水利枢纽与水工建筑物
[讲义]水利水电工程水工建筑物PPT讲义(59页 图文并茂)
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1960
1970
1980 Year
1990
2000
第二节 水利枢纽和水工建筑物
为了综合利用水利资源达到防洪、灌溉、发电、 给水、航运等目的，需要修几种不同类型的水工建 设物，例如：挡水、泄水、输水或其它专门建筑物 等，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这 些建设物称为水工建筑物，水工建筑物的综合体称 为水利枢纽。
重点工程完建后，防洪标准100年一遇； 个别大中型城市20年一遇常遇洪水； 中小河流防洪标准基本上为5~10年； 各类型水库中，老、病、险水库占40%以上；
２、资源紧缺与浪费并存
农业用水：灌溉水利用系数0.45~0.4，先进国家该系数为0.7~0.8； 工业用水：法国、美国、日本每吨钢耗水量仅为中国1/50~1/18。
水域。
４、水资源开采过度，环境问题严重
５、人口、经济增长、供需矛盾突出
21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问 题 已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续 发展和长治久安的重大战略问题。 本世纪以来，随着人口膨 胀与工农业生产规模的迅速扩大，全球淡水用量飞快增长。
从1900－1975年，世界农业用水量增加了7倍，工业用 水 量增加了20倍，并且近几十年来，用水量正以每年4%－8% 的速度持续增加，淡水供需矛盾日益突出。
一、水资源与水利建设 二、水利枢纽和水工建筑物 三、河川水利枢纽对环境的影响 四、水利枢纽与水工建筑物的等级划分 五、水工结构可靠度设计原理 六、分项系数极限状态设计方法 七、水工建筑物的优化设计 八、水工科技问题的研究途径
第一节 水资源与水利建设 一、中国水资源开发利用中存在的问题
１、防洪安全缺乏保障
水工建筑物
1、水利枢纽的概念。
答；了综合利用水资源，达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的，需要修建几种不同类型的建筑物，以控制和支配水流，满足国民经济发展的需要，这些建筑物称为水工建筑物，由不同水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。
2、重力坝的特点。
优点（1）工作安全，运行可靠。
（2）对地质、形条件适应性强。
（3）泄洪方便、导流容易。
（4）施工方便、维护简单。
（5）受力明确，结构简单。
缺点1）坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。
（2）坝体与坝基接触面积大，坝底扬力大，对坝基稳定不利。
（3）坝体体积大，混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。
3、土石坝的优缺点。
答:优点:（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材、和钢材，减少工地的外线运输量。
（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。
（3）大功率、多功能、高效施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了土石坝建设的发展呢。
（4）岩土力学理论、实验手段和技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障大坝设计的安全可靠性。
（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展。
缺点：（1）稳定方面。
土石坝的剖面形状为梯形或复式梯形。
由于填筑坝体的土石材料松散，抗剪强度低，（2）渗流方面。
土石坝挡水后在坝体内形成由上游向下游的渗流。
（3）冲刷方面。
土石坝为散粒体结构，抗冲能力低。
（4）沉陷方面。
由于土石料存在较大的孔隙，且易产生相对的移动，在自重及水压力作用下，会有较大沉陷。
4、土石坝的渗透变形及防止措施。
答：（一）渗透变形的形式（1）管涌（2）流土（3）接触冲刷（4）接触流土和接触管涌。
为了防止渗透变形，常采用的工程措施有:全面截阻渗流、延长渗经、设置排水设施、反滤层或排水减压井等。
防渗体主要有心墙、斜墙、铺盖、截水墙等。
设置排水设施降低坝体浸润线及孔隙水压力，防止渗透变形，增加坝坡的稳定性，防止冻胀破坏。
水库、水利枢纽、水工建筑物(ppt 74页)
特征水位与特征库容
兴利库容—死水位与正常高水位之间的水库库容 共用库容—正常高水位与汛前限制水位之间的水库库容，兴利和调洪公用的库容
二、水利枢纽—water project
一个水利工程究竟要包括哪些组成建筑物，由河流综合利用 规划中提出的任务来确定。例如：
为满足防洪、发电及灌溉的要求，需要在河流适宜地点修建 拦河坝，用以抬高水位形成水库，调节河道的天然流量，把 河道丰水期的水储蓄在水库中，供枯水期引用。即把洪水期 河道不能容纳的部分洪水，存蓄在水库里，以便削减河道的 洪水流量，防止洪水灾害的发生。另外，在运行过程中还可 能会遇到水库容纳不下的洪水，这就需要建造一个宣泄洪水 的通道，叫做溢洪道或泄洪隧洞，当用拦河坝的一段兼作溢 洪道时称为溢流坝。为了引用库中蓄水以供农田灌溉和城市 供水或进行水力发电等，还要建造通过坝身的引水管道或穿 过岸边山体的引水隧洞，为了发电、供电，还要建水电站、 开关站等等。
பைடு நூலகம்
三峡
三峡水电站的限制洪水位145米，145米以下都应该是死水 位。设计蓄水位175米，正常蓄水位175米，校核蓄水位加 10%。
█ 什么情况下正常蓄水位比设计洪水位高?
