水工建筑物绪论课件

1、1专业：港口海岸及治河工程专业：港口海岸及治河工程任课老师：任课老师：李典庆李典庆 李长城李长城武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院2个人简介个人简介 李典庆李典庆 1975年年 湖北竹溪湖北竹溪 例题及考题网址例题及考题网址 基本要求基本要求 http:/ 国家重点实验室国家重点实验室 专家主页专家主页 水工建筑物安全、水工建筑物安全、 健康诊断及寿命预测健康诊断及寿命预测3 水工建筑物水工建筑物 水工建筑物课程的重要性水工建筑物课程的重要性r 课程定位课程定位 港口海岸及治河工程专业重最要的专业课之一港口海岸及治河工程专业重最要的专业课之一 必修课必修课r 课程内容课程内容 主要讲授水

2、工建筑物设计的基本理论和方法主要讲授水工建筑物设计的基本理论和方法 以及水工建筑物规划、以及水工建筑物规划、施工施工和和管理管理等方面的基本知识等方面的基本知识r 课程意义课程意义 通过本课程的学习，使学生具备进行水工建筑物设计的通过本课程的学习，使学生具备进行水工建筑物设计的 基本技能，并能运用所学知识来解决工程实际问题，为毕基本技能，并能运用所学知识来解决工程实际问题，为毕业后在水利、水电等部门从事相关的规划、设计、施工和业后在水利、水电等部门从事相关的规划、设计、施工和管理等工作打下一定的基础管理等工作打下一定的基础 后果后果水工建筑物绪论4n国内：国内： 75.8 事故事故1975年年

3、8月河南省中部月河南省中部一场特大暴雨造成板一场特大暴雨造成板桥、石漫滩两座大型桥、石漫滩两座大型水库及水库及58座中小型水座中小型水库溃坝。库溃坝。n国外：美国提堂土国外：美国提堂土 石坝溃坝石坝溃坝1976年，美国爱达河年，美国爱达河州蛇河支流提堂河上州蛇河支流提堂河上水库溃坝事故水库溃坝事故 29个县个县12000km2 土地受淹土地受淹 1700万亩耕地万亩耕地 1100万人受灾万人受灾 2.62.6万人死亡万人死亡 直接经济损失约百亿元直接经济损失约百亿元 工程开发费工程开发费4000万美元万美元 780km2地区受淹、地区受淹、 1414人死亡人死亡 2.5万人无家可归万人无家可归

4、 52km铁路遭破坏铁路遭破坏 40万亩农田受淹万亩农田受淹水工建筑物绪论5青海省沟后坝溃坝青海省沟后坝溃坝1993年年1993 年年8 月月27日大坝日大坝溃决失事溃决失事,当时库水位当时库水位3277m ,冲毁部分为坝冲毁部分为坝体的体的50 %。混凝土面。混凝土面板砾石坝板砾石坝沟后坝溃决后沟后坝溃决后下游拍摄全景下游拍摄全景水工建筑物绪论6水工建筑物水工建筑物俄罗斯最大的水电站萨彦俄罗斯最大的水电站萨彦- -舒申斯克水舒申斯克水电站电站20092009年年8 8月月1717日发生事故，死亡日发生事故，死亡7575人人7 水工建筑物水工建筑物 绪绪 论论1第一章第一章 重力坝重力坝1第二

5、章第二章 拱拱 坝坝 20第三章第三章 土石坝土石坝3水工建筑物绪论8地球上的水总量很大，约为地球上的水总量很大，约为1515亿亿kmkm3 3，但绝大部分，但绝大部分是是海洋中的咸水海洋中的咸水；人类可以利用的淡水总量约为人类可以利用的淡水总量约为0.38亿亿km3 ，仅占全，仅占全球总水量的球总水量的2.5%，这其中有，这其中有80%左右的淡水储藏左右的淡水储藏在极地和冰山、冰川，还有一部分藏于地下；在极地和冰山、冰川，还有一部分藏于地下；对人类起着特别重要作用的地表水，全球约为对人类起着特别重要作用的地表水，全球约为47万亿万亿m3，人均约，人均约9000m3 。水工建筑物绪论91000

6、亿m3河川径流河川径流地下水地下水水工建筑物绪论10人均占有量人均占有量010002000300040005000600070008000734222001760m3/p1700 水工建筑物绪论11降雨主要集中在汛期；降雨主要集中在汛期；常有连续丰水或干旱年。常有连续丰水或干旱年。大多数省份年降水量集中在大多数省份年降水量集中在2 23 3个月（个月（6 68 8月）的时间月）的时间内，即所谓的内，即所谓的梅雨季节。梅雨季节。汛期汛期 70% 非汛期非汛期 水工建筑物绪论12n降雨量时间分布不匀的后果是梅雨季节多余的降水降雨量时间分布不匀的后果是梅雨季节多余的降水形成洪水，形成洪水，并且造成洪

