小型水力发电站设计规范.docx

1、小型水力发电站设计规范 目次编制说明第一章 总则第二章 水文、水利及水能第三章 工程总体布置及水工建筑物第四章 水力机械第五章 电气部分第六章 闸门、拦污栅和启闭设备附录 本规范用词说明小型水力发电站设计规范（试行）GBJ71-84编制说明小型水力发电站设计规范系根据原国家基本建设委员会(78)建发设字第562号通知，由水利电力部负责主编，并由湖北省水利局和湖北省水利勘测设计院会同原国家林业总局、湖南省林业设计院等有关设计单位共同编制的。在编制过程中，对中小型水电站的设计施工、运行管理等作了较深入的调查研究，总结了小型水电站的建设经验，并进行了有关专题的测试工作。同时，根据我国小水电站规划、设

2、计、施工、运行管理的特点和在现有的技术经 济水平的基础上，编写本规范文稿，广泛地征求了全国有关设计、科研、生产和高等院校等单位的意见，最后会同有关部门共同审查定稿。本规范共分六章三十六节和一个附录。其主要内容有：总则，水文、水利及水能，工程总体布置及水工建筑物，水力机械，电气部分，闸门、拦污栅和启闭设备等。本规范在试行过程中，请各单位注意总结经验，积累资料。如若发现有不妥和需要补充之处，请将意见和资料函告湖北省水利勘测设计院，抄送我部水利水电规划设计院，以供下次修订时参考第一章总则第1.0.1条 小型水力发电站(以下简称水电站)设计，必须认真执行国家的技术经济政策，根据国民经济发展的需要，按照

3、地方水利、电力、航运、木材流送、水产和环境保护等规划的要求，统筹安排，因地制宜，合理利用水资源，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。第1.0.2条 本规范适用于装机容量2.5万kW及以下，机组容量1万kW以下，其中机电部分，适用于机组容量为5006000kw、出线电压不超过35kV的新建水电站的设计。第1.0.3条 水电站的初步设计，宜在河流(河段或地区)规划和地方电力规划的基础上，根据经审批的设计任务书进行。对上、下游有影响的河段的开发，应征求相邻地区意见。第1.0.4条 水电站设计，必须认真进行调查、研究、勘测和试验工作，以便取得水文、气象、地形、地质、地震、建材及地方工农业和淹没

4、、移民以及其他国民经济综合利用要求等项基本资料和数据。第1.0.5条 水电站设计，除应符合本规范的规定外，尚应符合现行的有关标准和规范的规定。第二章 水文、水利及水能第一节 水文第2.1.1条 水电站设计，应收集流域自然地理特性、气象、水文资料，并应进行整理分析，或进行必要的复查和修正。整理分析的主要内容如下：一、流域和河道特征值；二、实测水文资料中的水尺位置、水尺零点高程、水准基面的变动、水位和流量观测情况、浮标系数的采用、测流断面的冲刷和淤积变化、水位流量关系曲线高、低水部分的延长方法等；三、受水利工程或分洪、决口等因素影响的径流和洪水资料；四、历史洪水、枯水资料。第2.1.2条水电站的水

5、文计算，应根据工程特点和设计要求，提供下列各项成果的全部或部分内容：一、径流 取水口或坝址历年各月(旬、日)平均流量的系列表，年平均流量、时段(旬、日)平均流量频率曲线，指定频率的设计年平均流量及其年内各月(旬、日)平均流量。二、 洪水（包括分期洪水) 设计洪峰流量，不同时段设计洪水量及设计洪水过程线。 三、泥沙悬移质的多年平均年输沙量和月分配，典型年月分配，多年平均颗粒级配曲线。推移 质年输沙量及其最大粒径，河道历年冲淤变化及泥石流情况。 四、水位流量关系曲线设计断面上设计条件下使用的水位流量关系曲线。 五、水质分析成果。六、冰情及其他。第2.1.3条年或时段平均流量频率曲线可采用频率分析法

