水利水电工程前沿讲座

1、碾压砂是近几十年发展起来的一种新型碎。它具有独特的性能，未凝固前碾压碎的性能与常规碎的性能完全不同，而凝固后与常规碎的性能非常相近。碾压砂是将土石方施工机械容量大、速度快、大面积作业的优点和硅强度高、耐久性强的特点融合到一体，从而达到快速经济施工的目的。为了使土石方施工机械能在碎面上作业，碾压硅稠度要求很干，干到足以使平仓机、振 动碾、自卸汽车不下陷。 比干硬性碎还要干， 是一种坍落度为零的超干硬性碎。用维勃仪来 进行测定，即：碾压碎在一定频率的维勃仪上震动，达到液化所需要的时间，定义为碾压碎 的稠度，又称碾压碎的工作度即VC值，单位为：秒（S）。经过振动碾碾压的碎，只有压实到接近密实容重，才

2、具有结构设计所要求的强度、抗渗性和抗冻性。1 碾压碎（RCC）的组成材料水泥、掺和料、砂、石子、水、外加剂为了适应碾压施工， 碾压碎属于超干硬性拌和物。其粘聚性较差，施工过程中粗骨料易发生分离，为减少以至避免粗骨料分离现象，一般都限制粗骨料最大粒径不大于80mm且适当减少最大粒径级粗骨料所占的比例。普通水泥碎（PCC）存在施工周期长，水泥用量多，水泥水化热大，模板使用多，施工进度慢等问题。碾压碎（RCC）是近几十年发展起来的新型碎材料，它是一种含水率低，通过振动碾压工艺成 型，达到高密实度的碎。2 RCCM料组成设计方法有绝对体积法、填充包裹法、经验法、递推渐近法、试算法、最大密度近似法1）绝

3、对体积法绝对体积法的原理是碎拌合物的体积等于各组成材料绝对体积之和。绝对体积法计算RCC材料组成是由水灰比、混合材料掺量和砂率及每方混合料各种材料的绝对体积等4个条件，建立4个方程式。求解后可得每方 RCC勺组成材料，包括水泥、细集料、粗集料及粉煤灰的用量。其中用水量需在解方程前根据经验或通过试验分析确定。2）填充包裹法该法设想RCC液相变为固相有两个条件：一是细集料空隙恰好被水泥灰浆填充；二是粗集料的空隙又被水泥砂浆所填充。3）经验法此法是根据水泥胶砂弯拉强度与RCC式配强度经验公式算出灰水比；砂率由经验而定；通过对灰水比、砂率和 VC值的修正算出初估用水量；水泥用量根据经验或参数规限定围而

4、得； 当RCC勺各种材料确定后，尚需对初估用水量进行修正 （其中含混合材料的用水量）；最后可 分别得出RCCM料组成用量。4）递推渐近法先根据经验确定水泥与水的用量及砂率，拌制出满足设计要求和施工条件允许的RCC®步配合比。然后固定水和水泥用量以等间距增减砂率，找出与最大压实率对应的砂率为最佳砂率。在确定最佳砂率和固定水的用量后以等间距增减不同水泥用量，寻找最大压实率所对应的水泥用量为最佳水泥用量。在找出最佳砂率、水泥用量后以等间距增减不同用水量，用同样方法寻找最佳用水量。由上述求出的最佳水泥量与用水量作为中值建立灰水比与28dRC3拉强度的关系曲线，最后得出满足强度、和易性和经济性

5、要求的灰水比。5）试算法这种方法是设计沥青混合料的惯用方法。当用几种集料配成一定级配的RCC昆合料时，在决定各组成集料在混合料中所占的比例之前，先假定混合料中某种粒径的颗粒在某粒级材料中占优势，然后根据该粒径计算不同粒级围粗、细集料在混合料中的比例。根据经验或规规定围预估用水量和水泥用量，通过试拌和强度验证优选出满足要求的水泥用量和用水量。6)最大密度近似法此法先固定水灰比制备水泥砂浆，寻找最大容重时细集料体积。根据要求的RC8拉强度选择水灰比，通过试验确定RCC半合物最大容重时粗、细集料的体积。美国对该法积累了较多 的试验数据，并已汇集成图表，当设计材料组成时，可查图表确定各种材料用量。绝对

6、体积法是普通水泥硅材料组成设计所采用的一种方法，计算简单，但没有考虑RCC的特性，不能直接用于 RCCM料组成设计。 填充包裹法是水利部门用于大坝RCCM料组成设计的方法， 计算麻烦，裕度系数a 3需进行大量试验才能确定。经验法是是针对路面 RCCM料组成设计提出的一种方法。由于该法的用水量修正系数值是通 过部份试验或经验确定，而且全国各地材料差异较大，故不宜直接广泛应用。递推渐近法为日本 RCC面技术指南提出的方法，有其特色，但试验工作量太大，不便 应用。试算法是设计沥青混合料的惯用方法，RCCM料组成设计的原则与其相似，该方法有些原则可以利用，但它不能确定水泥和水的用量。最大密度法设计的原

7、则与其它设计方法有共同之处，该法汇集的经验图表是美国特定条件下得到的，只能参考不能直接套用。3碾压砂的配合比设计参数 水胶比 W/ (C+F)用水量与胶凝材料的质量比。根据已建35座碾压碎坝的统计，绝大多数在0.400.65围，0.500.59围占多数。(2)掺合料掺量F/(C+F)指胶凝材料中掺合料所占的比例。中国碾压砂的掺合料掺量绝大多数在30% 65%S, 50%-65%占大多数。永久建筑物碾压碎的胶凝材料用量不宜底于130kg/m3。(3) 单位用水量可根据碾压砂的 VC值、骨料种类、最大粒径、砂率、掺和料和外加剂等选定，一般为 95 135kg/m3。(4)浆砂比(C+F + W)/

