水工建筑物課件 01緒論 ~ chapter 2 (水利工程概論)

11、理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合。直接面對水利工程及設(shè)施2、涵蓋水利類專業(yè)的主要核心課程：水工建筑物；水電站；水利工程施工；農(nóng)田水利；河工；電力系統(tǒng)等2、知識面覆蓋廣。需要有數(shù)學(xué)、物理、各門力學(xué)、工程地質(zhì)、測量、水文等多方面的基礎(chǔ)知識3、內(nèi)容豐富,或者說比較繁雜.。必須通過師生共同努力，才能取得好的成績本課程的特色水利工程概論

IntroductionofHydraulicEngineering2第一章 水資源與水利工程

(WaterResourcesandHydraulicEngineering)

一、水資源

水既是自然界一切生命賴以生存不可替代的物資，又是社會發(fā)展不可缺少的重要資源。在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，人類可利用的水資源主要是指地表水體，如：江、河、湖、海和地下水體中的淡水資源。3

地球上的總水量約為13.86億km3，但絕大部分為咸水，約占96.54%；對人類起重要作用的地表水，僅470000億m3，人均占有量約9400m3。

我國多年平均河川徑流量為27115億km3

，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位。但人均占有量只有2300m3

，相當(dāng)于世界人均占有量的1/4，居世界第109位。

水資源可以再生，可以重復(fù)利用。4我國水資源的特點(diǎn)１、江河眾多，水資源豐富２、人均占有量少３、時間分布不均４、地區(qū)分布不均５、水土流失嚴(yán)重水能資源：能夠?yàn)槿祟愃玫乃Y源5

南多北少，相差懸殊，夏季多冬季少，導(dǎo)致我國各地洪、澇、旱災(zāi)頻頻發(fā)生，需要大力治水，除害興利。洪澇災(zāi)害干旱缺水水土流失水污染嚴(yán)重四大水問題

人均少；在時間上和空間上分布不均；6

水利工程是指對自然界的地表水和地下水進(jìn)行控制和調(diào)配，以達(dá)到興利除害的目的而修建的工程。興建水利工程是除水害、興水利最有效的工程措施。二、水利工程如：把某一(豐水)時段的水儲存在水庫里，待少水季節(jié)放出來；

把某一地區(qū)多余的水引到另一地區(qū)使用；

把分散的水能集中起來修建水電站發(fā)電等等。7人水和諧在時間和區(qū)域上重新調(diào)配水資源，做到蓄洪補(bǔ)枯，以防止洪澇災(zāi)害和發(fā)展灌溉、發(fā)電、供水等事業(yè)；改善水域環(huán)境，疏浚航道，建造碼頭，以利于水上運(yùn)輸；防止水質(zhì)污染、維護(hù)生態(tài)平衡等。

8水利工程的分類：

按其承擔(dān)的任務(wù)可分為：防洪工程、農(nóng)田水利工程、水力發(fā)電工程、供水與排水工程、航運(yùn)及港口工程、環(huán)境水利工程等。

按其對水的作用可分為：蓄水工程、排水工程、取水工程、輸水工程、提水工程、水質(zhì)凈化和污水處理工程等。9三、我國水利工程建設(shè)概況1011遠(yuǎn)古至今，我國人民為治理水患、開發(fā)水利進(jìn)行了長期的奮斗，取得了輝煌的業(yè)績

黃河大堤京杭大運(yùn)河都江堰黃河下游大堤12

京杭大運(yùn)河是中國古代一項(xiàng)偉大的水利工程，也是世界上開鑿最早，里程最長的大運(yùn)河。它南起浙江杭州，北至北京通縣北關(guān)，全長1794公里，貫通六省市，流經(jīng)錢塘江、長江、淮河、黃河、海河五大水系。

13

都江堰—中華民族智慧文明、科學(xué)創(chuàng)造的結(jié)晶世界水利史上的璀燦明珠。公元前256年秦昭襄工踐位期間，郡守李冰率領(lǐng)蜀地各族人民創(chuàng)建了這項(xiàng)彪炳史冊千古不朽的水利工程。

魚嘴內(nèi)江外江14

擔(dān)

負(fù)著四川盆地中西部地區(qū)7市（地）36縣（市、區(qū)）1003萬余畝農(nóng)田的灌溉、成都市50多家重點(diǎn)企業(yè)和城市生活供水，以及防

洪、發(fā)電、漂水、水產(chǎn)、養(yǎng)殖、林果、旅游、環(huán)保等多項(xiàng)目標(biāo)綜合服務(wù)，是四川省國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可替代的水利基礎(chǔ)設(shè)施，其

