水工建筑物緒論課件

水工建筑物專業(yè)：港口海岸及治河工程任課老師：李典慶李長(zhǎng)城.個(gè)人簡(jiǎn)介李典慶1975年湖北竹溪

2008,12－至今武漢大學(xué)教授博導(dǎo)

2005,07-2008,11武漢大學(xué)副教授

2007,11-2008,01香港科技大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者

2004,01-2005,06香港科技大學(xué)博士后

2001,03-2003,12上海交通大學(xué)博士1998,09-2001,02河海大學(xué)碩士1994,09-1998,07河海大學(xué)本科例題及考題網(wǎng)址基本要求http://國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專家主頁(yè)水工建筑物安全、健康診斷及壽命預(yù)測(cè)水工建筑物水工建筑物課程的重要性

課程定位港口海岸及治河工程專業(yè)重最要的專業(yè)課之一必修課課程內(nèi)容主要講授水工建筑物設(shè)計(jì)的基本理論和方法以及水工建筑物規(guī)劃、施工和管理等方面的基本知識(shí)課程意義通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備進(jìn)行水工建筑物設(shè)計(jì)的基本技能，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題，為畢業(yè)后在水利、水電等部門從事相關(guān)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和管理等工作打下一定的基礎(chǔ)后果青海省溝后壩潰壩1993年1993年8月27日大壩潰決失事,當(dāng)時(shí)庫(kù)水位3277m,沖毀部分為壩體的50%?；炷撩姘宓[石壩溝后壩潰決后下游拍攝全景水工建筑物俄羅斯最大的水電站薩彥-舒申斯克水電站2009年8月17日發(fā)生事故，死亡75人水工建筑物緒論1第一章重力壩1第二章拱壩20第三章土石壩3淡水總量：

2.8萬(wàn)億m3地下水：1000億m3

地表水：2.7萬(wàn)億m3河川徑流地下水二、我國(guó)水資源狀況建設(shè)節(jié)水型社會(huì)是必然的選擇人均占有量010002000300040005000600070008000缺水警戒線734222001760世界目前人均我國(guó)目前人均m3/P我國(guó)2030年人均1700特點(diǎn)一：總量并不豐富，人均占有量更低

降雨主要集中在汛期；常有連續(xù)豐水或干旱年。大多數(shù)省份年降水量集中在2～3個(gè)月（6－8月）的時(shí)間內(nèi)，即所謂的梅雨季節(jié)。汛期

70%30%

非汛期

特點(diǎn)二：年內(nèi)年際分配不均，旱澇災(zāi)害頻繁

須建水庫(kù)增強(qiáng)調(diào)控能力。長(zhǎng)江及以南

長(zhǎng)江以北水土地020406080100%81%19%38%62%水土資源分布年降雨量400mm400mm800mm1600mm800mm特點(diǎn)三：地區(qū)分布不均，水土資源不相匹配

須建調(diào)水工程，提高水資源配置能力。

廣西、海南的多年平均降雨量超過(guò)1800mm

寧夏、甘肅的多年平均降水量小于300mm。我國(guó)除東北地區(qū)、內(nèi)陸部分高寒山區(qū)及沿海個(gè)別地區(qū)之外，絕大多數(shù)地區(qū)的多年平均蒸發(fā)量大于多年平均降雨量

氣溫高或氣候干燥。山西省多年平均降水量400～630mm，與西歐一些高原地區(qū)接近，不算太小。但是山西多年平均蒸發(fā)量高達(dá)1600～2000mm，幾乎是降雨量4倍。甘肅、寧夏一些地方的多年平均蒸發(fā)量甚至是多年平均降雨量的10－20多倍。特點(diǎn)四：我國(guó)自然水分蒸發(fā)強(qiáng)烈所以，水資源是否短缺不僅要看降水量，還要看蒸發(fā)量。三、我國(guó)水能源狀況我國(guó)的人均水資源并不豐富。我國(guó)可用于發(fā)電的水能資源十分豐富從青藏高原到海平面之間的巨大落差。總量

6.76億kW可開(kāi)發(fā)量

3.78億kW年發(fā)電量

9200億kWh人均約700度/年計(jì)算機(jī)375W楊房溝特點(diǎn)一：總量豐富，開(kāi)發(fā)不足

可開(kāi)發(fā)總量世界第一，占世界總量16.7％到2004年，開(kāi)發(fā)量?jī)H占可開(kāi)發(fā)量1/4，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家

60％的平均水平

美國(guó)82％；日本84％

歐洲是72%以上

瑞士達(dá)到100%以上

大有可為！2008年：火電約占76%,水電約占22%,核電只接近2%,其余為風(fēng)力等其他電力.三、我國(guó)水能源狀況

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家大部分技術(shù)及經(jīng)濟(jì)可行的水電資源都得到了開(kāi)發(fā)，發(fā)展中國(guó)家水電開(kāi)發(fā)率還很低，尤其非洲，開(kāi)發(fā)率還不到8%。中國(guó)水電勞務(wù)輸出（就業(yè)機(jī)會(huì)）