8、S胶凝材料浆(水泥、掺合材料和水)与砂的质量比。已建 35座碾压碎坝的浆砂比绝大多数在 0.300.49围，0.300.39围占大多数。(5)砂率S/(S+G)中国碾压砂的砂率绝大多数在25%- 40%®, 30%- 34湖占多数。规建议：使用天然粗骨料时，三级配碾压碎砂率 28%- 32%二级配为323 37%使用人工粗骨料时， 砂率应增加3% 6%碾压砂主要类型有：胶凝材料浆固结砂砾石碾压碎、干贫碾压碎、高粉煤灰掺量碾压碎。碾压砂的施工性：可由工作度、可塑性、稳定性、易密性表示通过与国外碾压砂配合比进行比较，我国碾压砂具有较高的抗渗性和较优越的抗冻性能，可以满足各种碾压硅结构的技

9、术性能要求，各种技术性能指标已经达到国际先进水平。表碾压硅坝中浆体各组分用量类别低胶凝材料用量RCD中胶凝材料用量高胶凝材 料用量水泥用量样本数13343171平均值（kg/m3）63886383最大值（kg/m3）9596125154最小值（kg/m3）042046掺合料用量样本数13343171平均值（kg/m3）133557111最大值（kg/m3）9078130225最小值（kg/m3）024040用水量样本数13332271平均值（kg/m3）12195115101最大值（kg/m3）168110145136最小值（kg/m3）87759573掺合料与胶凝材料比例0.170.280.

10、480.57水胶比1.590.770.960.52我国碾压碎坝典型碎配合比，见下表。2碾压砂施工技术碎坝传统施工方法-柱状分块浇筑法如何突破传统施工方法？是提高碎坝同土石坝竞争能力的一个途径1964年意大利建成阿尔卑吉拉重力坝，当时设计时尝试采用类似土坝的施工方法，高速度 浇筑碎需要研究解决的问题：必须改变从一个坝段到另一个坝段的浇筑方法必须用自卸汽车代替起重机的浇筑方法必须提供足够大的工作面，取消收缩缝的模板，以免防碍运输必须解决新浇碎能否承受运输汽车所产生的应力问题阿尔卑吉拉重力坝的碎浇筑：是在左岸斜坡上设斜面轨道，用装有6m3料罐的转运车行驶在轨道上，装运车在上端受料，沿轨道下滑到接近仓

11、面，卸料到转料漏斗，再由转料漏斗 卸入仓面上的自卸汽车运到浇筑地点。平仓用推土机，振捣用推土机配带的振动器组。浇筑层厚为70厘米（松料为80厘米）取消了横缝模板，但仍保留了横缝。办法是：在碎浇筑完毕，经过大约12小时即进行冲毛，同时用特制的切缝机切成横缝（收缩缝）。切缝机类似于筑路用的切缝机，刀片长3G高1m厚4cm,可切锯70cm厚的碎。经过近20年的研究和建设实践，我国已经形成适合国情的碾压砂设计规、碾压砂试验规程、碾压碎施工规及验收规程等文件。碾压碎坝的坝型已从重力坝逐渐扩展到重力拱坝和薄拱坝。已建成的普定坝是当时世界上已建成的最高碾压碎重力拱坝；已建成的沙牌坝是目前世界上已建成的最高碾

12、压碎重力拱坝；已建成的龙首坝是目前世界上已建成的最高碾压碎薄拱坝；正在建的龙滩坝是当今世界上最高的碾压碎重力拱坝；我国的碾压硅筑坝技术已被世 界同行专家认为具有世界领先水平。碾压碎坝可在各种不同气候条件下修建在高气温地区，阿尔及利亚的贝利哈罗恩坝 （坝高121m,碾压碎量169万m3）,所处地区最高 气温可达 43Co在低气温地区，美国的上静水坝（Upper Stillwater）（坝高91m,碾压碎量110万m3附加拿大的拉克罗伯森坝 （坝高40m,碾压碎量2.8万m3）,两坝所处地区冬季最低 气温可达-37.5 C以下。在多雨地区，智利的戈坝（Pangue）（坝高113mm碾压碎量66万m

13、3）, 在13个月的施工期总降水量达 4436mm最集中时3个月的降水量就达 3130mm碾压碎材料与筑坝技术在发展中相互促进早期的碾压碎坝多采用低胶凝材料用量的贫浆碾压碎，而从目前较为稳定的发展趋势看，当今的碾压碎坝多采用高胶凝材料用量的富浆碾压碎。自 1992年以来采用不同胶凝材料用量 修建的碾压碎坝占总数的比例，稳定在以下的围：富浆碾压碎坝（胶凝材料用量 150kg/m3以上）占（45立）;中等胶凝材料用量碾压碎坝 （胶凝材料用量100-149 kg/m3）占（23均%;（日 本）RCD坝占（16立）;贫浆碾压碎坝（胶凝材料用量低于 99 kg/m3）占（12.54 95）%。我国碾压碎

14、坝从一开始就采用了高掺粉煤灰、少用水泥，以减少产生水化热，从而缩小温差，防止出现裂缝。根据多年研究结果，粉煤灰的掺量可以达到2/3。通过各工程的实践，证实外加剂可以提高碾压碎的性能和耐久性，并以复合外加剂最为有效，已在如普定、大朝山、棉花滩等许多工程中采用，证明是合理的，而且应进一步发展。由于40多座坝的实践，通过大量的室外试验成果，已经有条件建立碾压砂配合比的数据库，并通过优选在具体工程条件下，预选比较合适的配合比，仅用少量的室试验， 即可取得合适的配比，大大减少试验工作量和时间。碾压硅筑坝技术日趋完善（1）改性碎由于常态砂与碾压碎的工艺不同，施工时常互相干扰，同时在材料制备、分缝、温控等方

