土木工程概论(2)市公开课一等奖省赛课获奖课件

第9章土木工程概论(2)第1页9.1水利工程介绍

水利工程是用于控制和调配自然界地表水和地下水，到达除害兴利目标而修建工程。水是人类生产和生活必不可少宝贵资源，是人类生活和生产活动中必不可少物质，但其自然存在状态并不完全符合人类需要，在人类社会生存和发展中，需要不停地适应、利用、改造和保护水环境。9.1.1概述修建水利工程能控制水流，预防洪涝灾害，并进行水量调整和分配，以满足人民生活和生产对水资源需要。土木工程概论(2)第2页土木工程概论(2)第3页水利活动起源很早，文字记载能够追溯到六七千年前，水利在中国有着主要地位和悠久历史，历代有为统治者，都把兴修水利作为治国安邦大计。如四川都江堰、关中郑国渠、沟通长江与珠江水系灵渠及京杭大运河等都是我国古代水利工程代表。都江堰与京杭运河淮安船闸土木工程概论(2)第4页9.1.2水利工程特点水利工程不一样于其它土木工程，含有以下特点：

①水工建筑物受水作用，工作条件复杂。水利工程中各种水工建筑物都是在难以确切把握气象、水文、地质等自然条件下进行施工和运行，承受水推力、浮力、渗透力、冲刷力等各种荷载作用，工作条件较其它建筑物更为复杂。灵渠水系总揽图京杭大运河流经区域土木工程概论(2)第5页②施工难度大。③大型水利工程设计各有特点，难以划一。④水利工程效益含有不确定性。依据每年水文情况不一样而效益不一样，农田水利工程还与气象条件改变有亲密联络⑤水利工程普通规模大，技术复杂，工期较长，投资多。水利工程决堤事故土木工程概论(2)第6页9.1.3水利工程类型及分类

蓄水工程指水库和塘坝，不包含专为引水、提水工程修建调整水库。

引水工程指从河道、湖泊等地表水体自流引水工程，不包含从蓄水、提水工程中引水工程；

提水工程指利用扬水泵站从河道、湖泊等地表水体提水工程，不包含从蓄水、引水工程中提水工程；

调水工程指水资源一级区或独立流域之间跨流域调水工程，蓄、引、提工程中均不包含调水工程配套工程。

地下水源工程指利用地下水水井工程，分为浅层地下水和深层承压水。南水北调西线方案南水北调中线方案南水北调东线方案土木工程概论(2)第7页土木工程概论(2)第8页

水利枢纽工程是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标不一样类型水工建筑物综合体，它是水利工程体系中最主要组成部分，普通由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物以及必要水电站厂房、通航、过鱼、过木等专门性水工建筑物组成。向家坝水利枢纽三维模型土木工程概论(2)第9页按负担任务不一样，可分为防洪枢纽、浇灌(或供水)枢纽、水力发电枢纽和航运枢纽等。多数水利枢纽负担多项任务，称为综合性水利枢纽。葛洲坝水利枢纽桂平航运枢纽土木工程概论(2)第10页工程等别工程规模分等指标水库总库容(亿立方米)防洪浇灌面积(万亩)水电站装机容量(万千瓦)保护城镇及工矿区保护农田面积(万亩)一大(1)型>10尤其主要城市、工矿区>500>150>75二大(2)型10~1主要城市、工矿区500~100150~5075~25三中型1~0.1中等城市、工矿区100~3050~525~2.5四小(1)型0.1~0.01普通城镇、工矿区<305~0.52.5~0.05五小(2)型0.01~0.001--<0.5<0.05中国水利枢纽工程分等指标土木工程概论(2)第11页9.1.4水利工程发展趋势水利工程水工建筑物向高水头、大容量、新材料、新结构等方面发展。伴随施工技术不停提升和大型、高效施工机械及高速、大容量电子计算机采取，高拱坝、高土石坝、碾压混凝土坝、深埋隧洞及大型地下建筑物等设计和研究将会有较快进展。排名国名电站名称所在河流装机容量(万kw)年发电量(亿kw·h)开始发电年份1中国三峡长江18208472巴西、巴拉圭伊泰普巴拉那河126071019843美国大古力哥伦比亚河108320319424委内瑞拉古里卡罗尼河103051019685巴西图库鲁伊托坎廷斯河80032419846加拿大拉格兰德二级拉格兰德河73335819797俄罗斯萨扬舒申斯克叶尼塞河64023719788俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克叶尼塞河60020419689加拿大丘吉尔瀑布丘吉尔河5233451971全球大型水电站排行表土木工程概论(2)第12页