灌區(qū)規(guī)模居全國之冠。1516都江堰魚嘴都江堰飛砂堰深淘灘低作堰逢正抽心遇彎截角

1720世紀(jì)50年代自己設(shè)計(jì)施工建成壩高105m的新安江寬縫重力壩，首次成功應(yīng)用廠房頂溢流。裝機(jī)容量N=66萬千瓦庫容220億m3。1820世紀(jì)60年代在漢江上建成丹江口寬縫重力壩，裝機(jī)90萬千瓦，庫容208.9億m3，在高壩技術(shù)，抗震設(shè)計(jì)、高速水流等方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。

1920世紀(jì)60年代在黃河上建成劉家峽重力壩，

H=147m，

N=122.5萬Kw，

V=57億m3；

20烏江渡拱形重力壩

20世紀(jì)70年代在石灰?guī)r巖溶地區(qū)建成烏江渡拱形重力壩，H=165m，N=63萬kW，V=23億m3，溶洞最大深度在河床下206m，洞高最大達(dá)50m，回填混凝土80000m3，設(shè)防滲帷幕18.7萬m2。

2180年代在黃河上游建成龍羊峽重力拱壩，H=178m，N=128萬kW，V=247億m3。成功地解決了壩肩穩(wěn)定、泄洪消能布置等一系列結(jié)構(gòu)與水流問題。22在長江干流上建成葛洲壩水利樞紐，N=271.5萬kW。成功地解決了大江截流、大單寬流量的消能防沖、大型船閘的建造等一系列復(fù)雜的技術(shù)問題.2390年代二灘拋物線雙曲拱壩，H=241m24

三峽混凝土重力壩，H=175m，N=1820萬kW，

V=393億m3，V防=221.5億m3。25

當(dāng)前：金沙江上的溪落渡拱壩H=282m26虎跳峽（金沙江）向家壩（金沙江）（瀾滄江）大量在建或擬建于西南“三江”：怒江、瀾滄江、金沙江及大渡河（瀑布溝）、岷江等27

第一節(jié) 水庫與防洪工程

(ReservoirandFloodingPrevent)

一、水庫

用壩、堤、水閘、堰等工程，于山谷、河道或低洼地區(qū)形成的人工水域。它是用于徑流調(diào)節(jié)以改變自然水資源分配過程的主要措施，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用。(防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖等)第二章 水庫與防洪工程；水利樞紐與水工建筑物281、正常蓄水位(設(shè)計(jì)蓄水位)

指水庫在正常運(yùn)用情況下，允許為興利蓄到的上限水位。它是水庫最重要的特征水位，決定著水庫的規(guī)模與效益，也在很大程度上決定著水工建筑物的尺寸。(一)、水庫的特征水位示意圖292、死水位指水庫在正常運(yùn)用情況下，允許降落到的最低水位；

3、防洪限制水位(汛前限制水位)

指水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，通常多根據(jù)流域洪水特性及防洪要求分期擬定。進(jìn)行水庫調(diào)洪計(jì)算時，可以此水位作為起算水位。示意圖304、防洪高水位

指下游防護(hù)區(qū)遭遇設(shè)計(jì)洪水時,水庫(壩前)達(dá)到的最高洪水位

5、設(shè)計(jì)洪水位指大壩遭遇設(shè)計(jì)洪水時，水庫(壩前)達(dá)到的最高洪水位；

6、校核洪水位指大壩遭遇校核洪水時，水庫(壩前)達(dá)到的最高洪水位。示意圖31

相應(yīng)于某一水庫特征水位以下或兩個特征水位之間的水庫容積，一般均指壩前水位水平面以下的靜庫容。主要的特征庫容有：

1、死庫容

指死水位以下的水庫容積。(二)、水庫的特征庫容322、興利庫容亦稱調(diào)節(jié)庫容，指正常蓄水位至死水位之間的水庫容積。

3、防洪庫容指防洪高水位至防洪限制水位之間的水庫容積。

4、設(shè)計(jì)調(diào)洪庫容指設(shè)計(jì)洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積。33４、校核調(diào)洪庫容指校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積。

5、重疊庫容(結(jié)合庫容)

