講義水利水電工程水工建筑物講義 圖文并茂

水工建筑物第一章總論我國的水資源：

河流總43萬km，流域面積在1000km2以上的河流有1598條，流域面積在10000km2以上的河流有79條，大小湖泊2000多個。 年平均徑流總量2.78萬億m3(人均約2100m3，只有世界人均水量1/4)。 水力資源：6.94億kw，其中可開發(fā)利用的約為4.02億kw。到2005年已開發(fā)1億kw,裝機(jī)容量居世界第二，2010年裝機(jī)容量已超過2億kw，居世界第一。規(guī)劃發(fā)展到2020年的2.5億kW，即在電力結(jié)構(gòu)中的比例從24%左右增長到26.8%

。一、水資源與水利建設(shè)二、水利樞紐和水工建筑物三、河川水利樞紐對環(huán)境的影響四、水利樞紐與水工建筑物的等級劃分五、水工結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)原理六、分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法七、水工建筑物的優(yōu)化設(shè)計(jì)八、水工科技問題的研究途徑第一節(jié)水資源與水利建設(shè)

一、中國水資源開發(fā)利用中存在的問題１、防洪安全缺乏保障重點(diǎn)工程完建后，防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇；個別大中型城市20年一遇常遇洪水；中小河流防洪標(biāo)準(zhǔn)基本上為5~10年；各類型水庫中，老、病、險水庫占40%以上；２、資源緊缺與浪費(fèi)并存農(nóng)業(yè)用水：灌溉水利用系數(shù)0.45~0.4，先進(jìn)國家該系數(shù)為0.7~0.8；工業(yè)用水：法國、美國、日本每噸鋼耗水量僅為中國1/50~1/18。３、水質(zhì)污染嚴(yán)重依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為五類：Ⅰ類主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；

Ⅱ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)場、仔稚幼魚的索餌場等；

Ⅲ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通到、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；

Ⅳ類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；

Ⅴ類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

５、人口、經(jīng)濟(jì)增長、供需矛盾突出 21世紀(jì)水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，水資源問題已不僅僅是資源問題，更成為關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展和長治久安的重大戰(zhàn)略問題。本世紀(jì)以來，隨著人口膨脹與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，全球淡水用量飛快增長。

從1900－1975年，世界農(nóng)業(yè)用水量增加了7倍，工業(yè)用水量增加了20倍，并且近幾十年來，用水量正以每年4%－8%的速度持續(xù)增加，淡水供需矛盾日益突出。４、水資源開采過度，環(huán)境問題嚴(yán)重二、水利建設(shè)水利工程的重要作用

