.推荐流量等于平均流量的某一百分数。 c.推荐流量等于超过某一百分比的天然流量， d.可测量的物理变量为流量的函数，由曲线上的折点位置确定推荐流量。 e。以物理水力变量为基础的无量纲相容指数为流量的函数。曲线上的峰值、折点以及某些其它特 征均可作为流量的确定标准。 f.可测变量的预测模型的计算结果与流量的关系绘于图f(在这里Binn的环境质量指数等于所计 算未收割庄稼量，从曲线上的折点或某些其它特性可确定该推荐流量，

某种生物的某个生命阶段，可采用河流单元，通过环境相关准则对其给予评价。 每一单元的表面面积用一适合因子C加权，该因子反映了在给定流量下生物对单元 内结构特性和水力特性总体上的相对偏爱程度，由此得到了单元的环境潜能指标，称 为加权可用面积（简称WUA)。对于一个单元，WUA等于

式中C=相对于所研究的环境指标S，i单元组合特征的适合因子，这些适合因子对 各种生物的各个生命阶段是不同的。即或是相同的生命阶段也可能有不同的因子，这 取决于生物的活性和季节。A=i单元的表面面积。

(1）在各个单元的量测、(2)深度(3）流速（4)基底、覆盖层(5）率定水力模型 (6)在一定流量范围内模拟水深、流速（7）生长环境适合性曲线（8）适合性指数 (9）流速(10)水深(11）基底.（12)覆盖层.（13)加权可用面积（14）流量 对各流量、各生命阶段，将上计算方法用于每一个河流单元，那么整 JA可用下式计算：

3.提供最低限度的流量

当与大气相互作用时，水体在一定的温度和压力下，水中的溶解氮、浴解氧和浴 解氢达到平衡，我们称在平衡状态下的水达到溶解气体饱和。随着水温的降低或压力 的升高，饱和浓度值也增大这样，当掺有自由空气泡的水流经过水工建筑物，使压 力升高时，气体将从气泡溶于水中，然后，如果水流在有微小紊动情况下（非后水现

(5）(a）电力蜂值时调节堰的水流条件(6）浮体（7)6英寸台阶（8）补偿蝴蝶阀 (9）（b）关闭浮体控制管道，200英尺"／秒的流量由自由管道提供（10）正常的最小水池 （11）水流（12)(c）打开浮体控制管道，200英尺3/秒的流量由控制管道和自由管道提供

气泡能引起栓塞，从而导致器官尤其是眼晴的损坏，并常常造成生物的死亡。 1980年Ficksisen等人提出气泡引起的危害问题的超饱和水平的经验方法，即110% 总气体压力法。较低的压力，特别是对某些年幼的生物，可能带来一系列问题。某些 生物可以容忍较高的压力，特别是在它们可以游往深处，即超饱和程度较低的水域。 在计算总气体压力时要同时考虑氢、氮和氧的浓度。 在消力池中常常形成超饱和的条件，在这种情况下，水流冲人较大深度里时将吸 收空气。深度越大，溶解的气体越多。当水流由深处升到水面时，由于表面的饱和浓 度低于水舌插人的底部的值，表层水就变为超饱和，水中的气体又开始释放出来。 影响水体中溶解氧水平的因素有水库中(排水高程处)初始溶解氧水平、出口射流 形状、速度、水池的渗透特性，以及消力池的深度和形状例如，斜槽的底板预制块 的情况)。已有分析方法(Johnson，1975年；Raesner和Norton，1971.年，Wilhelms 和.Smith，1981年），可用来预测这些结构的气体传输特性。但是，：由于结构形式， 运行条件及水质情况差异很大，采用这些分析来计算所有各种条件下的气体传输是很 困难的。 随着对特定建筑物或特定建筑物形式监测水平的发展；一般建筑物形式的经验模 型也得到了发展。水力实体模型也可用来估算消力池内的气体传输特性，还可用来研 究修改建筑物以改善气体的传输性能[Johnson，1976；Wihelms，1980]. 当掺气水流进人水电站压力管道时，还有一种与溶解气体超饱和源有关的辅助水 力结构。掺气可能的来源包括漩涡和浅紊动流，比如出现在跌水式进口的流动，应当 注意，水轮机的空气通道可能是一振动源：：如果空气在压力管道中积累，就可能导致 气体回到进口或拦污栅损坏，因而，出于机械上的和水力上的，有时还有环境上的考 虑，希望排除压力管道中的空气。在较浅的进水口，尤其是小水电站进口，往往会有 掺气问题。设计中应包括漩涡消除设备，足够的进口深度，防气阀以及排气孔等细 节，以排除空气。 超饱和往往可以通过在溢洪道底部设置一排鼻坎得以避免。挑坎将水流挑向空 中或水平地射出溢洪道，.而不是让水流冲射人水垫深处，当在一个现有的非发电工程 中安装水轮机，如果水轮机进口设计来排气，并通过水轮机而不是通过溢洪道泄水可 以减少发生气泡危害的可能。 对于进水口设计良好的水轮机，一般不会有超饱和及其引起的气泡危害问题，甚 至没有水轮机掺气问题：田纳西河的支流上的各大坝已积累了丰富的经验可将水中 00浓度由0mg/1增至1mg/1，：3mg/1，4mg/1而总气体压力低于110%，也没出 现气泡危害的例子[TVA，1981，1983，1984]，但是，从理论上说掺气会引起超饱和 现象.若希望通过掺气使DO浓度达到6mg/1，那么总气体压力将超过110%.如 果将气掺人水中可能造成严重的超饱和，就应当考虑采用高纯度的氧气，氧气的使用