█ 设计洪水位比正常蓄水位低，是不是会影 响水电站经济效益？
I. 设计洪水位是在泄洪设施全开时通过设计洪水流 量情况下的水位。电站运行时可通过闸门控制水 位满足发电需要。
(1) 正常高水位—normal high water level
水库在正常运用情况下，允许经常保持的最高水位。为保证 各兴利部门枯水期正常用水，水库在丰水期末需要达到的水 位。 它是确定水工建筑物尺寸、投资、淹没、电站出力等指标的 最重要的参数。
(2) 设计洪水位—design flood level
水利枢纽与水工建筑物讲义
水库对环境的影响
1 对自然环境影响 1.1对地质的影响 水库蓄水后，水体压重引起地壳应力增加；水渗入断层，导致断层
间润滑度增加；增加岩层中空隙水压力，诱发地震。 水库蓄水后水位升高，岸坡土体抗剪强度降低，易发生山体滑坡。 水库蓄水后，库区周围地下水位上升，引起低洼地带沼泽化、土壤
盐碱化、建筑物地基沉陷。 1.2对土壤的影响 浸没 沼泽化 潜育化 盐碱化 潜育化：指土壤长期滞水，严重缺氧。
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2. 特征水位—characteristic water level
(1) 正常高水位—normal high water level (2) 设计洪水位—design flood level (3) 校核洪水位—check flood level (4) 汛前限制水位—preflood limit w. l. (5) 死水位—dead w. l.
在汛期来临之前，预先把水库放空一部分，以腾出库容多蓄 洪水，这时消落下来的水位。也称为汛期限制水位或防洪限 制水位。
§2 水库、水利枢纽、水工建筑物
一、水库—reservoir
1. 作用
• 调节作用：把来水按用水要求在时间和数量上重新分配。 • 其他作用：利用大量的蓄水和抬高了的水头来满足发电、
航运以及水产等其他用水部门的需要。 按调节周期分：
日调节水库，如葛洲坝、富春江 年调节水库，如三峡（不完全的）、九甸峡（完全） 多年调节水库，如新安江、龙羊峡、丰满
正常蓄水位是水库和水电站最重要的设计参数之一，是确 定拦河坝高度、水库容积、利用水头和发电能力的基本依据； 对水工建筑物的工程量、水库调节性能和水头的利用,关系 极大;对水库和水电站的建设工期、投资、动能经济效益以 及水库淹没损失等均有重要影响。
水利工程基础知识.
