水利土木工程概论课件

第9章水利水电工程

1水循环和水资源2水工建筑物3治河防洪工程4水力发电工程5长江三峡水利枢纽工程6黄河小浪底水利枢纽工程水利范围:防洪、灌溉、给水、排水、水力发电、水道、港工、水土保持、水资源保护、环境水利和水利渔业等。水利：人类社会为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防治水旱灾害，开发利用和保护水资源。知识体系:水利科学应用：水利工程。

9.1水循环与水资源利用水循环水文循环蒸发降水（大循环）海洋（小循环）蒸发降水降水（小循环）（小循环）蒸发降水下滲地下水下滲陆径流返回中国水资源特性：

1.地区分布不均，东南多，西北少，由东南到西北递减。

2.降雨量和径流量在年内分配不均。

3.中国的河流泥沙问题十分严重。需水量分为河道外需水和河道内需水两大类水资源的利用分为以下几个方面：

1.居民生活及城市用水

2.工业用水

3.农业用水

4.水力发电需水量

5.航运需水量

6.排砂需水量前三者为河道外需水，后三者为河道内需水水资源开发的对象即水源主要是地表水和地下水。现代水资源开发的主流是大坝的修建。现在水资源的开发大多是综合性的，其中包括防洪的目的，即进行洪水调节。

水利水电工程建筑物：水工建筑物。目的：挡水、泄水、输水、排沙等，以达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等。主要的水工建筑物：

1.挡水建筑物：☀坝；☀水闸；☀堤

2.泄水建筑物

3.输水建筑物

4.取水建筑物

5.整治建筑物

水利枢纽工程与水工建筑物9.2坝:水库枢纽工程中的主体建筑。按筑坝材料:土石坝、混凝土坝和浆砌石坝等；按结构特点（砼坝和浆砌石坝):重力坝、拱坝和支墩坝等。水利枢纽平面布置示意图

水电站非溢流坝溢流坝左岸右岸右非溢流坝左非溢流坝库容组成示意图总库容兴利库容调洪库容死库容库容水位0(b)死水位兴利库容调洪库容总库容校核洪水位设计洪水位正常高水位死水位河床(a)

1.重力坝

重力坝主要是依靠坝体自重来抵抗水压力及其他外荷载、维持自身的稳定。重力坝的断面基本呈三角形，筑坝材料为混凝土或浆砌石。坝体在水压等荷载作用下，必须满足承载力和稳定性的要求：具体的说坝体不能受拉、不能产生滑移、不能发生倾倒。瑞士的大狄克桑斯坝，坝高285m。重力坝是整体结构，坝体应设置永久性温度缝和沉陷缝。

水平推力上游水面抗滑力坝下游面坝体自重优点：相对安全可靠，耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、战争和自然灾害能力强；设计、施工技术较为简单，易于进行机械化施工。缺点：体积大，材料强度不能充分发挥，对稳定控制要求高等。重力坝示意图主要荷载：坝体自重、水压力、扬压力、泥砂压力、风浪压力和地震作用等。重力坝受力简图

W2γH2W1PaGH1h0P1PfbN1H2N2γ(H1-H2)

引水钢管腹拱电站厂房III——I(c)空腹重力坝

横缝(a)实体重力坝宽缝(b)宽缝重力坝重力坝的主要型式

2.拱坝拱坝在平面上呈凸向上游的拱形，拱的两端支承于两岸的山体上。优点：充分利用坝体的强度，其体积小。缺点：对坝址河谷形状及地基要求较高。拱坝示意图拱基反力

3.土石坝利用当地土料、石料或土石混合料堆筑而成的坝型

优点:就地取材；对坝基要求较低；抗震性能好

缺点:需另行修建泄水建筑物，抵御超标准洪水能力差

组成：坝身、防渗设施、排水设施和护坡等部分

施工方法：碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝、水力冲填坝和水坠坝等，其中碾压式土石坝应用最为广泛。土坝的组成上游水位坝顶下游护坡上游护坡下游水位浸润线坝体排水体(a)均质土坝心墙上游水位下游护坡上游护坡浸润线排水体坝体（b)心墙坝

根据土料在坝体内的分布情况和防渗体位置不同，碾压式土石坝可按下列分类：

(1)均质坝

(2)多种土质坝。

(3)心墙坝。

(4)斜墙坝。

土石坝分类低水头水工建筑物，既可挡水，又可泄水，并可通过闸门控制泄水流量和调节水位。☞水闸按其所承担的主要任务可分为:☀进水闸（取水闸）☀节制闸☀排水闸☀分洪闸☀挡潮闸☀排砂闸☞按结构型式可分为:☀开敞式☀胸墙式☀涵洞式水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段等组成，其中闸室是水闸的主体。4.水闸水闸组成示意图1-闸门；2-底板；3-闸墩；4-胸墙；5-工作桥；6-交通桥；7-上游防冲槽；8-上游防冲段（铺盖）；9-上游翼墙；10-上游两岸护坡；11-护坦（消力池）；12-海漫；13-下游防冲槽；14-下游翼墙；15-下游两岸护坡属于渠系建筑物的一种（过水桥梁），用来输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地或道路等。建造材料：砌石、混凝土或钢筋混凝土等构成：进出口段、槽身、支承结构和基础等。槽身横断面型式：矩形和U形断面居多。支承结构的型式：梁式、拱式、斜拉式等。

