水工建筑學(xué)課件

水工建筑學(xué)第一講

HydraulicStructures清華大學(xué)水利水電工程系講課教師：金峰辦公室電話:

Email：2023/5/231水工建筑學(xué)教材與教學(xué)參考書《水工建筑學(xué)》

張楚漢，王光綸，金峰主編，清華大學(xué)出版社《水工建筑物》

麥家煊主編清華大學(xué)出版社《水工建筑物》

吳媚玲編清華大學(xué)出版社《水工建筑物》

祁慶和主編水利電力出版社《水工建筑物》

張光斗、王光綸著水利電力出版社《水工建筑物》習(xí)題集清華大學(xué)水利系《HydraulicStructures》Novak,Moffat&Nalluri,SponPress2023/5/232水工建筑學(xué)本課程的要求上課：不遲到，關(guān)手機(jī)，鼓勵提問作業(yè)：按時完成，不得抄襲，被發(fā)現(xiàn)抄襲作業(yè)者作業(yè)成績記0分(零容忍)?？荚嚕洪]卷成績：考試60％＋作業(yè)20％＋課堂10％＋小論文10％2023/5/233水工建筑學(xué)課程目的介紹水工建筑物的知識：

重力壩、拱壩、土壩、溢洪道、隧洞、水閘、閘門、邊坡培養(yǎng)工程師的基本修養(yǎng)思考問題的方式：全面，實際注重社會、經(jīng)濟(jì)的影響加強(qiáng)對可持續(xù)發(fā)展的重視適應(yīng)不斷變化的能力2023/5/234水工建筑學(xué)課程特點專業(yè)課：知識點多，重視實際應(yīng)用能力工程課：理論聯(lián)系實際綜合運用知識：基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、其他專業(yè)課2023/5/235水工建筑學(xué)教學(xué)大綱第一章緒論Introduction:金峰

3學(xué)時第二章重力壩GravityDam: 周元德

12學(xué)時第三章拱壩ArchDam:金峰

6學(xué)時第四章

土石壩EmbankmentDam:劉耀儒

9學(xué)時第五章

河岸溢洪道ChuteSpillway:劉耀儒3學(xué)時第六章

水工隧洞Tunnel:周元德

3學(xué)時第七章

土基上的水閘SluiceonSoil:劉耀儒

3學(xué)時第八章

邊坡Slope:周元德

3學(xué)時專題:金峰 3學(xué)時2023/5/236水工建筑學(xué)第一章緒論

Chapter1Introduction§1水利工程的歷史§2水資源概況與當(dāng)前的水利水電建設(shè)§3水工建筑物的分類分級與基本要求§4水工建筑物的設(shè)計2023/5/237水工建筑學(xué)§1水利工程的歷史防洪灌溉航運城市供水和排水水力發(fā)電2023/5/238水工建筑學(xué)水利工程的歷史－防洪約BC3400：古埃及尼羅河左岸大堤約BC2000：中亞美索不達(dá)米亞地區(qū)堤防約BC2000：大禹治水（傳說）戰(zhàn)國時期BC475－BC221：堤防系統(tǒng)2023/5/239水工建筑學(xué)水利工程的歷史－灌溉BC4000：古埃及用尼羅河灌溉BC2900：尼羅河流域開始灌溉系統(tǒng)BC2500：古印度開始灌溉BC1000：秘魯開始有灌溉系統(tǒng)文字記載：戰(zhàn)國時期：鄭國渠、白渠：60萬畝戰(zhàn)國時期BC256：歷時14年，都江堰工程，100多萬畝到現(xiàn)在超過1000萬畝西漢時期：引黃灌區(qū)，100多萬畝鄭國渠2023/5/2310水工建筑學(xué)都江堰魚嘴飛沙堰寶瓶口魚嘴魚嘴寶瓶口2023/5/2311水工建筑學(xué)水利工程的歷史－航運BC486邗溝BC361鴻溝BC216靈渠AD67萊茵河－默茲河隋朝京杭大運河現(xiàn)代基爾運河：英吉利海峽－波羅地海蘇伊士運河：地中海－紅海巴拿馬運河：大西洋－太平洋靈渠京杭大運河2023/5/2312水工建筑學(xué)水利工程的歷史－城市供水BC2900古埃及孟菲斯城BC2500－BC1700古印度兩座城市BC700耶路撒冷輸水隧洞BC312－AD226古羅馬我國古代的長安(八水饒長安)，洛陽，北京，開封(清明上河圖)、杭州、南京等2023/5/2313水工建筑學(xué)古羅馬的PontDuGard橋與渡槽渡槽有襯砌(熟石灰與火山渣混合的水泥)2023/5/2314水工建筑學(xué)水利工程的歷史－水力發(fā)電1878年，法國建成世界第一座水電站1882年，美國第一座水電站建于美國威斯康辛州阿普爾頓的福克斯河上，由一臺水車帶動兩臺直流發(fā)電機(jī)組成，裝機(jī)容量25kW。1885年，歐洲第一座商業(yè)性水電站是意大利的特沃意水電站建成，裝機(jī)容量65KW。1895年，尼亞加拉瀑布處建造了一座大型水輪機(jī)驅(qū)動的3750kW水電站。