15、面也各有不同，增加了出现裂缝的可能性，因此目前在设计施工中尽量减少使用常态碎的可 能。如基础垫层常态碎最好尽量减薄，并迅速覆盖碾压碎；与两岸坝肩、电梯井、通气孔、 廊道连接部位过去都用常态碎，现在都改用改性碎。采用这种方法可将碾压碎改性，形成平整的外部表面和良好的部结合面，有效地避免了在紧靠上、下游坝面模板附近及靠近两岸坝肩地段，碾压砂不容易被振实的现象出现。改性碎的最大优点是对于靠近坝肩及紧靠上、下游模板的地段不需再用常态砂进行浇筑，而仅对碾压砂进行铺洒胶浆改性即可。根据工程实践经验，铺洒灰浆的碾压碎的铺层厚度可以与平 仓厚度相同，以简化改性碎的施工工艺。（2） 碾压碎坝的层面处理碾压碎坝的

16、主要特点之一是具有很大的铺筑层面，特别是高坝。若层面处理不善，不仅会影响到坝身的整体强度和防渗效果，对施工进度也有影响，层面抗剪强度过低甚至会影响到大坝安全。碾压碎层面是否需要处理及其处理方式，与层面的状态有关，而层面的状态又与很多因素有关，其中最重要的因素是铺筑层之间的间隔时间、碾压碎材料的性质、 铺筑层的铺筑方法、施工期的环境条件等。 层间间隔时间指的是从下层碎拌合物拌和加水时起至上层碎 碾压完毕为止的历时。（3） 碎面墙模板技术与传统的施工模板相比，混凝土面墙技术具有能够适应碾压混凝土重力坝快速施工等优点， 已在美国上静水坝、 泰国科隆塔丹坝等工程中成功使用。碎面墙在碾压碎重力坝中，既起

17、到了模板的作用，又可以作为永久的保护面，这样不但可以减少施工工序，加快了施工速度,而且坝体受面墙的保护，提高了坝体碎的耐久性。 虽然碎面墙技术有很多优点，但是这项技术在国碾压碎重力坝中应用较少。我国主要采用预制碎模板。（4） 碾压碎的高粉煤灰掺量带来的粘机问题通过调整投料的顺序来解决：岩滩工程采用的投料顺序是：G C VW-A S-F(5)上坝公路的布置问题由于碾压碎坝的坝坡较陡， 不可能象土石坝那样可以在坝体上布置上坝公路，上坝路只能布置在坝外。布置在河床中的上坝路不仅又高又陡，而且也不能适应修建高坝的要求。布置在岸坡的上坝公路也受到两岸地形的限制，所以上坝公路的布置问题是修建高碾压碎坝的难

18、题之一。国外碾压碎筑坝中使用轨道斜面升降机胶带输送机塔带机负压溜管(6) 碾压混凝土温控与防裂碾压混凝土坝的温控工作虽较常态混凝土简单，但在施工过程中同样要采取相应的温控措施。主要温控措施有：采用低热或中热水泥，高效复合外加剂、高掺粉煤灰或其他活性材料等，降低水泥水化热；合理分层、分块，薄层浇筑；降低碾压混凝土入仓温度和浇筑温度；加强仓面、坝体表面防护措施， 喷雾降温、采用保温模板、覆盖保温材料等。 水口 11-16C 碾压混凝土层面的存在，使坝体强度降低，变形和渗透性增大，是影响碾压混凝土坝强度、稳定和渗流的关键部位。工程中常采用等效模型，结合有限元分析反演层面弹性模量和 厚度，客观模拟层面

19、对大坝的影响，从而采用有效工程措施进行层面处理。我国武警水电部队对新老异种混凝土的缝面处理常采用浇筑常规混凝土过渡层与之连接的方法，即在碾压混凝土施工时，同时在其与已浇常规混凝土缝面之间浇筑50cm厚的常规混凝土，盖常规混凝土与碾压混凝土同时交替上升，并且在缝面上部设并缝钢筋，以避免上部坝体在此产生裂缝。水电开发对生态环境的影响1 .正面影响水力发电利于减少污染物排放、改善空气质量造成大气质量严重污染的主要原因是我国以煤为主的能源结构，并且没有对煤炭利用采取有效的环保措施，烟尘和二氧化碳排放量的70%、二氧化硫的90%、氮氧化物的67%来自于燃煤。提倡水电开发“以电代燃”不仅不会排放污染气体，

20、 而且产生的电能是一种清洁可再生 的能源，因此应该优先得到发展。减少洪涝灾害建造水库及水坝可调节洪水。水库及水坝充当“冲击吸收器”，从而减少洪灾。进而有效地减轻洪涝灾害给下游平原地区所带来的生态与环境的严重破坏，避免灾区环境卫生恶化与疾病流行。促进航运在许多情况下，需要利用水道来进行客运或货运。通过修建大坝，提高了上游水位，可以使更大吨位的船只通行，从而提高航运水平。水力发电有利于改善局部小气候和生态环境不少高坝创造了大型人造湖泊，改变了当地环境和景观。有时，这种局部气候和当地栽培结构的改变有利于当地水库周围区域农业和工业化栽培的发展。成功的例子可在洲坝、 丹江口、东江库区见到。发展旅游是大坝

21、建设带来的另一好处。许多水库都已成为著名的风景区，吸引了大量旅游者和当地居民参观访问。通过合理的景观设计和重建，某些具有广阔水面的平原水库成为非常美丽的公园和 鸟的栖息地。带动民族地区经济发展促进社会稳定西南是水力资源集中地区， 但多数处于大山之中， 少数民族居多，对外交通不便， 信息闭塞，经济文化落后。随着水电的开发，这些地区对外交通条件的改善和工程及移民建 设资金的投入，为当地经济发展创造了机遇，对带动少数民族地区的经济发展，促进社会稳定具有重要意义！2 .负面影响移民问题水库移民涉及众多领域，是一项庞大复杂的系统工程，关系到人的生存权和居住权 的调整，是当今世界性的难题。在中国，移民问题

