水利枢纽与水工建筑物

第二章水工建（构）筑物第一节概述第二节水工建筑物的类型第三节坝的类型及其对地质条件的要求第一节概述1水利工程的根本任务

除水害和兴水利。除水害主要就是防止洪水泛滥和沥涝成灾；兴水利则是从多方面利用水利资源为人民造福，主要包括：灌溉、发电、供水、航运、养殖等。2水利工程的类型：

（1）防洪工程（6）渔业水利工程（2）农田水利工程（7）环境水利工程（3）水力发电工程（4）供水排水工程（5）航运工程水工建（构）筑物

为了综合利用水利资源，达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，修建的用于控制、支配、利用江河水流的建筑物，称为水工建（构）筑物。水利枢纽

水工建（构）筑物的综合体称为水利枢纽。第二节水工建筑物的类型1水工建筑物的分类1）一般性建筑物:

不只为某一项水利事业服务的水工建筑物称为一般性建筑物。（1）挡水建筑物：用以拦截河流，形成水库或壅高水位。如各种坝、水闸以及为抗御洪水用的堤防等。（2）泄水建筑物：用以在洪水期间或其它情况下渲泄水库（或渠道）的多余水量，以保证坝（或渠道）安全。如各种溢流坝、溢洪道、泄洪隧洞和泄洪涵管等。（3）输水建筑物：为灌溉、发电、供水等，从水库（或河道）向库外（或下游）输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道和渡槽等。