水資源是人類生存及社會發(fā)展的一項(xiàng)基本因素，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對水的要求日益增多，而大自然的來水：地域、年際、年內(nèi)分配不均，使來水與供水矛盾，解決這種矛盾的根本措施是修建水利工程。討論論我國在建建的大型型水利工工程；我我國主要要風(fēng)電、、太陽能能電站、、核電站站的建設(shè)設(shè)概況。。封建統(tǒng)治治時期封建統(tǒng)治治，人民民群眾的的力量與與智慧受受到壓抑抑，生產(chǎn)產(chǎn)力低下下，科學(xué)學(xué)技術(shù)落落后，水水利設(shè)施施失修，，災(zāi)患頻頻繁，水水利事業(yè)業(yè)處于停停滯狀態(tài)態(tài)。1928年，遍及及全國的的旱災(zāi)，，災(zāi)民人人數(shù)為當(dāng)當(dāng)時全國國人口的的1/41931、1933、1935、1939年，江、、淮、黃黃、漢以以及海河河的洪災(zāi)災(zāi)，也使使人民生生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)蒙受了了巨大損損失。共和國成成立后中華人民民共和國國成立后后，我國國的水利利建設(shè)才才有了較較大的發(fā)發(fā)展。（統(tǒng)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)至上上世紀(jì)末末）整修和興興建了約約26萬Km的堤防疏浚整治治了排水水河道，，開辟了了海河和和淮河的的排洪通通道興建86000多座水庫庫，面積積10000畝以上的的灌區(qū)有有2500多處（（1995、1996年水利工工程抵御御特大洪洪水，防防止減免免洪災(zāi)挽挽回經(jīng)濟(jì)濟(jì)損失達(dá)達(dá)7800億元）水電裝機(jī)機(jī)從1949年的16.3萬KW發(fā)展到6400萬KW共和國成成立后（續(xù)）中華人民民共和國國成立后后，我國國的水利利建設(shè)才才有了較較大的發(fā)發(fā)展。灌溉面積積從2.4億畝上升升到7億畝以上上3.4億畝易澇澇耕地，，2/3得到初步步的治理理，1.1億畝鹽堿堿地，1/2得到改良良城市、工工業(yè)供水水及農(nóng)牧牧區(qū)人、、畜飲水水提供了了相當(dāng)數(shù)數(shù)量的水水源為工農(nóng)業(yè)業(yè)生長和和人民生生活提供供了電能能現(xiàn)狀與理理想的差差距我國大江江大河的的防洪還還沒有真真正的解解決我國農(nóng)業(yè)業(yè)目前仍仍在很大大程度上上受制于于自然地地理和氣氣候條件件工業(yè)和城城市用水水增長速速度快，，一些沿沿海城市市已經(jīng)出出現(xiàn)淡水水供應(yīng)困困難，水水源緊缺缺將日益益成為限限制我國國生長和和生活提提高的重大障礙礙瓶頸。水能資源源的開發(fā)發(fā)比例較較低。壩工建設(shè)設(shè)情況我國的大大壩統(tǒng)計(jì)計(jì)資料：：（99年統(tǒng)計(jì)資資料）壩高座數(shù)15～30m17526座>30m4578座>100m32座運(yùn)行（99年底）壩工建設(shè)設(shè)情況（續(xù)）大壩數(shù)量量統(tǒng)計(jì)（（ICOLD)第二節(jié)水利樞紐紐和水工工建筑物物為了綜合合利用水水利資源源達(dá)到防防洪、灌灌溉、發(fā)發(fā)電、給水、航航運(yùn)等目目的，需需要修幾幾種不同同類型的的水工建建設(shè)物，例如：：擋水、泄水水、輸水或其其它專門建筑筑物等，以控制和和支配水流，，滿足國民經(jīng)經(jīng)濟(jì)的需要，，這些建設(shè)物稱為為水工建筑物，水工建筑物的的綜合體稱為水利樞紐。一個水利樞紐紐的功能可以以是單一的；；多數(shù)同時兼兼有幾種功能，，稱為綜合利利用水利樞紐紐。水工建筑物分分類-按其功用可劃劃分擋水建筑物：：攔截或者約束束水流，并可可以承受一定定水頭作用的的建筑物，如如壩、閘、堤堤。泄水建筑物：：排泄水庫、湖湖泊、河渠等等多余水量，，以保證讓擋擋水建筑物和和其他建筑物物安全，或者者在必要時降降低庫水位乃乃至放空水庫庫而設(shè)置的建建筑物，如溢溢流壩、溢洪洪道、泄洪洞洞等。輸水建筑物：：為灌溉、發(fā)電電、城市或者者工業(yè)給水等等需要，將水水自水源或某某處送至另一一處或用戶的的建筑物。如如引水隧洞、、引水涵管、、渠道、灌槽槽、倒虹吸管管、輸水涵洞洞等。取水建筑物：：輸水建筑物的的首部建筑，，如進(jìn)水閘、、揚(yáng)水站等。。整治建筑物：：用以整治河道道，改善河道道的水流條件件，如丁壩、、順壩、導(dǎo)流流堤、護(hù)岸等等。專門建筑物：：專門為灌溉、、發(fā)電、治水水、航運(yùn)等用用的建筑物，，如電站廠房房、船閘、升升船機(jī)、魚道道、伐道。按筑壩材料來來分：土石壩、混凝凝土壩、漿砌砌石壩、木壩壩等。按構(gòu)造特點(diǎn)來來分：重力壩、拱壩壩、支墩壩等等。按是否泄水來來分：非溢流壩、溢溢流壩。