3渠化枢纽.docx
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3渠化枢纽
第三章渠化枢纽
第一节概述
为了综合利用水资源，在渠化工程中，通常需要建造不同的水工建筑物，并把它们有机地组合在一起，以发挥枢纽更高的使用效果，这些建筑物的综合体称为渠化枢纽。
渠化枢纽一般由档水建筑物、泄水建筑物、通航建筑物、水电站、坝岸连接及护岸建筑物组成（图3-1）。
图3-1葛洲坝水利枢纽布置图
渠化枢纽中各建筑物型式，应根据各建筑物的使用要求和枢纽所在河段的地形、地质、水文及泥沙等自然条件和施工条件综合考虑确定。
在枢纽中，各个建筑物相互间位置的确定，即枢纽的布置，在设计中是既重要而又复杂的工作，它直接关系到各个建筑物作用的发挥及工程的投资。
合理的枢纽布置应该根据综合利用水利资源的原则，顺应河势，遵循河床演变规律，体现出枢纽的特点，充分发挥各建筑物的作用，以达到安全可靠、经济合理、使用管理方便、施工容易的目的。
枢纽布置应根据枢纽的任务，进行充分研究以寻求最合理的方案。
因此，这项工作只有对各个水工建筑物的特点、型式、使用及施工要求等有了全面而深入的了解后，才能拟定正确的方案。
对于大型的渠化枢纽一般都要进行枢纽总体模型试验，来确定枢纽的布置。
第二节挡水建筑物和泄水建筑物
挡水建筑物的作用是拦截江河，抬高上游水位。
如各种材料和类型的坝，各种用途和结构形式的水闸等。
一般来说，任何一个水库的库容都有一定的限度，不能将全部洪水拦蓄在水库内。
泄水建筑物的作用就在于把超过水库调蓄能力的洪水泄放到下游，限制库水位不超过规定的高程，以确保大坝及其它挡水建筑物的安全。
一、重力坝
重力坝是用混凝土或石料等材料修筑、主要依靠坝体自重保持稳定的坝。
重力坝按其结构型式，可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝；按是否溢流，可分为溢流重力坝和非溢流重力坝；按筑坝材料，可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
重力坝在水压力及其它荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。
重力坝之所以得到广泛采用，是因其具有以下几方面的优点：
（1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠。
重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确。
稳定和应力汁算都比较简单。
重力坝剖面尺寸大。
坝内应力较低，而筑坝材料强度高，耐久性好，因而抵抗洪水漫顶、渗流、地震和战争破坏的能力都比较强。
据统计，在各种坝型中，重力坝的失事率是较低的。
（2）对地形、地质条件适应性强。
任何形状的河谷都可以修建重力坝，因为坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较拱坝低，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力坝。
（3）枢纽泄洪问题容易解决。
重力坝可以做成溢流的，也可以在坝身不同高度设置泄水孔，一般不需另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。
（4）便于施工导流。
在施工期可以利用坝体导流，一般不需要另设导流隧洞。
（5）施工方便。
大体积混凝土可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑方面都比较简单，并且补强、修复、维护或扩建也比较方便。
与此同时。
重力坝也存在以下一些缺点：
（1）坝体剖面尺寸大，材料用量多。
（2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。
（3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力大，对稳定不利。
（4）坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩应力。
因此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。
二、拱坝
拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。
坝体结构既有拱作用又有梁作用，其承受的荷载一部分通过拱的作用压向两岸，另一部分通过竖直粱的作用传到坝底基岩，如图3-2所示。
与其它坝型相比，拱坝具有如下一些特点：
图3-2拱坝结构及荷载分布示意图
1-拱结构2-梁结构
（1）稳定特点。
坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用，不像重力坝那样依靠自重来维持稳定。
因此拱坝对坝址的地形、地质条件要求较高，对地基处理的要求也较严格。
（2）结构特点。
拱坝属于高次超静定结构，超载能力强，安全度高，当外荷载增大或坝的某一部位发生局部开裂时，坝体的拱和梁作用将会自行调整，使坝体应力重新分配。
另外，由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，拱内弯矩较小，应力分布较为均匀，有利于发挥材料的强度，拱的作用利用得愈充分，混凝土或砌石材料抗压强度高的特点就愈能充分发挥，从而坝体厚度可以减薄，节省工程量。
拱坝的体积比同一高度的重力坝大约可节省1/3～2/3，从经济意义上讲，拱坝是—种很优越的坝型。
（3）荷载特点。
拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著，设计时，必须考虑基岩变形，并将温度作用作为一项主要荷载。
（4）由于拱坝剖面较薄，坝体几何形状复杂，因此，对于施工质量、筑坝材料强度和防渗要求等都较重力坝严格。
三、土石坝
土石坝是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝，是历史最为悠久的一种坝型，是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：
（1）可以就地取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。
由于土石坝设计和施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，几乎任何土石料均可筑坝。
（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。
除极少数外，几乎任何不良地基，经处理后均可修建土石坝，特别是在气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震区的情况下，土石坝往往是唯一可取的坝型。
（3）大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的压实密度，减小了土石坝的断面，加快了施工进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。
（4）由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设汁和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起到了重要的促进作用。
四、水闸
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水上建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。
关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足上游引水和通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙或根据下游用水需要调节流量。
水闸在水利工程中的应用十分广泛。
水闸按其所承担的任务，可分为6种，如图3-3所示。
（1）节制闸。
拦河或在渠道上建造，用于拦洪、调节水位以满足上游引水或航运的需要，控制下泄流量，保证下游河道安全或根据下游用水需要调节放水流量。
位干河道上的节制闸也称为拦河闸。
（2）进水闸。
建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。
进水闸又称为取水闸或渠首闸。
（3）分洪闸。
常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入分洪区（蓄洪区或滞洪区）或分洪道。