（4）取水建筑物：是输水建筑物的首部建筑，如为灌溉、发电、供水用的进水闸、扬水站等。（5）整治建筑物：用以改善河流的水流条件、调整水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷而修筑的建筑物，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。2）专门性建筑物:凡仅为一项水利事业（如防洪、灌溉、发电、给排水、航运、养殖）服务的水工建筑物称为专门性建筑物。（1）水电站建筑物包括水电站的压力管道、压力前池、调压塔和电站厂房等。（2）灌溉、排水建筑物包括灌溉渠道上的节制闸、分水闸和渠道上的建筑物等。（3）水运建筑物为保证河流通航及浮运木材而修建的建筑物，如船闸、升船机、筏道、码头等。（4）给水、排水建筑物包括自来水厂的抽水站、滤水池和水塔，以及排除污水的下水道等。（5）渔业建筑物为了使河流中的鱼类通过坝、闸而修建的鱼道、升鱼机等。碧口水电站（心墙土石坝）-挡水建筑物2水工建筑物的特点（1）水的作用使建筑物的工作条件复杂化水的作用形式多样：静水压力、浮托力、渗透压力、动水压力、波浪压力、冰压力等（2）水工建筑物具有较大的个别性地质条件的差异，决定了水工建筑物的型式、结构、尺寸和工作条件（3）施工条件复杂导流问题、基础开挖问题、洪水问题（4）对国民经济和自然地质环境的影响大影响是正反两方面的。发电、防洪、航运、灌溉等可以带来巨大的经济效益，淹没、水库诱发地震、库岸再造、淤积、生态改变等环境问题也有巨大的负面影响。1）水库的作用拦蓄洪水以防止水涝灾害；按用水部门需要，有计划地分配径流；抬高水位，为有关部门服务。按水库在河河流上的地地貌类型分分类：（1）山谷水库库这类水库库是指山山谷丘陵陵区的水水库，包包括峡谷谷水库与与丘陵水水库。峡峡谷水库库流域面面积小，，水量少少，河床床坡降大大，河谷谷横断面面多呈“V”字型。丘丘陵水库库在河流流中、上上游，流流域面积积较大，，水量较较充沛，，河床坡坡降较缓缓，横断断面多为为“D”形，往往往是河流流开发重重点，可可以防洪洪发电、、灌溉和和改善航航运条件件等。2）水库的的类型按水库调调节周期期的长短短分类：：（1）日或周调调节水库库：在一日日或一周周之内按按用水量量调节一一次的水水库。（2）年调节水水库：由于不不同季节节河流量量变化较较大，通通常水库库在汛前前放空到到一定高高程，汛汛期蓄存存一部分分洪水，，以防止止下游洪洪灾的发发生，或或提高同同年枯水水期的河河川流量量，进行行一年内内的水量量重新分分配。大大多数中中、小型型水库均均属于此此种类型型。（3）多年调节节水库：这类水水库库容容一般都都很大，，将丰水水年的多多余水量量蓄存起起来，以以补枯水水年水量量的不足足，进行行多年内内的水量量重新分分配。这这类水库库同时也也起年、、周或日日调节。。（1）设计低水水位与垫垫底库容容水库在正正常用水水调节条条件下，，所能允允许泄空空的最低低水位，，称为设设计低水位或或死水位位。该水位位以下的的水量，，一般不不许动用用。为了维持持水库的的正常运运行，死死水位由由河流泥泥沙淤积积高程（（在水库库有效使使用年限限内）、、自流灌灌溉孔口口高程、、水电站站保证出出力所需需水头、、上游航航运所需需的水深深、养殖殖业的要要求等方方面的条条件来决决定。最最低水位位以下的的库容称称垫底库容容，也称死库容。3）水库的的特征水水位与特特征库容容V超V兴V结V防V总设计蓄水位V垫设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位（2）正常高水水位与兴兴利库容容为满足各各用水部部门在枯枯水期或或枯水年年的需水水量，水水库要在在丰水期期或丰水水年积蓄蓄一定的的水量，，以保证证除损耗耗外，能能满足水水库正常常运行。。这部分分库容称称为兴利库容容或有效效库容。。有效库容容蓄满后后的水位位称正常高水水位或设计蓄水水位。V超V兴V结V防设计蓄水位V垫校核洪水水位设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位（3）汛前限制制水位与与结合库库容为使水库库在汛期期发挥调调节洪水水的作用用，规定定在洪水水到来之之前，把把水库的的蓄水下下泄到某某一水位位，腾空空一部分分库容，，以备拦拦蓄洪水水。这一一水位称称为汛前限制制水位。从汛前限限制水位位至设计计蓄水位位之间的的库容称称为结合库容容。V超V兴V结V防设计蓄水位V垫校核洪水水位设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位（4）设计洪水水位与防防洪库容容水库体现现防洪目目标的设设计参数数是设计洪水水位与防洪库容容。设计洪水水位要按按照水工工建筑物物的级别别，采用用规范规规定的设设计洪水水累积频频率或重重现期进进行设计计洪水调调节计算算。