溪洛渡水电站有高拱坝、高水头、高地震带和大型洞室群开挖等特点，技术上非常有挑战性，既是国家实施西部大开发战略重大举措，同时又缓解我国经济高速发展中日益突出电力担心问题，对有效改进国家电网结构，促进东、中、西部优势互补、协调发展等方面含有十分重大意义。正在建设溪洛渡水电站是我国仅次于三峡工程世界级巨型水电站，大坝采取混凝土双曲拱坝，坝高276米，系世界最高大坝之一，建成后期装机容量和年平均发电量规模将排世界第三。土木工程概论(2)第13页9.1.5水电站开发方式和主要类型

能够分为河床式、坝后式、溢流式、混合式四种。河床式水电站

只建有低坝，水库容量和调整能力均较小，主要靠河流天然流量发电。水能利用受到限制，综合效益相对较小，但淹没损失和移民安置困难也小。适宜于平原或丘陵地域。1.坝式水电站土木工程概论(2)第14页河床式水电站实例葛洲坝水利枢纽广西西津水电站宁夏青铜峡水电站土木工程概论(2)第15页坝后式水电站

厂房结构不受水头所限，水头取决于坝高。三峡水电站土木工程概论(2)第16页溢流式水电站

当河谷狭窄、泄洪量大、机组台数多、地质条件较差、不能采取地下式厂房而又要求确保有一定宽度溢流段时，将厂房布置在溢流坎下面，厂房顶就是溢流面，称为溢流式厂房。

三峡水电站新安江水电站土木工程概论(2)第17页自河流坡降较陡、落差比较集中河段，以及河湾或相邻两河河床高程相差较大地方，利用坡降平缓引水道引水而与天然水面形成符合要求落差(水头)发电水电站。适合于山区应用。

引水式水电站示意2.引水式水电站土木工程概论(2)第18页首部式地下厂房厂房位于电站引水系统首部。这种布置方式特点是有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长，而尾水隧洞承压较小或为无压隧洞，造价相对廉价，并省去了造价较高上游调压室。压力管道以单元供水方式向水轮机供水，可不设下端阀门，因而能够降低造价。但这种地下厂房靠近水库，需注意处理水库渗水对厂房影响。土木工程概论(2)第19页尾部式地下厂房

厂房位于引水系统尾部，含有较长引水隧洞和较短尾水隧洞，普通均设有上游调压室。尾部厂房靠近地表，尾水洞短，厂房交通、出线及通风等辅助洞室布置及施工运行比较方便，因而采取较多。尾部式地下水电站适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，当前高水头电站多采取尾部布置方式，我国已建成地下水电站尾部式占70%以上。土木工程概论(2)第20页中部式地下厂房

厂房位于引水系统中部，同时含有较长上游引水道和下游尾水道，当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室。当水电站引水系统中部地质地形条件适宜，对外联络如运输、出线以及施工场地布置方便时，可采取中部式地下厂房。土木工程概论(2)第21页抽水蓄能电站厂房内机组含有水泵和水轮发电机。它是利用电网中在夜间负荷低谷时电力输送给抽水蓄能电站，驱动水泵，将低处下水库水抽到高处上水库存蓄；当高峰负荷出现时，放水到下水库，冲动水轮机带动发电机发电。

3.抽水蓄能电站土木工程概论(2)第22页利用海水涨落形成潮汐能发电电站称为潮汐电站。潮汐电站厂房基本上与河床式厂房相同。

4.潮汐电站土木工程概论(2)第23页9.2主要水工建筑物水利工程基本组成是各种水工建筑物，包含挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、输水建筑物、河道整改建筑物、水电站建筑物、渠系建筑物、过坝设施等。土木工程概论(2)第24页9.2.1挡水建筑物挡水建筑物是含有阻挡或拦束水流、拥高或调整上游水位建筑物，普通横跨河道者称为坝，沿水流方向在河道两侧修筑者称为堤，坝是形成水库关键性工程。坝类型依据坝址自然条件、建筑材料、施工场地、导流、工期、造价等综合比较选定。挡水建筑物现场照片土木工程概论(2)第25页坝是主要挡水建筑物之一，它主要荷载有坝面水压力、坝体自重、泥沙压力、冰压力、温度荷载以及地震荷载等。坝设计中要处理主要问题是坝体抵抗滑动或倾覆稳定性、预防坝体本身破裂和渗漏。

