水利樞紐與水工建筑物

第二章水工建（構）筑物第一節(jié)概述第二節(jié)水工建筑物的類型第三節(jié)壩的類型及其對地質條件的要求第一節(jié)概述1水利工程的根本任務

除水害和興水利。除水害主要就是防止洪水泛濫和瀝澇成災；興水利則是從多方面利用水利資源為人民造福，主要包括：灌溉、發(fā)電、供水、航運、養(yǎng)殖等。2水利工程的類型：

（1）防洪工程（6）漁業(yè)水利工程（2）農田水利工程（7）環(huán)境水利工程（3）水力發(fā)電工程（4）供水排水工程（5）航運工程水工建（構）筑物

為了綜合利用水利資源，達到防洪、灌溉、發(fā)電、給水、航運等目的，修建的用于控制、支配、利用江河水流的建筑物，稱為水工建（構）筑物。水利樞紐

水工建（構）筑物的綜合體稱為水利樞紐。第二節(jié)水工建筑物的類型1水工建筑物的分類1）一般性建筑物:

不只為某一項水利事業(yè)服務的水工建筑物稱為一般性建筑物。（1）擋水建筑物：用以攔截河流，形成水庫或壅高水位。如各種壩、水閘以及為抗御洪水用的堤防等。（2）泄水建筑物：用以在洪水期間或其它情況下渲泄水庫（或渠道）的多余水量，以保證壩（或渠道）安全。如各種溢流壩、溢洪道、泄洪隧洞和泄洪涵管等。（3）輸水建筑物：為灌溉、發(fā)電、供水等，從水庫（或河道）向庫外（或下游）輸水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道和渡槽等。