图3-3水闸分类示意图
（4）排水闸。
常建于江河沿岸，用来排除内河或低洼地对农作物有害的渍水。
当外河水位上涨时，可以关闸，防止外水倒灌。
当洼地有蓄水、灌溉要求时，可以关门蓄水或从江河引水，具有双向挡水，有时还有双向过流的特点。
（5）挡潮闸。
建在入海河口附近，涨潮时关闸，防止海水倒灌；退潮时开闸泄水，具有双向挡水的特点。
（6）冲沙闸（排沙闸）。
建在多沙河流上，用于排除进水闸、节制闸前或渠系中沉积的泥沙，减少引水水流的含沙量，防止渠道和闸前河道淤积。
冲沙闸常建在进水闸一侧的河道上，与节制闸并排布置或设在引水渠内的进水闸旁。
此外还有为排除冰块、漂浮物等而设置的排冰闸、排污闸等。
水闸按闸室结构型式可分为开敞式、胸墙式及涵洞式等，见图3-4。
对有泄洪、过木、排冰或其它漂浮物要求的水闸，如节制闸、分洪闸，大都采用开敞式。
胸墙式一般用于上游水位变幅较大、水闸净宽又为低水位过闸流量所控制，在高水位时尚需用闸门控制流量的水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种型式。
涵洞式多用于穿堤取水或排水。
图3-4水闸闸室结构型式
（a）、（c）开敞式（b）胸墙式（d）涵洞式
第三节通航建筑物
为帮助船舶（队）克服渠化工程上下游集中水位落差，顺利通过河道上的闸、坝，必须修建通航建筑物。
通航建筑物主要有船闸和升船机两大类。
船闸是利用水力将船舶（队）浮送过坝，能力大，应用最广；升船机是利用机械力将船舶升送过坝，耗水量少，一次提升高。
本节侧重介绍船闸。
一、船闸
1．船闸的组成
船闸由闸室、闸首输水系统和引航道等几个基本部分组成。
1）闸室
闸室是介于船闸上、下闸首及两侧边墙间供过坝（闸）船舶（队）临时停泊的场所。
闸室由闸墙及闸底板构成，并以闸首内的闸门与上、下游引航道隔开。
闸墙和闸底板可以是浆砌石、混凝土或钢筋混凝土的，两者可以是连在一起的整体式结构，也可以是不连在一起的分离式结构。
为了保证闸室充水或泄水时船舶（队）的稳定。
在闸墙上设有系船柱和系船环。
2）闸首
闸首的作用是将闸室与上、下游引航道隔开，使闸室内维持上游或下游水位，以便船舶（队）通过。
位于上游端的称为上闸首，位于下游端的称为下闸首。
在闸首内设有工作闸门（用来封闭闸首口门，将闸室与上、下游引航道隔开）、检修闸门、输水系统（专供闸室灌、泄水用，如输水廊道等）、阀门及启闭机系统。
此外，在闸首内还设有交通桥及其它辅助设备。
闸首由钢筋混凝土、混凝土或浆砌石做成，边墩和底板通常做成整体式结构。
3）输水系统
输水系统是供闸室灌水和泄水的设备，使闸室内的水位能上升或下降至与上游或下游水位平齐。
设计输水系统的基本要求是：
灌、泄水时间应尽量缩短；船舶（队）在闸室和上、下游引航道内有良好的泊稳条件；船闸各部位在输水过程中不产生冲刷、空蚀和振动等造成的破坏。
输水系统分为集中（闸首）输水系统和分散输水系统两大类型。
集中输水系统布置在闸首及靠近闸首的闸室范围内，利用短廊道输水，或直接利用闸门输水；分散输水系统的纵向廊道沿闸室分布于闸墙内或底板内，并经许多支廊道向闸室输水。
4）引航道
引航道是连接船闸闸首与主航道的一段航道，设有导航及靠船建筑。
其作用是保证船舶（队）顺利地进、出船闸。
并为等待过闸的船舶（队）提供临时的停泊场所。
与上闸首相接的称为上游引航道，与下闸首相接的称为下游引航道。
2．过闸原理
船舶（队）过闸的原理，如图3-5所示。
当上行船舶（队）要通过船闸时，首先由下游输水设备将闸室的水位泄放到与下游水位齐平，然后开启下闸首闸门，船舶（队）驶入闸室，随即关闭下闸首闸门，由上游输水设备向闸室充水，待水面与上游水位齐平后，开启上闸首闸门，船舶（队）驶离闸室。
此时，若在上游有船舶（队）等待过闸，则待上行船舶（队）驶出闸室后，即可驶入闸室，然后关闭上闸首闸门，由下游输水设备向下游泄水，待闸室水位与下游水位齐平后，开启下闸首闸门，船舶（队）即可驶出闸室进入下游引航道。
这就是船舶（队）过闸的全过程。
图3-5船舶过闸示意图
1-上闸门2-下闸门3-帷墙
3．船闸的类型
1）按船闸的级数分类
（1）单级船闸。
只有一级闸室的船闸称为单级船闸。
这种型式船闸的过闸时间短、船舶（队）周转快、通过能力较大、建筑物及设备集中、管理方便。
当水头不超过15～20m（在基岩上不超过30m）时，宜采用这种型式。