22、是大坝建设带来的生态影响中最值得关注的问题。新中国成立以来，我国修建了 8万多座水库，移民人数达 1 500多万，这在世界上任何国家都是没有的。三峡 工程涉及移民110万。在移民安置过程中，若移民没有远迁，而是就地后撤，则很容易就地毁林开荒，造 成新的水土流失，故移民安置措施一定要到位！淹没耕地的影响土地资源，特别是耕地资源，是我国最宝贵的自然资源之一。水库淹地是不可避免 的，是以水面换陆地。但淹没耕地多的站址要慎重考虑。对文物和景观的影响我国是历史文明古国，文物古迹极多。水库库区淹没后可能对文物和景观带来影响， 对受影响的这些文物景观需要提前进行发掘、迁移、保护。对泥沙和河道的影响建坝蓄水、

23、水流变缓使上游来的各种物质在水库随泥沙等淤积、截流，减少了下游的物质来源，同时又带来下游的冲刷， 大坝下游河流廊道的泥沙、营养物质输移扩散规律也发生改变，这才是建坝带来的最大生态问题，也是最令人担忧的问题。比如水利枢纽，就是因 为建坝改变了河道的流态，导致坝址上游河道泥沙淤积。水体变化带来的影响水库蓄水后，会导致水深增加，流速减缓，自净能力减弱。加之城乡面源污染和船舶流动污染影响，以及部分支流口形成的库湾受回水顶托影响，易出现水域富营养化现象。 对鱼类和生物物种的影响阻止鱼类泡游，由于下游水量缺乏使某些生物物种面临消亡的危险。洪水周期变化对于聚集在河流周围的生物是一种特殊的信号，这些生物依据这

24、种信 号进行繁殖、产卵和迁徙，也就是说河流还肩负着传递生命信息的任务。水库调节带来洪水节律的变化，从而改变了信息流规律，包括水库区域因流速变缓使泡游性鱼类迷失方向，下游因缺少洪水脉冲而影响鱼类产卵等长江的四大家鱼（青鱼、草鱼、鲤鱼、鳏鱼）每年58月水温升高到18c以上时，如逢洪水，家鱼便集中在至泽的 38处产卵场进行繁殖。家鱼在涨水第一天开始产卵，如江水不再继续上涨或涨幅很小，产卵活动即告终止。泄洪冲刷及雾化对岸坡的影响在大坝下游，因为水流携沙能力增强，加剧了水流对于河床及河岸的冲刷，河岸崩塌 等可能引起河势变化，改变了生物栖息地状况。引起局部气候的变化水库水面的增加带来库区气温、湿度、风力风

25、向、气压、 降雨等的变化温室气体的排放水库诱发滑坡、地震等地质灾害世界上至少有70座水库产生诱发地震，通常是由超过100m高 的水坝，库容超过10亿m3的水库造成的。国有14座水库诱发地震，最大的是1962年3月19日新丰江水库的6.1级地震, 坝区地震烈度8度，周围200多km围的20多个县市遭受破坏，房屋毁坏 2万余间，倒塌 1 800多间，死亡85人。引水式开发形成减脱水河段，影响河道水环境功能拦河蓄坝修建水电工程，如果利用引水式水电开发方式，没有预留生态环境流量， 将会造成部分或局部河段季节性或全年断流，容易造成河床干涸，长时间如此会形成生态失衡。潜在风险增加水库大坝的兴建，虽然在一定

26、程度上是一项造福于人类的工程，它给我们生活用水带来了便利，促进了农业的增产增收，缓解了能源压力。但大坝一旦失事，后果将不堪设想， 下游生态环境将会遭受毁灭性的打击。板桥水库失事1975 年8月，在一场由台风引发的特大暴雨中，省等地区共计60多个水库相继发生垮坝溃决，近60亿立方米的洪水肆意横流。造成约 26000民众被洪水直接淹死，之后炸 堤分洪造成数万群众死伤，而后可能有数以十万计的民众受缺粮、疾病感染而死亡，这是目前有记载的世界史上毁坏最大的水库垮坝灾难。如何看待水电开发所引起的生态问题?1 .人类发展道路上不可避免的问题研究水电开发与生态环境的关系问题，认识人与自然的关系是前提。在人类历

27、史发展进程中，人与自然关系的发展经历了四个时期一依存、开发、掠夺、和谐。在原始社会 生产力水平极低的情况下，人类被动地适应自然， 人和自然是一种依存的关系；生产力水平有所提高后，人类开始开发利用自然； 随着科技进步和生产力水平的进一步提高，人类毫无节制地向大自然索取、 掠夺，招致了大自然的报复与惩罚；当人类认识到这种掠夺式开发的严重危害后，便开始寻求人与自然和谐相处的新境界。2 .社会舆论对大坝与生态问题的关注是社会进步的表现生态与环境是当前全社会所共同关注的问题。关注生态，是经济社会高度发展后人们思想认识的升华所带来的必然结果。作为水利水电工作者， 我们的一项重要任务就是保护生态，促进人与自

28、然和谐相处。因此，我们应该比以往、也应该比任何人都更加重视生态和环境问题。对社会各界关于大坝和水利水电工程的不同看法，我们应持欢迎态度。 但同时,对偏激的、全盘否定大坝的错误观点也决不能苟同。3 .不同工程带来的生态问题是不同的在不同的流域、 不同的河段、不同的坝址上建坝，带来的生态问题是不同的，一定要具体问题具体分析。4 .国际上对大坝建设看法不同，是经济社会发展不同阶段的客观反映一般而言，国际上对大坝问题的看法主要有两种观点：发达国家不同意修大坝，认为大坝建设将对生态造成影响； 发展中国家主修大坝， 认为不修大坝经济无法发展。 我国是发展中国家，我们赞成建坝，并在赞成修大坝的同时提出要十分

