土木工程概论18水利工程与给排水

1、8 8 水利工程水利工程hydraulic engineeringhydraulic engineering8.1防洪(flood control)8.2农田水利(irrigation and water onservancy)8.3水力发电(hydraulic electrogenerating) 现代水利工程是为开发农科资源，并达到兴利除害国的而兴建的各项工程的总称。防洪是指每到汛期；防止洪水或冰凌成灾的修护工程农田水利是为农业生产服务的水利工程、基本任务是改造对农业不利的自然条件，合理、充分利用降雨、地表水和地下水。水力发电是指在河流或沿海适当地点，利用水力资源产生电能的过程。航运是指在

2、江河中利用船舶来进行水上运输工作，其内容包括河道整理、河流渠化、河港工程等。8.18.1防洪防洪 (flood control)(flood control)8.1.1 防洪规划（挡、泄、蓄）一、原则l全面规划统筹安排l综合利用l蓄泄兼筹 因地制宜l区别对待设计洪水和超标准洪水l防洪工程与防洪非工程措施相结合二、内容l收集资料l洪水分析l拟定规划目标与防洪标准l制定防洪方案l防洪高度l防洪效益分析8.1.2防洪工程一、堤是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区（蓄洪区）、围垦区边缘修筑的挡水建筑物二、河道整治是指按照河道演变规律，因势利导，调整、稳定河道主流位置，改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位

3、，三、分洪工程是当河道洪水位将超过保证水位或流量将超过安全泄量时，为保障保护区安全，而采取的分泄超额洪水的措施。四、水库是用坝、堤、水闸、堰等工程，于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域 中国水库的规模按库容大小划分：l10亿m3以上为大（一）型， 110亿m3为大（二）型，0.11亿m3为中型， 1001000万m3为小（一）型，10100万m3为小（二）型。五、坝是建筑在河谷或河流中拦截水流的水工结构，用以抬高水位，形成水库，按结构特点分为重力坝、拱坝、重力式拱坝、连拱坝、双曲拱坝及支墩坝等。前苏联的布拉茨克水库库容为1693亿m3、埃及的阿斯旺高坝库容为1689亿m3乌干达的欧文瀑布水库

4、库容为 2048亿m3。中国的龙羊峡水电站水库 276.3亿m3 、新安江水电站水库 220亿m3丹江口水利枢纽水库 209亿m3长江三峡水利枢纽水库 393亿m3 重力式坝为巴西和巴拉圭所共有的伊泰普水电站，主坝为空心重力式扶垛坝，高 196m，该水电站 1985年建成，其装机容量达1260万kw。双曲拱坝最高的为前苏联1985年建成的英吉里坝，高 272m。 我国青海龙羊峡重力式拱坝高178m，装机容量为128万kw。长江三峡大坝，主坝为重力式坝，高190m。装机容量约达1820万kw黄河小浪底巨型水利枢纽工程于1997年10月28日上午截流成功。四川二滩双曲拱坝，高 242m，装机容量为

5、 300万kw 于1991年开始兴建，1998年建成8.2 8.2 农田水利农田水利irrigation and water onservancyirrigation and water onservancy5.7.2.1灌溉与排水一 灌溉方法l1地面灌溉将地面水直接引人农田内，称为自流灌溉。有的利用水泵引水，称为提水灌溉或扬水灌溉。l2喷灌主要由管道和喷头组成。也称为人工降雨灌溉。l3滴灌如喷灌那样，在地下修建专门管道网，借毛细管作用自下而上湿润土壤。二 灌溉水源主要有天然河水，水库蓄水，湖、塘、洼地蓄水，经化验后的城市污水，高山融雪和地下水。三 农田排水 主要目的是排除地面积水和降低地下水