（2）多级船闸。
当水头较高时，若仍采用单级船闸，不仅过闸用水量大，灌、泄水时进入闸室或引航道的水流流速较高，对船舶（队）停泊及输水系统的工作条件不利，而且还将使闸室及闸门的结构复杂化。
为此，可沿船闸轴线将水头分为若干级，建造多级船闸。
图3-6是我国三峡水利枢纽双线五级船闸总体布置示意图，上下游总水头高达113m，是世界上规模最大和水头最高的船闸。
当前世界上级数最多的船闸是俄罗斯的卡马船闸，共六级。
图3-6三峡工程双线五级船闸布置图
2）按船闸的线数分类
（1）单线船闸。
在一个枢纽内只有一条通航线路的船闸称为单线船闸，实际工程中大多采用这种型式。
（2）多线船闸。
在一个枢纽内建有两条或两条以上通航线路的船闸称为多线船闸。
船闸的线数取决于货运量和船闸的通过能力，当货运量较大而单线船闸的通过能力无法满足要求，或船闸所处河段的航运对国民经济具有特殊重要的意义，不允许因船闸检修而停航时，需要修建多线船闸。
我国三峡和葛洲坝水利枢纽分别采用的是双线和三线船闸。
三峡工程双线五级船闸的单级闸室尺寸为280m×34m×5m（最小水深），年单向通过能力为5000万t，一次通过时间约为2小时40分。
3）按闸室的型式分类
（1）广厢船闸。
通过以小型船舶（队）为主的小型船闸。
可采用如图3-7所示的广厢船闸。
其特点是：
闸首口门的宽度小于闸室宽度，闸门尺寸缩窄，可降低造价；但船舶（队）进出闸室需要横向移动，使操作复杂化，延长过闸时间。
图3-7广箱船闸平面示意图
（2）具有中间闸首的船闸。
当过闸船舶（队）不均一，为了节省单船过闸时的用水量及过闸时间，有时在上、下闸首之间增设一个中间闸首，将闸室分为前后两部分。
当通过单船时，只用前闸室（用上、中闸首），而将下闸首的闸门打开，这时，后闸室就成为下游引航道的一部分；当通过船队时，不用中闸首，将前后两个闸室作为一个闸室使用。
这样既可节省过闸用水量，又可减少过闸时间，如图3-8所示。
图3-8具有中间闸首的船闸
1-中间闸首2-上闸首3-下闸首4-前闸室5-后闸室
（3）井式船闸。
当水头较高，且地基良好时，为减小于游闸门的高度，可选用井式船闸。
如图3-9所示，在下闸首建胸墙，胸墙下留有过闸船舶（队）所必须的通航净空，采用平面提升式闸门。
当前世界上水头最大的单级船闸—一俄罗斯的乌斯季卡缅诺戈尔斯克船闸就是采用的井式船闸，水头达42m。
图3-9井式船闸纵剖面示意图
1-闸室2-胸墙3-平面闸门4-人字门
二升船机
1．组成
升船机由以下几个主要部分组成：
（1）承船厢。
用于装载船舶，其上、下游端部均设有厢门。
（2）垂直支架或斜坡道。
前者用于垂直升船机的支撑并起导向作用船机的运行轨道。
（3）闸首。
用于衔接承船厢与上、下游引航道，闸首内设有工作闸门和拉紧（将承船厢与闸首锁紧）、密封等装置。
（4）机械传动机构。
用于驱动承船厢升降和启闭承船厢的厢门。
（5）事故装置。
当发生事故时。
用于制动并固定承船厢。
（6）电气控制系统。
用于操纵升船机的运行。
2．工作原理
船舶通过升船机的程序与其通过船闸的程序基本相同。
当船舶驶向上游时，先将承船厢停靠在厢内水位与下游水位齐平的位置上，操纵承船厢与闸首间的拉紧、密封装置和充灌缝隙水，开启下闸首的工作闸门及承船厢下游端的厢门，船舶驶入承船厢。
然后将下闸首的工作闸门和承船厢下游端的厢门关闭，泄去缝隙水，松开拉紧和密封装置，将承船厢提升至厢内水位与上游水位齐平的位置，待完成承船厢与上闸首之间的拉紧、密封和充灌缝隙水等操作后，开启上闸首的工作闸门和承船厢上游端的厢门，船舶即可驶入上游。
船舶自上游驶向下游，按上述程序反向进行，见图3-10。
图3-10斜面升船机示意图
1-船舶2-轨道3-承船厢4-上闸首5-下闸首
3．类型
按承船厢载运船舶的方式可分为湿运和干运。
湿运，船舶浮在充水的承船厢内运送；干运，船舶搁置在无水的承船厢承台上。
干运时船舶易受碰损，很少采用。
按承船厢的运行路线可分为垂直升船机和斜面升船机两大类。
1）垂直升船机
垂直升船机有提升式、平衡重式和浮筒式等。
（1）提升式升船机[图3-11（a）]。
类似于桥式起重机，船舶进入承船厢后，用起重机提升过坝。
由于提升动力大，只适用于提升中、小型船舶我国丹江口水利枢纽的升船机即属于此种类型，最大提升力为450t，提升高度为83.5m。
（2）平衡重式升船机[图3-11（b）]。
利用平衡重来平衡承船厢的重量。
运行原理与电梯相似。
其优点是：