6、绘制。曲线线型可采用皮尔逊型，其统计参数中的均值应采用计算值，变差系数(Cv)和偏差系数(Cs)应进行计算，但可根据经验点据与频率曲线的配合情况，适当调正确定。经验频率(Pm)可用下式计算Pm=m/(n1)100%式中m经验频率以百分比计(%)； mn项连续系列中按大小排列的序位； n连续序列的总项数。 第2.1.4条设计断面上径流系列较短时，应进行插补延长，使延长后的系列不少于20年。 第2.1.5条设计断面无径流资料时，径流量可采用以下两种或两种以上的推算方法，分析确定： 一、选择径流资料较长、控制集水面积的自然条件相似的水文站作参证站，按面积比 将参证站各种频率径流量换算为设计断面的径流

7、量； 二、根据本流域上、下游水文站的径流资料，用内插法进行推算； 三、参照省、地区水文手册、水文图集资料进行推算；四、参照相似地区的降水量径流关系，用控制集水面积内的平均降水量推求径流量； 五、在工程所在河段设水文观测站进行观测。 第2.1.6条设计典型年的确定，应在实测系列中选择，其年和时段径流量宜接近设计值，且其年内分配宜选择对工程设计较为不利的年份。第2.1.7条采用的设计径流成果，应从以下几方面进行合理性检查： 一、上下游、干支流的水量平衡； 二、径流量与降水量的比较； 三、均值和变差系数(CY)在地区上分布的合理性； 四、径流的年内分配的合理性。 第2.1.8条设计洪水的计算，应符合

8、洪水计算规范的规定。 第2.1.9条多年平均年输沙量的计算，应符合下列要求： 一、当工程所在地的测站悬移质系列较长时，可采用算术平均值； 二、当工程所在地的测站悬移质系列较短时，可按本站水量与输沙量关系或本站与相似流域年(月)输沙量关系插补延长后进行计算；三、当工程所在地无实测悬移质资料时，可用水电站所在地区的输沙量模数(侵蚀模数)图查算，或参照已建水库的淤积量估算。第2.1.10条 悬移质泥沙的多年平均颗粒级配的确定，应符合下列要求：一、当资料较多时(如5年以上，且其中至少一年为丰水年)，可采用其历年的算术平均值；二、当资料较少(如5年以下) 或无资料时，可参照邻近相似流域资料确定。条件允许

9、时，宜通过实测进行检验。第2.1.11条 推移质输沙量可通过调查或采用其他计算方法确定。第2.1.12条 水位流量关系曲线的绘制，应符合下列要求：一、有实测资料时，应综合分析实测的成果绘制。二、无实测资料时，可参照历史洪水、枯水流量调查成果或用水力学公式计算绘制。计算中应根据该河道特性选择糙率。三、设计断面有水位资料，上、下游水文站也有水位流量资料，且其区间集水面积不大(例如10%)时，可通过水位相关法绘制。四、缺乏实测资料且有条件实测时，应进行实测确定。在绘制水位流量关系曲线时，应考虑回水顶托、弯道水流和河道冲刷淤积等的影响。 第二节 水利及水能 第2.2.1条水电站的技术经济分析，一般可采

10、用动态的投资回收年限法。投资回收年限宜定为15年。第2.2.2条兼有发电和灌溉任务等综合利用的水利枢纽，其取水方式和水量分配应根据任务主次、灌区分布、电站规模等因素确定。第2.2.3条径流调节和水能计算，应符合下列要求：一、对多年调节水库，应采用长系列(或代表段)，按月平均流量进行计算；二、对年调节水库，应采用设计年的月(旬)平均流量进行计算；三、无调节或日调节电站，应采用日(时) 平均流量进行计算；四、对年调节或无调节的水库，其计算年份，可选择丰水、平水、枯水三个代表年进行计算。第2.2.4条径流调节和水能计算成果，应绘制成下列曲线：一、调节流量过程线(有灌溉或其他通航过木等任务时，应反映流

11、量的年内分配)及历时曲线； 二、水头过程线及水头保证率曲线；三、出力过程线及出力保证率曲线；四、出力与发电量关系曲线及装机容量年利用小时关系曲线。第2.2.5条水电站上下游已有或经批准即将兴建调节水库时，其径流调节和水能计算，应考虑上下游的调节作用和补偿调节要求。第2.2.6条梯级水电站应研究各梯级间相互影响的因素，按获得梯级最大综合利用效益的原则，确定其特征值。第2.2.7条水电站跨流域引水时，应分析外流域和本流域的经济效益，阐明引水的合理性。第2.2.8条水电站水库的正常蓄水位及死水位，应根据地形、地质、水力资源条件、水库淹没损失、近期与远景用水、用电要求等，拟定若干方案，通过技术经济比较