(1)土石坝土石坝包含土坝、堆石坝、土石混合坝等，又统称为当地材料坝。土石坝优点有：筑坝材料能够就地取材，可节约大量钢材和水泥，节约进场公路；能适应地基变形，对地基要求比混凝土坝要低；结构简单，工作可靠，便于维修和加高、扩建；施工技术简单，工序少，便于组织机械化施工。不足之处是坝顶不能过流，必须另开溢洪道，施工导流不如混凝土坝便利，对防渗要求高；加之剖面大，填筑量大而且施工轻易受季节影响。土木工程概论(2)第26页

(2)混凝土坝混凝土坝可分为重力坝、拱坝和支墩坝三种类型，重力坝依靠坝体自重与基础间产生摩擦力来承受水推力而维持稳定。其优点是结构简单，施工较轻易，耐久性好，适宜于在岩基上进行高坝建筑，便于设置泄水建筑物。土木工程概论(2)第27页伴随世界筑坝技术提升，坝高度逐步提升，坝规模亦随之加大。当前世界最高坝是俄罗斯335m高罗贡土石坝，最高混凝土坝是瑞士大迪克桑斯坝，坝高为285m。体积最大土石坝是巴基斯坦塔贝拉水电站土石坝，体积达1.2亿立方米；体积最大混凝土坝是俄罗斯萨扬舒申斯克重力拱坝，体积为850万立方米；若计入尾矿坝则为美国新科尼利亚尾矿坝，体积为2.1亿立方米。俄罗斯罗贡坝瑞士大迪克桑斯坝土木工程概论(2)第28页

(3)其它类型坝其它材料建成坝如橡胶坝、钢坝、木坝及草土坝(堰)等使用较少，普通只适合用于低水头。橡胶坝坝高普通在7m以下，最大达15m，建于河道及渠道上便于调整水位。钢坝常为钢板桩格体坝，最大坝高约30m，惯用于海港码头以及施工期纵向围堰中。木坝及草土坝是传统水工建筑物，近代惯用于暂时建筑物中。橡胶坝土木工程概论(2)第29页

堤是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区、围垦区边缘修筑挡水建筑物。其作用为：防御洪水泛滥，保护居民、农田及其各种设施；限制分洪区(蓄洪区)、行洪区淹没范围；围垦洪泛区或海滩，增加土地开发利用面积；抵挡风浪或抗御海潮；约束河道水流，控制流势，加大流速，利于泄洪排沙。土木工程概论(2)第30页9.2.2泄水建筑物泄水建筑物是用以排放多出水量、泥沙和冰凌等水工建筑物。主要有：泄水孔、泄水隧洞、溢洪道、溢流坝等。另外，与坝结合在一起称坝体泄水建筑物；设在坝身以外常统称为岸边泄水建筑物。泄水建筑物示意图土木工程概论(2)第31页

泄水建筑物是水利枢纽主要组成部分，其造价常占工程总造价很大部分，合理选择形式，确定其尺寸十分主要。泄水建筑物按其进口高程可布置成表孔、中孔、深孔或底孔。表孔泄流与进口淹没在水下孔口泄流，在一样水头时，前者含有较大泄流能力，是溢洪道及溢流坝主要形式。葛洲坝水利枢纽二江泄水闸土木工程概论(2)第32页(1)溢洪道溢洪道是水库等水利建筑物防洪设备，多筑在水坝一侧，象一个大槽，当水库里水位超出安全程度时，水就从溢洪道向下游流出，预防水坝被毁坏。包含：进水渠控制段泻槽出水渠。

