水工建筑物课件-绪论-自制

教学内容旁注 旁注绪论1.1我国的水资源1.水资源的分布（1）水资源总量我国多年平均水资源总量为28000亿m3，其中河川多年平均年径流量27000亿m3，居世界第六位。全国河流的水能的理论储藏量总计出力为6.76亿千瓦，居世界第一位；由于我国人口多，按照85年人口总数12.48亿计算，人均水资源量为2500m3，仅为世界人均水资源占有量的1/4，列世界第110位，是世界上13个水资源贫乏的国家。（2）水资源在空间上分布不合理我国幅员辽阔，自然条件相差悬殊。降雨总趋势是由东南沿海向西北内陆递减。南方水多地少，北方水少地多。（3）水资源在时间上分布不合理年际及年内汛期和枯水期的水量相差很大。在汛期（北方6~9月份为汛期，南方为5~8月）内可集中全年雨量的60％~80％，而枯水季节或枯水年雨量又很小，雨量的偏多或偏少往往造成洪涝或干旱等自然灾害。2．我国水资源的开发利用水资源的开发应首先考虑水资源的现状和开发的可能性，不能不顾水资源条件而盲目发展，要加持水利事业的基本原则，即：统一规划，综合治理、综合经营，综合利用，为整个国民经济的发展服务，发电、灌溉、航运、供水、工业生产等用水部门，要制定合理方案，尽量统一各方矛盾，使水资源得到最有效利用。1.2河流、水库1.河流：河流是流水侵蚀和地质构造的产物。地表径流由于地形的起伏不平发生集中，径流越是集中，冲刷力越大，久之，小沟变大沟，长宽高不断发展，一旦切入到潜水层，得到地下水的补给，就成了终年有水的河流。河流具有携带泥沙的能力，泥沙的冲刷和淤积，影响河道的形状，使之发生演变。山区河流断面多成V字型、U字形，河道基本稳定，但在岩石风化比较严重，植被很差的地区易发泥石流。平原河流地形平缓、河谷较宽，航运便利。水库水库是一种蓄水工程。由拦河坝截断河流、形成一定的容积的水库。修建水库可以解决来水和用水在时间和空间上的矛盾，综合利用水资源。但水库也会到来负面影响、如淹没、诱发地震，影响附近的生态平衡。1.3水利工程简介1水利工程概念是运用科学知识和技术手段，为满足社会兴水利除水害、防灾减灾的需要而修建的工程。若按其目的和采用的工程措施，可非为一下几项：河道整治与防洪工程农田水利工程：一般包括：取水工程、输水配水工程、排水工程。水利发电工程（4）给水与排水工程（5）航运工程：河流渠化、运河2.现代水利工程的特点受自然条件制约，工作条件复杂多变；施工难度大，对环境和自然的影响也大；社会、经济效益高，与经济系统联系密切；工程失事的后果严重。这就要求水利工程技术人员必须广泛、深入、系统地掌握科学技术知识，在设计和建设水利工程中要和生态、环境、航运、旅游、文物等部门协调，要在设计中以高度的责任心，深入实际，多方借鉴，反复比较，全面论证，才能圆满的做好设计工作。1.7我国水利工程建设的发展（建议顺序提前）1．历史经验几千年来，勤劳勇敢的中国人民为兴水利，除水害进行着坚持不懈的努力，做出了突出的成绩，并积累了宝贵的经验。例如：①从春秋时期开始，在黄河下游沿岸修建的堤防，经历代整修加固，已形成1800多公里的黄河大堤，为治河防洪，堤防工程的建设与管理提供了丰富的经验；②公元前485年开始兴建到公元1293年全线通航的京杭大运河，全长1794公里，是世界上最长的运河，为当时及今后的南北交通、发展航运等发挥了重要作用；③目前灌溉面积达1000多万亩的四川都江堰工程已有2250多年的历史，仍为我国的农业发展发挥着巨大的效益。水利工程建设的成就是我国劳动人民智慧的结晶，在繁荣我国经济，发展祖国文化等方面都起到了很好的作用。2．新中国的水利事业新中国成立以来，我国的水利事业建设得到了较快的发展。各类水库8万多座、总库容4617亿m3，灌溉面积达到7亿多亩。众多的水利工程的实践，促进了水利科学技术的发展，在坝工建筑、坝基处理、高速水流泄流消能等，取得成功经验，接近世界领先水平。陕西石头河水库，拦河坝为粘土心墙土石坝，最大坝高105m、全面实现机械化；乌江渡水电站、拱形重力坝、最大拔高165m，帷幕灌浆深度最大达200m。但1998年重大洪涝灾害的教训，说明了新中国成立以来大江大河的防洪问题还未彻底根治。因此，要进一步加强对大江大河的治理。随着现代化建设的发展，用水量急剧增长，能源供应不足，来水用水在地区上和时间上的矛盾越来越突出。因此，结合我国水利现状，水利建设要做到：1.有效控制主要江河的洪水，保证城市等安全；2.开发水电资源，为工农业生产和人民生活提供廉价电力；3.继续兴建农田水利工程4.提供水源，满足工业和城市人民的用水需求。1.4水工建筑物及水利枢纽1.水工建筑物的分类水利工程中的建筑物称为水利工程建筑物。（1）按建筑物的用途分类●挡水建筑物用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种坝和闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。●泄水建筑物用以渲泄在各种情况下、特别是洪水期的多余入库水量，以确保大坝和其他建筑物的安全。如溢流坝、溢洪道、泄洪洞等。●输水建筑物为灌溉、发电、和供水的需要从上游向下游输水用的建筑物，如输水洞、引水管、渠道、渡槽等。●取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如进水闸、扬水站等。●整治建筑物用以整治河道，改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。●专门建筑物专门为灌溉、发电、供水、过坝需要而修建的建筑物，如电站厂房、沉沙池、船闸、升船机、鱼道、筏道等。应当指出：有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如各种溢流坝，既是挡水建筑物又是泄水建筑物；水闸即可挡水，又可泄水，还可作为灌溉渠首或供水工程的取水建筑物。按照使用时间的长短划分：永久建筑物和临时建筑物两类；●永久性建筑物这种建筑物在运用期长期使用，根据其在整体工程中的重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指该建筑物失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益，如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等；次要建筑物是指失事后不致造成下游灾害和对工程效益影响不大且易于检修的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。●临时性建筑物这种建筑物仅在工程施工期间使用，如围堰、导流建筑物等2．