可以消除掺人空气时出现的附加的氮溶解。

许可证及工程运行控制要求对工程进行监测

一个工程往往要求对电站尾水渠的流量、溶解氧含量以及水温进行监测并写出报 告。一般要求对流量进行连续记录。对溶解氧和温度的典型要求是报告每天的最大、 最小值。如果仅仅只是这些要求，通过提供连续的DO和温度监测设备就能很好地满 足。 在使用鱼网的场合下要求报告水流过网后的水头损失以确保鱼网的正常工作。对 自动过鱼旁道系统，也要求对流量进行类似的监测以保证系统的正常运行

：为了使一些环境改善，设施正常运行，需要监测一些其它的内容。 ·需要监测水轮机进口.DO浓度和温度，以便启动掺气系统或改变进水口结构的 抽吸高程， ·必须对过鱼旁道系统的温度进行 满足鱼类所需

3.如果威胁到坝下贻壳生物的生活领域，要防止坝下游的淤积。 4.设计封闭的地势较高的处理区，以尽量减少水中悬浮的颗粒返回水体。 5.避免在潮湿地处理清出物。 6.获取流域内历史上土地使用的有关资料，包括工业和市政污水来源，以及流 域的水质资料。如果事先不知道沉积物的化学组成，应考虑一个所需要清除的沉积物 的清单。然而，不应采用松散的泥沙分析来预测所计划的清淤和处理部位的抗冲效 果。 7清淤之前，通过冲析试验确定水柱的化学变化，并将试验结果与有关的水质

准则相比较，如果结果表明在清淤期间污染质将释放到水柱中去，那么 1）应该考虑对生活于该区域的敏感生物进行生物测定； 2）应该对可能的生物积累进行估计

田于发电机组引起的水库水位波动可能会引起水库的物理的、化学和生物方面白 变化，Hildebrand[1980b]对物理和化学方面的影响做了总结： ·库底和堤岸沉积物的重新悬浮和重新分配 ：在水库岸边地带，由于水面波动的影响，使水库沉积物缝隙中水流进或流出 河岸地下水贮量），造成沉积物内可溶解物质的溶滤： ·由于水力发电造成的环流形式和水力特性方面的变化，使得水库水体中的沉积 物和营养物滞留发生变化，同时与环流形式和水力效率相关的水质也随之改变。此 外，生物方面的影响可归纳为： ·生态环境的破坏导致局部的或所有的有机物的损失 ·生态环境质量的变化长期降低了作物生长及产量 ·改变生物种类的差异 必须通过工程的运行来减缓水位波动造成的不利影响，而不是靠在工程本身设置 建筑物或系统。为了促进水库运行原则的提出以保护水库渔业，1984年Ploskey等人 通过多重回归分析建立了鱼类变量与季节性水文变量之间的关系，对两种水电设施进 行了验证，包括库区和主河道。

巡迷大闭水轮机可能致使下游河床浅滩区域的幼鱼处于危险境地。因为当水轮机 停止运行或运行仅仅是用来提供河道的最低流量时，这些浅滩处就没有水了。因此， 有时对工程提出下游最大坡降率的要求。下游最大坡降率限制了尾水下降的最大速 率。因此，使鱼在浅滩变干之前有足够的时间返回到主河道的深水区域而不被困。由 于该速率取决于河床形态、：鱼的种类、鱼苗遐险时间及鱼的生长情况等等，所以必须 要具体加以研究，曾有人报导，经一年中几个关键时期对于下游尾水渠的观测发现， 下游尾水下降速率在1~6英尺/小时内变化[O1sen和Metzgar19881

