水工建筑物课件 01绪论 ~ chapter 2 (水利工程概论)

11、理论与工程实践紧密结合。直接面对水利工程及设施2、涵盖水利类专业的主要核心课程：水工建筑物；水电站；水利工程施工；农田水利；河工；电力系统等2、知识面覆盖广。需要有数学、物理、各门力学、工程地质、测量、水文等多方面的基础知识3、内容丰富,或者说比较繁杂.。必须通过师生共同努力，才能取得好的成绩本课程的特色水利工程概论

IntroductionofHydraulicEngineering2第一章 水资源与水利工程

(WaterResourcesandHydraulicEngineering)

一、水资源

水既是自然界一切生命赖以生存不可替代的物资，又是社会发展不可缺少的重要资源。在目前的经济技术条件下，人类可利用的水资源主要是指地表水体，如：江、河、湖、海和地下水体中的淡水资源。3

地球上的总水量约为13.86亿km3，但绝大部分为咸水，约占96.54%；对人类起重要作用的地表水，仅470000亿m3，人均占有量约9400m3。

我国多年平均河川径流量为27115亿km3

，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。但人均占有量只有2300m3

，相当于世界人均占有量的1/4，居世界第109位。

水资源可以再生，可以重复利用。4我国水资源的特点１、江河众多，水资源丰富２、人均占有量少３、时间分布不均４、地区分布不均５、水土流失严重水能资源：能够为人类所利用的水资源5

南多北少，相差悬殊，夏季多冬季少，导致我国各地洪、涝、旱灾频频发生，需要大力治水，除害兴利。洪涝灾害干旱缺水水土流失水污染严重四大水问题

人均少；在时间上和空间上分布不均；6

水利工程是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到兴利除害的目的而修建的工程。兴建水利工程是除水害、兴水利最有效的工程措施。二、水利工程如：把某一(丰水)时段的水储存在水库里，待少水季节放出来；

把某一地区多余的水引到另一地区使用；

把分散的水能集中起来修建水电站发电等等。7人水和谐在时间和区域上重新调配水资源，做到蓄洪补枯，以防止洪涝灾害和发展灌溉、发电、供水等事业；改善水域环境，疏浚航道，建造码头，以利于水上运输；防止水质污染、维护生态平衡等。

8水利工程的分类：

按其承担的任务可分为：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水与排水工程、航运及港口工程、环境水利工程等。

按其对水的作用可分为：蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。9三、我国水利工程建设概况1011远古至今，我国人民为治理水患、开发水利进行了长期的奋斗，取得了辉煌的业绩

黄河大堤京杭大运河都江堰黄河下游大堤12

京杭大运河是中国古代一项伟大的水利工程，也是世界上开凿最早，里程最长的大运河。它南起浙江杭州，北至北京通县北关，全长1794公里，贯通六省市，流经钱塘江、长江、淮河、黄河、海河五大水系。

13

都江堰—中华民族智慧文明、科学创造的结晶世界水利史上的璀灿明珠。公元前256年秦昭襄工践位期间，郡守李冰率领蜀地各族人民创建了这项彪炳史册千古不朽的水利工程。

鱼嘴内江外江14

担

负着四川盆地中西部地区7市（地）36县（市、区）1003万余亩农田的灌溉、成都市50多家重点企业和城市生活供水，以及防

洪、发电、漂水、水产、养殖、林果、旅游、环保等多项目标综合服务，是四川省国民经济发展不可替代的水利基础设施，其

灌区规模居全国之冠。1516都江堰鱼嘴都江堰飞砂堰深淘滩低作堰逢正抽心遇弯截角

1720世纪50年代自己设计施工建成坝高105m的新安江宽缝重力坝，首次成功应用厂房顶溢流。装机容量N=66万千瓦库容220亿m3。1820世纪60年代在汉江上建成丹江口宽缝重力坝，装机90万千瓦，库容208.9亿m3，在高坝技术，抗震设计、高速水流等方面取得了相当大的进展。

1920世纪60年代在黄河上建成刘家峡重力坝，

H=147m，

N=122.5万Kw，

V=57亿m3；

20乌江渡拱形重力坝

20世纪70年代在石灰岩岩溶地区建成乌江渡拱形重力坝，H=165m，N=63万kW，V=23亿m3，溶洞最大深度在河床下206m，洞高最大达50m，回填混凝土80000m3，设防渗帷幕18.7万m2。