12、和分析论证确定。第2.2.9条水电站为小型，但水库或水利枢纽属大、中型工程时，除小水电站本身外，其他设计必须遵守有关大、中型工程标准规范的规定。第2.2.10条泄洪建筑物的规模，应结合枢纽总体布置，通过洪水调节计算及技术经济比较确定。第2.2.11条水库的洪水调节可采用静库容计算。当水库下游有防洪要求时，应根据水库规模，研究洪水调度规则及安全泄量等，如水库的防洪库容较大，可根据洪水特性，重复利用一部分库容兴利的可能性。第2.2.12条水电站位于已建工程下游时，应根据水电站规模，上游工程的防洪能力，统一考虑洪水的调度规则，确定本枢纽的防洪特征水位。当水电站位于已建工程上游时，应根据本水电站的要求

13、确定防洪特征水位，并应考虑对下游工程的影响。第2.2.13条在多沙河流上修建水电站，其引水建筑物的进水口和枢纽布置，应采取减缓水库泥沙淤积的措施。第2.2.14条水库的回水曲线，应按规定频率的设计洪峰流量及相应的坝前水位和坝前最高水位时的相应泄量两种情况分别进行计算，取其外包线确定。并应根据计算河段的特性选择糙率。回水影响较大，河段较复杂，应适当加测河道横断面，提高计算精度。回水影响较小时，计算可简化。对多沙河流推算回水曲线时，应考虑泥沙淤积的影响。第2.2.15条对灌溉、发电结合的工程，应合理进行水量分配，制定调度运用计划。第三节 装机容量和机组台数第2.3.1条水电站设计水平年可采用第一台

14、机组投入运行后的第五年，并宜与国民经济和社会发展五年计划年份相一致。设计水平年的负荷水平，可有一个变化范围。第2.3.2条水电站的设计保证率可用历时保证率表示；其值应根据水电站装机容量占当地电力系统总容量的比重，按表2.1选择。表2.1 水电站设计保证率水电站装机容量占当地电力系统总容量的比重(%) 15以下 1530 30以上 水电站设计保证率(%) 7580 085 590 注：以灌溉为主的水库或仅供农业排灌用的水电站，其设计保证率可根据排灌要求、水文特性等确定。第2.3.3条水电站的装机容量、工作容量及备用容量，可通过电力电量平衡、经技术经济比较和综合分析确定。第2.3.4条调节性能较好

15、的水电站，可设置负荷备用容量和事故或检修备用容量；调节性能较差的水电站，可设置重复容量，但应是经济合理的。第2.3.5条水电站装机容量占当地电力系统总容量的比重较小，且受资料条件限制时，可采用保证出力倍数和年利用小时数等简化方法，选择水电站的装机容量：一、无调节或日调节水电站的装机容量，可按保证出力的1.52.O倍或年利用小时不低于5000h确定；二、调节性能较好的水电站的装机容量，可按保证出力的2.O5.O倍或年利用小时不低于3000h确定。第2.3.6条低水头水电站装机容量的选择，应考虑洪水期水头减小，出力降低的影响。梯级电站，应考虑下一梯级的回水对上一梯级尾水位的影响。渠道电站，应考虑上

16、游用水渠道水位消落的影响。第2.3.7条灌溉期结合灌溉用水发电的水电站，其装机容量应根据灌溉设计流量确定。第2.3.8条水电站的机组台数不宜少于2台或多于4台。第四节 水库淹没处理第2.4.1条水库的淹没处理，应符合下列规定：一、土地的赔偿或防护按25年一遇洪水的回水高程计算；二、人口、房屋的外迁或后靠，按 1020年一遇洪水的回水高程计算。 第2.4.2条多年和年调节水库可根据利用其周边土地的可能性，确定其利用范围，但不得围堤耕种和减少调节库容。第三章 工程总体布置及水工建筑物第一节 一般规定第3.1.1条水电站枢纽工程总体布置及水工建筑物设计，根据工程的具体情况，应具备下列基本资料：一、地