6、位8.2.2 取水工程l一、无坝取水l二、有坝取水l三、水库取水(水泵站引水)l四、都江堰工程实例一、无坝取水无坝取水的主要建筑物就是进水闸。为了便于引水和防止泥沙进人渠道，进水闸一般应设在河道的凹岸。取水角度（水渠道轴线与河流流向的夹角）应小于 90”。由于没有调节河流水位和流量的能力，完全依靠河流水位高于渠道的进口高程而自流引水，因此引水流量受河流水位变化的影响很大。二、有坝取水修建寨水坝或拦河节制闸是能调节河道水位，而不能调节大流量的一种取水方式。主要缺点是修建闸坝费用相当大，河床也需有适合的地质条件。由于改变了河流的原来平衡状态，还会引起上。下游河床的变化。 水闸是渠系上应用最广泛的一

7、种建筑物。进水闸、分水闸、节制闸、泄水闸、排沙闸三、水库取水（水泵站提水） 水库的作用，既可调节流量又可抬高水位。由于灌区位置不同，可采取不同的取水方式。渠首工程一般是设在拦河坝附近，通过引水隧洞或涵管引水。 在平原地区的下游河道，由于枯水位低于灌区高程，自然条件或经济条件又不适合修建闸坝工程，只有修建水泵站引水灌溉。引水流量依水泵能力而定。多站分级扬水，分区灌溉， 对于地形由缓变陡的灌区。为避免将水扬到高处再跌下，造成能源浪费，可采用多级泵站，分级扬水，各站分别控制不同高程的灌区，多站单级扬水，分区灌溉，在具有河网或沟渠多的地区，可以按河网或沟渠围绕的天然地区分别设置单级扬水站，分区进行灌溉

8、。这样可减少一些交叉建筑物水泵站的建筑物一般包括引水渠、进水池、泵房、出水管道和出水池等。 当水源与出水池之间地形比较平缓，且相距又较远时，通常采用有引水渠的形式，当站址处于地形较陡或灌区距水源较近时，常采用无引水渠布置形式，即将泵站修建在水源岸边，直接从水源取水。渠道断面形式取决于水流、地形、地质以及施工等条件。最常采用的是梯形断面。在坚固岩石中，为减少挖方，也常采用矩形断面。在平原地区断面大的渠道常采用半填半挖断面，既可减少土方，又可利用弃土。在渠道断面设计中，采用水力最优断面，即最经济的断面，在同等过水断面的情况下，通过的流量最大。这就要求渠道底宽、水深和边坡有适当的比例当渠道穿越山岗、

9、河流、山谷、道路、低洼地带或与其他渠道相遇时，必须修建交叉建筑物。常用的交叉建筑物包括隧洞、渡槽、倒虹吸管、涵洞等。穿越渠道斜卧式倒虹吸管，水流进出管道比较平顺，这是最常见的形式。涵洞形式如图所示。拱形涵洞由拱圈、侧墙（拱座）及底板组成。8.3 8.3 水力发电水力发电(hydraulic electrogenerating)(hydraulic electrogenerating) 坝式开发 主要是用坝来集中落差h。坝不仅可以集中落差h，而且还可以利用坝所形成的水库，进行调节流量Q。坝式开发方式需要修建工程量庞大的水库根据坝式开发方式的水电站厂房与拦河坝或溢流坝的相对位置，可分为河床式、坝后

10、式、溢流式或混合式等水电站厂房引水式开发 主要是用引水道（明渠、隧洞、水管）来集中落差h。图 a为无压引水式电站，用低溢流坝拦阻河流水流，使其进人明渠，因此在渠道末端的水位高于河流水位，其差即为水头h。图 b是有压隧洞的引水道水电站。图c是水电站厂房通常布置在地下或很深的挖方中。葛洲坝水利枢纽工程葛洲坝水利枢纽工程是在我国第一大河长江干流上修建的第一座坝，是长江三峡水利枢纽的组成部分航运梯级。第一期工程包括三江航道、三江2、3号船闸，三江冲洗闸，二江泄水闸和二江电站，已于1980年底完工。第二期工程包括大江电站、1号船闸和九孔泄洪冲沙闸，亦已于1986年6月竣工。葛洲坝水电站装机总容量为271