2180年代在黄河上游建成龙羊峡重力拱坝，H=178m，N=128万kW，V=247亿m3。成功地解决了坝肩稳定、泄洪消能布置等一系列结构与水流问题。22在长江干流上建成葛洲坝水利枢纽，N=271.5万kW。成功地解决了大江截流、大单宽流量的消能防冲、大型船闸的建造等一系列复杂的技术问题.2390年代二滩抛物线双曲拱坝，H=241m24

三峡混凝土重力坝，H=175m，N=1820万kW，

V=393亿m3，V防=221.5亿m3。25

当前：金沙江上的溪落渡拱坝H=282m26虎跳峡（金沙江）向家坝（金沙江）（澜沧江）大量在建或拟建于西南“三江”：怒江、澜沧江、金沙江及大渡河（瀑布沟）、岷江等27

第一节 水库与防洪工程

(ReservoirandFloodingPrevent)

一、水库

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。它是用于径流调节以改变自然水资源分配过程的主要措施，对社会经济发展有重要作用。(防洪、灌溉、发电、航运、养殖等)第二章 水库与防洪工程；水利枢纽与水工建筑物281、正常蓄水位(设计蓄水位)

指水库在正常运用情况下，允许为兴利蓄到的上限水位。它是水库最重要的特征水位，决定着水库的规模与效益，也在很大程度上决定着水工建筑物的尺寸。(一)、水库的特征水位示意图292、死水位指水库在正常运用情况下，允许降落到的最低水位；

3、防洪限制水位(汛前限制水位)

指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，通常多根据流域洪水特性及防洪要求分期拟定。进行水库调洪计算时，可以此水位作为起算水位。示意图304、防洪高水位

指下游防护区遭遇设计洪水时,水库(坝前)达到的最高洪水位

5、设计洪水位指大坝遭遇设计洪水时，水库(坝前)达到的最高洪水位；

6、校核洪水位指大坝遭遇校核洪水时，水库(坝前)达到的最高洪水位。示意图31

相应于某一水库特征水位以下或两个特征水位之间的水库容积，一般均指坝前水位水平面以下的静库容。主要的特征库容有：

1、死库容

指死水位以下的水库容积。(二)、水库的特征库容322、兴利库容亦称调节库容，指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。

3、防洪库容指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。

4、设计调洪库容指设计洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。33４、校核调洪库容指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。

5、重叠库容(结合库容)

正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容积。这部分库容既可用于防洪，也可用于兴利。

6、总库容

指校核洪水位以下的水库容积，它是划分水库等级的主要依据之一。34水库的特征水位及相应库容35二、防洪工程１、洪水与洪水灾害洪水：在一定范围内出现历时长、强度大的降雨、冰雪融化或风暴潮引起的江河湖泊水量剧增或水位猛涨的现象。洪水灾害：洪水流量超过了河道的泄流能力，就会泛滥成灾。362、洪灾的主要原因洪水流量过大

防洪设施不完善或不能正常发挥作用

河道泄洪能力不足98’

长江流域大洪水371998年江西省灾情：共有93个县（市、区）、1787个乡镇、2081.9万人受灾，438.9万人被洪水围困,紧急转移人口257.3万人，因灾死亡313人；损坏房屋189.2万间、倒塌房屋91.2万间；农作物受灾面积152.6万公顷、成灾115.96万公顷、绝收77.8万公顷，34900多家工矿、乡镇企业因灾停产或部分停产，5.9万多座（处）水利设施被毁坏。

全省因灾造成直接经济损失376.4亿元，其中水利设施直接经济损失37.6亿元。3839

包括工程措施和非工程措施。

工程措施以调蓄和排泄为主。如：蓄洪、筑堤防洪、增加河道的泄洪能力、分洪、滞洪、蓄洪垦植、水土保持等。在河流中上游山区、丘陵地区开展造林及水土保持工作，兴建水库，调(滞)蓄洪水，防治山洪。在中下游平原地区修筑防洪堤，整治河道，以利泄洪，并利用湖泊洼地滞蓄洪水或兴建必要的分洪工程。

