水利工程概论第三章课件

1、第三章闸坝工程第一节 水 闸一、水闸分类1、节制闸 用来截断原河道，抬高上游水位，能起一定的调节流量的作用。2、进水闸修建在引水渠的渠首，控制引水流量。一般渠道渠首都设有这种建筑物。3、分洪闸修建在河道的一侧，洪水时开闸将部分洪水泄人低洼分洪区或泄入其他河道。4防潮闸修建在河流入海的河口地段，以防止海水倒灌。一般防潮闸在涨潮时关问阻挡海水，退潮时开闸放水，以维持原河道的排水能力。天津市区海河口的防潮闸，建闸后海水不能进入上游，使咸淡水分开，有利于引取海河淡水为天津市给水。但由于防潮闸不经常放水，使闸的上下游发生淤积，并影响鱼类徊游。 5排水闸修建在排水渠道的末端，将控制地区多余水量排人江河内，

2、以防内涝。当江河水位较高时，关闭闸门防止江河水倒灌；水位低时再开闸排涝。滞洪区亦须利用排水闸退水。6排砂闸（冲砂闸）为防止渠首进水闸门外的淤积，一般在节制闸或溢流坝与进水闸的中间设置排砂闸。为防止船闸门外发生淤积，亦设有排砂闸。如葛洲坝水利枢纽的大江和三江皆有排砂闸。二、水闸的型式和组成 1、水闸型式在水工方面常把水闸型式分为开敞式和涵洞式两种。（1）开敞式水闸 闸室是露天的（图33）。这类水闸应用最广，常用在大量引水、泄水和排出冰块及漂浮物等。（2）涵管式水闸 在闸室后面有洞身段，洞顶有填土覆盖，以利洞身的稳定。同时，填土顶部可以代替交通桥。这类水闸常修建在挖方较深的渠道中和填土较高的河堤下

3、面。水闸组成及其作用水闸系由闸室、上游和下游连接段三个部分组成。（1）闸室 水闸的主体部分，起着挡水和调节水流作用。闸室包括底板、闸墩（边墩）、闸门、工作桥和交通桥。工作桥上设置闸门起闭设备，以升降闸门。底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并较均匀地传给地基，利用底板与地基之间的抗滑力来维持水闸的稳定。同时，底板还须具有防冲及防渗作用。闸墩主要是分隔闸孔，支承闸门、工作桥、启闭设备及交通桥。边孔靠岸一侧的闸墩，称为边墩，可以用岸墙代替边墩，也可将岸墙与边墩分开。边墩或岸墙除具有上述闸墩的作用外，还须具有挡士及侧向防渗作用（防止岸边渗水）。闸门是用来挡水和控制水流的。在其上游顶部可设或不设胸墙，

4、根据工程需要确定。设置胸墙能减小闸门的高度。工作桥供闸门启闭机安装和工作人员操作使用。交通桥是为连接两岸交通而设置的。有的水间还有机架桥，与工作桥分开，机架桥是安装启闭机使用的。（2）上游连接段 包括上游翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护坡及防渗板桩等。上游翼墙的作用是导引水流平顺地进入闸孔；保护问前河岸不受冲刷；防止岸坡的渗透作用。铺盖起水平防渗作用，有时还在铺盖前缘河床打入板桩，作为垂直防渗。板桩有木制和钢制两种，防渗效果好。护底设在铺盖上游，能起到保护河床作用。上游防冲槽设在连接段与河床的交界处，防止河床冲刷。上游护坡保护河岸免受冲刷。（3）下游连接段 包括下游翼墙、护坦、海漫、防冲槽

5、和下游护坡等。下游翼墙的作用是使闸后水流均匀扩散，同时与上游翼墙一样，还具有防冲和防渗作用。护坦是消除过闸水流所具有的动能的主要设施，多为混凝土结构，并具有防冲作用。为了加强消能作用，有时在护坦下游设尾坎，将在下节进一步论述。一般在混凝土护坦上设有排水管，其下端有反滤层，以防止地基土颗粒被冲失，起到降低渗透压力作用。海漫是继续消除护坦上未消完的能量，是防冲第二道防线，一般多为干砌块石或抛石结构。防冲槽是设在海漫末端的防冲措施，是防止河床被冲刷的第三道防线。下游护坡的作用与上游护坡相同。 三、 闸门和闸孔型式1闸门类型闸门是用钢、木及钢筋混凝土等材料制成。闸门包括门板、门上滚轮及闸槽的导向轨道等