溢洪道分类标准溢洪道类型目标与作用泄洪标准及利用情况正常溢洪道用以宣泄设计洪水。非常溢洪道用以宣泄非常洪水。所在位置河床式溢洪道经由坝身用以宣泄洪水。岸边溢洪道正槽溢洪道泄槽与溢流堰正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致。侧槽溢洪道溢流堰设在泄槽一侧，溢流堰轴线与泄槽大致平行。井式溢洪道进水口在平面为一环形溢流堰，水流过堰后，经竖井和隧洞流向下游。虹吸溢洪道利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，经泄槽流向下游，可建在岸边，也可建在坝内。溢洪道类型土木工程概论(2)第33页溢洪道现场照片土木工程概论(2)第34页

(2)溢流坝溢流坝(又称滚水坝)普通由混凝土或浆砌石筑成。与厂房结合在一起作为泄洪建筑物坝内式厂房溢流坝、厂房顶溢流和挑越厂房顶泄流厂坝联合泄洪方式，可用在高山狭谷地域，当宣泄大流量时，是处理溢洪道和电站厂房布置位置不足一个路径。坝顶溢流坝面溢流大孔口坝面溢流土木工程概论(2)第35页(3)过坝设施过坝设施是在水利枢纽中为船只、木材、鱼类过坝(闸)而建设施总称。按过坝目标分为过船设施、过木设施和过鱼设施；按过坝方式又可分水力过坝和机械过坝两类。其中过船设施又常称为通航设施，分为船闸与升船机两种基本类型。升船机是将船开进承船厢，利用水力或机械运输承船厢过坝，依据承船厢内有没有水分为湿式和干式。过船设施形式选择与布置，要依据过坝运输量、船型、船队、上下游水位差及其变幅、水文地形地质条件和枢纽建筑物形式及其布置，经过技术经济综合比较确定。土木工程概论(2)第36页9.3三峡工程介绍

三峡工程是中国、也是世界上最大水利枢纽，在工程规模、科学技术和综合利用效益等许多方面都堪称世界超级工程前列，是治理和开发长江关键性骨干工程。三峡河段全长约200km，上起四川奉节白帝城，下迄湖北宜昌南律关，由翟塘峡、巫峡、西陵峡组成。坝址位于西陵峡中三斗坪镇。三峡工程大坝坝址土木工程概论(2)第37页长江三峡水利枢纽静态总投资需要900.9亿元，总工期。一期5年（1992一1997年），主要工程除准备工程外，主要进行一期围堰填筑，导流明渠开挖。修筑混凝土纵向围堰，以及修建左岸暂时船闸，并开始修建左岸永久船闸、升爬机及左岸部分石坝段施工。二期工程6年（1998-），工程主要任务是修筑二期围堰，左岸大坝电站设施建设及机组安装，同时继续进行并完成永久特级船闸，升船机施工。三期工程6年（2003一年），本期进行右岸大坝和电站施工，并继续完成全部机组安装。土木工程概论(2)第38页长江三峡水利枢纽工程位于长江西陵峡中段，坝址控删流域面积l00万平方公里，多年平均年径流量45l0亿立方米，多年平均年输沙量5.3亿吨。设计正常蓄水位l75m，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米。它含有防洪、发电、航运等巨大综合效益。三峡水利工程全景照片土木工程概论(2)第39页①防洪兴建三峡工程首要目标是防洪，二十世纪以来长江流域洪灾情况参见表，三峡水库全长600余公里，平均宽度1.1km；水库面积1084km2，可削减洪峰流量达每秒2.7万-3.3万立方米，将对长江中下游防洪形势起决定性作用，可使荆江河段防洪标准由现在约十年一遇提升到百年一遇。年份长江洪灾1931年受灾面积达13万km2，淹没农田5089万亩，被淹房屋180万间，受灾民众2855万人，被淹死亡者达14.5万人，预计损失银元13.45亿元。1935年1935年洪灾，长江中下游洪水灾区8.9万km2，湖北、湖南、江西、安徽、江苏、浙江六省份均受灾，淹没农田2263万亩，受灾人口1000万，淹死14.2万人，预计损失3.55亿银元。1949年1949年洪灾，长江中下游地域受灾农田1.8万km2，受灾人口810万人，淹死5699人。`1954年1954年灾情，长江中下游共淹农田3.2万km2，受灾人口1888.4万人，被淹房屋427.66万间，淹死33169人，受灾县市123个，京广铁路不能通车达100天。1998年19