水利枢纽的概念为了综合利用水资源，达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的，需要修建几种不同类型的建筑物，构成一个完整的综合体，以控制和支配水流，满足国民经济发展的需要，这些建筑物的综合体称为水工水利枢纽。丹江口水利枢纽图示讲解：丹江口水利枢纽布置图枢纽丹江口水利枢纽是南水北调中线渠首蓄水工程，具有防洪、灌溉、发电、航运、渔业等综合效益。1.5水工建筑物的特点1．工作条件复杂由于水的作用形成了水工建筑物特殊的工作条件：挡水建筑物蓄水以后，除承受一般的地震力和风压力等水平推力外，还承受很大的水压力、浪压力、冰压力、地震动水压力等水平推力，对建筑物的稳定性影响极大；通过水工建筑物和地基的渗流，对建筑物和地基产生渗透压力，还可能产生浸蚀和渗透破坏；当水流通过水工建筑物下泄时，高速水流可能引起建筑物的空蚀、振动以及对下游河床和两岸的冲刷；对于特定的地质条件，水库蓄水后可能诱发地震，进一步恶化建筑物的工作条件。2．施工条件复杂水工建筑物的兴建，需要解决好施工导流问题，要求在施工期间，保证建筑物安全的前提下，河水应能顺利下泄，必要的通航、过木要求应能满足，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，工期也比较长，截流、渡汛需要抢时间、争进度，否则将导致拖延工期；第三，施工技术复杂，水工建筑物的施工受气候影响较大，如：大体积混凝土的温度控制和复杂的地基较难以处理，填土工程要求一定的含水量和一定的压实度，雨季施工有很大的困难；第四，地下、水下工程多，排水施工难度比较大；第五，交通运输比较困难，高山峡谷地区更为突出等。3．对国民经济的影响巨大一个综合的水利枢纽工程可以承担防洪、灌溉、发电、航运等任务，同时又可以绿化环境，改良土壤植被，发展旅游，甚至建成优美的城市等，但是，如果处理不当也可能产生消极的影响。如：水库蓄水越多，则效益越高，淹没损失也越大，不仅导致大量移民和迁建，还可能引起库区周围地下水位的变化，直接影响到工农业生产，甚至影响生态环境；库尾的泥沙淤积，可能会使航道恶化。堤坝等挡水建筑物万一失事或决口，将会给下游人民的生命财产和国家建设带来灾难性的损失。1975年8月我国河南省遭遇特大洪水，加之板桥、石漫滩两座水库垮坝，使下游1100万亩农田受淹，京广铁路中断，死亡达9万人。为了贯彻执行国家的经济和技术政策，达到既安全又经济的目的，应把水利水电枢纽工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性分等，再将枢纽中的不同建筑物按其所属工程的等别和重要性分级。级别高的建筑物，对设计及施工的要求也高，级别低的建筑物则可以适当降低。我国SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定,水利水电枢纽工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性划分为五等，如表1-1所示，工程等别工程规模水库总库容(108m3)防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田(104亩)治涝面积(104亩)灌溉面积(104亩)供水对象重要性装机容量(104kW)I大(1)型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大(2)型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.10中等100～3060～1550～5中等30～5IV小(1)型0.10～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1V小(2)型0.01～0.001<5<3<0.5<1综合利用的水利水电枢纽工程，根据分等指标分属于几个不同的等别时，应按其中的最高等别确定整个工程的等别。如表1-2永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物次要建筑物I13Ⅱ23Ⅲ34IV45V55同样，按照表1-2确定水工建筑物的级别时，如果该建筑物具有多种用途，按照所属最高等别确定其级别。不同级别的水工建筑物，在以下四个方面应有不同的要求：抵御洪水能力：如洪水标准、坝顶安全超高等。强度和稳定安全度：建筑材料：运行可靠性：在同一级别的水工建筑物中，当采用不同的型式时，其要求也有所不同。对于2-5等的工程，在某些特殊情况，经过论证可以适当调整。2.洪水标准一般规定（1）水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。（2）当山区、丘陵区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于15m，且上下游最大水头差小于10m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定；当平原区、滨海区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其洪水标准宜按山区、丘陵区标准确定。（3）江河采取梯级开发方式，在确定各梯级水利水电工程的永久性水工建筑物的设计洪水与校核洪水标准时，还应结合江河治理和开发利用规划，统筹研究，相互协调。山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表1-3表1-3山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]项目水工建筑物级别12345设计1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土坝、浆砌石坝5000～20002000～10001000～500500～200200～100平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准，应按表1-4确定。表1-4平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]项目永久性水工建筑物级别12345水库工程设计300～100100～5050～2020～1010校核2000～10001000～300300～100100～5050～20拦河水闸设计100～5050～3030～2020～1010校核300～200200～100100～5050～3030～201.8本课程的内容和学习方法一、本课程的内容本课程是水利水电类专业的一门主要专业课。其内容主要讲述