7、涝灾害并且造成洪涝灾害、水土流失，而其余、水土流失，而其余多数月份降水不能满足用水需要；多数月份降水不能满足用水需要；20062006广西梧州广西梧州水工建筑物绪论13水工建筑物绪论140 02020404060608080100100%81%19%38%62%400 mm400 mm400 400 mmmm800 mm800 mm1600 mm1600 mm800 mm800 mmu 广西、海南的多年平均降雨量超过广西、海南的多年平均降雨量超过1800mm1800mmu 宁夏、甘肃的多年平均降水量小于宁夏、甘肃的多年平均降水量小于300mm300mm。水工建筑物绪论15u我国除东北地区、内陆

8、部分高寒山区及沿海个别地我国除东北地区、内陆部分高寒山区及沿海个别地区之外，绝大多数地区的区之外，绝大多数地区的多年平均蒸发量大于多年多年平均蒸发量大于多年平均降雨量平均降雨量 气温高或气候干燥气温高或气候干燥。u山西省多年平均降水量山西省多年平均降水量400400630mm630mm，与西欧一些高，与西欧一些高原地区接近，不算太小。但是山西多年平均蒸发量原地区接近，不算太小。但是山西多年平均蒸发量高达高达160016002000mm2000mm，几乎是降雨量，几乎是降雨量4 4倍。倍。 u甘肃、宁夏一些地方的多年平均蒸发量甚至是多年甘肃、宁夏一些地方的多年平均蒸发量甚至是多年平均降雨量的平均

9、降雨量的10102020多倍多倍。所以，水资源是否短缺不仅要看降水量，所以，水资源是否短缺不仅要看降水量，还要看还要看蒸发量。蒸发量。水工建筑物绪论16法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区，法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区，多年平均降雨量只有多年平均降雨量只有619mm619mm，可是该地区主，可是该地区主要农作物基本不需灌溉要农作物基本不需灌溉 降雨年内分降雨年内分布均匀布均匀，一年之内，一年之内1212个月的降雨量十分接近。个月的降雨量十分接近。正因为经常降雨，空气湿度大，加上气候温正因为经常降雨，空气湿度大，加上气候温和，所以和，所以蒸发量很小蒸发量很小。西欧地区很少发生洪。西欧

10、地区很少发生洪水和干旱。水和干旱。以上三个方面因素以上三个方面因素 我国水资源短缺我国水资源短缺的主要的主要自然因素人为因素自然因素人为因素（水体污染用水体污染用水需求急剧增加）正在加剧水资源危机。水需求急剧增加）正在加剧水资源危机。水工建筑物绪论17我国的我国的人均人均水资源并不丰富。我国可用于发电水资源并不丰富。我国可用于发电的水能资源十分丰富的水能资源十分丰富 从青藏高原到海从青藏高原到海平面之间的巨大落差。平面之间的巨大落差。6.76 亿kw水工建筑物绪论18r 特点一：总量丰富，开发不足特点一：总量丰富，开发不足 美国美国8282；日本；日本8484 欧洲是欧洲是72%72%以上以上

11、 瑞士瑞士达到达到100%100%以上以上 20082008年：火电约占年：火电约占76%,76%,水电约占水电约占22%,22%,核电只接近核电只接近2%,2%,其余为风力等其他电力其余为风力等其他电力水工建筑物绪论19r 目前，发达国家大部分技术及经济可行的水电资源都得目前，发达国家大部分技术及经济可行的水电资源都得到了开发，发展中国家水电开发率还很低，尤其非洲，开发到了开发，发展中国家水电开发率还很低，尤其非洲，开发率还不到率还不到8%8%。中国水电劳务输出。中国水电劳务输出（就业机会）（就业机会） r 作为首位在国际大坝委员会担任主席的中国科学家，贾作为首位在国际大坝委员会担任主席的中

12、国科学家，贾金生在接受金生在接受科学时报科学时报采访时说：采访时说：从全世界的发展看，建从全世界的发展看，建设水库大坝是应对气候变化、促进人水和谐的关键。设水库大坝是应对气候变化、促进人水和谐的关键。但大坝但大坝建设有一个建设有一个认识及技术问题认识及技术问题，还有一个，还有一个利益协调问题利益协调问题，而把，而把认识统一到认识统一到科学发展观科学发展观又是困难之最又是困难之最水工建筑物绪论20攀枝花攀枝花宜宾宜宾乐山乐山二滩电站二滩电站金沙江金沙江金金沙沙江江岷岷江江大大渡渡河河长江长江雅雅砻砻江江yibingpanzhihualeshang成成都都 昆昆明明宜宜宾宾大大理理乐乐山山攀枝攀枝