17、形图测图项目及其比例尺宜符合表3.1的规定。表3.1 测图项目及比例尺序号 测图项目 比例尺 1 库区l：100001：25000 2 坝段1：1000l：2000 3 坝(闸)址、渠道、溢洪道1：2001：1000 4 隧洞、涵闸进出口、调压井、厂房等1：2001：1000 5 天然料场、施工场地l：10001：5000 6 地质测图与地质图要求相同 注：库区地形复杂时，比例尺可选用1：20001：10000。二、工程地质勘察报告和图纸。其内容深度应符合工程地质勘察规范的规定。三、气象、水文资料及有关水利、水能计算成果。四、施工条件调查资料。五、水力机械、电气及金属结构方面的资料。六、水资源

18、综合利用方面的资料。第3.1.2条水电站的工作水头，可分为低水头、中水头和高水头三级。低水头为30m以下，中水头为30100m，高水头为100m以上。第3.1.3条水电站的坝址、厂址宜在河流规划的基础上，根据下列条件，通过技术经济比较确定：一、地形、地质条件；二、枢纽布置；三、施工条件；四、水流条件；五、运行管理和送电条件；六、人口及房屋迁移和农田淹没损失。第3.1.4条枢纽的总体布置应满足综合利用的要求，并应符合下列规定：一、当为混凝土坝后式厂房时，在溢流水面宽度、进厂交通和基础深度等条件可能的情况下，电站厂房宜布置在靠近坝的下游侧；二、当有通航船闸的枢纽中，厂房宜布置在与船闸相对的溢洪道一

19、侧；三、当坝下游河床落差较大时，厂房是否布置在远离大坝的下游，应进行经济比较后确定；四、在低水头枢纽里，厂房下部结构可以全部或部分与进水口结构结合。中水头电站厂房，厂房下部结构和上游墙，宜和坝脚分缝。第3.1.5条引水式水电站的首部枢纽，可采用无坝或低坝引水。在弯曲河段上，其进水闸宜设置在凹岸，稍偏下游。第3.1.6条河床式水电站的厂房位置应选择在河床稳定，河槽顺直的河段上，应使厂房进水口处的水流平顺和不应有泥沙淤积。第3.1.7条渠道上的水电站，宜与跌水或陡坡建筑物联建。当电站与落差建筑物分建时，其引水渠及尾水渠与渠道的衔接，应使水流流态稳定。当渠道流量不变而分多级设站时，宜选择等水头多级电

20、站。第3.1.8条挡水建筑物为土石坝时，引水管道宜采用隧洞或岸边压力管道引水，水电站厂房宜布置在岸边或地下。挡水建筑物为混凝土、浆砌石重力坝时，引水管道可埋设在坝体内。第3.1.9条水电站所在河流的漂浮物较多时，其引水泄水建筑物的进水口附近，应设置拦污排，并应设置排污和清污措施。第二节挡水建筑物 第3.2.1条挡水建筑物的型式，应根据坝高，坝(闸)址的地形、地质、建筑材料、工条件、工期等因素，通过技术经济比较确定。第3.2.2条挡水建筑物的建筑材料的选择，其质量指标应符合建筑物的稳定、强度、防渗和抗冲等要求：一、当采用土石坝时，土石料的抗剪强度、可塑性、渗透性、压实性、抗水性、填筑标准、有机质

21、和水溶盐含量等应符合有关设计规范的规定；二、当采用砌石坝时，石料和胶结材料的强度和规格，应保证满足设计要求；三、当采用混凝土坝时，混凝土的强度、抗渗、抗冻、抗裂、抗冲刷、抗浸蚀和热学等性能，应符合混凝土坝设计规范的规定。第3.2.3条岩石地基上挡水建筑物的地基处理和岸坡连接方式的设计，根据地质条件，上部结构和施工条件等因素，应能满足强度、抗滑稳定、渗透稳定和减少不均匀沉陷等要求。第3.2.4条非岩石地基上挡水建筑物的地基设计，应满足强度、防渗和排水方面的要求。第三节泄水建筑物第3.3.1条水电站枢纽必须设置泄洪建筑物。放水孔的布置应根据灌溉、排沙、检修或其他特殊要求确定。第3.3.2条泄洪建筑