进行设计计洪水调调节计算算时出现现的最高高水位称称为设计计洪水位位。自汛前限限制水位位到设计计洪水位位之间的的库容积积称为调洪库容容，或防防洪库容容V超V兴V结V防设计蓄水位V垫校核洪水水位设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位（5）校核洪水水位与非非常拦洪洪库容按发生校校核洪水水累积频频率的洪洪水进行行水库蓄蓄洪调节节计算，，将能达达到的最最大高度度，称为为校核洪水水水位。这是水库库非常运运行情况况的最高高水位。。校核洪洪水位高高于设计计洪水位位。自汛前限限制水位位到校核核洪水位位之间的的库容积积称拦洪库容容。它对洪洪水可以以起暂时时拦蓄和和削减洪洪峰流量量的作用用。自设计洪洪水位到到校核洪洪水位之之间的库库容积称称为超高库容容。V超V兴V结V防设计蓄水位V垫校核洪水水位设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位（6）水库的总总库容校核洪水水位以下下的库容容为水库库的总库库容。V超V兴V结V防设计蓄水位V垫校核洪水水位设计洪水水位防洪限制制水位设计低水水位V总图12.8－2三峡工程正常蓄水位175m时水库调度图三峡工程程正常蓄蓄水位175m时水库调调度图注：<1>防破坏线线，<2>限制供水水线，（（Ⅰ）防洪区区，（Ⅱ）装机预想出出力区，，（Ⅲ）保证出出力区，，（Ⅳ）降低出出力区三峡库区区，汛期期（6月中旬～～9月底）水水库限制制水位为为145m，以便洪洪水来临临时拦蓄蓄洪水。。若遇上上洪水，，坝前水水位达到到147.2m(5年一遇)，20年、50年、100年和1000年一遇洪洪水坝前前水位分分别为157.5m、162m、166.7m和175.0m。洪峰过过后，水水库水位位又迅速速降低到到防洪限限制水位位145米左右，，以备可可能再次次发生洪洪水。三三峡水库库坝前水水位在145m～175m～145m之间波动动，水库库水位变变幅为30m。校核洪水水位：180.4。4水利枢纽纽和水工工建筑物物等级划划分工程等级工程规模分等指标总库容（亿m3）防洪设计灌溉面积（km2）装机容量（万kW）保护城镇及工矿区保护农田（km2）一大（1）型>10特重要城市、工矿区>3350>1005>75二大（2）型10-1重要城市、工矿区3350-6701005-33575-25三中型1-0.1中等城市、工矿区670-201335-33.525-2.5四小（1）型0.1-0.01一般城镇、工矿区<20133.5-3.352.5-0.05五小（2）型<0.01<3.35<0.05山区、丘丘陵区水水利枢纽纽工程等等级划分分水工建筑筑物分级级工程等级永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55第三节坝坝的的类型及及其对地地质条件件的要求求1坝的分类类按建筑材材料分：：土石坝、、混凝土土坝、浆浆砌石坝坝、钢筋筋混凝土土坝、橡橡胶坝按受力特特征分：：重力坝、、拱坝（（薄拱坝坝、双曲曲拱坝））、支墩墩坝按是否泄泄水分：：非溢流坝坝、溢流流坝板桥水库库、石漫漫滩水库库垮坝事事件1975年8月5日-7日三天降降雨1600mm，7日6小时降雨雨830.1mm。（超过过当时世世界最高高纪录的的特大暴暴雨）1975年8月8日0：30，石漫滩滩水库漫漫溢决口口溃坝，，决口宽宽446m。至6：00泄空，下下泄水量量1.67亿方。1975年8月8日1：00，板桥水水库漫溢溢决口。。1：30溃坝，决决口宽372m。至9：00泄空，下下泄水量量7.1亿方。形成南北北宽150km、东西长长300km的淹没区区，水深深都在2m以上。驻马店、、南阳、、许昌、、周口、、平舞等等五个地地区26个县（市）425个乡（镇）8997个行政村遭受受严重水灾，，受灾人口1029．5万人，有450万人处在洪水水围困之中，，冲走耕畜3023万头，猪72万头，1778万亩秋作物绝绝收，减产粮粮食25亿公斤，倒塌塌房屋524万间。106万人一贫如洗洗，一无所有有。京广铁路102km受淹，有31km线路和40座桥梁被毁，，路基淘空，，铁轨掀起，，1180节车厢、6台机车冲毁，，铁路中断运运行18天，影响运输输47天。驻马店地区:灾民540.6万人，伤亡120626人，其中淹死死22564人。有大、中中型水库各一一座和24座小水库溃坝坝，河堤上有有842处决口，总长长度184.55km，冲坏桥梁22606座，涵闸1883座，淹没机井井28853眼，电灌站31处，冲毁公路路955km，通讯线路713.4km，高低压电线线6000km，财产损失按按当时币值计计算达26．2亿元人民币。。遂平县:全县共遇难18767人。其中文城城乡9600人，全家死绝绝者有227户，魏湾村1976人中929人遇难，丧生生率47％。小许寺生生产队117人仅存24人，丧生率达达80％。1993年据世界银行行专家评估为为30亿美元。