水利工程分类
防洪工程 农田水利工程 水力发电工程 供水与排水工程 航道及港口工程 环境水利工程
第二节 水利枢纽与水工建筑物
(一)
水利枢纽
为了达到防洪、获得发电、灌溉、供水 等方面的效益，需要在河流的适宜地段 修建不同类型的建筑物，用来控制和分 配水流。这些建筑物统称为水工建筑物。 而由不同类型的水工建筑物组成综合体， 称为水利枢纽。
(6) 专门建筑物
• 为灌溉、发电、过坝需要
而兴建的建筑物。 • 如专为发电用的压力前池、 调压室、电站厂房等。
第三节 水利枢纽分等 和水工建筑物分级
首先按水利枢纽工程的规模、 效益及其在国民经济中的作用进 行分等，分五等，然后再对各组 成建筑物按其所属枢纽的等别、 建筑物在枢纽中所起的作用和重 要性进行分级，分五级。
第二节
土石坝的基本剖面
土石坝的坝体剖面由坝体、 防渗体、排水体、护坡四部 分组成。
坝身主要用来保持坝体的稳定。 防渗体的作用控制渗流。 排水体的作用是引导渗流。
上游护坡为了防止风浪淘刷。
排水设备
棱体排水
(常见的排水型式)
贴坡排水
褥垫排水
综合式排水
第三章 岩基上的重力坝
一、重力坝的工作原理及特点
（1）具有足够的断面维持坝体的稳定
（2）设置良好的防渗和排水设施控制渗流
（3）设计合理 （4）泄洪建筑物具有足够的泄洪能力
（5）采取适当的构造措施
土石坝的工作条件 ⑴ 渗流影响
⑵ ⑶ ⑷
冲刷影响 沉陷影响 其他影响
二、土石坝的类型
按坝体高度可分为：高 坝、中坝、低坝。
水利枢纽及水工建筑物相关知识
水利枢纽及水工建筑物相关知识一、水利枢纽为了综合利用水利资源达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，需要修各种不同类型的水工建设物，例如：挡水、泄水、输水或其它专门建筑物等，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这些建设物称为水工建筑物（这些为兴水利、除水害而修建的建筑物称为水工建筑物），水工建筑物的综合体称为水利枢纽。
二、水工建筑物的分类及特点（一）按具体水利枢纽中所起的主要作用分类：挡水建筑物：坝、闸和堤防等。
泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等。
输水建筑物：输水洞、引水管、渠道。
取水建筑物：进水口、进水闸、扬水站。
专门建筑物：电站厂、船闸、升船机、鱼道、筏道等。
整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。
（二）水工建筑物的分级水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。
（三）水工建筑物的特点1.工作条件复杂：自重、风雪压力、地震作用、水压力、风浪等2.施工的艰巨⑴野外施工：深山老林、无路无水无电、生活难。
⑵解决河道来水：导流、截流、地下水等。
⑶地基处理：岩石开挖、洞挖、地基的复杂性。
⑷规模宏伟：工程量大、工期长、受气候影响。
（四）水工建筑物的独特：受地形、地质、水文、气象、技术、经济等方面的影响，各水工建筑物大小、形式不同。
（五）水利枢纽对环境的影响1.淤积和冲刷：造成库区泥沙淤积，造成下游河床的冲刷下切。
2.水文状态变化：水库蓄水上游淹没、浸没等，下游地下水位下降。
3.水质的变化：水温下降、水质改善的。
4.气候的变化：蒸发大，形成小气候，降雨增加。
5.地震的影响：水库诱发地震（大库容）。
6.对渔业影响：发展水产养殖，对野生鱼的回游形成障碍，需专门考虑。
（六）对国民经济影响巨大投资巨大、影响国家经济发展；防洪、供水、发电等关系到国计民生大事；水库移民问题复杂，影响深远；如规划、设计不当，很难改正；水库大坝失事：对国民经济、下游人民；群众生命、财产造成极大损失；水库形成避暑、旅游场所。
水工建筑物作业
1水利工程指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。
2水利枢纽由不同水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。
3水工建筑物为综合利用水资源，达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的，修建的不同类型的建筑，以控制和支配水流，满足国民经济的需要。
4.扬压力扬压力是渗透压力和浮托力的总称。
，扬压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝体内或坝基面上形成的渗透力，和由下游水深淹没坝体而产生的向上的浮托力组成。
5.渗透压力渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的压力。
6.浮托力是由下游水深淹没坝体计算截面而产生的向上的压力。
7.拱冠梁法拱冠梁法是一种简化的拱梁分载法，计算时，只取拱冠处的一根悬臂梁为代表与若干层水平拱圈组成计算简图，并按径向位移一致条件，对拱梁进行荷载分配。
8.滑雪道泄洪滑雪道式泄洪是拱坝特有的一种泄洪方式，在溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成，泄槽通常由支墩或其它结构支承，与坝体彼此独立。
9.土石坝指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆砌成的挡水坝。