13、花花丽丽江江澜澜沧沧江江金金沙沙江江雅雅砻砻江江大大渡渡河河岷岷 江江白鹤滩小湾糯扎渡溪洛渡向家坝锦屏一级乌东德金沙江干流：规划金沙江干流：规划20个梯级个梯级雅砻江干流：规划雅砻江干流：规划21个梯级个梯级大渡河干流：规划大渡河干流：规划22个梯级个梯级 库坝稳定与安全库坝稳定与安全 水电开发与保护水电开发与保护 工程移民与安置工程移民与安置 高效运行与管理高效运行与管理挑挑战战性性问问题题水工建筑物绪论21二滩水电站二滩水电站（中国已建最高拱坝中国已建最高拱坝）（坝高（坝高240m240m，装机，装机330330万千瓦）万千瓦）溪洛渡水电站溪洛渡水电站( (装机泄洪仅次于三峡装机泄洪仅次于

14、三峡) )（坝高（坝高272m272m，装机，装机12601260万千瓦）万千瓦）水工建筑物绪论22特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配雅鲁藏布江雅鲁藏布江水工建筑物绪论23汛期70% 非汛期 特点三：江河来水量时间分布不均特点三：江河来水量时间分布不均水工建筑物绪论24水工建筑物绪论25水资源方面：水资源方面： 我国目前面临着我国目前面临着水多水多（洪涝灾害）（洪涝灾害）水少水少（干旱）（干旱）水脏水脏（水污染）等一系列严峻（水污染）等一系列严峻问题；问题；水能源方面：水能源方面：开发率低、地区分布极不不均匀；开发率低、地区分布极不不均匀； how h

15、ow？ 必须修建各项工程设施，对天然来水必须修建各项工程设施，对天然来水进行合理的调配和利用，这些工程措施统称为进行合理的调配和利用，这些工程措施统称为水利水电工程水利水电工程。按照工程开发按照工程开发目标目标可分为治河防洪工程、农业可分为治河防洪工程、农业水利工程、水力发电工程、航道与港口工程、水利工程、水力发电工程、航道与港口工程、给排水工程和综合利用水利工程。给排水工程和综合利用水利工程。水工建筑物绪论2619491949年以来，水库大坝年以来，水库大坝8600086000多座；多座；江河堤防长度江河堤防长度170000km170000km；灌溉面积面积灌溉面积面积1000010000亩

16、以上的灌区亩以上的灌区25002500多处多处 ；水电装机容量。水电装机容量。三峡工程三峡工程基本建成基本建成南水北调南水北调工程已经开工程已经开工（中线工程干线已基本贯通，工（中线工程干线已基本贯通，3 3月底将具月底将具备通水）；东线工程每年调水备通水）；东线工程每年调水150150亿亿m m3 3水工建筑物绪论27三峡水利枢纽三峡水利枢纽 水工建筑物绪论28都江堰水利枢纽都江堰水利枢纽 水工建筑物绪论29都江堰宝瓶口都江堰宝瓶口水工建筑物绪论30都江堰飞沙堰都江堰飞沙堰 水工建筑物绪论31水工建筑物绪论32水工建筑物绪论33一、基本概念一、基本概念u水工建筑物水工建筑物: : 水利水电工

17、程中采用的各种建筑物；水利水电工程中采用的各种建筑物；u水利枢纽水利枢纽: :在水域的适当地点，为了在水域的适当地点，为了一种或多种目一种或多种目的的 而集中布置若干个不同类型的水工建筑物，各自发而集中布置若干个不同类型的水工建筑物，各自发 挥不同作用并协调工作，构成一有机综合体，称为挥不同作用并协调工作，构成一有机综合体，称为 水利枢纽。水利枢纽。水利枢纽的水利枢纽的作用作用不不同同蓄水枢纽蓄水枢纽引水枢纽引水枢纽泵站枢纽泵站枢纽水工建筑物绪论34u蓄水枢纽蓄水枢纽蓄水枢纽是在挡水建筑物（挡水坝）上游形成较大库蓄水枢纽是在挡水建筑物（挡水坝）上游形成较大库容的水利枢纽，也叫容的水利枢纽，也叫

