水利水电工程概论课件

水利水电工程概论第一章绪论第一节水资源与水利工程水资源是人类生存及社会发展的一项基本因素，随着生产的发展和生活水平的不断提高，人们对水的要求日益增多，而大自然的来水：地域、年际、年内分配不均，使来水与供水的矛盾日益尖锐，解决这种矛盾的根本措施是修建水利工程。第一节水资源与水利工程第一节水资源与水利工程第一节水资源与水利工程人均水资源量（1950~2050）第一节水资源与水利工程第一节水资源与水利工程最大的世界性问题──水匮乏世界银行最新提供的报告警告：世界上近40%的人口难保有足够的洁净用水。水资源已经到了严重不足的阶段。一些环境和资源学家也指出，不远的将来，水缺乏将成为地球环境方面最大的难题。第一节水资源与水利工程所谓水利工程，是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。水利工程对水资源的综合利用主要包括:水电站的优缺点能源回报率(Energypaybackratio)--以火力发电厂为例运行期内发出的所有电力 建设期、运行期消耗的所有电力(LucGagnon，hydro2009)消耗的所有电力包括建设期、运行期所消耗的所有电力既包括直接能源消耗，如机械设备运行、照明耗能等，也包括建筑材料、煤炭等制造、运输等过程的耗能。 我国水电建设从解放初期装机16万千瓦，发展到2002年底装机8607万千瓦，尽管在发展进程中曾数度遭遇困难和挫折，但是仍然顽强地发展，从弱到强，由小到大。在不同的历史时期，我国水电事业曾受到不同因素的制约，先后经历了技术制约、投资制约、市场制约和生态制约四个发展阶段。1.技术制约阶段新中国成立初期，我国水电事业受建筑材料和技术等因素制约，发展速度缓慢。由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施工机械，修建大坝主要靠人扛肩挑，机械化水平极低，制约了水电事业的发展。如今技术制约阶段早已成为过去，中国目前有能力设计、修建任何类型的大坝。2.投资制约阶段在电力短缺的情况下，国家急需发展火电和水电。为加快电力建设，国家制定了各种优惠政策鼓励水电发展。譬如采用“两分钱”政策，每度电附加两分钱，调动各地的办电积极性。修建三峡工程，也采用了全国每度电加四厘钱的办法。这一时期只要能筹集到资金，电站就可以建，反之则难以建设。由于水电建设的投资相对较大，回报周期较长，在相当长的一段时间内，我国水电发展主要受着资金的制约。3.市场制约阶段改革开放以后，我国经济实力逐步增强，中央水电投资的增加，极大地缓解了水电建设的资金困难。随着水电事业的进一步发展，我国电力出现相对富余的局面，水电面临新的发展格局，同时也遇到了新的困难——市场成为影响水电发展和电力布局的主要制约因素。有了市场，电站就可以建；没有市场，项目就上不了。决定电站建与不建、电力往哪里送，市场是主要的制约因素。如广东等地对电力的需求就为西南一批水电项目的开工建设提供了必要的市场。4.生态制约阶段水电事业在走出技术、资金、市场等因素的困扰后，又面临新的问题，即如何看待水电开发对生态带来的影响。当前，社会各界围绕这一问题展开了激烈的讨论，如怒江该不该开发水电，都江堰的杨柳湖电站该不该建等等；有关三门峡大坝的争论本质也是这个问题。这些争论都是大坝与生态问题在实践层面上引发的，焦点都是生态问题。三门峡大坝我国水电事业在发展进程中遇到的各种困难和技术、投资、市场、生态等方面的制约，是在一定历史阶段产生的，与经济社会发展程度密切相关。当前，水电发展的制约因素主要是生态问题，只有正确认识水电开发与生态的关系，科学评价大坝可能导致的生态环境问题，用科学发展观和人与自然和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的问题，才能确保水电事业快速健康地发展。人类兴建各类水利工程而引发的水域生态环境（包括水量、水质、水温、水面积、水深、流速、小气候、水生物、湿地环境、地下水位变化等）及其周边生态环境、生物群落动态变化，具有交叉性、复合性、因果性和得失双重性的特点。它既可以抗御灾害，发展经济，改善人类生态环境、居住条件、生活质量，也可以对自然原生态和地形、地貌、植被、径流造成强烈干扰和破坏。下面我们从对环境和人类的影响分别了解一下。（三）对河岸带及三角洲的影响水生和陆生环境的沉积物、营养元素、生物等内部物质交换和能量流动可能因水坝对洪水的控制作用而减少或受到限制，而下游洪水泛滥规模受到限制后，直接导致下游冲积平原和河口三角洲的生产力的下降。