29、注意生态问题。当前，大多数发达国家的水电开发率极高，有的国家甚至高达90%以上，水电资源开发已接近饱和，而发展中国家的水电资源开发水平极低，一般在10%左右。另外，发达国家的人均能源消耗远远高于发展中国家，以美国为例，其人均用电量是中国的十几倍，水库拦蓄水资源量的比例远远高于我国。因此，发展中国家要进一步发展， 要解决电力能源问题，不发展水电是不现实、也是不可能的。5 .水电强国给我们的启示挪威、巴西等国的环境并没有因为大量修建水电站而遭到破坏，相反地，在空气质量、水质和其他环境要素方面是国际上先进的国家。那种水电开发必然引起环境变坏、 水质变脏等的认识是一种误解。总之，水电对生态环境的影响应

30、该重视，尽可能加以解决，但不至于成为影响水电开发 的一个致命的因素。我们应公正客观的看待这个问题。面对生态环境，我们应该采取的对策1 .采取积极措施，最大限度减小对生态环境的影响。2 .水电项目施工必须采取的措施3 .优化工程设计，预防或减少水土流失4 .科学规划，重视水电开发的环境影响评价工作5 .加强相关法规、规章制度建设及专题研究6 .世界水力发电比较发达的国家的经验可以被我们借鉴1 .采取积极措施，最大限度减小对生态环境的影响。修鱼道，搞人工繁殖、梯级开发，减少淹没损失、裸露岩壁、土坡，采用绿化混凝土（能长草的混凝土）进行覆盖2 .水电项目施工必须采取的措施主要措施有：加强施工场地损毁

31、地貌、植被以及河道的清理、恢复和改善；保持施工 机械的正常运行；做到文明施工，控制粉尘污染；选择低噪声设备，避免夜间施工，爆破作 业应避开居民休息时段等。3 .优化工程设计，预防或减少水土流失工程规划中，要结合生态水利的理念，综合考虑地形地貌、工程地质、水文地质等条件及自然环境，合理选定工程建设方案， 尽量减少工程建设对自然地貌的破坏。 通过不断优 化工程设计，把对区域景观及生态的破坏降到最低水平，不占或少占农田，节约资源。合理调配土石方，尽量做到填挖平衡，减少弃渣量。4 .科学规划，重视水电开发的环境影响评价工作当前河流水电开发混乱，原因之一就是未能严格制订执行流域开发中长期规划。为了避免或

32、减轻水电开发对生态环境所造成的冲击，需要制定科学的水电开发规划体系，并将水电工程的生态与环境保护综合规划纳入其中，按照环境影响评价法 的有关规定，对河流水电开发项目可能造成的环境影响进行分析预测和评价论证，提出预防或减轻负面影响的有效措施。5 .加强相关法规、规章制度建设及专题研究加强相关法规、规章制度的建设以及专题的研究，科学合理确定水电开发方式和河流生 态流量，维护河流健康生命。严格遵守环境影响评价制度，按照谁开发谁保护、谁受益谁补偿的原则 ，探索建立水电 生态补偿机制和环境恢复治理责任机制 ，加强水电开发利用中的环境保护工作 ，建设环境友 好、社会和谐型水电。6 .世界水力发电比较发达的

33、国家的经验可以被我们借鉴美国、挪威、瑞士是世界上公认的水电开发比较成功的国家。这些国家在处理水电开发与生态环境影响的问题上已经积累了不少成功的经验。他们成功的经验应该为我们所借鉴。水利水电工程-专业前沿题目：水电工程与环境主要讲课容1 水电发展概述2 水电建设与环境安全问题3 水电建设环境污染问题四水电工程建设与气候变化关系问题五 水电建设对环境影响 的对策一 水电发展概述（一）世界水电发展状况（二）我国水电发展状况（三）水电环境之争由来能源（电力）概况（二）、能源概况与水电建设能源结构：煤为基础、多元发展”；煤炭为 主体、电力为中心，油气、新能源全面发展；提高煤炭利用效率和清洁性。需求预测全

34、面建设小康社会 2020年GDP13两番，预测电力需求9.2亿kW,估计水电 达2.3 亿kW,每年需新增近千万 kW发展战略：“大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电（电力工业中长期发展规划）三组生态环境影响因子。（1）物理化学系统1）水文水质：水温、流量、水质、泥沙冲淤平衡等。2） 土壤地质：土壤肥力、水土流失、库岸坍塌及滑坡、水库渗漏3）气象气候：气温、降水、干燥度等。（2）生物系统1）动物：珍稀动物种类和数量、水生动物种类和数量、鱼类泡游习性等2）植物：珍稀植物种类和数量、水生植物种类和数量、绿化覆盖率等。3）微生物：蓝藻数量。（3）社会经济系统1

35、）人民生活水平：居民收入、人均水资源占有量等。2）水安全：水量保障程度、防洪条件变化等。3）社会稳定：移民影响、公众对调水工程认可度等。4）经济发展：地区总产值、城市化水平、土地资源承载力等。二 水电建设与安全问题（一）历史：水与战争（二）板桥水库（三）三峡水库（四）众多中小水库安全问题（一）历史：水与战争5 月，在617中队传奇般的奇袭之后（指1943年5月16日晚，英国用“兰开斯特”重型轰炸机挂载特制的圆桶炸弹，炸毁炸伤埃代尔、莫奈及索尔培三座水坝的“惩罚行动” Operation Chastise ,译者注）,Vajont Dam瓦依昂坝，意大利为混凝土双曲拱坝， 最大坝高262m,水库