作為首位在國(guó)際大壩委員會(huì)擔(dān)任主席的中國(guó)科學(xué)家，賈金生在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)：從全世界的發(fā)展看，建設(shè)水庫(kù)大壩是應(yīng)對(duì)氣候變化、促進(jìn)人水和諧的關(guān)鍵。但大壩建設(shè)有一個(gè)認(rèn)識(shí)及技術(shù)問(wèn)題，還有一個(gè)利益協(xié)調(diào)問(wèn)題，而把認(rèn)識(shí)統(tǒng)一到科學(xué)發(fā)展觀又是困難之最二灘水電站（中國(guó)已建最高拱壩）（壩高240m，裝機(jī)330萬(wàn)千瓦）溪洛渡水電站(裝機(jī)泄洪僅次于三峽)（壩高272m，裝機(jī)1260萬(wàn)千瓦）.三、我國(guó)水能源狀況特點(diǎn)二：地區(qū)分布不均，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配

78％水能資源集中于西部，東部?jī)H6％；51％用電量在東部。雅魯藏布江西電東送年內(nèi)降雨集中在汛期；年際間江河來(lái)水量變化大。

汛期70%30%

非汛期

須建設(shè)（年調(diào)節(jié)、多年

調(diào)節(jié)）大型水庫(kù)。特點(diǎn)三：江河來(lái)水量時(shí)間分布不均水資源方面：我國(guó)目前面臨著水多（洪澇災(zāi)害）＋水少（干旱）＋水臟（水污染）等一系列嚴(yán)峻問(wèn)題；水能源方面：開(kāi)發(fā)率低、地區(qū)分布極不不均勻；HOW？必須修建各項(xiàng)工程設(shè)施，對(duì)天然來(lái)水進(jìn)行合理的調(diào)配和利用，這些工程措施統(tǒng)稱為水利水電工程。按照工程開(kāi)發(fā)目標(biāo)可分為治河防洪工程、農(nóng)業(yè)水利工程、水力發(fā)電工程、航道與港口工程、給排水工程和綜合利用水利工程。1949年以來(lái)，水庫(kù)大壩86000多座；江河堤防長(zhǎng)度170000km；灌溉面積面積10000畝以上的灌區(qū)2500多處

；水電裝機(jī)容量。NO.1三峽工程基本建成＋南水北調(diào)工程已經(jīng)開(kāi)工（中線工程干線已基本貫通，3月底將具備通水）；東線工程每年調(diào)水150億m3都江堰寶瓶口都江堰飛沙堰

一、基本概念水工建筑物:水利水電工程中采用的各種建筑物；

第二節(jié)水利樞紐和水工建筑物水利樞紐:在水域的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，為了一種或多種目的

而集中布置若干個(gè)不同類型的水工建筑物，各自發(fā)揮不同作用并協(xié)調(diào)工作，構(gòu)成一有機(jī)綜合體，稱為水利樞紐。水利樞紐的作用不同蓄水樞紐引水樞紐泵站樞紐蓄水樞紐蓄水樞紐是在擋水建筑物（擋水壩）上游形成較大庫(kù)容的水利樞紐，也叫水庫(kù)樞紐。作用：抬高上游水位＋對(duì)河道天然流量進(jìn)行年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)（調(diào)洪作用）。適用條件：當(dāng)天然來(lái)水量在各年之間或一年內(nèi)有較大變化，但徑流總量可滿足要求的情況下，一般需修建較高的壩，以形成水庫(kù)、抬高上游水位，并用水庫(kù)的庫(kù)容調(diào)節(jié)來(lái)水流量。建筑物組成：擋水建筑物（大壩）＋泄水建筑物＋取水建筑物，俗稱“水庫(kù)三大件”。根據(jù)水庫(kù)的開(kāi)發(fā)目的不同，如水電站和通航船閘。葛洲壩水利樞紐平面布置圖

丹江口水利樞紐平面圖

引水樞紐以引水為主要目標(biāo)的低水頭水利樞紐。作用：雍高上游水位，控制引水流量，滿足用水需要。適用條件：河道天然流量充沛，但水位較低，水流不能進(jìn)入渠道或管道。引水樞紐無(wú)需對(duì)河道天然流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，擋水建筑物高度不大，庫(kù)容也不大。建筑物組成：進(jìn)水閘、雍水壩（或攔河閘）、沖沙閘等建筑物組成。如果是綜合利用的引水樞紐，還需建專門建筑物，如水電站和通航船閘。以泵站為主體的水工建筑物綜合體。作用：把低處的水抽送到高處，達(dá)到灌溉、排澇、發(fā)電（抽水蓄能電站）、航運(yùn)等目的。建筑物組成：最常見(jiàn)的配套建筑物通常有引水閘（灌溉泵站）、排水閘（排澇泵站）、通航船閘（兼有排洪、航運(yùn)功能的河道）。泵站樞紐不屬于本課程教學(xué)內(nèi)容，在泵及泵站課程中講授泵站樞紐“南水北調(diào)”的東線工程，即從江都引水，通過(guò)13級(jí)抽水臺(tái)階和黃河河底隧道，將長(zhǎng)江之水引到天津及河北地區(qū)，每年調(diào)水150億立方米。