2023/5/2315水工建筑學(xué)中國第一座水電站

—石龍壩水電站1912年，昆明石龍壩：德國西門子發(fā)電機(jī)，2臺共480千瓦，耀龍電燈股份有限公司，25萬銀元1923年，2臺240千瓦發(fā)電機(jī)組，于1926年投產(chǎn)發(fā)電，不久，又增加一臺448千瓦機(jī)組。1931年，公司又向德國西門子公司再次購得一臺720千瓦機(jī)組，替換了那兩臺240千瓦機(jī)組，解放前夕，總裝機(jī)容量達(dá)2920千瓦。1950年8月擴(kuò)建四機(jī)房，同年向瑞士購買3000千瓦發(fā)電機(jī)組一臺，于1954年12月31日投產(chǎn)發(fā)電。1957年又添置一臺3000千瓦國產(chǎn)機(jī)組，1958年6月30日投產(chǎn)發(fā)電。石龍壩電站裝機(jī)容量曾擴(kuò)大到7040千瓦。2023/5/2316水工建筑學(xué)中國古代著名壩工芍陂：BC598－591，草、土壩都江堰：BC276－251，竹籠、干砌卵石天平壩：BC219，砌石壩馬仁陂：BC34，16m高土壩2023/5/2317水工建筑學(xué)世界八大水電站國家名稱裝機(jī)(萬千瓦)年發(fā)電量(億度)中國三峽1820846.8巴西/巴拉圭伊泰普1260750美國大古力1083203委內(nèi)瑞拉古里1030510巴西圖庫魯伊800324加拿大拉格蘭德二級732.6358俄羅斯薩揚(yáng)舒申斯克640237俄羅斯克拉斯諾雅斯克6002042023/5/2318水工建筑學(xué)§2水資源概況

與當(dāng)前的水利水電建設(shè)全球水量：1.386×1019m3淡水資源約：411萬億m3可以利用的水資源：50萬億m3我國約2.8萬億m3

：水資源短缺我國北方水少：空間分布不均我國洪澇干旱災(zāi)害嚴(yán)重：時間分布不均我國水體污染嚴(yán)重：2023/5/2319水工建筑學(xué)全國水資源分區(qū)圖2023/5/2320水工建筑學(xué)多年平均降水量圖2023/5/2321水工建筑學(xué)我國的河流

概況—長江年平均徑流量：

9800億m3長江流域已建壩：

4萬多座總庫容：

1500億m3已建電站裝機(jī)容量：

2500萬千瓦2023/5/2322水工建筑學(xué)我國的河流

概況—黃河年平均徑流量：

580億m3黃河流域已建壩：

3000多座總庫容：

500億m3已建電站裝機(jī)容量：

949.6萬千瓦2023/5/2323水工建筑學(xué)洪災(zāi)與旱災(zāi)嚴(yán)重2023/5/2324水工建筑學(xué)中國水資源污染狀況——

全國主要城鎮(zhèn)污染分布圖2023/5/2325水工建筑學(xué)中國水電基地分布2023/5/2326水工建筑學(xué)西電東送與高壩建設(shè)2023/5/2327水工建筑學(xué)南水北調(diào)2023/5/2328水工建筑學(xué)東線工程最大可調(diào)水量

145億m3供水范圍：天津，安徽，山東，河北等沿線工業(yè)發(fā)達(dá)，污染嚴(yán)重2023/5/2329水工建筑學(xué)中線工程最大可調(diào)水量

145億m3供水范圍：北京,天津,河北,河南,山西交叉水工建筑物多可調(diào)水量減少2023/5/2330水工建筑學(xué)西線工程最大可調(diào)水量

200億m3供水范圍:青海,甘肅,寧夏,陜西內(nèi)蒙古,山西2023/5/2331水工建筑學(xué)中國的高壩建設(shè)的實例小浪底高心墻土石壩三峽混凝土重力壩二灘、溪洛渡、小灣混凝土拱壩石門子碾壓混凝土拱壩龍灘碾壓混凝土重力壩天生橋、水布埡混凝土面板堆石壩2023/5/2332水工建筑學(xué)小浪底

高心墻土石壩已建壩高大于100m的心墻堆石壩:4座石頭河、碧口、魯布革、小浪底2023/5/2333水工建筑學(xué)混凝土重力壩：三峽工程世界上最大的實體重力壩：三峽大壩高：181m

長：2335m

砼：2715萬m32023/5/2334水工建筑學(xué)混凝土拱壩：二灘拱壩98年底，已建成的30m以上的拱壩521座100m以上的拱壩10座其中，二灘拱壩壩高240m2023/5/2335水工建筑學(xué)混凝土拱壩：溪洛渡(在建)壩高：278m2023/5/2336水工建筑學(xué)混凝土拱壩：小灣(在建)壩高：292m2023/5/2337水工建筑學(xué)碾壓混凝土壩部分已建超過100m的碾壓混凝土壩：廣西巖灘湖南江埡新疆石門子在建：云南大朝山、云南棉花灘、四川沙牌溪柄拱壩石門子拱壩2023/5/2338水工建筑學(xué)碾壓混凝土壩：龍灘電站