过坝历时短，通过能力大，运行安全可靠。
耗电量小。
缺点是：
工程技术复杂，钢材用量多。
目前世界上最大的平衡重式升船机是待建的三峡工程升船机，最大垂直行程113m，承船厢尺寸为120m
l8m
3.5m（水深），可通过3000t级的客货轮，通过时间约为40min，提升总重量为118OOt。
（3）浮筒式升船机[图3-11（c）]。
将金属浮筒浸在充满水的竖井中，利用浮筒的浮力来平衡升船机活动部分的重量，电动机仅用来克服运动系统的阻力和惯性力。
这种升船机工作可靠，支撑平衡系统简单，但提升高度不能太大，且浮筒井及一部分设备经常处于水下，不便于检修。
目前世界上最大的浮筒式升船机是德国的新亨利兴堡升船机，提升高度14.5m，承船厢尺寸90m
l2m，厢内水深3.Om，载船吨位1350t。
图3-11垂直升船机示意图
2）斜面升船机
斜面升船机是将船舶置于承船厢内，沿着铺在斜面上的轨道升降，运送船舶过坝。
斜面升船机由承船厢、斜坡轨道及卷扬机设备等部分组成，见图3-9。
俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克斜面升船机是目前世界上运载量最大（2000t）、提升高度最大（118m）的斜面升船机，我国已建成最大提升高度为80.0m的湖南柘溪水电站的斜面升船机。
第四节水电站
水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体。
其中为了实现水力发电，用来控制水流的建筑物称为水电站建筑物。
本节主要讨论水力发电的基本原理、主要建筑物的作用和布置。
一、水力发电的基本原理
水能是河川径流所具有的天然资源，是能源的重要组成部分。
在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载能水”输送到水轮机中，使水能转换为旋转机械能，带动发电机发电，由输电线路送往用户。
这种利用水能资源发电的方式称为水力发电。
如图3-12所示，在水库中的水具有较大的位能，当水体通过隧洞、压力管道经安装在水电站厂房内的水轮机时，水流带动水轮机转轮旋转，水能转变为旋转机械能；水轮机转轮带动发电机转子旋转切割磁力线，在发电机的定子绕组上产生了感应电势，当发电机与电力系统接通时，就可供电，旋转机械能转变为电能。
图3-12水电站示意图
1-水库2-进水建筑物3-隧洞4-调压室5-压力管道6-发电机7-水轮机8-蝶阀
二、水电站的基本类型
水电站的分类方式较多。
按水库的调节能力分为无调节（径流式）、有调节（日调节、月调节、年调节和多年调节）水电站；按集中水头的方式可分为坝式、引水式和混合式水电站。
按水电站的组成建筑物及特征，可将水电站分为坝式、河床式和引水式3种基本类型。
1．坝式水电站
在河流峡谷处拦河筑坝，坝前壅水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发：
在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。
其特点为：
（1）坝式水电站的水头取决于坝高。
坝越高，水电站的水头越大。
但坝高往往受地形、地质、水库淹没、工程投资、技术水平等条件的限制，因此与其它开发方式相比，坝式水电站的水头相对较小，目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
（2）由于筑坝上游形成的水库，可以用来调节流量，故坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
目前世界上装机容量超过2000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
（3）由于工程规模大，水库造成的淹没范围大，迁移人口多，因此坝式水电站的投资大，工期长。
坝式开发适用于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。
当水头较大时，厂房难于独立承受上游水压力，因此将厂房移到坝后，由大坝挡水。
坝后式水电站一般修建在河流的中上游。
采用混凝土坝后式厂房时，通常将厂房和坝用永久缝分开，厂、坝分别受力。
但在下游洪水位很高，厂房稳定不易保证或挡水坝需要厂房共同承受坝荷载时，厂、坝可全部或部分连接在一起。
2．河床式水电站