11、.5万kw，可以满足湖北及豫西、湘西等地工业和两湖地区的农业排灌近期用电。葛洲坝水库枯水和洪水期上游回水分别达奉节（200km以上）和巴东以上（120km），使川江航道中最困难的一段险滩全被淹没，水深增加，水面变得平缓（库区水面平均比降由建库前的0.18减为0.05 ，相当于宜昌以下长江中游的比降），流速减低，对三峡谷区航运条件改善也是较大的。葛洲坝最大坝高虽仅47m，但整个水利枢纽总工程量很大，仅混凝土用量即达1115万m3 。长江长江三峡水利枢纽三峡水利枢纽三峡水利枢纽是根治长江水害，开发长江水利资源的主体工程，具有防洪、发电。航运、灌溉等综合利用效益。长江三峡水利枢纽工程因为位于全长19

12、2公里的长江三峡河段而得名，工程大坝坝址位于湖北省宜昌市三斗坪镇，距离下方已建成的葛洲坝水利枢纽40公里。三峡坝址的控制流域面积100万平方公里。工程完工后，装机26台，年发电量可达847 kWkWh h，相当于六个半葛洲坝电站或10座大亚湾核电站的发电量。长江中下游地区抗击洪水的能力，会从现在十年一遇提高到百年一遇的标准，而由于库容增加，水流减缓，长江上游水位抬高，长江的航运能力也会大大提高。按1990年价格计算，三峡水利工程总投资为570亿。2009年三峡大坝建成后的雄姿模拟图三峡建设十年回顾-见证大坝崛起（1993年）1992年通过决议1993年三峡工地施工全景1994年开工典礼三峡工地

13、施工全景1995年三峡工地施工全景1996年三峡工地施工全景1997年三峡工地施工全景1998年三峡工地施工全景1999年三峡工地施工全景2000年三峡工地施工全景2001年三峡工地施工全景2002年三峡工地施工全景2003年三峡工地施工全景2003年6月三峡大坝鸟瞰三峡导流明渠截流工程全景图三峡导流明渠截流工程全景图2003年12月28日，担负三峡三期右岸厂坝施工的葛洲坝集团三峡指挥部，组织施工人员在排砂孔坝段进行三峡大坝主体工程的最后一块清基浇面施工龙龙 口口龙滩水电工程龙滩水电工程龙滩水电工程规划总装机容量630万千瓦，安装9台70万千瓦的水轮发电机组，年均发电量187亿千瓦时，计划20

14、07年7月第一台机组发电；2009年12月工程全部完工龙滩水电站截流红水河位于珠江上游，在落差756米的上千公里河段上规划建设十座水电站，建成广西天蛾县内的龙滩水电站是其中最大的一座；龙滩电站建成后，将产生发电、防洪减灾、沟通航运、拉动经济等巨大的综合效益。龙滩水电站总装机容量630万千瓦，仅次于三峡水电站，每年发电187亿千瓦时，每千瓦时价格不到0.23元，将为广东的高速发展提供便宜而强大的动力；同时由于龙滩水电站的蓄水调节，它的下游6座梯级水电站龙滩水电站截流龙滩水电站截流西电东送西电东送西电东送川电开始东送9 9 给排水工程给排水工程9.1 给水工程9.2 排水工程9.1 9.1 给水工

15、程给水工程给水工程为居民和工矿、运输企业供应生活、生产等用 水的工程。给水工程的整套设施称为“给水系统”，一般由取水工程、输水工程、水处理工程和配水管网四部分组成。将地面或地下的天然水，经过处理，符合使用标准后，输送给用户。9.1.1 9.1.1 城市给水系统城市给水系统城市给水系统根据水源性质可分为地面水给水系统和地下水给水系统。取用地面水时，给水系统比较复杂，须建设取水构筑物，从江河取水，由一级泵房送往净水厂进行处理。处理后的水由二级泵房将水加压，通过管网输送到用户。取用地下水的给水系统比较简单，通常就近取水，且可不经净化，而直接加氯消毒供应用户城市给水系统有下列几种城市给水系统有下列几种