36、总库容1.69亿m3枢纽的主要建筑物包括：混凝土双曲拱坝；左岸引水发电系统和地下厂房；坝上表孔；左岸泄洪隧洞。汝南县汽车站前板桥溃坝后的惨景板桥下游六公里处的洪痕水库垮坝悲剧，如同阴影，伴随着人类自进入“工业革命”时代以来的水库兴建史，一 再重演：1864年，英国戴尔戴克水库在蓄水中发生裂缝垮坝，死亡 250人，1889年，美国约翰斯敦水库洪水漫顶垮坝，死亡 4000-10000人。1959年，法国玛尔帕塞水库因地质问题发生垮坝，死亡 421人。1960年，巴西奥罗斯水库在施工期间被洪水冲垮，死亡 1000人。1963年，意大利瓦伊昂拱坝水库失事，死亡 2600人。1963年，中国家台土坝水库

37、失事，死亡 943人。1979年，印度曼朱二号水库垮坝，死亡 5000-10000人。三水利水电工程环境影响概述（一） 水电工程施工期间对环境的影响（二）水库运行发电后对环境的影响 生态基流对生态与环境的负面影响水污染：早衰五 水电建设对环境影响的对策建设前期施工期建成后第二节正槽溢洪道水渠段、控制段、泄槽段、消能防冲设施、出水渠二、侧槽设计1、堰长 2 、槽底纵坡 3、侧槽横断面底宽（b0、bL ） 4、侧槽横向边坡系数5、侧槽始端槽底高程与末端水深河岸溢洪道简介：在水利枢纽中，为了防止洪水漫过坝顶， 危及大坝和枢纽的安全， 必须布置泄水建筑物, 以宣泄水库按运行要求不能容纳的多余来水量。常

38、用的泄水建筑物有河床式溢洪道、河岸溢洪道。对于以土石坝及某些轻型坝型为主坝的枢纽，常在坝体以外的岸边或天然垃口布置溢洪道，称河岸溢洪道。溢洪道除应有足够的泄洪能力外，还应保证在运用期间的自身安全和下泄水流与原河道水流得到良好的衔接。一、河岸溢洪道的型式河岸溢洪道其主要型式有正槽溢洪道侧槽溢洪道井式虹吸式(1)正槽溢洪道：其泄槽与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致，如图6-1所示。正槽溢洪道适用于各种水头和流量，并且水流条件好，运用管理方便。因此，在实际工 程中，大多数以土石坝为主坝的水利枢纽都采用这种溢洪道。(2)侧槽溢洪道：其溢流堰与泄槽的轴线接近平行，过堰水流在较短距离转弯约90o

39、,再经泄槽泄入下游。它适宜坝肩山体高，岸坡较陡的情况。(3)井式溢洪道：图 6-3所示，这种溢洪道由溢流喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。 水流进入环行溢流堰后，经竖井和泄水隧洞段流入下游。这种泄水设施的主要建筑物是泄水 隧洞.缺点：水流条件复杂，超泄能力小， 容易产生空蚀和振动。在工程实践中， 布置这种泄洪设 施往往与导流隧洞相结合， 施工期采用隧洞导流， 竣工后废洞利用。专门布置竖井式溢洪道 泄洪在我国应用较少。(4)虹吸式溢洪道：如图 6-4所示，它是一种封闭式溢洪道，其工作原理是利用虹吸的 作用泄水。当库水位达到一定的高程时，淹没了通气孔，水流经过堰顶并与空气混合，逐渐将曲管的空气带出

40、， 使曲管产生真空，虹吸作用发生而自动泄水。这种溢洪道的优点是能自动调节上游水位，不需设置闸门。其缺点是超泄能力较小，构造复杂，且工作可靠性较差， 在大中型工程应用较少。以上四种类型的泄洪设施，前两种设施的整个流程是完全敞开的，故又称为开敞式溢洪 道，而后两种又称为封闭式溢洪道。二、河岸溢洪道的位置选择考虑枢纽总体布置、地形、地质、施工及运行、经济指标等因素。(1)枢纽总体布置：溢洪道布置应结合枢纽布置全面考虑，避免泄洪、发电、航运及灌溉等建筑物在布置上的干扰。其布置时合理选择泄洪消能布置和型式，进水口应短而直，出水渠应与下游河道平顺连接，避免下泄水流的冲刷及淤积，(2)地形、地质条件，溢洪道

41、应布置在地形适宜、地质坚固且稳定的岸边或天然垃口的 岩基上，以减少开挖量。并应尽量避免深挖，以免造成高边坡失稳或边坡处理困难等问题。需要特别指出的是， 在选择溢洪道的位置时，应充分考虑水文地质条件，以确保溢洪道的安全。(3)施工和运行：应使开挖出渣线路和堆渣场地便于布置，并考虑利用开挖出来的土石料作为筑坝材料，以减少弃料为运行方便，溢洪道不宜离水库管理处太远。正槽溢洪道一般由进水渠段、控制段、泄槽段、消能防冲设施和出水渠五个部分组成。 一、进水渠进水渠是水库与控制段之间的连接段 ；作用：进水及调整水流。当控制段邻近水库时，进水渠可用一喇叭形进水口代替，具体布置 应从三个方面考虑：(1)平面布置

