(一)前池中特征水位的设计

(1)正常水位▽正常的确定　▽正常可近似采用当引水渠道为设计流量时的渠末正常水位▽渠末正常,即

(2)前池▽最高水位的确定　一般认为,自动调节渠道前池最高水位与渠道设计流量最高水位高程齐平或按水电站丢弃全部负荷时产生的最大涌波高程考虑。非自动调节渠道的前池最高水位则为溢流堰顶加堰上最高溢流水深h堰,由于堰顶高程通常应按前池的正常水位加上3～5cm考虑,故

溢流堰下泄流量常取水电站的最大引用流量。

(3)前池中的最低水位▽最低的确定　▽最低应根据以下两种情况确定。

①当枯水期渠道来水量为电站最小引用流量时,其渠末水位为前池最低水位,即

式中,▽渠末底为渠末底部高程;h渠末为最小引用流量时的渠末水深。

②发生在水轮机突然增加负荷、池中水位突然最大下降的前池水位。此时应根据运行可能出现的最不利情况进行计算,例如其他机组满发而最后一台机组突然带上满负荷,若非恒定流的落波计算值为波,而增加负荷前的前池中的水位为起始,则前池中的最低水位为

落波的波高一般可按以下近似公式计算,即

式中,c为落波沿渠道的传播速度,m/s;A为流量变化前渠道过水断面的面积,m2;ξ波为落波高,m;v0为流量变化前渠道中的流速,m/s;ΔQ为由于负荷增加而相应增加的流量,m3/s;B1为落波高度一半处渠道过水断面的水面宽度,m;g为重力加速度(g=9.81m2/s)。若B代表流量变化前的过水断面宽度、a坡代表渠道的边坡系数,则有

由上述几个公式可以看出,落波ξ波的计算是一个试算过程,先假定一个ξ波,由式(3-6)和式(3-7)求出B1和c,再求出ξ,若计算值ξ和ξ波相一致,即为所求的ξ波,否则再重新计算。

(4)进水室中的正常水位▽进的确定　▽进为前室正常水位减去局部水头损失,即

式中,Δh进、Δh门槽、Δh栏分别为水流经进水室、闸门槽及拦污栅时的水头损失。

(5)进水室的最低水位▽进最低的确定　▽进最低即为压力水管进口处的最低水位,即

式中,各符号的单位及含义同前。

(二)前池尺寸的拟定

(1)前室边墙高程▽墙顶的确定　对自动调节渠道其前池边墙的高程与进水口顶部的高程相同,对非自动调节渠道其池身边墙的高程▽墙顶顶应保证水流不漫顶并有适当的安全超高δ。

式中,δ的值一般可取0.5m(前池面积较小时可取略小于0.5m的数值)。

(2)宽度B的确定　B应与进水室前沿的总宽度Bk相等。(www.daowen.com)

(3)前室入口部分的深度h的确定　H应为渠道末端底部至边墙顶部的高度。

(4)前室末端的深度H的确定　前室末端的深度H为

式中,h拦沙为拦沙坝的高度,可取0.5～1.0m。

(5)前室的长度L的确定　为保证渠道在平面上和前室最大宽度相连接以及在深度上和池身最大深度相连接,前室长L应为

(6)进水室宽度的确定　一个进水室的宽度bk通常约为压力水管直径D的1.5～1.8倍,则进水室前沿的总宽度Bk为

式中,n为压力水管数目;bk为单个进水室的宽度;d为中间隔墩厚度(浆砌块石隔墩取0.8～1.0m,混凝土隔墩取0.5～0.6m)。

(7)进水室的进口水深hk的确定　hk应使进口流速不超过拦污栅的允许过栅流速V,故

式中,qmax为每个进水室的最大流量;v为进口拦污栅允许过栅的流速(当采用人工清污机时,栅前流速一般不超过0.8～1.0m/s)。

(8)进水室底板高程▽进底的确定　根据hk、▽进底=▽进最底-hk,同时▽进底还应满足不让空气带入压力水管的条件,要求

式中,;vmax为压力水管通过最大引用流量时的流速,m/s;D为压力水管直径,m;α为压力水管中心线与水平面的交角°。

(9)进水管长度L进的确定　进水室长度L进主要决定于拦污栅、工作闸门、通气孔、工作桥启闭机等设备的布置。小型电站一般为3～5m。

(10)前池瞬时容积的校核　前池调节的作用是当发电流量在产生变化的瞬间保证供水的连续性使其不至于中断,故要求前池的瞬时容积V池瞬为

式中,B′为渠道宽度,m;L′为渠道总长,m;Δh′为渠道增加的水深(Δh′=h2-h1);h2、h1分别为渠道中流量发生变化后与变化前的水深(可由曼宁公式计算)。求出V池瞬后即可再推求前池面积,设前池面积为A(m2)且最低水位以上的可调水深为t(m),则

式中,t一般可取1～3m(具体应根据地形、水头等情况确定,在最低水位以下容积起调节作用,只要满足进水条件即可)。

(三)溢流堰的尺寸确定

溢流堰的位置由厂房枢纽整体布置决定,溢流堰的断面形状一般做成流线型。当前池最高水位决定后即可根据堰流公式求出所需溢流堰的长度,即

式中,M为溢流堰流量系数;h堪为堰上水深(一般可取0.4～0.5m)。有时可能需要先决定L再求h堰,从而确定前室的最高水位。