6、。在闸槽须设止水设备，一般是用橡胶止水。按用途分，闸门可分为：（1）工作闸门 启闭时，控制流量。（2）检修闸门 检修主要闸门时，用来挡水。（3）事故闸门 当主要闸门或其下游的建筑物发生事故时使用，以防止事故扩大。按结构分：（1）平板闸门 （2）弧形闸门（3）蝴蝶闸门 （1）平板闸门a钢闸门b木闸门c迭梁闸门（2）弧形闸门面板呈圆弧形，用林架或梁来撑固，支于两个闸墩的支承脚架上，另外还有滚轴支座、止水设备及埋装设备等。弧形闸门使用也很广泛，其优点是启门力比同等平板门为小，适用的跨度比平板门也大，因不需闸撤 可以减小闸墩的厚度；其缺点是占空间位置较大，需要的闸墩较长，不能做为修理闸门。 （3）蝴蝶

7、闸门在闸门的位置设置一钢圆盘，其中央设有铅直轴或水平轴，用一圆形凸透镜形状的钢板作为闸门，中央安设在上述轴上，围绕轴旋转启闭。这种闸门操作迅速，适于作为水电站的事故闸门。 2闸门的启闭设备（1）移动式启门机（图36，a）包括移动式起重机及其绞车。起重机可分为门式和桥式，主要用于平板闸门的启闭，可用一台启门机担任启闭多数闸门。（2）固定绞车（图36，b）在每台闸门上部，各设一台启闭绞车，多用于启闭弧形闸门，亦可用于平板门上。这种装置可以同时开启各闸门，以加速泄水。（3）手摇式启闭机 多用于小型工程闸门上。3闸孔形式四、水闸的工作特点水闸的工作特点主要包括三方面：稳定、防渗及消能防冲。1稳定分析2

8、渗透分析3消能防冲1稳定分析如前所述，闸的稳定是依靠底板与地基之间的抗滑力来维持的。可按几种情况来分析：（1）设计情况 上游是设计（正常）蓄水位，下游是最低水位。（2）校核情况 上游是校核洪水位，下游是最低水位；水闸刚建成，尚未运用，因无扬压力，地基承受的垂直压应力最大；在水闸检修时期，闸底的浮托力最大。（3）特殊情况 考虑闸下游连接段的排水孔失效，增大了渗透压力或考虑地震的荷载。2渗透分析地基的渗流和土坝一样，应符合达西定律。在上、下游水位固定的情况下，为降低水闸的渗透量和渗透压力，只有加长L值，即增加渗透途径的长度。因而水闸的防渗措施基本上与挡水建筑物类似，即增加上游连接段的铺盖长度；在必

9、要时在上游或闸室下增设板桩。这可使渗透水流沿着加长的铺盖或板桩两侧流动，增加了渗径，降低了渗透流速，从而减小渗透总量和渗透压力。在透水地基上修水闸，完全杜绝渗水是不可能的，只要渗透水量在允许范围之内，而渗透压力又不致影响水闸稳定，就认为符合要求。3消能防冲水闸过水时，水流具有相当的动能。因此，必须采取措施，进行消能。水流经过消能以后还有一定的余能，对下游河床仍产生不同程度的冲刷。对影响建筑物安全的冲刷，必须采取措施，加以防止。但有的冲刷并不引起危害作用，如冲刷坑已经稳定，不再扩大，不影响建筑物的安全，一般可以不处理。第二节 壅 水 坝 平原上的壅水坝，也称溢流坝，位于软基（砂砾石或土基）上，主