16、1统一给水系统2分质给水系统3分压给水系统4分区给水系统5循环和循序给水系统6区域给水系统统一给水系统统一给水系统当城市给水系统的水质，均按生活用水标准统一供应各类建筑作生活、生产、消防用水，则称此类给水系统为统一给水系统。此外，还有多水源给水系统。这类给水系统适用于新建中、小城市、工业区或大型厂矿企业中用水户较集中、地形较平坦，且对水质、水压要求也比较接近的情况。分质给水系统分质给水系统当一座城市或大型厂矿企业的用水，因生产性质对水质要求不同、特别是对用水大户，其对水质的要求低于生活用水标准，则适宜采用分质给水系统。分质给水系统，既可以是同一水源，经过不同的处理；也可以是不同的水源，例如：地

17、面水经沉淀后供工业生产用水，地下水经加氯消毒供给生活用水等。分压给水系统分压给水系统当城市或大型厂矿企业用水户要求水压差别很大，如果按统一供水，压力没有差别，势必造成高压用户压力不足而增加局部增压设备如果采用分压给水系统是很合适的。分压给水可以采用并联和串联分压给水系统。根据高、低压供水范围和压差值由泵站水泵组合完成。分区给水系统分区给水系统分区给水系统是将整个系统分成几个区，各区之间采取适当的联系，而每区有单独的泵站和管网。采用分区系统技术上的原因是为使管网的水压不超过水管能承受的压力，因一次加压往往使管网前端的压力过高。在经济上，分区的原因是降低供水能量费用。在给水区范围很大、地形高差显著

18、或远距离输水时，均须考虑分区给水系统。这种系统多用于大、中城市循环和循序给水系统循环和循序给水系统循环系统是指使用过的水经过处理后循环使用，只从水源取得少量循环时损耗的水，这种系统采用较多。循序系统是在车间之间或工厂之间，根据水质重复利用的原理，水源水先在某车间或工厂使用，用过的水又到其他车间或工厂应用，或经冷却、沉淀等处理后再循序使用。区域给水系统区域给水系统这是一种统一从沿河城市的上游取水，经水质净化后，用输、配管道送给沿该河诸多城市使用，是一种区域性供水系统。这种系统因水源免受城市排水污染，水源水质是稳定的，但开发需要投资大。9.1.2 9.1.2 建筑给水建筑给水建筑给水是为工业与民用

19、建筑物内部和居住小区范围内的生活设施和生产设备提供符合水质标准以及水量、水压和水温要求的生活、生产和消防用水的总称。包括对它的输送、净化等给水设施。供给居住小区范围内建筑物内、外部生活、生产、消防用水的给水系统，包括建筑内部给水系统与居住小区给水系统两类。其供水规模较市政给水系统小，且大多数情况下无需设自备水源，直接由市政给水系统引水。1 1 建筑内部给水工程建筑内部给水工程建筑内部的给水工程是将城市给水管网或自备水源给水管网的水引人室内，经配水管送至生活、生产和消防用水设备，并满足各用水点对水量、水压和水质的要求。给水系统分类给水系统分类按用途可分为三类：生活给水系统、生产给水系统和消防给水

20、系统。按不同用途水量组合为： 生活与消防、生产与消防、生活与生产及生活生产消防等共用给水系统，按供水用途的不同和系统功能的差异分为：饮用水给水系统、杂用水给水系统（中水系统）、消火栓给水系统、自动喷水灭火系统和循环或重复使用的生产给水系统等。给水系统的组成给水系统的组成引入管，从室外给水管将水引人室内的管段，也称进户管。水表节点，水表节点是安装在引人管上的水表及其前后设置的阀门和泄水装置的总称。给水管道，给水管道包括干管、立管和支管。配水装置和用水设备，如各类卫生器具和用水设备的配水龙头和生产、消防等用水设备。给水附件，管道系统中调节水量、水压，控制水流方向，以及关断水流，便于管道、仪表和设备