紅水河龍灘一期工程壩高：192m，世界最高2023/5/2339水工建筑學(xué)混凝土面板堆石壩:天生橋一級天生橋一級178m已建最高面板堆石壩2023/5/2340水工建筑學(xué)混凝土面板堆石壩:水布埡在建，壩高232m，世界最高2023/5/2341水工建筑學(xué)§3水工建筑物的

分類分級與基本要求水工建筑物的特點水工建筑物的分類水工建筑物的分級水工建筑物的基本要求2023/5/2342水工建筑學(xué)水工建筑物的特點工作條件復(fù)雜性：由于水的作用造成：靜水壓、揚(yáng)水壓、滲水作用、泄水沖刷等。設(shè)計選型獨特性：按當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)條件設(shè)計，因此找不到兩個完全相同的壩。施工建造的艱巨性：除自然環(huán)境條件外，尚有水的作用，要解決導(dǎo)流問題，施工進(jìn)度與洪水“賽跑”問題。失事后果的嚴(yán)重性：失事后，水頭急泄、人民財產(chǎn)損壞嚴(yán)重。2023/5/2343水工建筑學(xué)水工建筑物的分類功能分類建筑材料的分類構(gòu)造特點的分類2023/5/2344水工建筑學(xué)水工建筑物的功能分類擋水建筑物：壩、閘、堤…泄水建筑物：溢洪道、溢洪洞…輸水建筑物：引水隧洞、渠道、涵洞…取水建筑物：進(jìn)水閘、揚(yáng)水站…整治建筑物：丁壩、順壩、導(dǎo)流堤…專門建筑物：電站、船閘、升船機(jī)…僅供參考，并無標(biāo)準(zhǔn)答案?。。?023/5/2345水工建筑學(xué)按建筑材料分類混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)土石結(jié)構(gòu)漿砌石結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)2023/5/2346水工建筑學(xué)按構(gòu)造特點分類壩：重力壩拱壩支墩壩大頭壩連拱壩土石壩2023/5/2347水工建筑學(xué)水利樞紐為了綜合運用水利資源，達(dá)到防洪、灌溉、發(fā)電、給水、航運等目的，需要修建幾種不同類型的水工建筑物，例如，擋水、泄水、輸水或其他專門的水工建筑物，以控制和支配水流，滿足國民經(jīng)濟(jì)的需要，這些建筑物稱為水工建筑物，水工建筑物的綜合體叫做水利樞紐2023/5/2348水工建筑學(xué)水利樞紐工程的分等水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）SDJ12-78強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)2023/5/2349水工建筑學(xué)水利水電工程等級劃分

及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)工程等別工程規(guī)?？値烊?108m3)防洪治澇灌溉供水發(fā)電重要性農(nóng)田(104畝)面積(104畝)面積(104畝)重要性裝機(jī)(104kW)I大(1)型≥10特別重要≥500≥200≥150特別重要≥120Ⅱ大(2)型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.10中等100～3060～1550～5中等30～5IV小(1)型0.10～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1V小(2)型0.01～0.001<5<3<0.5<12023/5/2350水工建筑學(xué)水工建筑物的分級建筑物的級別決定于工程的級別永久建筑物：指樞紐工程運行期間使用的建筑物主要建筑物：系指失事后將造成下游災(zāi)害或嚴(yán)重影響工程效益的建筑物次要建筑物：指失事后不致造成下游災(zāi)害或工程效益影響不大并易于修復(fù)的建筑物臨時性建筑物：指樞紐工程施工期間所使用的建筑物強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)2023/5/2351水工建筑學(xué)重要水工建筑物的要求抗御洪水標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求建筑材料的耐久性運行可靠性意外情況的考慮分級：安全度定性：現(xiàn)代定量方法2023/5/2352水工建筑學(xué)水利工程對環(huán)境的影響社會環(huán)境淹沒土地：移民航運、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、自來水…自然環(huán)境徑流變化、地下水位泥沙淤積與沖刷庫岸和河岸崩塌、促發(fā)地震氣候水質(zhì)生物和生態(tài)2023/5/2353水工建筑學(xué)§4水工建筑物的設(shè)計設(shè)計階段的劃分設(shè)計方法2023/5/2354水工建筑學(xué)水利工程規(guī)劃設(shè)計階段流域規(guī)劃項目建議書/預(yù)可行性研究可行性研究/初步設(shè)計招標(biāo)設(shè)計施工詳圖設(shè)計2023/5/2355水工建筑學(xué)設(shè)計方法傳統(tǒng)的安全系數(shù)法基于可靠度的設(shè)計方法設(shè)計需要考慮足夠的安全儲備