（4）取水建筑物：是輸水建筑物的首部建筑，如為灌溉、發(fā)電、供水用的進水閘、揚水站等。（5）整治建筑物：用以改善河流的水流條件、調整水流對河床及河岸的作用以及為防護水庫、湖泊中的波浪和水流對岸坡的沖刷而修筑的建筑物，如丁壩、順壩、導流堤、護底和護岸等。2）專門性建筑物:凡僅為一項水利事業(yè)（如防洪、灌溉、發(fā)電、給排水、航運、養(yǎng)殖）服務的水工建筑物稱為專門性建筑物。（1）水電站建筑物包括水電站的壓力管道、壓力前池、調壓塔和電站廠房等。（2）灌溉、排水建筑物包括灌溉渠道上的節(jié)制閘、分水閘和渠道上的建筑物等。（3）水運建筑物為保證河流通航及浮運木材而修建的建筑物，如船閘、升船機、筏道、碼頭等。（4）給水、排水建筑物包括自來水廠的抽水站、濾水池和水塔，以及排除污水的下水道等。（5）漁業(yè)建筑物為了使河流中的魚類通過壩、閘而修建的魚道、升魚機等。碧口水電站（心墻土石壩）-擋水建筑物2水工建筑物的特點（1）水的作用使建筑物的工作條件復雜化水的作用形式多樣：靜水壓力、浮托力、滲透壓力、動水壓力、波浪壓力、冰壓力等（2）水工建筑物具有較大的個別性地質條件的差異，決定了水工建筑物的型式、結構、尺寸和工作條件（3）施工條件復雜導流問題、基礎開挖問題、洪水問題（4）對國民經濟和自然地質環(huán)境的影響大影響是正反兩方面的。發(fā)電、防洪、航運、灌溉等可以帶來巨大的經濟效益，淹沒、水庫誘發(fā)地震、庫岸再造、淤積、生態(tài)改變等環(huán)境問題也有巨大的負面影響。1）水庫的作用攔蓄洪水以防止水澇災害；按用水部門需要，有計劃地分配徑流；抬高水位，為有關部門服務。按水庫在河流上的地貌類型分類：（1）山谷水庫這類水庫是指山谷丘陵區(qū)的水庫，包括峽谷水庫與丘陵水庫。峽谷水庫流域面積小，水量少，河床坡降大，河谷橫斷面多呈“V”字型。丘陵水庫在河流中、上游，流域面積較大，水量較充沛，河床坡降較緩，橫斷面多為“D”形，往往是河流開發(fā)重點，可以防洪發(fā)電、灌溉和改善航運條件等。2）水庫的類型按水庫調節(jié)周期的長短分類：（1）日或周調節(jié)水庫：在一日或一周之內按用水量調節(jié)一次的水庫。（2）年調節(jié)水庫：由于不同季節(jié)河流量變化較大，通常水庫在汛前放空到一定高程，汛期蓄存一部分洪水，以防止下游洪災的發(fā)生，或提高同年枯水期的河川流量，進行一年內的水量重新分配。大多數中、小型水庫均屬于此種類型。（3）多年調節(jié)水庫：這類水庫庫容一般都很大，將豐水年的多余水量蓄存起來，以補枯水年水量的不足，進行多年內的水量重新分配。這類水庫同時也起年、周或日調節(jié)。（1）設計低水位與墊底庫容水庫在正常用水調節(jié)條件下，所能允許泄空的最低水位，稱為設計低水位或死水位。該水位以下的水量，一般不許動用。為了維持水庫的正常運行，死水位由河流泥沙淤積高程（在水庫有效使用年限內）、自流灌溉孔口高程、水電站保證出力所需水頭、上游航運所需的水深、養(yǎng)殖業(yè)的要求等方面的條件來決定。最低水位以下的庫容稱墊底庫容，也稱死庫容。3）水庫的特征水位與特征庫容V超V興V結V防V總設計蓄水位V墊設計洪水位防洪限制水位設計低水位（2）正常高水位與興利庫容為滿足各用水部門在枯水期或枯水年的需水量，水庫要在豐水期或豐水年積蓄一定的水量，以保證除損耗外，能滿足水庫正常運行。這部分庫容稱為興利庫容或有效庫容。有效庫容蓄滿后的水位稱正常高水位或設計蓄水位。V超V興V結V防設計蓄水位V墊校核洪水位設計洪水位防洪限制水位設計低水位（3）汛前限制水位與結合庫容為使水庫在汛期發(fā)揮調節(jié)洪水的作用，規(guī)定在洪水到來之前，把水庫的蓄水下泄到某一水位，騰空一部分庫容，以備攔蓄洪水。這一水位稱為汛前限制水位。從汛前限制水位至設計蓄水位之間的庫容稱為結合庫容。V超V興V結V防設計蓄水位V墊校核洪水位設計洪水位防洪限制水位設計低水位（4）設計洪水位與防洪庫容水庫體現(xiàn)防洪目標的設計參數是設計洪水位與防洪庫容。設計洪水位要按照水工建筑物的級別，采用規(guī)范規(guī)定的設計洪水累積頻率或重現(xiàn)期進行設計洪水調節(jié)計算。進行設計洪水調節(jié)計算時出現(xiàn)的最高水位稱為設計洪水位。自汛前限制水位到設計洪水位之間的庫容積稱為調洪庫容，或防洪庫容V超V興V結V防設計蓄水位V墊校核洪水位設計洪水位防洪限制水位設計低水位（5）校核洪水位與非常攔洪庫容按發(fā)生校核洪水累積頻率的洪水進行水庫蓄洪調節(jié)計算，將能達到的最大高度，稱為校核洪水水位。這是水庫非常運行情況的最高水位。校核洪水位高于設計洪水位。自汛前限制水位到校核洪水位之間的庫容積稱攔洪庫容。它對洪水可以起暫時攔蓄和削減洪峰流量的作用。自設計洪水位到校核洪水位之間的庫容積稱為超高庫容。V超V興V結V防設計蓄水位V墊校核洪水位設計洪水位防洪限制水位設計低水位（6）水庫的總庫容校核洪水位以下的庫容為水庫的總庫容。V超V興V結V防設計蓄水位V墊校核洪水位設計洪水位防洪限制水位設計低水位V總圖12.8－2三峽工程正常蓄水位175m時水庫調度圖三峽工程正常蓄水位175m時水庫調度圖注：<1>防破壞線，<2>限制供水線，（Ⅰ）防洪區(qū)，（Ⅱ）裝機預想出力區(qū)，（Ⅲ）保證出力區(qū)，（Ⅳ）降低出力區(qū)