21、检修的各类阀门。增压和贮水设备，确保室外给水管网的水压、水量安全可靠时，应根据需要，在给水系统中设置水泵、气压给水设备、水池和水箱等增压、贮水设备。给水方式的基本类型给水方式的基本类型直接给水方式由室外给水管网直接供水，是最简单、最经济的给水方式，适用于室外给水管网的水量、水压在一天内均能满足用水要求的建筑。设水箱的给水方式设水箱的给水方式直在室外给水管网供水压力周期性不足时采用。低峰用水时，可利用室外给水管网水压直接供水并向水箱进水，水箱贮备水量。高峰用水时，室外管网水压不足，则由水箱向建筑内给水系统供水。室外管网直接将水输入水箱，由水箱向建筑内给水系统供水。设水泵的给水方式设水泵的给水方式

22、宜在室外给水管网的水压经常不足时采用。一般应在系统中增设贮水池，采用水泵与室外管网间接连接的方式。高层建筑的供水系统与一般建筑物的供水方式不同。高层建筑物层数多、楼高，为避免低层管道中静水压力过大，造成：管道漏水；启闭龙头、阀门出现水锤现象，引起噪声；损坏管道、附件；低层放水流量大，水流喷溅，浪费水量和影响高层供水等弊病，高层建筑必须在垂直方向分成几个区，采用分区供水的系统给水管道的布置与敷设给水管道的布置与敷设给水管道的布置接供水可靠程度要求可分为枝状和环状两种形式，前者单向供水，供水安全可靠性差，但节省管材，造价低；后者管道相互连通，双向供水，安全可靠，但管线长、造价高。一般建筑内给水管网

23、宜采用枝状布置。给水管道的敷设有明装、暗装两种形式。明装即管道外露，其优点是安装维修方便，造价低。但外露的管道影响美观，表面易结露，积灰尘。暗装即管道隐蔽，其优点是管道不影响室内的美观、整洁，但施工复杂，维修困难，造价高。增压、贮水设备增压、贮水设备（1）水泵是给水系统中的主要升压设备。一般采用离心式水泵，由流量、扬程查水泵性能表即可确定其型号。（2）贮水池是贮存和调节水量的构筑物，贮水池应设进、出水管、溢流管、泄水管和水位信号装置，溢流管直比进水管大一级。（3）水箱水箱形状通常为圆形或矩形，制作材料有钢板（普通、搪瓷、镀锌、复合和不锈钢板等）；钢筋混凝土；塑料和玻璃钢等。（4）气压给水设备是

24、利用密闭罐中压缩空气的压力变化，调节和压送水量，在给水系统中主要起增压和水量调节的作用。2 2、居住小区给水、居住小区给水根据城市生活居住区规划设计规范，我国城镇居民居住用地组织的基本构成单元分为三级：居住组团 最基本的构成单元，占地面积小于10 X IO4 m2，居住300800户，人口在10003000人范围内。居住小区 由若干个居住组团构成，居住2 0003 000户，人口在7 00013 000人之间。居住区 由若干个居住小区组成，居住7 00010 000户，人口在25 00035 000人之间。建筑小区供水方式应根据小区内建筑物的类型、建筑高度、市政给水管网提供的水头和水量等因素综

25、合考虑确定。 对于多层建筑的建筑小区，当城镇管网的水压和水量满足居住小区使用要求时，应充分利用现有管网的水压，采用直接供水方式。当水量、水压周期性或经常性不足时，应采用调蓄增压供水方式。对于高层建筑小区，一般采用调蓄增压供水方式。对于多层建筑和高层建筑混合居住小区，应采用分压供水方式，以节省动力消耗。多层建筑居住小区中，七层及七层以下建筑一般不设室内消防给水系统，由室外消火栓和消防车灭火，应采用生活和消防共用的给水系统。高层建筑居住小区宜采用生活和消防各自独立的供水系统。9.2 9.2 排水工程排水工程生活污水、工业废水和雨水径流的水质水量不同，可能对城市造成的危害也就不同。生活污水的主要危害是它的耗氧性；工业废水的危害多种多样，除耗氧性等危害外，更重要的是会危害人体健康；雨水的主要危害是雨洪，即市区积水造成损失。这三类水的收集、处理和处置可以采用不同方式，从而构成不同的排水系统体制或制度。9.2.1 9.2.1 城市排水体制城市排水体制1合流制排水系统（1）简单合流系统 一个排水区只有一组排水管