正常蓄水位至防洪限制水位之間的水庫容積。這部分庫容既可用于防洪，也可用于興利。

6、總庫容

指校核洪水位以下的水庫容積，它是劃分水庫等級的主要依據(jù)之一。34水庫的特征水位及相應(yīng)庫容35二、防洪工程１、洪水與洪水災(zāi)害洪水：在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)歷時長、強(qiáng)度大的降雨、冰雪融化或風(fēng)暴潮引起的江河湖泊水量劇增或水位猛漲的現(xiàn)象。洪水災(zāi)害：洪水流量超過了河道的泄流能力，就會泛濫成災(zāi)。362、洪災(zāi)的主要原因洪水流量過大

防洪設(shè)施不完善或不能正常發(fā)揮作用

河道泄洪能力不足98’

長江流域大洪水371998年江西省災(zāi)情：共有93個縣（市、區(qū)）、1787個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2081.9萬人受災(zāi)，438.9萬人被洪水圍困,緊急轉(zhuǎn)移人口257.3萬人，因?yàn)?zāi)死亡313人；損壞房屋189.2萬間、倒塌房屋91.2萬間；農(nóng)作物受災(zāi)面積152.6萬公頃、成災(zāi)115.96萬公頃、絕收77.8萬公頃，34900多家工礦、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)因?yàn)?zāi)停產(chǎn)或部分停產(chǎn)，5.9萬多座（處）水利設(shè)施被毀壞。

全省因?yàn)?zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失376.4億元，其中水利設(shè)施直接經(jīng)濟(jì)損失37.6億元。3839

包括工程措施和非工程措施。

工程措施以調(diào)蓄和排泄為主。如：蓄洪、筑堤防洪、增加河道的泄洪能力、分洪、滯洪、蓄洪墾植、水土保持等。在河流中上游山區(qū)、丘陵地區(qū)開展造林及水土保持工作，興建水庫，調(diào)(滯)蓄洪水，防治山洪。在中下游平原地區(qū)修筑防洪堤，整治河道，以利泄洪，并利用湖泊洼地滯蓄洪水或興建必要的分洪工程。

3、防洪措施40利用水庫、湖泊洼地等調(diào)蓄洪水。（a）、蓄洪

到l997年底，我國共有水庫8.5萬座,居世界第一位。如：興建三峽工程首要目標(biāo)是防洪。三峽水庫防洪庫容為221億m3。三峽水利樞紐是長江中下游防洪體系中的關(guān)鍵性骨干工程。經(jīng)三峽水庫調(diào)蓄，可使荊江河段防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)在的約10年一遇提高到100年一遇。遇千年一遇或類似于1870年曾發(fā)生過的特大洪水，可配合荊江分洪工程的運(yùn)用，防止荊江河段兩岸發(fā)生干堤潰決的毀滅性災(zāi)害，減輕中下游洪災(zāi)損失和對武漢市的洪水威脅，并可為洞庭湖區(qū)的治理創(chuàng)造條件。41漢江丹江口水利樞紐（初期工程）42千島湖43江河防洪堤、圩垸圍堤和海堤（海塘）洪澤湖大堤遼寧遼河防洪堤（b）、筑堤防洪目前全國有各類堤防約26萬公里。其中大江大河主要支流等重點(diǎn)堤防約6萬公里。它們都是我國精華地帶防洪安全的屏障，是全國防洪的重點(diǎn)工程。如黃河下游的堤防、長江荊江大堤、洪澤湖大堤及錢塘江海塘等，都是經(jīng)過數(shù)百年或數(shù)千年形成的宏大工程。44荊江大堤45海塘46

疏浚、裁彎取直、護(hù)岸、排除障礙等，以增加河道的泄洪能力。（c）、泄洪47黃浦江上游干流段的護(hù)岸工程48模袋護(hù)岸49直接分流入海分流入其他河流分入洪泛區(qū)并繞泄至下游（d）、分洪

如海河流域的防洪規(guī)劃新開20多條分洪道直接分流入海，獨(dú)流減河是一條最早入海分洪道。又如蘇北灌溉總渠北面的淮沭新河就是準(zhǔn)備淮河遭遇1931年型洪水時分淮河洪水3000m3/s入新沂河入海。50漢江分洪工程51

小水年在小圩堤外墾植；大水年份破圩堤，利用河道全斷面行洪。

利用湖泊洼地臨時滯留洪水，待洪峰過后再引回河道。(e)、滯洪(f)、蓄洪墾植52(i).作用A、減少徑流B、延長匯流時間(g)、水土保持C、減少泥沙

D、有利于農(nóng)林種植黃河泥沙53(ii).措施魚鱗坑水平溝和蓄水坑谷坊淤地壩54黃河水土保持生態(tài)工程55

防洪規(guī)劃：是指為防治某一流域、河段或者區(qū)域的洪澇災(zāi)害而制定的總體部署。包括國家確定的重要江河、湖泊的流域防洪規(guī)劃，其他江河、河段湖泊的防洪規(guī)劃以及區(qū)域防洪規(guī)劃。4、防洪規(guī)劃合理規(guī)劃、合理布局