42、：进水渠在平面上最好按直线布置，且前缘不得有阻碍进流的山头或建筑物，以便水流均匀平顺入渠。受地形、地质条件及上游河势的影响需设置弯道时，弯道轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度。弯道与控制段之间应布置一(2-3)H直线段过渡。(2)横断面布置进水渠一般按梯形断面，在控制段前缘过渡成矩形断面。进水渠应有足够的断面尺寸。一般可先拟定流速，由流速控制断面尺寸。进水渠流速，应以大于库水悬移质的不淤流速和小于渠底不冲流速，一般不应大于4m/s。在山势陡峭、开挖量较大的情况下，也可达(5 7m/s)。进水渠一般可不衬护，当为了减小水头损失或满足抗冲要求时，也可用混凝土、浆砌石衬护。(3)纵断面布置进水渠的纵

43、断面应布置成平坡或不大的反坡(倾向水库)。当控制段采用实用堰时，堰前渠底高程宜比控制段堰顶高程低0.5Hs (Hs为堰面设计水头)，以保持良好的入流条件和增大堰的流量系数。当控制段采用宽顶堰时，渠底高程可与堰顶齐平或略为降低。二、控制段控制段又称溢流堰段，是控制溢洪道泄洪流量的关键部位。1、堰型选择通常选宽顶堰、实用堰，有时采用驼峰堰。(1)宽顶堰宽顶堰的特点是结构简单，施工方便，水流条件稳定，但流量系数较小。在泄洪量不大的中小型工程应用较广，堰型布置如图6-5 (a)所示。宽顶堰的堰体用混凝土或浆砌石进行衬砌，使堰基免受冲刷，保持堰面平整光滑， 以增加泄水能力。在坚实的岩基，有抗冲能力，可以

44、不衬砌，但应开挖的平整度对流量系数的影响。(2)实用堰实用堰的优点是堰面流量系数比宽顶堰大，泄水能力强，但施工相对复杂。在大中型工程中，特别是在泄洪流量较大的情况下，多采用这种堰型，如图 6-5 (b)所示。我国多采用：WE即准剖面堰和克一奥剖面堰；堰面的水力学参数可参见水力学或有关设计手册。对于重要工程，其水力学参数应由水工模型试验进行验证或修正。(3)驼峰堰驼峰堰是一种复合圆弧低堰，如图6-6所示。它的特点是堰体较低，流量系数较大，设计与施工难度介于 WESg与宽顶堰之间，对地基要求相对较低，适用于软弱岩性地基。图6-6驼峰堰常见的剖面图2、堰面参数对流量的影响定型设计水头Hd的选择 在堰

45、顶水头不变的情况下， Hd愈小，流量系数愈大，但是，过小 的Hd将对堰面产生不利影响。 对于低堰(P1W 1.33Hd )，堰面出现危险负压的机会比高堰少。当 P1W1.33Hd 时，取 Hd=(0.65 0.85)Hmax。当 P1>1.33Hd 时，取 Hd=(0.75 0.95)Hmax。(2)实用堰高度选择堰高对流量系数也有较大的影响，实践证明，低实用堰的流量系数随P1/Hd的减小而减小。在确定 Hd的前提下，P1愈小，则 m愈小。当P1/Hdv0.3时，m 值明显降低，为了获得较大流量系数， 一般要求P应大于0.3Hd。对驼峰堰取P1=( .24-0.34 ) Hdo在低堰中，

46、下游堰高不足时，过堰水流将不能保证自由宣泄，从而出现流量系数随着堰 顶水头增加而降低的现象。因此：下游堰高P2必须保持一定的高度，一般：P2 > 0.6Hd。(3)堰长对流量的影响对于宽顶堰，堰长 L (沿水流方向)对流量影响也很大。当堰长L>10H时(H为堰顶水头)，堰面流态已发生了质的变化。此时，不能按宽顶堰公式计算过堰流量。三、泄槽泄槽的水流特点是高速、紊乱、掺气、惯性大，对边界变化非常敏感。当边墙有转折时，就会产生缓冲击波， 对下游消能产生不利影响；当水流的佛氏数 Fr>2时，将会产生波动和掺气现象；若流速超过 15m/s时，可能产生空蚀问题。因此，应注重泄槽的合理布

47、置。1、泄槽的平面布置泄槽在平面上应尽量按直线、等宽和对称布置。当泄槽较长，为减少开挖，可在泄槽的前端设收缩段、末端设扩散段，但必须严格控制。为了适应地形地质条件，减少工程量，泄槽轴 线也可设置弯道。(1)收缩角与扩散角当泄槽的边墙向收缩时，将使槽水流产生陡冲击波。冲击波的波高取决于边墙的偏转角0 , 其值越大，波高则越大。当边墙向外扩散时，水流将产生缓冲击波。若扩散角。过大，水流 将产生脱离边墙的现象。因此，应严格控制其边墙的收缩角和扩散角。一般不宜大于6 -8 °工程经验和试验资料表明：当收缩角和扩散角控制在 6°以时，槽的水流流态较好。当0<6°时，可

48、不进行冲击波验算。对重要工程还应进行水工模型试验。(2)弯道设计泄槽在平面上必须设弯道时，弯道应设置在流速较小、水流平稳、底坡较缓，且无变化的部位。转弯时，应采用较大的转弯半径及适宜的转角。矩形断面：可取r=(4-6)B ,转角。>20°。图6-7所示。可在直线与弯道之间设缓和过渡段。 第二节 正槽溢洪道泄水槽断面形状弯道曲线的几何形状K值矩形简单圆曲线1梯形简单圆曲线1矩形带有缓和曲线过渡段的 复曲线0.5梯形带有缓和曲线过渡段的 复曲线1矩形既有缓和曲线的过渡段， 槽底又横向斜倾0.5缓和曲线段可采用大圆弧曲线，其轴线半径r可取2rc,长度取2、泄槽的纵剖面布置泄槽纵剖面设