18、水库枢纽水库枢纽。作用：作用：抬高上游水位对河道天然流量进行年调节或抬高上游水位对河道天然流量进行年调节或 多年调节（调洪作用）。多年调节（调洪作用）。适用条件：适用条件：当天然来水量在当天然来水量在各年之间或一年内有较大各年之间或一年内有较大变化变化，但，但径流总量可满足要求径流总量可满足要求的情况下，一般需修建的情况下，一般需修建较高的坝，以形成水库、抬高上游水位，并用水库的较高的坝，以形成水库、抬高上游水位，并用水库的库容调节来水流量。库容调节来水流量。建筑物组成：建筑物组成：挡水建筑物（大坝）泄水建筑物取挡水建筑物（大坝）泄水建筑物取水建筑物，俗称水建筑物，俗称“水库三大件水库三大件”

19、。根据水库的开发目。根据水库的开发目的不同，如水电站和通航船闸。的不同，如水电站和通航船闸。水工建筑物绪论35葛洲坝水利枢纽平面布置图葛洲坝水利枢纽平面布置图 水工建筑物绪论36丹江口水利枢纽平面图丹江口水利枢纽平面图 水工建筑物绪论37u引水枢纽引水枢纽以引水为主要目标的以引水为主要目标的低水头低水头水利枢纽。水利枢纽。作用：作用：雍高上游水位，控制引水流量，满足用水需要。雍高上游水位，控制引水流量，满足用水需要。适用条件：适用条件：河道河道天然流量充沛天然流量充沛，但，但水位较低水位较低，水流不，水流不能进入渠道或管道。引水枢纽无需对河道天然流量进能进入渠道或管道。引水枢纽无需对河道天然流

20、量进行调节，挡水建筑物高度不大，库容也不大。行调节，挡水建筑物高度不大，库容也不大。建筑物组成：建筑物组成：进水闸、雍水坝（或拦河闸）、冲沙进水闸、雍水坝（或拦河闸）、冲沙闸等建筑物组成。如果是综合利用的引水枢纽，还闸等建筑物组成。如果是综合利用的引水枢纽，还需建专门建筑物，如水电站和通航船闸。需建专门建筑物，如水电站和通航船闸。水工建筑物绪论38以泵站为主体的水工建筑物综合体。以泵站为主体的水工建筑物综合体。作用：作用：把低处的水抽送到高处，达到灌溉、排涝、把低处的水抽送到高处，达到灌溉、排涝、 发电（抽水蓄能电站）、航运等目的。发电（抽水蓄能电站）、航运等目的。建筑物组成：建筑物组成：最常

21、见的配套建筑物通常有引水闸最常见的配套建筑物通常有引水闸（灌溉泵站）、排水闸（排涝泵站）、通航船（灌溉泵站）、排水闸（排涝泵站）、通航船闸（兼有排洪、航运功能的河道）。闸（兼有排洪、航运功能的河道）。u 泵站枢纽不属于本课程教学内容，泵站枢纽不属于本课程教学内容， 在泵及泵站课程中讲授在泵及泵站课程中讲授u 泵站枢纽泵站枢纽水工建筑物绪论39“南水北调南水北调”的东线工程，即从江都引水，通的东线工程，即从江都引水，通过过1313级抽水台阶和黄河河底隧道，将长江之水级抽水台阶和黄河河底隧道，将长江之水引到天津及河北地区，引到天津及河北地区，每年调水每年调水150150亿立方米。亿立方米。 江都电

22、排站江都电排站 世界上最大的泵站枢纽世界上最大的泵站枢纽水工建筑物绪论40分类标准：分类标准：按作用分类：按作用分类： 挡水建筑物挡水建筑物 （拦河坝、堤防，施工围堰）（拦河坝、堤防，施工围堰） 泄水建筑物（溢洪道、泄水闸、泄水隧洞）泄水建筑物（溢洪道、泄水闸、泄水隧洞） 取水建筑物（取水口、进水闸、泵站取水建筑物（取水口、进水闸、泵站 ） 输水建筑物（渡槽、输水隧洞等）输水建筑物（渡槽、输水隧洞等） 整治建筑物（整治建筑物（丁坝丁坝、导流堤、护岸等）、导流堤、护岸等） 专门建筑物（专门建筑物（船闸船闸、鱼道鱼道、筏道等筏道等）二、水工建筑物分类二、水工建筑物分类水工建筑物绪论41按使用期限分