三峽庫區(qū)，汛期（6月中旬～9月底）水庫限制水位為145m，以便洪水來臨時攔蓄洪水。若遇上洪水，壩前水位達到147.2m(5年一遇)，20年、50年、100年和1000年一遇洪水壩前水位分別為157.5m、162m、166.7m和175.0m。洪峰過后，水庫水位又迅速降低到防洪限制水位145米左右，以備可能再次發(fā)生洪水。三峽水庫壩前水位在145m～175m～145m之間波動，水庫水位變幅為30m。校核洪水位：180.4。

4水利樞紐和水工建筑物等級劃分工程等級工程規(guī)模分等指標總庫容（億m3）防洪設計灌溉面積（km2）裝機容量（萬kW）保護城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護農田（km2）一大（1）型>10特重要城市、工礦區(qū)>3350>1005>75二大（2）型10-1重要城市、工礦區(qū)3350-6701005-33575-25三中型1-0.1中等城市、工礦區(qū)670-201335-33.525-2.5四?。?）型0.1-0.01一般城鎮(zhèn)、工礦區(qū)<20133.5-3.352.5-0.05五?。?）型<0.01<3.35<0.05山區(qū)、丘陵區(qū)水利樞紐工程等級劃分水工三建筑三物分三級工程等級永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55第三三節(jié)三壩三的類三型及三其對三地質三條件三的要三求1壩的三分類按建三筑材三料分三：土石三壩、三混凝三土壩三、漿三砌石三壩、三鋼筋三混凝三土壩三、橡三膠壩按受三力特三征分三：重力三壩、三拱壩三（薄三拱壩三、雙三曲拱三壩）三、支三墩壩按是三否泄三水分三：非溢三流壩三、溢三流壩板橋三水庫三、石三漫灘三水庫三垮壩三事件19三75年8月5日-7日三三天降三雨16三00三mm，7日6小時三降雨83三0.三1m三m。（三超過三當時三世界三最高三紀錄三的特三大暴三雨）19三75年8月8日0：30，石三漫灘三水庫三漫溢三決口三潰壩三，決三口寬44三6m。至6：00泄空三，下三泄水三量1.三67億方三。19三75年8月8日1：00，板三橋水三庫漫三溢決三口。1：30潰壩三，決三口寬37三2m。至9：00泄空三，下三泄水三量7.三1億方三。形成三南北三寬15三0k三m、東三西長30三0k三m的淹三沒區(qū)三，水三深都三在2m以上三。駐馬三店、三南陽三、許三昌、三周口三、平三舞等三五個三地區(qū)26個縣三（市三）42三5個鄉(xiāng)三（鎮(zhèn)三）89三97個行三政村三遭受三嚴重三水災三，受三災人三口10三29．5萬人三，有45三0萬人三處在三洪水三圍困三之中三，沖三走耕三畜30三23萬頭三，豬72萬頭三，17三78萬畝三秋作三物絕三收，三減產三糧食25億公三斤，三倒塌三房屋52三4萬間三。10三6萬人三一貧三如洗三，一三無所三有。京廣三鐵路10三2三km受淹三，有31三k三m線路三和40座橋三梁被三毀，三路基三淘空三，鐵三軌掀三起，11三80節(jié)車三廂、6臺機三車沖三毀，三鐵路三中斷三運行18天，三影響三運輸47天。駐馬三店地三區(qū):災民54三0.三6萬人三，傷三亡12三06三26人，三其中三淹死22三56三4人。三有大三、中三型水三庫各三一座三和24座小三水庫三潰壩三，河三堤上三有84三2處決三口，三總長三度18三4.三55三k三m，沖三壞橋三梁22三60三6座，三涵閘18三83座，三淹沒三機井28三85三3眼，三電灌三站31處，三沖毀三公路95三5三km，通三訊線三路71三3.