全部部经济损失达达100亿美元。2重力坝及其对对地质条件的的要求用浆砌石或混混凝土材料修修筑而成，主主要依靠坝体体重量在坝体体与坝基接触触面产生的摩摩擦力来抵抗抗库水推力，，以达到稳定定。利用自重在上上游面产生的的压应力，使使之不产生拉拉张破坏。重力坝的的特征征重力坝靠自身身重量维持稳稳定，结构作作用清楚，设设计方法简便便。便于其建建筑物集中布布置。坝体断面尺寸寸较大，与地地基接触面广广，坝内应力力较低，耐久久性好。对地形条件适适应性较好，，对地质条件件的要求不太太高。除深厚厚覆盖层一般般不宜建高坝坝外，都能较较好适应各类类复杂和不均均匀地基。坝体断面和混混凝土（砌体体）方量大，，坝内应力较较低，材料强强度未能充分分利用。重力坝的的类型型构造不同分为为:实体重力坝,宽缝重力坝,空腹重力坝。。按作用不同分分为:溢流重力坝,非溢流重力坝坝。按筑坝材料的的不同分为:混凝土重力坝坝和浆砌石重重力坝。重力坝建设状状况目前国外已建建高度前几位位的混凝土重重力坝瑞士：大狄克克逊坝（高285m，1968）墨西哥：阿尔尔瓦洛奥布雷雷贡坝（高260m，1980）印度：吉绍坝坝（高236m，1995）；巴克拉坝坝（高226m，1963）美国：德沃歇歇克坝（高219m，1972）吉尔吉斯斯坦坦：托克托古古尔坝（高215m，1978）我国建成或在在建高度前几几位的混凝土土重力坝三门峡（坝高高106m，1962）刘家峡（坝高高148m，1969）乌江渡（坝高高168m，1979）漫湾（坝高132m，1995）大朝山（坝高高115m，2000）三峡（坝高181m，2009）龙滩（坝高216m，2009）向家坝（坝高高161m，2015）长江三峡水利利工程重力坝坝剖面空腹重力坝宽缝重力坝湖南凤滩水电电站空腹重力力坝印度把克拉坝坝（高226m）重力坝对地质质条件的要求求：（1）坝基要有足足够强度，包包括抗压强度度与抗剪强度度。一般修建建在岩石坝基基上（2）坝基变形与与沉降要很小小（3）坝基岩体渗渗透性弱，避避免产生较大大的动水压力力（4）就近要有足足够的合乎质质量的建筑材材料3拱坝拱坝是凸向上上游的空间壳壳体结构，坝坝体受到的荷荷载一部分通通过拱的作用用传到两岸岩岩基（坝肩）），一部分通通过悬臂梁作作用传到坝底底岩基。拱坝的特特征坝体为一空间间壳体结构，，在平面上呈呈拱形。通过过整体作用将将坝体承受的的外荷载合理理分配到两岸岸和坝底基岩岩。坝体的稳稳定性主要依依靠两岸拱座座的反力作用用及部分靠坝坝体自重来维维持。拱坝一般按最最大高度的厚厚度和坝高的的比值，分为为薄拱坝（<0.2）、厚中拱坝坝(0.2～0.35)、重力拱坝(>0.35)。拱坝属于高高次超静定结结构，具有很很高的超载能能力，能充分分发挥材料强强度，节省工工程量和投资资。拱坝一般建在在地形较窄、、两岸对称性性较好的河谷谷。坝址的基基岩要求坚硬硬、完整、质质地较均匀、、耐风化、无无较大的断层层破碎带。现现在逐步放宽宽了对地形地地质条件的要要求。拱坝建设状况况国外建成的高高拱坝格鲁吉亚：英英古里（高272m，1982）意大利：瓦依依昂（高262m，1960）瑞士：莫瓦桑桑（高251m，1958）土耳其：德里里内尔（高247m，2004）俄罗斯：萨彦彦舒申斯克（（高245m，1989）洪都拉斯：埃埃尔卡洪（高高234m，1985）我国已建或在在建的高拱坝坝二滩（高240m，2000）德基（高181m，1974）东江（高157m，1987）隔河岩（高151m，1993）龙羊峡（高178m，1992）锦屏一级（高高305m世界第一高双双曲拱坝在在建05.11.12开工2014竣工四川雅雅砻江）小湾（高292m2011）溪洛渡（高273m在建）拉西瓦（高254m2009）构皮滩（高225m2011）贵阳市沙老河河水库薄拱坝坝坝高62m拱坝对地质条条件的要求：：（1）坝址应为左左右对称的峡峡谷地形，峡峡谷越陡峭越越利于发挥其其特征（2）坝基与坝肩肩要有足够强强度，尤其对对坝肩要求特特别高，无与与推力方向一一致的结构面面存在4土石坝土石坝泛指由由当地土料、、石料或混合合料，经过抛抛填、辗压等等方法堆筑成成的挡水坝。。当坝体材料料以土和砂砾砾为主时，称称土坝、以石石渣、卵石、、爆破石料为为主时，称堆堆石坝；当两两类当地材料料均占相当比比例时，称土土石混合坝。。土石坝是历史史最为悠久的的一种坝型。。坝身不能用于于泄洪，必须须设溢洪道等等。坝坡要小于天天然坡角（国国内外土石坝坝破坏1/4为滑坡破坏））。做好防渗与排排水要有坚固的护护坡天生桥一级电电站混凝土面面板堆石坝高高178m土石坝的特征征世界上最古老老的挡水坝就就是土石坝，，当代土石坝坝的主要坝型型有土心墙坝坝、混凝土面面板堆石坝、、沥青混凝土土堆石坝、土土工膜防渗土土石坝、定向向爆破堆石坝坝等。土石坝对适应应不良的地形形地质条件具具有显著优越越性。在优良良地质和峡谷谷地形也有强强大的竞争力力。随着对筑坝材