22、物的型式、尺寸及高程，应根据坝型、泄量、防洪特征水位、地形地质条件等，通过技术经济比较确定。第3.3.3条泄洪建筑物的设计，应符合下列要求：一、土石坝宜采用开敞式岸边溢洪道；二、混凝土坝、砌石坝宜采用坝顶溢流；三、河床式水电站可采用泄洪闸。第3.3.4条泄洪建筑物泄放设计洪水时，应保证挡水建筑物及其他主要建筑物的安全，并应考虑下游河道的防洪要求。泄放校核洪水时，应保证挡水建筑物的安全。第3.3.5条泄洪建筑物的下游，应设置消能和防护设施，消能方式应通过技术经济比较确定。第3.3.6条泄洪建筑物的泄洪能力，消能设计及高速水流区弯道流态等均应通过水力计算确定，并宜经水工模型试验校验。第3.3.7条

23、开敞式岸边溢洪道的布置，应符合下列要求：一、在平面上，其轴线宜直线布置；二、在纵剖面上，进口、陡槽、出口等各段间的水面线衔接应平缓；三、应设置人行交通设施。第3.3.8条开敞式岸边溢洪道宜作衬砌。在地质条件特别良好并远离主要建筑物时，可采用部分衬砌或不衬砌。第3.3.9条泄洪隧洞应通过技术经济比较选择有压流或无压流。土石坝下的泄洪管道应按无压流设计。泄洪隧洞和泄洪的坝下埋管严禁采用有压流和无压流相互交替的工作方式。第四节 引水建筑物 第3.4.1条引水建筑物型式的选择，应根据水电站的开发方式、使用要求、地形地质条件和挡水建筑物的类型，结合枢纽总体布置和施工条件，通过技术经济比较确定。第3.4.

24、2条潜没式和开敞式进水口的设计，均应满足下列要求：一、进水流量应能满足发电及其他用水的要求；二、水流平顺，水头损失小；三、设置闸门或其他节制水流的设施；四、设置拦污设施。严寒地区，还应设置防冰和排冰设施；五、在多沙河流上引水应设置拦沙和冲沙设施；六、施工、运用和检修方便。第3.4.3条潜没式进水口的顶缘应淹没在水库死水位以下，其淹没深度，应按下列公式计算，并应取其最大值。ds=t1.5(1)(V2/2g) (1)ds=t(h/2) (2)dst1 (3)式中ds潜没式进水口的顶缘淹没在水库死水位以下的淹没深度，m；V进水口正常断面处的最大流速，m/s；h进水口的正常断面高度，m；进水口水头损失

25、系数；t冰盖层的厚度或风浪引起的水面下降值，m。进水口的下缘(底坎)应高于该处设计的泥沙淤积高程1.0m。第3.4.4条低坝引水枢纽中的开敞式进水闸的设计，应满足下列要求：一、根据自然条件和引水系数的大小确定最佳引水角度；二、设有防沙和冲沙设施时，进水闸的底坎高程应高于冲沙闸和冲沙廊道进口的底面高程，其高差一般不宜小于1.0m。第3.4.5条引水隧洞的线路选择，应符合下列要求：一、隧洞线路宜顺直。隧洞转弯的弯曲半径，一般不宜小于隧洞直径(或洞高)的5倍。弯曲段的首尾，宜设直线段。二、进、出口应设在山坡稳定、岩石坚硬和土石方开挖量较小处。三、洞线与岩石层层面、构造断裂面和主要节理裂隙面应有较大的

26、夹角，并应避开严重的构造破碎带及地下水丰富地段。第3.4.6条洞顶上复岩体最小厚度，应符合下列要求：一、无压隧洞，不宜小于1.5倍开挖跨度；二、压力隧洞，除上述要求外，且不宜小于最大水头的0.2倍；三、傍山隧洞其外侧围岩的最小厚度：(一)无压隧洞，不宜小于开挖跨度的3倍；(二)压力隧洞，除上述要求外，且不宜小于最大水头的0.4倍。第3.4.7条引水隧洞的底坡，当采用压力隧洞时，可选用25；当采用无压隧洞时，可选用12，且宜选用单一底坡。第3.4.8条在确定压力引水隧洞的洞顶高程和洞底坡度时，应考虑在最不利条件下(如进水口水位最低而负荷突增)，沿隧洞全线洞顶以上的压力余幅不得小于1.52m。第3