10.流土在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的现象称为流土。
11.管涌在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为管涌。
12.反滤层由耐久的、能抗风化的砂石料、非粘性土等组成的，一般为2－3层不同粒径材料排列，且垂直于渗流方向的可以保证滤土排水的设施。
13..浸润线土石坝挡水后，在坝体内形成由上游向下游的渗流，这在坝体中渗流的水面线则称浸润线。
14.节制闸枯水期用于拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求，洪水期则开闸泄洪，控制下泄流量。
15..地下轮廓线水流在上下游水位差作用下，经地基向下游渗透，并从护坦的排水孔等处排出，上游铺盖，板桩及水闸底版等不透水部分与地基的接触处。
16、围岩压力隧洞在岩体中开挖衬砌后，围岩的变形，滑移乃至坍塌趋势受到衬砌扼阻，此时围岩作用于衬砌的力称为围岩压力3．封拱温度答：拱坝系分块浇筑，经充分冷却，当坝体温度降至相对稳定值时，进行封拱灌浆，形成整体，在封拱时的坝体温度称作封拱温度。
小型水工建筑物设计基本知识—水利枢纽如何分等
分析：总库容—— 二等；总装机容量—— 四等； 总装机容量—— 二等；
该枢纽等别为二等，大（2）型工程。
二、水利枢练习纽分案等例2的：案陕西例冯家山水库，总库容为3.89亿m3，灌溉面积136万亩。
分析：总库容—— 二等；总装机容量—— 四等；
该枢纽等别为二等，大（2）型工程。
治涝面积和灌溉面积 指设计面积
一、水利枢纽分等的方法 1.3 分等方法 方法：“指标定位，取大为等”
例1.某山区水利枢纽，其总 库容为7.5亿m3，灌溉面积100万 亩，总装机容量35万kW。
分析：总库容—— 二等；灌溉面积—— 二等；总装机容量—— 二等； 该枢纽等别为二等。
一、水利枢纽分等的方法 1.3 分等方法 方法：“指标定位，取大为等”
二、水利90M枢练W纽习。 分等案例的3 案：青例海石头峡水电站，总库容为9.85亿m3，总装机容量
分析：总库容—— 二等；总装机容量—— 三等；
该枢纽等别为二等，大（2）型工程。
思考
上网查阅 桃曲坡水库，确定其工程等级，及主要建筑物 的级别及安全级别。
1.2 分等依据规模来自效益国民经济中 的重要性
水利枢纽分为五等
一、水利枢纽分等的原则
1.3 分等方法
根据水利水电枢纽指标，在《规范》中直接查表确定。
《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000
一、水利枢纽分等的方法 1.3 分等方法 方法：“指标定位，取大为等”
总库容指校核洪水 位以下的静库容
例2.某山区水利枢纽，其总库 容为8320万m3，保护农田面积90 万亩，总装机容量4万kW。
分析：总库容—— 三等；保护农田面积—— 三等；总装机容量—— 四等； 该枢纽等别为三等。
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水利枢纽与水工建筑物
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为了满足防洪要求，获得灌溉、发电、供水等方面效益，在河流的适宜地段修建不同类型建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物统称为水工建筑物，而不同类型水工建筑物的综合体称为水利枢纽。
水工建筑物按其作用可分为以下几类：
1、挡水建筑物
用以拦截江河，形成水库或壅高水位，如各种坝和水闸；以及为抵御洪水或挡潮沿江河海岸修建的堤防、海塘等。
2、泄水建筑物
用以宣泄多余水量、排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空，以保证坝和其他建筑物安全。
如各种溢流坝，坝身泄水孔；又如各种岸边溢洪道和泄水隧道等。
3、输水建筑物
为满足灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽等。
南水北调中线工程——沙河渡槽
4、取（进）水建筑物
输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段，灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。
南水北调工程渠首——陶岔渠首枢纽工程
5、整治建筑物
用以改善河流的水流条件，调整水流对河床及河岸的作用，以及防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷，如丁坝，顺堤、导流堤、护底和护岸等。
黄河丁坝
6、专门建筑物
为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物，如专为发电用的压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉砂池、冲沙闸；专为过坝用的船闸、升降机、鱼道、过木道等。
建设中的乌东德水电站地下厂房
有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如：各种溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；水闸即可挡水，又可泄水，有时还可作为灌溉渠首或供水工程的取水建筑物。