10、要作用是抬高河道水位，以利取水口引水。因坝的高度较低，河道正常泄水及汛期洪水，经过坝顶泄到下游，所以首水坝具有变水和泄水的双重作用，而对调节流量的作用很小。壅水坝所在的地基和工作条件与水闸相似，它的工作特点，在稳定、防渗和消能防冲等方面，基本上和水闸也相同，现仅略述其不同之处。一、坝顶高程及溢流段长度 坝顶高程主要取决于以下因素： 1）满足正常壅水位的要求，保证取水口能引进所需要的水量； 2）上游洪水位不超过允许高程，以免造成过大的淹没损失； 3）坝顶溢流时，单宽流量不大于下游河道的允许值，以利于消能和防冲。二、壅水坝的断面型式和构造 壅水坝的迎水坡一般为铅直。背水坡由三段组成，即溢流曲线段A

11、B、直线段BC及反弧段CD。溢流曲线由溢流水头大小确定；直线段的坡度为1：0.61：0.8，并切于B、C两点；反弧段的反弧半径为0205（HP)。水流沿AB、BC两段平稳下泄到反弧段CD，将水流平顺地导向下游，从而在护坦上产生底流式水跃。对于设置闸门的壅水坝，坝顶因安装闸门需要加宽，坝的断面类似梯形（b）。第三节 橡胶坝和浮体闸一、橡胶坝 是用高分子合成材料按要求的尺寸、锚固于底板上，形成封闭状、用水（气）充胀后形成的挡水坝。不需挡水时，放空坝袋内的水（气），就可恢复原有河渠的过水断面。橡胶坝可用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮及城市园林美化，也可用于活动围堰、渠系临时挡水工程等。橡胶坝与

12、常规闸坝相比具有以下优点： （1）节省三材（钢、木、水泥）； （2）造价低，一般可减少投资30%70%； （3）结构简单，施工期短，一般为36个月； （4）坝体跨度大、不阻水、自重轻、抗震性能好。 橡胶坝的优点橡胶坝的缺点 （1）坚固性较差 坝袋是较薄的胶布制品，与其他钢、混凝土等相比较，其坚固性显然较差，尤其容易被刺伤和磨损。如出现裂口，不及时修补，容易迅速扩大，以至坝袋失效。多泥沙的河流，溢洪时坝袋亦容易磨损。所以在运输、安装和运行中，要求精心施工，更应经常检修。 （2）老化问题 坝袋除上述易受机械磨损外，老化问题限制了橡胶坝的使用年限。合成橡胶和合成纤维都是高分子聚合物，老化不可避免。但

13、如养护及时，使用正常，一般认为寿命可达20年，失效后，应更换坝袋。老化问题不应是采用橡胶坝的决定因素，而只应是计算经济合理性一项因素。 （3）检修较困难 橡胶坝的跨度大，是一个突出优点，但也给检修带来了困难，因为一般修理闸门的跨度都很小，适用于检修橡胶坝的设施和工艺还须继续研究提高。 山东临沂小埠东橡胶坝 高3.5米 16跨 每跨70米 总长1135米 2019年建成 橡胶坝总投资5800万元，拦河蓄水后形成1.6万亩的水面，在当地被称为“沂蒙湖”。该工程2019年获得山东省建筑工程质量“泰山杯”奖，同年10月橡胶坝以其长度创世界吉尼斯之最，2000年8月获世界吉尼斯记录最佳项目奖。 孟加拉B

14、AKHHALI双向挡水橡胶坝 高3.5米 长87米 2019年建成 天津市北运河防洪综合治理市区段彩色橡胶坝工程现已安装完工，该工程汛期时能起到泄洪作用。 二、浮 体 闸浮体闸是利用充排水系统控制闸门的升降，用来调节水位和流量的一种新型闸门。 1折进式浮体闸利用对闸腔的充排水升降闸板。升门蓄水操作程序是：关闭下游排水廊道闸门；开启上游进水廊道闸门；向间腔充水；使闸门升至指定位置。降落闸门行洪或排水的程序是：关闭上游进水廊道闸门；开启下游排水廊道闸门；抽出闸腔内水；闸门降落至指定位置。2浮筒式浮体闸利用充排水升降断面为扇形的浮筒。升门蓄水操作程序：抽出浮筒腔内的水；关闭下游排水廊道闸门；开启上游