三4三km，高三低壓三電線60三00三k三m，財三產損三失按三當時三幣值三計算三達26．2億元三人民三幣。遂平三縣:全縣三共遇三難18三76三7人。三其中三文城三鄉(xiāng)96三00人，三全家三死絕三者有22三7戶，三魏灣三村19三76人中92三9人遇三難，三喪生三率47％。三小許三寺生三產隊11三7人僅三存24人，三喪生三率達80％。19三93年據三世界三銀行三專家三評估三為30億美三元。三全部三經濟三損失三達10三0億美三元。2重力三壩及三其對三地質三條件三的要三求用漿三砌石三或混三凝土三材料三修筑三而成三，主三要依三靠壩三體重三量在三壩體三與壩三基接三觸面三產生三的摩三擦力三來抵三抗庫三水推三力，三以達三到穩(wěn)三定。利用三自重三在上三游面三產生三的壓三應力三，使三之不三產生三拉張三破壞三。重三力三壩三的三特三征重力三壩靠三自身三重量三維持三穩(wěn)定三，結三構作三用清三楚，三設計三方法三簡便三。便三于其三建筑三物集三中布三置。壩體三斷面三尺寸三較大三，與三地基三接觸三面廣三，壩三內應三力較三低，三耐久三性好三。對地三形條三件適三應性三較好三，對三地質三條件三的要三求不三太高三。除三深厚三覆蓋三層一三般不三宜建三高壩三外，三都能三較好三適應三各類三復雜三和不三均勻三地基三。壩體三斷面三和混三凝土三（砌三體）三方量三大，三壩內三應力三較低三，材三料強三度未三能充三分利三用。重三力三壩三的三類三型構造三不同三分為:實體三重力三壩,寬縫三重力三壩,空腹三重力三壩。按作三用不三同分三為:溢流三重力三壩,非溢三流重三力壩三。按筑三壩材三料的三不同三分為:混凝三土重三力壩三和漿三砌石三重力三壩。重力三壩建三設狀三況目前三國外三已建三高度三前幾三位的三混凝三土重三力壩瑞士三：大三狄克三遜壩三（高28三5m，19三68）墨西三哥：三阿爾三瓦洛三奧布三雷貢三壩（三高26三0m，19三80）印度三：吉三紹壩三（高23三6m，19三95）；三巴克三拉壩三（高22三6m，19三63）美國三：德三沃歇三克壩三（高21三9m，19三72）吉爾三吉斯三斯坦三：托三克托三古爾三壩（三高21三5m，19三78）我國三建成三或在三建高三度前三幾位三的混三凝土三重力三壩三門三峽（三壩高10三6m，19三62）劉家三峽（三壩高14三8m，19三69）烏江三渡（三壩高16三8m，19三79）漫灣三（壩三高13三2m，19三95）大朝三山（三壩高11三5m，20三00）三峽三（壩三高18三1m，20三09）龍灘三（壩三高21三6m，20三09）向家三壩（三壩高16三1m，20三15）長江三三峽三水利三工程三重力三壩剖三面空腹三重力三壩寬縫三重力三壩湖南三鳳灘三水電三站空三腹重三力壩印度三把克三拉壩三（高22三6m）重力三壩對三地質三條件三的要三求：（1）壩三基要三有足三夠強三度，三包括三抗壓三強度三與抗三剪強三度。三一般三修建三在巖三石壩三基上（2）壩三基變三形與三沉降三要很三小（3）壩三基巖三體滲三透性三弱，三避免三產生三較大三的動三水壓三力（4）就三近要三有足三夠的三合乎三質量三的建三筑材三料3拱壩拱壩三是凸三向上三游的三空間三殼體三結構三，壩三體受三到的三荷載三一部三分通三過拱三的作三用傳三到兩三岸巖三基（三壩肩三），三一部三分通三過懸三臂梁三作用三傳到三壩底三巖基三。拱三壩三的三特三征壩體三為一三空間三殼體三結構三，在三平面三上呈三拱形三。通三過整三體作三用將三壩體三承受三的外三荷載三合理三分配三到兩三岸和三壩底三基巖三。壩三體的三穩(wěn)定三性主三要依三靠兩三岸拱三座的三反力三作用三及部三分靠三壩體三自重三來維三持。