49、计主要是选择适宜的纵坡。，因此，对于长度较短的泄槽， 宜采用单一的纵坡。为了保证不在泄槽上产生水跃，纵坡不宜太缓，而太陡的纵坡对泄槽的底板和边墙的自身稳定不利。因此，必须大于水流临界坡。常用纵坡为1%-15%当泄槽较长时，为了适应地形地质条件，减少开挖量，泄槽沿程可随地形、地质变化而 变坡，但变坡次数不宜多，且以由缓变陡为好。第二节 正槽溢洪道纵坡由缓变陡，应避免缓坡段末端出射的水流脱离陡坡段始端槽底而产生负压和空蚀现 象。为此，应在变坡处采用与水流轨迹相似的抛物线过渡，如图 6-8所示。抛物线方程按下 式确定纵坡由陡变缓时，由于槽面体型变化和离心力的作用，流态复杂，压力分布变化大，水流紊动强

50、烈，该处容易发生空蚀，应尽量避免。如无法避免，变坡处用R>(810)H反弧段。 3、泄槽的横断面泄槽的横断面应尽可能按矩形布置，并进行衬砌。这种断面流态较好，特别是消能设施 采用底流消能时，能保证较好的消能效果。对于岩基较软弱破碎或土基上的泄槽，可按梯形断面布置，并加固边坡护面或用挡土墙护砌。边坡系数不应大于1.5 (以1.11.5为宜)，以免水流外溢。泄槽的边墙或衬护高度应按水流波动及掺气后的水深加安全超高确定，水流波动及掺气 后的水深可按下式估算泄槽的安全超高可根据工程的规模和重要性决定，一般取0.51.5m。设置弯道后，弯道处由于离心力和冲击波共同作用下产生的横向水面高差(图6-9

51、)按下式计算为消除弯道冲击干扰，常将侧渠底高程降低Z,外侧抬高 Z。4、泄槽的构造(1)泄槽的衬砌为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽一般都要进行衬砌。 并且要求衬砌表面平整光滑，避免槽面产生负压和空蚀；接缝处止水可靠，防止高速水流钻入缝将衬砌掀动；排水畅通，有效降低衬砌底面的扬压力而增加衬砌的稳定性。泄槽一般采用混凝土衬砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂浆或细石混凝土砌 石衬砌，但应适当控制砌体表面的平整度。衬砌厚度：工程规模，流速和地质条件决定。目前，衬砌厚度尚未形成成熟的计算方法和公式，工程应用中主要还是采用工程类比法确定：一般取0.40.5m左右，不应小于 0.3m。当单宽流量或流速

52、较大时，适当加厚达0.8m。为了防止温变应力引起温度裂缝，重要的工程常在衬砌临水面配置适量的钢筋网，纵横 布置，每方向的含钢率约为 0.1%0.2%。 岩基上必要的情况下可布置锚筋：插入新鲜岩层，锚筋的直径 25mm上，间距1.53.0m,插入岩基1.01.5m。土基：可增加衬砌厚度或增设上下游齿墙。(2)衬砌的分缝、止水和排水为控制温度裂缝，除了配置温度钢筋外，泄槽衬砌还需要在纵、横方向分缝 一般采用1015m,衬砌较薄时取小值。 图6-10衬砌的接缝型式衬砌的接缝：平接、搭接和键槽接等如图6-10所示。垂直于流向的横缝比纵缝要求高，宜采用搭接式，岩基较坚硬且衬砌较厚时也可采用键槽缝；纵缝可

53、采用平接缝。为防止高速水流通过缝口钻入衬砌底面，将衬砌掀动，所有的伸缩缝都应布置止水，其布置要求与水闸底板基本相同。衬砌的排水设施：在纵、横伸缩缝下面布置，纵、横贯通。岩基上的横向排水，通常在岩基开挖沟槽并回填碎石形成。沟槽尺寸一般取0.3m>0.3m,顶面盖上木板或沥青油毛毡，防止浇筑衬砌时砂浆进入而影响排水效果。纵向排水：一般在沟放置透水的混凝土管，直径 10 cm20cm,视渗水多少而定。施工时：纵、横排水沟应注意开挖成一定的坡度，保证横向排水汇集的渗水尽快地汇集到纵 向排水管，并顺畅地排往下游。土基平铺式排水：由30cm厚度的碎石层形成。粘性土地基：应先铺一层厚0.20.5m的砂

54、砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管形成排水层。 对于细砂地基，则应先铺一层厚0.20.4m的粗砂，再做碎石排水 层。54泄槽两侧的边墙：墙顶高程：可由泄槽的水面曲线高程并考虑水流波动和掺气高度及安全超高确定。边墙的结构：如基岩良好，可做成衬砌式，其结构与底板衬砌相同， 厚度一般不小于30cm, 且用钢筋与岩坡锚固。 边墙本身无需设置纵缝， 但多在与边墙接近的底板设置纵缝 （见水闸 分离式底板布置）；横缝应与底板贯通。较差岩基将边墙做成重力式挡土墙。边墙止水和排水：排水应与底板下面横向排水连通。注意：止水排水是防止动水压力和扬压力对衬砌稳定影响而采取的有力措施，对保证泄槽的安全运用是很重要的，切勿忽视其作用而马虎从事，以致造成工程事故。四、消能防冲设施溢洪道泄水：单宽流量大、流速高，能量集中，如果消能设施考虑不当，出槽的高速水流与下游河道的正常水流不能妥善衔接，易造成下游河床和岸坡冲刷，甚至会危及溢洪道的安全。 河岸溢洪道消能设施：一般采用挑流消能或底流消能，有时也可采用其他型式的消能措施。挑能消能：一般适用岩石地基的高中水头枢纽，消能设施的平面形式有等宽式，扩散式和收缩式（包括窄缝式），挑流鼻坎有连续式，差动式等。采用挑流消能时，应考虑挑射水流的雾化对枢纽 其他建筑物运行的影响。挑流坎的结构型式：如图6-11所示，图（a）为重力式，