3、防洪措施40利用水库、湖泊洼地等调蓄洪水。（a）、蓄洪

到l997年底，我国共有水库8.5万座,居世界第一位。如：兴建三峡工程首要目标是防洪。三峡水库防洪库容为221亿m3。三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约10年一遇提高到100年一遇。遇千年一遇或类似于1870年曾发生过的特大洪水，可配合荆江分洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。41汉江丹江口水利枢纽（初期工程）42千岛湖43江河防洪堤、圩垸围堤和海堤（海塘）洪泽湖大堤辽宁辽河防洪堤（b）、筑堤防洪目前全国有各类堤防约26万公里。其中大江大河主要支流等重点堤防约6万公里。它们都是我国精华地带防洪安全的屏障，是全国防洪的重点工程。如黄河下游的堤防、长江荆江大堤、洪泽湖大堤及钱塘江海塘等，都是经过数百年或数千年形成的宏大工程。44荆江大堤45海塘46

疏浚、裁弯取直、护岸、排除障碍等，以增加河道的泄洪能力。（c）、泄洪47黄浦江上游干流段的护岸工程48模袋护岸49直接分流入海分流入其他河流分入洪泛区并绕泄至下游（d）、分洪

如海河流域的防洪规划新开20多条分洪道直接分流入海，独流减河是一条最早入海分洪道。又如苏北灌溉总渠北面的淮沭新河就是准备淮河遭遇1931年型洪水时分淮河洪水3000m3/s入新沂河入海。50汉江分洪工程51

小水年在小圩堤外垦植；大水年份破圩堤，利用河道全断面行洪。

利用湖泊洼地临时滞留洪水，待洪峰过后再引回河道。(e)、滞洪(f)、蓄洪垦植52(i).作用A、减少径流B、延长汇流时间(g)、水土保持C、减少泥沙

D、有利于农林种植黄河泥沙53(ii).措施鱼鳞坑水平沟和蓄水坑谷坊淤地坝54黄河水土保持生态工程55

防洪规划：是指为防治某一流域、河段或者区域的洪涝灾害而制定的总体部署。包括国家确定的重要江河、湖泊的流域防洪规划，其他江河、河段湖泊的防洪规划以及区域防洪规划。4、防洪规划合理规划、合理布局

对上中下游的防洪工作要统筹兼顾、全面考虑，以使防洪、排涝、灌溉、发电、航运等综合利用效益最大。近期和远期相结合。蓄泄兼顾

因地制宜地安排洪水出路，分洪、蓄洪、排洪相结合。区别对待设计洪水和超标准洪水。工程措施与非工程措施相结合。（1）、防洪规划的基本原则

56（2）、防洪规划所需的基本资料

历史洪水情况；自然地理、水文地质条件；水文、气象条件及河流特征；社会政治、经济状况,各部门和地方要求;

现有的工程设施等。57防洪规划应当确定防护对象、治理目标和任务、防洪措施和实施方案，划定洪泛区、蓄滞洪区和防洪保护区的范围，规定蓄滞洪区的适用原则。

洪泛区：是指尚无工程设施保护的洪水泛滥所及的地区。

蓄滞洪区：是指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊等。

防洪保护区：在防洪标准内受防洪工程设施保护的地区。58

指某一地区所要防御洪水的重现期有多大(即多少年一遇)。一般以河道某一控制断面的设计洪水(包括洪峰流量、一定时段的洪水总量、洪水过程线或洪水位)来表示。具体确定时，根据本地区国民经济发展情况、淹没后的经济损失、灾后恢复的难易程度、防洪措施的费用和效益等因素进行综合分析。特别指出：防洪标准并非固定不变，它随国民经济发展而提高，随保护对象不同而变化。（3）、防洪标准59

“南水北调” 于2002年12月27日正式开工。工程包括分别从长江下游、中游和上游调水的东线、中线和西线3条调水线路，形成与长江、黄河、淮河和海河相互联接的“四横三纵”水网格局。三条工程最终建成后，初步计划年调水总量约为380亿－480亿立方米，接近于在黄淮海平原和西北部地区增加一条黄河的水量，可基本改变我国北方地区水资源严重短缺的状况。在今后50年间分3个阶段实施，总投资将达4860亿元人民币。60

西线工程从长江上游大渡河、雅砻江、通天河上筑坝建水库，采用隧洞穿过巴颜喀拉山，向黄河上游补水。中线工程从丹江口水库陶岔闸引水，经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿唐白河流域和黄淮海平原西部边缘开挖渠道，在郑州以西孤柏咀处用隧洞或渡槽穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，自流到北京、天津。输水总干渠从阳岔闸至北京全长1246km，其中黄河以南482km，黄河以北764km。天津干渠从河北省徐水县分水，全长144km。61