拱壩三一般三按最三大高三度的三厚度三和壩三高的三比值三，分三為薄三拱壩三（<0三.2）、三厚中三拱壩(0三.2～0.三35三)、重三力拱三壩(>三0.三35三)。拱三壩屬三于高三次超三靜定三結構三，具三有很三高的三超載三能力三，能三充分三發(fā)揮三材料三強度三，節(jié)三省工三程量三和投三資。拱壩三一般三建在三地形三較窄三、兩三岸對三稱性三較好三的河三谷。三壩址三的基三巖要三求堅三硬、三完整三、質三地較三均勻三、耐三風化三、無三較大三的斷三層破三碎帶三?，F(xiàn)三在逐三步放三寬了三對地三形地三質條三件的三要求三。拱壩三建設三狀況國外三建成三的高三拱壩格魯三吉亞三：英三古里三（高27三2m，19三82）意大三利：三瓦依三昂（三高26三2m，19三60）瑞士三：莫三瓦桑三（高25三1m，19三58）土耳三其：三德里三內爾三（高24三7m，20三04）俄羅三斯：三薩彥三舒申三斯克三（高24三5m，19三89）洪都三拉斯三：埃三爾卡三洪（三高23三4m，19三85）我國三已建三或在三建的三高拱三壩二灘三（高24三0m，20三00）德基三（高18三1m，19三74）東江三（高15三7m，19三87）隔河三巖（三高15三1m，19三93）龍羊三峽（三高17三8m，19三92）錦屏三一級三（高30三5m世界三第一三高雙三曲拱三壩三在建三開三工20三14竣工三四三川雅三礱江三）小灣三（高29三2m三2三01三1）溪洛三渡（三高27三3m在建三）拉西三瓦（三高25三4m三2三00三9）構皮三灘（三高22三5m三2三01三1）貴陽三市沙三老河三水庫三薄拱三壩三壩三高62三m拱壩三對地三質條三件的三要求三：（1）壩三址應三為左三右對三稱的三峽谷三地形三，峽三谷越三陡峭三越利三于發(fā)三揮其三特征（2）壩三基與三壩肩三要有三足夠三強度三，尤三其對三壩肩三要求三特別三高，三無與三推力三方向三一致三的結三構面三存在4土石三壩土石三壩泛三指由三當地三土料三、石三料或三混合三料，三經過三拋填三、輾三壓等三方法三堆筑三成的三擋水三壩。三當壩三體材三料以三土和三砂礫三為主三時，三稱土三壩、三以石三渣、三卵石三、爆三破石三料為三主時三，稱三堆石三壩；三當兩三類當三地材三料均三占相三當比三例時三，稱三土石三混合三壩。土石三壩是三歷史三最為三悠久三的一三種壩三型。壩身三不能三用于三泄洪三，必三須設三溢洪三道等三。壩坡三要小三于天三然坡三角（三國內三外土三石壩三破壞1/三4為滑三坡破三壞）三。做好三防滲三與排三水要有三堅固三的護三坡天生三橋一三級電三站混三凝土三面板三堆石三壩三高17三8m土石三壩的三特征世界三上最三古老三的擋三水壩三就是三土石三壩，三當代三土石三壩的三主要三壩型三有土三心墻三壩、三混凝三土面三板堆三石壩三、瀝三青混三凝土三堆石三壩、三土工三膜防三滲土三石壩三、定三向爆三破堆三石壩三等。土石三壩對三適應三不良三的地三形地三質條三件具三有顯三著優(yōu)三越性三。在三優(yōu)良三地質三和峽三谷地三形也三有強三大的三競爭三力。隨著三對筑三壩材三料要三求的三放寬三，凸三現(xiàn)就三地、三就近三取材三，節(jié)三省“三材”和外三來運三輸量三的優(yōu)三點，三機械三化施三工程三度高三，有三利于三縮短三工期三。土石三壩體三方量三比相三同條三件下三重力三壩大4～6倍，三其單三價僅三為混三凝土三的1/三15～1/三20，故三僅薄三拱壩三可以三在總三體造三價上三與之三競爭三。土石三壩建三設狀三況國外三已建三的高三土石三壩塔吉三克斯三坦：三羅貢三，壩三高33三5m，心三墻土三石壩三；努三列克三，壩三高30三0m三(1三98三0)，心三墻土三石壩哥斯三達黎三加博三魯卡三，高