27、.4.9条隧洞的横断面设计应符合下列要求：一、压力隧洞，宜采用圆形断面。一般可采用钢筋混凝土或混凝土衬砌，如条件许可，亦可采用锚喷混凝土或不衬砌，隧洞的最小内径，不宜小于1.8m。隧洞的设计流速，当衬砌材料为混凝土时，一般可采用34m/s。二、无压隧洞，当地质条件许可时，宜采用圆拱直墙式。洞宽不宜小于1.5m，洞高不宜小于1.8m。在恒定流情况下，隧洞横断面水面以上的面积，一般不宜小于横断面积的15%，由水面至洞顶的净高，亦不宜小于0.4m。第3.4.10条挡水坝为土石坝坝后式水电站，宜采用隧洞引水。如因受条件限制，可采用坝下埋管引水；其埋管应采用钢筋混凝土管，并应符合下列要求：一、应使管基坐

28、落在均匀、坚硬的岩石地基上。二、引水管的建筑物级别应与土石坝的建筑物级别相同。三、引水管轴线应垂直于大坝轴线。引水管应合理设置伸缩缝和沉陷缝。分缝长度，一般不宜大于20m。伸缩缝和沉陷缝应有可靠的止水，每条分缝应设置两道止水片。四、在引水管穿过土石坝时，引水管周围坝体的填筑质量，必须满足坝体和坝基渗流稳定的要求。引水管穿过防渗体处，防渗体断面尺寸应适当加大，并应设置截流环。五、闸门应设置在大坝的上游侧，并应与大坝的防渗帷幕和防渗体构成连续的防渗带。第3.4.11条调压井(塔)的位置，宜靠近厂房，多用途的压力引水道，调压井(塔)应设置在分叉后的发电专用水道上。第3.4.12条调压井(塔)的容积应

29、在负荷变化时，水电站仍能满足稳定运行的要求。其井内最高上升水位应按上游为最高运行水位、甩去全负荷的情况下，通过计算确定。此时压力引水道内的糙率，应采用最小值。调压井(塔)内最低水位，应按上游为最低运行水位，负荷由50%突增至100%的情况下通过计算确定。此时压力引水道内的糙率，应取最大值。第3.4.13条动力渠道线路的选择和布置，应符合下列要求：一、宜避开地质构造复杂、渗透性大和有崩滑、塌陷可能的地段。渠身宜坐落在挖方地基上，并应尽量少占耕地。在山区，部分线段也可采用隧洞或其他通水线路。二、渠道线路宜顺直。如需转弯，在平坦地区，渠道线路的弯曲半径不宜小于渠道正常水面宽的5倍。在山区应避免急弯。

30、严寒地区，渠道线路宜沿阳坡布置。三、应合理选定渠道上建筑物的位置和型式。第3.4.14条动力渠道的纵坡和横断面，应根据地形、地质和水力条件，通过经济分析合理确定。渠顶超高，应符合表3.2的规定。严寒地区冬季仍运行的渠道，其超高值宜适当加大。当渠堤或渠墙的顶宽无通车要求时，土渠一般宜采用1.02.5m；砖石砌的渠墙一般为0.50.7m。地形险峻的渠段，宜适当加宽。表3.2 渠顶超高最大流量(m3/s) 50 5010 10 超高(m) 1.0以上 1.00.6 0.4 注：渠道内的水位按最大流量时最高涌浪水位计算。第3.4.15条动力渠道的防渗设计，一般可采用衬砌或护面。严寒地区，对渠身还应采取防冻胀措施。第3.4.16条动力渠道的水流流速，宜限制在不冲、不淤的流速范围内，土渠宜采用0.60.9m/s，衬砌渠道及输冰运行的渠道宜采用1.21.5m/s。第3.4.17条动力渠道的防护设施，宜根据具体情况，设置泄水、节制、排沙和排冰等设施。在严寒地区，可利用低洼地设置排浮冰的蓄冰池。第3.4.18条前池的位置，应结合压力水道的线路和厂房的位置，选择在地基坚实稳定、透水性小的地段，并宜靠近厂房。第3.4.19条前池应有一定容积和水深，应能在电站负荷变化时，使前池的水位波动最小并应满足沉沙的要求。前池的