当水头不大时，水电站厂房和挡水坝并排建在河床中，厂房本身承受上游水压力，成为挡水建筑物的一部分，厂房高度取决于水头的高低。
河床式水电站一般修建在河道中、下游河道纵坡平缓的河段上，引用流量大，水头较低，一般小于30-40m。
我国的葛洲坝、富春江、西津等水电站均为河床式水电站。
3．引水式水电站
在河流坡降陡的河段上筑一低坝（或无坝）取水，通过人工修建的引水道（渠道、隧洞、管道）引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。
用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。
与坝式水电站相比，引水式水电站的水头相对较高，目前最大水头已达2000m以上；引水电站的引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差，电站规模相对较小。
因引水式水电站库容很小，基本无水库淹没损失，故工程量较小，单位造价较低。
引水式开发适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。
根据引水道的性质可分为有压引水式和无压引水式水电站。
（1）无压引水式水电站
无压引水电站的主要建筑物有低坝、无压进水口、沉沙池、引水渠（无压隧洞）、日调节池、压力前池、溢水道、压力水管、厂房及尾水渠。
（2）有压引水式水电站
有压引水电站的主要建筑物有低坝、有压进水口、有压引水隧洞、调压室、压力水管、厂房及尾水渠。
在一个河段上，同时采用高坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。
这种开发方式的水电站称为混合式水电站。
如安徽省的毛尖山水电站，用坝集中水头，压力隧洞集中120m，总水头138m。
三、水电站出力及发电量计算
如图3-12所示，水电站上下游水位落差，称为水电站静水头。
设水电站在某时刻的静水头为H0，在时间t内有体积为V的水体经水轮机排人下游。
若不考虑进出口水流动能变化和能量损失，则体积为V的水体在时间t内向水电站供给的能量即是水体所减少的位能。
单位时间内水体向水电站所供给的能量称为水电站的理论出力Nt，水电站出力的单位用kW表示。
则有：
Nt=γVH0／t=γQH0=9.81QH0
式中：
γ--水的重度，γ=9.81kN／m3；
Q——水轮机流量，m3/s；
H0——水电站静水头，可近似取水电站的上下游水位差H0=Z上—Z下，m。
考虑引水道的水头损失和水轮发电机组的效率后，水电站的实际出力N为：
N=9.81Qη（H0-Δh）=9.81ηQH
式中：
H--水轮机的工作水头，m；
η--水轮发电机组总效率。
若令K=9.81η，则上式可写成：
N=KQH
式中K为水电站的出力系数，对于大中型水电站，K值可取为8.0~8.5，对中小型电站，K值可取为6.5-8.O。
水电站的发电量E是指水电站在一定时段内发出的电能总量，单位是kW۰h。
对于较短的时段，如日、月等，发电量E可由该时段内电站平均出力
和该时段的小时数T相乘得出，即：
对于较长的时段，如季、年等，可由此式先计算该季或年内各日（或月）的发电量，然后再相加得出。
四、水电站的组成建筑物
为了控制水流，实现水力发电而修建的一系列水工建筑物，称为水电站建筑物。
水电站枢纽一般由下列建筑物组成。
1．枢纽建筑物
1）挡水建筑物：
用以拦截河流，集中落差，形成水库，如坝、闸等。
2）泄水建筑物：
用以宣泄洪水，供下游用水、放空水库，如溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔等。
3）过坝建筑物：
过船、过木、过鱼等建筑物。
2．发电建筑物
1）进水建筑物：
作用是按水电站要求将水引入进水道，如进水口、进水闸。
2）引水建筑物：
用以集中水头。
输送水流到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道。
包括渠道、隧洞、压力管道、尾水渠等。
3）平水建筑物：
当水电站负荷变化时，用发平稳引水建筑物中流量及压力的变化，如无压引水电站的压力前池和有压引水电站调压室。
4）水电站厂房枢纽：
包括安装水轮发电机组及控制、辅助设备的主厂房和副厂房。
安装变压器的变压器
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