江都電排站世界上最大的泵站樞紐分類標(biāo)準(zhǔn)：按作用分類：擋水建筑物（攔河壩、堤防，施工圍堰）泄水建筑物（溢洪道、泄水閘、泄水隧洞）取水建筑物（取水口、進(jìn)水閘、泵站）輸水建筑物（渡槽、輸水隧洞等）整治建筑物（丁壩、導(dǎo)流堤、護(hù)岸等）專門建筑物（船閘、魚(yú)道、筏道等）二、水工建筑物分類按使用期限分類：永久性建筑物：工程運(yùn)用期使用的建筑物；按在工程發(fā)揮的作用＋失事后造成的影響程度（1）主要建筑物（壩、水閘、泄洪建筑物、水電站廠房等）；（2）次要建筑物（擋土墻、導(dǎo)流堤、護(hù)岸等）。

臨時(shí)性建筑物：工程施工期使用的建筑物（導(dǎo)流建筑物、施工圍堰等）三、水利水電樞紐工程分等＋水工建筑物分級(jí)

修建的水利工程應(yīng)保證其可靠度（安全性、適用性、耐久性）同時(shí)又要保證其經(jīng)濟(jì)性。然而安全度與經(jīng)濟(jì)性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投資也越大。反之，則相反。目的：使工程具有足夠的、但又不是過(guò)分的可靠度，即可靠又經(jīng)濟(jì)（優(yōu)化問(wèn)題）為此，根據(jù)水利工程的重要性對(duì)水利樞紐分等和對(duì)其水工建筑物分級(jí)

SL252－2000《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》工程等別工程規(guī)模庫(kù)容（億m3）防洪

灌溉發(fā)電

保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田面積（104畝）灌溉面積（104畝）裝機(jī)容量（104KW）

一大（1）型≥10特別重要≥500≥150≥120二大（2）型10~1.0重要500~100150~50120～30三中型1.0~0.1中等100~3050~530～5四?。?）型0.1~0.01一般30~55~0.55～1五?。?）型0.01~0.001<5<0.5<1幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）如果按表中分等指標(biāo)分屬幾個(gè)不同等別時(shí)，整個(gè)工程的等別應(yīng)以其中最高的等別為準(zhǔn)。（2）水庫(kù)總庫(kù)容為水庫(kù)最高水位（校核洪水位）以下的靜庫(kù)容。（3）治澇和灌溉面積為設(shè)計(jì)面積（不是實(shí)際）。（4）表中防洪分等指標(biāo)，對(duì)于城市和工礦企業(yè)參考表0－4確定（P5）。工程等別ⅠⅡⅢⅣⅤ主要建筑物12345次要建筑物33455對(duì)水工建筑物而言，是要?jiǎng)澐旨?jí)別依據(jù)：

工程等別使用年限（永久建筑物或臨時(shí)建筑物）重要性（主要建筑物或次要建筑物）水工建筑物可劃分為5個(gè)級(jí)別永久性水工建筑物幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）損失后果巨大或影響十分嚴(yán)重的2－5級(jí)主要永久性水工建筑物，級(jí)別可提高1級(jí)；（2）對(duì)于高土石壩也可提高1級(jí)。（3）建筑物基礎(chǔ)工程地質(zhì)條件復(fù)雜或新型結(jié)構(gòu)，可提高1級(jí)；（4）永久性主要建筑物在特殊情況下，建筑物級(jí)別可提高1級(jí)，但是洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高。（5）失事后損失后果不大的可以降低1級(jí)。等級(jí)劃分是確定以下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)洪水標(biāo)準(zhǔn)（洪水頻率）擋水建筑物的安全超高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的安全系數(shù)建筑材料的品種、標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)方法的選擇級(jí)別低的小型或臨時(shí)建筑物采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法；重大建筑物采用比較精確的計(jì)算方法（FEA），甚至做模型試驗(yàn)。第三節(jié)水利工程的設(shè)計(jì)程序項(xiàng)目建議書(shū)項(xiàng)目建議書(shū)是在流域規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃的基礎(chǔ)上編制的要求建設(shè)某項(xiàng)工程的建議性文件

要求政府部門將該項(xiàng)工程列入中長(zhǎng)期計(jì)劃?？尚行匝芯吭陧?xiàng)目建議書(shū)的基礎(chǔ)上，對(duì)擬建工程進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證。初步設(shè)計(jì)在可行性研究的基礎(chǔ)上，對(duì)工程進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)。包括進(jìn)一步論證在指定地點(diǎn)和規(guī)定期限內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)的可行性和合理性。招標(biāo)設(shè)計(jì)招標(biāo)設(shè)計(jì)是為水利工程招標(biāo)而編制的設(shè)計(jì)。它是編制施工招標(biāo)文件和施工計(jì)劃的基礎(chǔ)，招標(biāo)設(shè)計(jì)屬于水利施工和招投標(biāo)課程教學(xué)內(nèi)容