對上中下游的防洪工作要統(tǒng)籌兼顧、全面考慮，以使防洪、排澇、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用效益最大。近期和遠(yuǎn)期相結(jié)合。蓄泄兼顧

因地制宜地安排洪水出路，分洪、蓄洪、排洪相結(jié)合。區(qū)別對待設(shè)計(jì)洪水和超標(biāo)準(zhǔn)洪水。工程措施與非工程措施相結(jié)合。（1）、防洪規(guī)劃的基本原則

56（2）、防洪規(guī)劃所需的基本資料

歷史洪水情況；自然地理、水文地質(zhì)條件；水文、氣象條件及河流特征；社會政治、經(jīng)濟(jì)狀況,各部門和地方要求;

現(xiàn)有的工程設(shè)施等。57防洪規(guī)劃應(yīng)當(dāng)確定防護(hù)對象、治理目標(biāo)和任務(wù)、防洪措施和實(shí)施方案，劃定洪泛區(qū)、蓄滯洪區(qū)和防洪保護(hù)區(qū)的范圍，規(guī)定蓄滯洪區(qū)的適用原則。

洪泛區(qū)：是指尚無工程設(shè)施保護(hù)的洪水泛濫所及的地區(qū)。

蓄滯洪區(qū)：是指包括分洪口在內(nèi)的河堤背水面以外臨時貯存洪水的低洼地區(qū)及湖泊等。

防洪保護(hù)區(qū)：在防洪標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)受防洪工程設(shè)施保護(hù)的地區(qū)。58

指某一地區(qū)所要防御洪水的重現(xiàn)期有多大(即多少年一遇)。一般以河道某一控制斷面的設(shè)計(jì)洪水(包括洪峰流量、一定時段的洪水總量、洪水過程線或洪水位)來表示。具體確定時，根據(jù)本地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、淹沒后的經(jīng)濟(jì)損失、災(zāi)后恢復(fù)的難易程度、防洪措施的費(fèi)用和效益等因素進(jìn)行綜合分析。特別指出：防洪標(biāo)準(zhǔn)并非固定不變，它隨國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展而提高，隨保護(hù)對象不同而變化。（3）、防洪標(biāo)準(zhǔn)59

“南水北調(diào)” 于2002年12月27日正式開工。工程包括分別從長江下游、中游和上游調(diào)水的東線、中線和西線3條調(diào)水線路，形成與長江、黃河、淮河和海河相互聯(lián)接的“四橫三縱”水網(wǎng)格局。三條工程最終建成后，初步計(jì)劃年調(diào)水總量約為380億－480億立方米，接近于在黃淮海平原和西北部地區(qū)增加一條黃河的水量，可基本改變我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺的狀況。在今后50年間分3個階段實(shí)施，總投資將達(dá)4860億元人民幣。60

西線工程從長江上游大渡河、雅礱江、通天河上筑壩建水庫，采用隧洞穿過巴顏喀拉山，向黃河上游補(bǔ)水。中線工程從丹江口水庫陶岔閘引水，經(jīng)長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口，沿唐白河流域和黃淮海平原西部邊緣開挖渠道，在鄭州以西孤柏咀處用隧洞或渡槽穿過黃河，沿京廣鐵路西側(cè)北上，自流到北京、天津。輸水總干渠從陽岔閘至北京全長1246km，其中黃河以南482km，黃河以北764km。天津干渠從河北省徐水縣分水，全長144km。61

東線工程是在江蘇省江水北調(diào)工程現(xiàn)狀（抽取長江水400m3／s）基礎(chǔ)上擴(kuò)大規(guī)模和向北延伸。從長江下游揚(yáng)州附近抽引長江水，利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道為輸水主干線和分干線逐級提水北送，并連通作為調(diào)蓄水庫的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖，在位山附近通過隧洞穿過黃河后可以自流，需新招位臨運(yùn)河進(jìn)入京杭運(yùn)河的衛(wèi)運(yùn)河、南運(yùn)河到天津。輸水主干線長1150km，其中黃河以南660km；黃河以北490km。輸水渠道的90％可利用現(xiàn)有河道和湖泊。6263

一.水工建筑物

1、定義：為了防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等要求，通常需要修建不同類型的建筑物，以控制水位、調(diào)節(jié)水量、興利除害，這些建筑物統(tǒng)稱為水工建筑物。第二節(jié)水工建筑物與水利樞紐