23、类：按使用期限分类：永久性建筑物：永久性建筑物：工程工程运用期运用期使用的建筑物；使用的建筑物； 按在工程发挥的作用失事后造成的影响程度按在工程发挥的作用失事后造成的影响程度 （1）主要建筑物（坝、水闸、泄洪建筑物、）主要建筑物（坝、水闸、泄洪建筑物、 水电站厂房等）；水电站厂房等）； （2）次要建筑物（挡土墙、导流堤、护岸等）。）次要建筑物（挡土墙、导流堤、护岸等）。 临时性建筑物：临时性建筑物： 工程工程施工期施工期使用的建筑物使用的建筑物 （导流建筑物、施工围堰等）（导流建筑物、施工围堰等）水工建筑物绪论42三、水利水电枢纽工程三、水利水电枢纽工程分等分等 水工建筑物水工建筑物分级分级

24、修建的水利工程应修建的水利工程应保证其可靠度保证其可靠度（安全性、适用性、（安全性、适用性、耐久性）同时又要保证其经济性。然而安全度与经耐久性）同时又要保证其经济性。然而安全度与经济性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投资也越济性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投资也越大。反之，则相反。大。反之，则相反。目的：目的：使工程具有足够的、但又不是过分的可靠使工程具有足够的、但又不是过分的可靠 度，即可靠又经济度，即可靠又经济 （优化问题）（优化问题） 为此，根据水利工程的重要性对为此，根据水利工程的重要性对水利枢纽分等水利枢纽分等 和对其和对其水工建筑物分级水工建筑物分级水工建筑物绪论43sl252

25、sl25220002000水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准工工 程程 等别等别工程规模工程规模库容库容 （亿（亿m3）防防 洪洪 灌溉灌溉 发电发电 保护城保护城镇镇及工矿及工矿区区 保护农田保护农田 面积面积 （104亩）亩）灌溉面积灌溉面积 （104亩）亩） 装机容量装机容量 （104kw） 一一大（大（1）型）型 10特别重特别重要要 500 150 120二二大（大（2）型）型101.0重要重要 50010015050 12030三三中型中型1.00.1中等中等 10030505 305四四小（小（1）型）型0.10.01一般一般30550.5 51

26、五五小（小（2）型）型0.010.00150.51水工建筑物绪论44几点说明：几点说明：（1）如果按表中分等指标分属几个不同等别时，）如果按表中分等指标分属几个不同等别时， 整整 个工程的等别应以其中个工程的等别应以其中最高的等别为准最高的等别为准。（2）水库总库容为水库最高水位（）水库总库容为水库最高水位（校核洪水位校核洪水位） 以下的静库容。以下的静库容。（3）治涝和灌溉面积为）治涝和灌溉面积为设计设计面积（不是实际）。面积（不是实际）。（4）表中防洪分等指标，对于城市和工矿企业参）表中防洪分等指标，对于城市和工矿企业参 考表考表04确定（确定（p 5）。）。水工建筑物绪论45 工程等别工

27、程等别主要建筑物主要建筑物12345次要建筑物次要建筑物33455n 对水工建筑物而言，是要划分级别对水工建筑物而言，是要划分级别依据：依据： 工程等别工程等别 使用年限（永久建筑物或临时建筑物）使用年限（永久建筑物或临时建筑物） 重要性（主要建筑物或次要建筑物）重要性（主要建筑物或次要建筑物） 水工建筑物可划分为水工建筑物可划分为5个级别个级别永久性水工建筑物永久性水工建筑物水工建筑物绪论46几点说明：几点说明：（1）损失后果巨大或影响十分严重的）损失后果巨大或影响十分严重的25级主要级主要 永久性水工建筑物，级别可提高永久性水工建筑物，级别可提高1级；级；（2）对于高土石坝也可提高）对于高

28、土石坝也可提高1级。级。（3）建筑物基础工程地质条件复杂或新型结构，）建筑物基础工程地质条件复杂或新型结构， 可提高可提高1级；级；（4）永久性主要建筑物在特殊情况下，建筑物）永久性主要建筑物在特殊情况下，建筑物 级别可提高级别可提高1级，但是级，但是洪水标准不提高洪水标准不提高。（5）失事后损失后果不大的可以降低失事后损失后果不大的可以降低1级。级。水工建筑物绪论47n 等级划分是确定以下设计标准的依据等级划分是确定以下设计标准的依据 洪水标准（洪水频率）洪水标准（洪水频率） 挡水建筑物的安全超高挡水建筑物的安全超高 结构强度和稳定性的安全系数结构强度和稳定性的安全系数 建筑材料的品种、标号建筑材料的品种、标号 设计方法的选择设计方法的选择 级别低的小型或临时建筑物采用级别低的小型或临时建筑物采用简化计算方法简化计算方法； 重大建筑物采用比较精确