5.渡槽(d)U形槽身槽身横断面

(a)设拉杆的矩形槽身(b)设肋的矩形槽身(c)多纵梁的矩形槽身渡槽布置图(a)梁式渡槽;(b)板拱渡槽;(c)肋拱渡槽;(d)斜拉式渡槽1-进口段；2-出口段；3-槽身；4-收缩缝；5-排架；6-支墩；7-渠道；8-重力式槽台；9-槽墩；10-边墩；11-砌石板拱；12-肋拱；13-拱座；14-塔架；15-承台；16-斜拉索；17-井柱桩；18-填土

河道治理:人为地控制河流的变化过程，并防止水流的危害的行为根据河流的形态和演变特点，将河流分为：

(1)顺直（微弯）河段

(2)弯曲河段

(3)分汊河段

(4)游荡型河段

返回主页治河防洪工程9.3河型示意图(a)顺直型河道;(b)弯曲型河道;(c)分汊型河道;(d)游荡型河道(d)边滩(a)深槽(b)边滩深槽过渡段(c)边滩深槽江心洲

符合实际的整治技术措施确定规划的重要参数，如设计流量、设计水位、比降、水深、河道平面和断面形态指标，选取优化方案。河道整治线

1、2-现存河岸；3-护岸；4、5-锁坝；6、7-丁坝；8-挖槽；9-引河；10-顺坝河道整治的基本原则是：

(1)统筹兼顾、综合治理；分清主次，各种整治措施配套使用，以形成完整的整治体系。

(2)因势利导，重点整治。

(3)对工程结构和建筑材料，因地制宜，就地取材，以节省投资。河道整治的直接措施主要包括：(1)控制和调整河势;(2)实施河道裁弯取直;(3)实施河道展宽工程;(4)实施河道疏浚工程

1.丁坝:从岸、滩修筑凸出于水中的建筑物，一般成组布设。丁坝的主要作用是逐步束窄河道，刷深主河床，保护岸、滩。

丁坝平面形式图垛护岸圆头坝斜头坝抛物线坝拐头坝河流整治建筑物丁坝形式：(a)上挑丁坝;(b)垂直丁坝;(c)下挑丁坝;(d)人字坝;(e)月牙坝;(f)燕翅坝;(g)磨盘坝

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)2.顺坝和锁坝顺坝修建在沿岸河中，具有束窄河槽、导引水流，调整河岸的作用。锁坝则多建在多叉河道上用以堵塞支流，保持主河道有一定的水深，以利通航。顺坝和格坝

1-顺坝；2-格坝；3-沉排；4-河岸

石笼护岸(单位m)(a)石笼沉排护岸(b)混合式护岸

防洪工程就是为控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。主要有堤、河道整治、工程、分洪工程和水库等。按性质可分为挡、泄和蓄等几大类。1.堤防工程:就是利用河堤、湖堤防御河、湖的洪水泛滥的防洪措施。防洪堤一般为土质挡水建筑物，其断面设计与土坝基本相同。堤的边坡视筑坝土质、水位涨落强度和持续时间、风浪情况等确定。防洪工程淮河大堤剖面图（单位：m)

2.蓄洪分洪工程堤防防御洪水的能力是有一定限度的。如果洪水超过堤防的防洪标准，可采用分洪或滞洪措施，将主河道的流量和水位降低到该河段安全泄量和安全水位以下。分洪是把超过原河安全泄量的部分洪峰流量分流入海或其他河流。也可以利用河流中下游河槽本身滩地或沿海低洼地区短期停蓄洪水，削减洪峰流量，称为滞洪。水流推动水轮发电机组生产电能:水能转变成机械能由水轮机实现;机械能转变为电能由发电机实现。

水力发电工程9.4

坝后式水电站示意图

1－原河道；2―明渠；3―取水渠；4―进水口；5―前池；6―压力管道；7―水电站厂房；8―尾水渠；无压引水式水电站示意图有压引水式水电站示意图

1―坝；2―进水口；3―隧洞；4―调压井；5―竖井；6―钢管；7―地下厂房；8―尾水洞；9―水库。混合式水电站示意图

抽水蓄能电站原理示意图

三峡工程建筑由大坝、水电站厂房和通航建筑物三大部分组成，具备防洪、发电、航运、供水等综合功能力。

砼重力坝：砼量1486万m3；坝轴线全长2309.47m,坝顶高程185m,最大坝高181m。总库容393亿m3,其中防洪库容221.5亿m3。水电站总装机容量为1820万kW，年平均发电量1000亿kW·h。通航建筑物包括永久船闸和垂直升船机，永久船闸为双线五级连续船闸，可通过万吨级船队，年单向通过能力5000万吨。长江三峡水利枢纽工程介绍9.5三峡工程效果图

三峡船闸

黄河小浪底水利枢纽工程是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程。

1994年9月主体工程开工，1997年10月28日实现大河截流，1999年底第一台机组发电，2001年12月31日全部竣工，总工期11年。

黄河小浪底水利枢纽工程介绍9.5小浪底工程由拦河大坝、泄洪建筑物和引水发电系统组成：拦河大坝：斜心墙堆石坝，设计最大坝高154m，坝顶长度为1667m，坝顶宽度15m，坝底最大宽度864m。泄洪建筑物：10座进水塔、3条泄洪洞、3条排沙洞、3条明流泄洪洞、1条溢洪道、1条灌溉洞和3个两级出水消力塘。

引水发电系统：6条发电引水洞、地下厂房、主变室、闸门室和3条尾水隧洞，厂房内