HydraulicStructuresandWaterResourcesEngineering64

按其作用可分為：擋水、泄水、輸水、取水、整治建筑物和專門性建筑物。2.水工建筑物的分類

按其使用壽命長短可分為：永久性和臨時性兩種。永久性建筑物按其重要性又可分為主要建筑物和次要建筑物。65

用以攔截江河，雍高水位或形成水庫，如各種類型的壩和水閘；以及為抗御洪水或擋潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。(1)、擋水建筑物66清江隔河巖拱壩67堤防68海塘697071

用以宣泄水庫或渠道中的多余水量，以保證工程安全，如各種溢洪道、溢流壩、泄洪隧洞、泄水閘等。(2)、泄水建筑物7273云南大朝山水電站泄洪潘家口大壩二灘拱壩泄洪溢洪道742003年6月10日上午11時，三峽大壩開始深孔泄水

75三門峽水利樞紐767778

為灌溉、發(fā)電和供水的需要從上游向下游輸水用的建筑物，如：輸水隧洞、涵管、渠道、渡槽等。

(3)、輸水建筑物7980渠道涵管81梁式渡槽82拱式渡槽83

是輸水建筑物的首部建筑，用來從水庫或河道取水，滿足灌溉、發(fā)電和給水等要求。如：引水隧洞的進(jìn)水口、灌溉渠首和供水用的進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。(4)、取水建筑物84858687

用以調(diào)整和改善河道水流條件，防止水流和波浪對河床及河岸的沖刷破壞。如：丁壩、順壩、導(dǎo)流堤、護(hù)底和護(hù)岸等。(5)、整治建筑物88模袋護(hù)岸89T形壩90

專門為發(fā)電、航運(yùn)、過魚及過木等單一目標(biāo)而設(shè)置的建筑物。如：水電站廠房、船閘、升船機(jī)、魚道、過木道等。(6)、專門建筑物91929394三峽雙線五級船閘959697983.水工建筑物的特點(diǎn)工作條件的復(fù)雜性;施工建造的艱巨性;設(shè)計(jì)選型的獨(dú)特性;工程效益的顯著性;環(huán)境影響的多面性;失事后果的嚴(yán)重性。99世界著名的大壩潰決事例1928年，美國高63mSanFrancis重力壩失事；1976年，美國高93mTeton土壩首次蓄水潰決；1959年，法國高66mMalpasset拱壩失事；1963年，意大利高262mVajont失事；1975年，中國板橋和石漫灘土壩失事。100中國板橋和石漫灘土壩失事101Teton土壩首次蓄水潰決102意大利瓦依昂拱壩失事103

興建一座水利工程往往需要某幾個不同類型的水工建筑物相互配合，才能正常發(fā)揮作用。這種由幾個作用不同的水工建筑物所組成的綜合體稱為水利樞紐。二、水利樞紐104

一個水利樞紐的功能可以是單一的，如防洪、灌溉、發(fā)電、引水等，但大多數(shù)是兼有幾種功能的，這種樞紐稱為綜合利用水利樞紐。按承受水頭的大小分為高

(H>70m)、中、低水頭(H<30m)水利樞紐。

105富春江水力發(fā)電樞紐106107108109劃分的目的、依據(jù)和方法水利樞紐和水工建筑物必須確保安全可靠，但又要經(jīng)濟(jì)合理。為使兩者適當(dāng)?shù)亟y(tǒng)一起來，將水利樞紐及其組成建筑物按所承擔(dān)的任務(wù)、效益、規(guī)模大小及其重要性劃分成不同等級，以便根據(jù)不同的等級依次確定不同的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。三、水利樞紐與水工建筑物等、級別劃分110

水利水電工程的等別按《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000來確定。水利水電樞紐工程的分等指標(biāo)111工程等別主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅱ23Ⅲ34Ⅳ45Ⅴ55永久性水工建筑物級別永久性水工建筑物正常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)建筑物級別12345洪水重現(xiàn)期(年)500100503020112我國水利工程建設(shè)發(fā)展方向

隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展和人口的增長，水和電的需要量都在逐年增加，而科學(xué)技術(shù)和設(shè)計(jì)理論的提高，又為水利工程特別是大型水利水電工程的發(fā)展提供了有利條件。從國外看，近幾年來大水庫、大水電站和高壩在逐年增加。

要求自學(xué)113

在壩型革新、高壩復(fù)雜地基處理、高壩泄洪消能、