：一且水库蓄水，它将开始老化，，即富营养化。富营养化过程的二个主要表现是大 量的水生植物和藻类生产。这一过程十分缓慢塑料排水管道安装施工工艺（一），而且水生植物和藻类的生产也可能不 会带来什么问题。但是有些水库中生长有过密的植物和藻类。 水生植物和藻类在氧聚集、食物链以及其它一些生物过程中起着巨大的作用，二 旦水库建成，就要开展大量工作收集水质和生物数据以了解并设法控制水生植物和藻 类的生长。控制的重点可能要放在流入水库的污水负荷和营养盐负荷的点源和非点源 上。控制对策的发展一般会要求某些形式的数学模型。水库的水质模型如此特殊，试 图在水库修建之前就预测水库影响的水库水质模型很可能是极其粗糙的。水库修建后 所建的模型将更为有用。这些模型可有效地用于水库的管理[BroWn等人，1985; Lewis和Anderson，1986]。 营养状态和水质分析是十分复杂的，在这方面已有大量文献报导，对此 Reckhow和：Chapra[1983]增做过扼要介绍，关于对人库污水和营养物的限制这一试 用控制水库营养状态的主要措施，常常有很强烈的争议。由于这一问题的复杂性及围 绕该问题的争议，以下所讨论的改善措施仅仅希望能够在杂草和藻类达到有害的程度 时才行之有效。

虽然水生植物可能有益于为鱼类和水禽提供水生环境，但也会给水库带来很多的 可题。水生植物可能会堵塞水道，干扰娱乐活动，尤其是干扰船员，植物也造成水库 可观的需氧量 水生植物或大型植物可以浮于水面，可以生根于水底都长出水面，也可几乎或完 全没于水下：杂草的控制可以采用化学：机械、生物控制或水库合理运行等方法。 一旦水库内杂草成灾时，彻底根除是十分困难的，而对水生植物进行有选择的、定位 的控制管理自然成了主要目标。 实际的控制方法包括割除或把水生植物拔掉，以减少它们的生长或密度。目前在 采用浮式收割机械方面已取得很大进展，其它的方法包括在关键时刻降低水库水位以 冻结植物根部。弱衰减法，比如采用有色染料和沉积物覆盖层以降低植物获得营养的 机会，已为人们所采用Mo0re，1987。

河流渔业调节及水生环境的改

在河内加设一些设施是减缓水利工程不利影响的一种形式，这种形式对某些工程 是适的。在任何坝址采取措施之前，一支多学科的队伍包括管理工程师、渔业生物 学家以及河川地貌学家等所应做的二个基础工作是提出并明确论证可预测的目标和工 程完工后的监测方法，以保证减缓措施行之有效。 以下归纳了用以改善水生环境差异、拦截大量卵右、改善河流覆盖层、形成水生 物生产场所的几种建筑物： ·石笼堰，以提供覆盖 ·单个的或成组漂砾 ·杂木以改善环境差异 ·导流板以形成河流弯道 ·坝区水道以降低流速 关于这些建筑物将在小水电导则第二章“水道”的第二部分“设计”中详加描述。

关于这些建筑物将在小水电导则第二章“水道”的第二部分“设计”中详加措述

天坝的兴建使坝下尾水中的砂和砾石更新减缓JGJ 450-2018 老年人照料设施建筑设计标准.pdf，冲入水库的砾石在坝前沉积下 来，尤其是在洪水期间，下游的砂和砾石连续遭到高速泄流的冲刷，而且建大坝将阻 止这些砂石在坝下再沉积。由于砂和砾石是蛋卵十分重要的储存场所，因而尾水中砂 砾石的缺乏将降低鱼类和水生昆虫的再生产。 这一问题在几个大坝工程中(如加利福尼亚的Shasta大坝)已得到缓解，所采用的 方法就是把从其它地方拖运来的砂砾石放置在尾水中。 除草剂已为人们广泛而成功地使用了多年，但是化学药品成功与否，“正确的选择 和使用是至关重要的。针对不同的水生植物如何选择和使用除草剂，Hansen等人于 1984年提出了极佳的见解。此外，有如明矾一类的化学药品投放到非活性磷中是另 外一种化学控制方法[Mesnes和Narf，1987] 生物控制方法是最近刚发展起来的，它将食肉生物体投放于水库中。非食草鲤鱼 是目前最为流行的一种生物，投放这种鲤鱼是有效果的。但在水库中投放过多时，它 也会捕食其它鱼类。

如第三节所述，水藻可能堵塞水道进口，使供水系统产生异味。大量的水藻也会 破坏水生环境，为蚊虫提供繁殖的场所，

如前所述，对整个水库藻类的控制只能靠减 三任小件 的局部区域，可以采用杀藻剂。对水生植物就是如此，成功的控制只能通过适当地选 择运用化学药品