15、进水廊道闸门；向闸室内充水；闸门升至指定位置。降落闸门行洪排水的程序是：关闭上游进水廊道闸门；开启下游排水廊道闸门；向浮筒腔内充水；排出闸室内水；闸门降落至指定地点。水力自控翻板闸门它是利用水力和闸门重量平衡的原理，增设阻尼反馈系统来达到闸门随上游水位升高，而逐渐开启泄流；上游水位下降，而逐渐回关蓄水，使上游水位始终保持在要求的范围内（即上游正常水位）。举个例来说，连杆滚轮式翻板闸门是一种双支点带连杆的闸门，它是根据闸前水位的变化，依靠其水力平衡作用自动控制闸门开启和关闭，在运行过程中无撞击和拍打的一种翻板闸门。由门叶、支腿、支墩、滚轮，连杆等部件组成 。截止2019年共40余座1、原理独特、

16、作用微妙、结构简单、制造方便、运行安全。2、施工简便、造价低廉，投次仅为常规门的1/2左右。3、自动起闭，自控水位准确，运行时稳定性良好。管理方便安全、省人、省事、省时、省力。4、门体为预制钢筋混凝土结构，仅支承部分为金属结构。维修方便，费用低。5、由于能准确自动调控水位、就当前水资源短缺，在合理使用和利用水资源有其独到之处。优点贵州省都匀市西山公园水力自控翻板闸门7米2米10扇第四节 船 闸 闸室，过闸时船只位于其中。上、下游闸首，位于闹室的两门端，在闸首中设有闸门，两端闸门关闭时，闸室和上下游隔开，船只在其中。当开启一个闸门时，闸室即与上游或下游连通。输水设备是借助孔口或廊道，以阀门控制向

17、问室供水或由间室泄水。船闸上下游设有引航道，导引船只出人船闸。 三峡工程永久船闸一闸首闸门第五节 救鱼措施在河道中修建水利枢纽，无疑会给鱼类生活环境的条件带来巨大变化，使鱼类的数量减少，甚至使某些鱼类的种群数量急骤下降。这主要表现以下几方面：1）修筑拦河闸坝，坝上形成水库，库区部分产卵场遭到破坏。2）切断了鱼类产卵的徊游路线，使一些洞游鱼类和半徊游鱼类不能上溯到产卵场繁殖。3）幼鱼摄食的洄游条件恶化。4）由于水库调节作用，缩小了下游地区鱼类的繁殖面积，使得一些习于沼泽地区的鱼类，如鲤鱼、鲫鱼等的繁殖受到影响。5）改变了河流的水文条件，如洪水期的变动，水温、流速、流态、含盐量等的变化，使坝下游适

18、合某些鱼类产卵的河段和在河口附近海湾中生活的鱼类的环境条件受到影响。救护措施救护措施主要有三类：修建过鱼设施；建筑人工模拟产卵场；进行人工繁殖放养。 一、修建过鱼设施过 鱼 设 施主要包括： 1）鱼道 2）集运鱼船 3）鱼闸 4）升鱼机鱼道（1）槽式鱼道 a光面槽式鱼道 b人工加糙的鱼道 C带有挑水板的鱼道（2）池形鱼道（3）梯级鱼道池形鱼道把一些水池用短的明渠连接起来，布置在河岸上或土坝的坝头上（图332）。当地形和地质条件有利时，这种鱼道可使水头达到1025米。池形鱼道的优点是在一定程度上保持天然的条件（底与岸均为土质），鱼在上溯过程中，可有暂时休息的地方。梯级鱼道多级跌水，由横隔墙分成许多水池构成，在横隔墙上设有交错的过鱼孔。根据通过的鱼类特性作成表面孔（如对青鱼）或作成底孔（对鲢鱼）。孔口大小根据通过鱼类的大小而定。2集运鱼船集运鱼船一般由集鱼船和运鱼舱两部分组成的一个“浮式鱼道”，诱鱼进入集鱼舱后进行统计、拍摄、选鱼、防止鱼病措施等工作，再使鱼转入运鱼舱，并与集鱼舱脱钩（两舱原连挂一起），最后借助通航建筑物或其他运输设施将运鱼舱运行过坝，使鱼