按使用期限來來分：永久性建筑物物、臨時性建建筑物；永久久性建筑物又又按其重要性性分為主要建建筑物和次要要建筑物。標(biāo)志性工程:50年代的新安江水電站，混凝凝土寬縫重力力壩，壩高102m60年代的劉家峽，混凝土重力力壩，強(qiáng)震區(qū)區(qū)，壩高147m70年代，烏江渡重力拱壩，石石灰?guī)r巖溶區(qū)區(qū)，壩高165m80年代，葛洲壩工程，大江截截流流量達(dá)4400～4800m3/s90年代，三峽工程，世界第一（（庫容、發(fā)電電量、混凝土土工程量、船船閘等十個)；二灘拱壩，第一個國際際招標(biāo)，我國國最高拱壩；；小浪底，第一個引進(jìn)進(jìn)外資，出出現(xiàn)洋工仔.葛洲壩水利樞樞紐開關(guān)站船閘大江廠房泄洪閘二江廠房沖沙閘二三船閘西壩管理及生生活區(qū)二灘水電站是是一座以發(fā)電電為主的大型型水力發(fā)電樞樞紐，它的壩壩型為混凝土土雙曲拱壩，，最大壩高240米，是中國已已建成的最高高壩，它的高高度在世界同同類型壩中居居第四位。二灘水電站樞樞紐布置圖小灣拋物線型型混凝土雙曲曲拱壩，最大大壩高為292米世界在建的最最高雙曲拱壩壩：錦屏一級級混凝土雙曲曲拱壩，最大大壩高為305米小浪底水利樞樞紐位置圖高壩洲水利樞樞紐鳳灘水電站水布埡水利樞樞紐隔河巖水利樞樞紐丹江口水電站站水工建筑物的的特點(diǎn)工作條件復(fù)雜雜性。由于水的作作用造成：靜靜水壓、揚(yáng)壓壓力、滲水作作用、泄水沖沖刷等。設(shè)計(jì)選型獨(dú)特特性。按當(dāng)?shù)氐匦涡巍⒌刭|(zhì)條件件設(shè)計(jì)，因此此找不到兩個個完全相同的的壩。施工建造的艱艱巨性。除自然環(huán)境境條件外，尚尚有水的作用用，要解決導(dǎo)導(dǎo)流問題，施施工進(jìn)度與洪洪水“賽跑””問題。失事后果的嚴(yán)嚴(yán)重性。失事后，水水頭急泄、人人民財(cái)產(chǎn)損壞壞嚴(yán)重。工程效益大，，對周圍的影影響大。水利樞紐的多多功能性，在在社會各方面面都產(chǎn)生巨大大的效益?，F(xiàn)代水工建筑筑物的發(fā)展葛州壩271.5萬kw二灘55×6=330萬kw三峽70×26=1820萬kw高壩：目前前世界上壩壩高120m的高壩已超超過200座。最高的原蘇聯(lián)羅羅貢土石壩壩335m。已建我國國二灘電站站拱壩245m。在建小灣拱拱壩292m，在建錦屏屏一級拱壩壩305m，。小結(jié)：高壩，工期期短，投資資效益高，，泄洪消能能問題多，，抗震、邊坡坡、穩(wěn)定要要求提高。第三節(jié)河河川水利利樞紐對環(huán)環(huán)境的影響響水利工程的的建設(shè)會使使原有的平平衡失調(diào)，，特別是高高壩大庫的的修建和運(yùn)用用。（一）物理理的影響1、淤積和沖沖刷：由于水庫形形成后，流流速減低，，造成泥沙沙淤積，水庫庫庫容減少少，并影響響水庫的使使用年限，，高壩高速速水流，會造成成下游河床床的沖刷。。2、水文狀態(tài)態(tài)的變化：：水庫蓄水造造成上游地地下水位的的抬高，下游地地下水位下下降。3、水質(zhì)的變變化：一般水庫都都有使水質(zhì)質(zhì)改善的效效果。4、氣候的變變化：增加了下霧霧的頻率，，庫內(nèi)降雨雨增加。5、地震的影影響：水庫誘發(fā)地地震（高壩壩、大庫容容）。（二）生物物的影響水庫對漁業(yè)業(yè)有利，但但對魚的回回游是個主主要障礙，，對血吸蟲等疾病增增加了傳染染的危險（三）對人人類的影響響1、移民問題題。2、一旦大壩壩失事，對對下游造成成的危害很很大。3、修成水庫庫，形成避避暑旅游的的好地方。。瓦依昂(Vajont)拱壩back瓦依昂拱壩壩上游大滑滑坡意大利的瓦依昂（Vajont）拱壩，1963年10月9日上游大滑坡坡，造成150m高涌浪翻越越壩頂，沖沖毀下游村村鎮(zhèn)，死亡壩高262m，當(dāng)時世界界最高滑坡體長1.8Km，寬1.6Km，體積達(dá)2.7億m3水庫在30～45s內(nèi)幾乎被滑滑沖材料填填沒整個失事過過程歷時僅僅7min溝后水庫沙沙礫石面板板壩

失事事實(shí)錄壩體潰口（下游視圖圖）溝后水庫沙沙礫石面板板壩

失事事實(shí)錄（續(xù)續(xù)）壩體潰口（（上游視圖圖）板橋水庫失失事758大洪水10多萬人死亡亡失事原因啟示第四節(jié)水水利樞紐與與水工建筑筑物的等級級劃分1、意義：按具有的作作用和重要要性分等級級。2、不同級別別的建筑物物，在下列列方面要求求也不同：：①設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期期②抗御災(zāi)害的的能力：洪洪水標(biāo)準(zhǔn)，，壩頂安全全超高等(p188)③安全性：強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)定定性(p167)④建筑材料⑤運(yùn)行可靠性性根據(jù)《水利水電樞樞紐工程等等級劃分及及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)》（山區(qū)、