东线工程是在江苏省江水北调工程现状（抽取长江水400m3／s）基础上扩大规模和向北延伸。从长江下游扬州附近抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道为输水主干线和分干线逐级提水北送，并连通作为调蓄水库的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，在位山附近通过隧洞穿过黄河后可以自流，需新招位临运河进入京杭运河的卫运河、南运河到天津。输水主干线长1150km，其中黄河以南660km；黄河以北490km。输水渠道的90％可利用现有河道和湖泊。6263

一.水工建筑物

1、定义：为了防洪、发电、灌溉、航运等要求，通常需要修建不同类型的建筑物，以控制水位、调节水量、兴利除害，这些建筑物统称为水工建筑物。第二节水工建筑物与水利枢纽

HydraulicStructuresandWaterResourcesEngineering64

按其作用可分为：挡水、泄水、输水、取水、整治建筑物和专门性建筑物。2.水工建筑物的分类

按其使用寿命长短可分为：永久性和临时性两种。永久性建筑物按其重要性又可分为主要建筑物和次要建筑物。65

用以拦截江河，雍高水位或形成水库，如各种类型的坝和水闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。(1)、挡水建筑物66清江隔河岩拱坝67堤防68海塘697071

用以宣泄水库或渠道中的多余水量，以保证工程安全，如各种溢洪道、溢流坝、泄洪隧洞、泄水闸等。(2)、泄水建筑物7273云南大朝山水电站泄洪潘家口大坝二滩拱坝泄洪溢洪道742003年6月10日上午11时，三峡大坝开始深孔泄水

75三门峡水利枢纽767778

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：输水隧洞、涵管、渠道、渡槽等。

(3)、输水建筑物7980渠道涵管81梁式渡槽82拱式渡槽83

是输水建筑物的首部建筑，用来从水库或河道取水，满足灌溉、发电和给水等要求。如：引水隧洞的进水口、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。(4)、取水建筑物84858687

用以调整和改善河道水流条件，防止水流和波浪对河床及河岸的冲刷破坏。如：丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。(5)、整治建筑物88模袋护岸89T形坝90

专门为发电、航运、过鱼及过木等单一目标而设置的建筑物。如：水电站厂房、船闸、升船机、鱼道、过木道等。(6)、专门建筑物91929394三峡双线五级船闸959697983.水工建筑物的特点工作条件的复杂性;施工建造的艰巨性;设计选型的独特性;工程效益的显著性;环境影响的多面性;失事后果的严重性。99世界著名的大坝溃决事例1928年，美国高63mSanFrancis重力坝失事；1976年，美国高93mTeton土坝首次蓄水溃决；1959年，法国高66mMalpasset拱坝失事；1963年，意大利高262mVajont失事；1975年，中国板桥和石漫滩土坝失事。100中国板桥和石漫滩土坝失事101Teton土坝首次蓄水溃决102意大利瓦依昂拱坝失事103

兴建一座水利工程往往需要某几个不同类型的水工建筑物相互配合，才能正常发挥作用。这种由几个作用不同的水工建筑物所组成的综合体称为水利枢纽。二、水利枢纽104

一个水利枢纽的功能可以是单一的，如防洪、灌溉、发电、引水等，但大多数是兼有几种功能的，这种枢纽称为综合利用水利枢纽。按承受水头的大小分为高

(H>70m)、中、低水头(H<30m)水利枢纽。

105富春江水力发电枢纽106107108109划分的目的、依据和方法水利枢纽和水工建筑物必须确保安全可靠，但又要经济合理。为使两者适当地统一起来，将水利枢纽及其组成建筑物按所承担的任务、效益、规模大小及其重要性划分成不同等级，以便根据不同的等级依次确定不同的设计、施工和运用标准。三、水利枢纽与水工建筑物等、级别划分110

水利水电工程的等别按《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000来确定。水利水电枢纽工程的分等指标111工程等别主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅱ23Ⅲ34Ⅳ45Ⅴ55永久性水工建筑物级别永久性水工建筑物正常运用的洪水标准建筑物级别12345洪水重现期(年)500100503020112我国水利工程建设发展方向

随着生产的不断发展和人口的增长，水和电的需要量都在逐年增加，而科学技术和设计理论的提高，又为水利工程特别是大型水利水电工程的发展提供了有利条件。从国外看，近几年来大水库、大水电站和高坝在逐年增加。

要求自学113

在坝型革新、高坝复杂地基处理、高坝泄洪消能、