移民问题水库移民涉及众多领域，是一项庞大复杂的系统工程，关系到人的生存权和居住权的调整，是当今世界性的难题。在中国，移民问题是大坝建设带来的生态影响中最值得关注的问题。新中国成立以来，我国修建了8万多座水库，移民人数达1500多万，许多移民至今仍未摆脱贫困，生产发展和生活问题没能得到很好的解决。第二节我国水资源与水能资源世界防洪效益最为显著的水利工程。总库容393亿立方米，防洪库容221.5亿立方米。世界最大的水电站。总装机1820万千瓦，年发电量846.8亿千瓦时。世界建筑规模最大的水利工程。大坝坝轴线全长2309.47米，泄流坝段长483米，水电站机组70万千瓦（26台），双线5级船闸、升船机。世界工程量最大的水利工程。主体建筑土石方挖填量约1.34亿立方米，砼浇筑量2794万立方米。世界施工难度最大的水利工程。2000年砼浇筑量为548.17万立方米，月浇筑量最高达55万立方米。施工期流量最大的水利工程。三峡工程截流流量9010立方米/秒，施工导流最大洪峰流量7.9万立方米/秒。世界泄洪能力最大的泄洪闸。最大泄洪能力10.25万立方米/秒。世界规模最大、难度最高的升船机。世界水库移民最多、工作量最为艰巨的移民建设工程。典型工程2南水北调工程是解决中国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目，建设的目的是通过跨流域的水资源合理配置，保障经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。１９９２年，江泽民提出要抓紧南水北调等跨世纪特大工程的兴建，南水北调的实施被提上国家议事日程。经过广大科技工作者持续进行几十年的调研工作，在分析比较了５０多种方案的基础上，形成了分别从长江下游、中游和上游调水的东线、中线和西线三条调水线路。在规划的５０年间，南水北调工程总体规划分三个阶段实施，总投资将达４８６０亿元人民币。南水北调工程简介东线工程从长江下游江苏省扬州江都抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北上，并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出山东泰安的东平湖后分两路输水，一路向北，经隧洞穿黄河，流经山东、河北至天津；一路向东，经济南输水到烟台、威海。输水主干线长１１５６公里；南水北调工程简介中线工程 从长江中游北岸支流汉江加坝扩容后的丹江口水库引水，跨越长江、淮河、黄河、海河四大流域，可基本自流到北京、天津。输水总干线全长１２６７公里。中线工程具有水质好，覆盖面大，自流输水等优点。 丹江口大坝加高工程是中线水源工程的核心，是南水北调中线重要的节点和控制性工程，现工程进展顺利，54个需要加高的混凝土坝段已经有37个加高至新坝顶高程。南水北调工程简介西线工程 在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游，补充黄河水资源的不足，主要解决涉及青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题。现未开工，前期研究阶段。第四节水电站的典型布置型式概念：当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。位置：坝后式水电站一般修建在河流的中上游。特点：库容较大，调节性能好。如为土坝，可修建河岸式电站。工程实例：举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18200MW。万家寨坝后式水电站有压引水式水电站无压引水式水电站潮汐发电原理水电站的组成建筑物一、枢纽建筑物挡水建筑物：坝、闸泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物：过船、过木、过鱼二、发电建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等水利水电工程概论

第二章基础知识第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学第一节水文学与水力学南水北调工程简介南水北调工程是解决中国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目，建设的目的是通过跨流域的水资源合理配置，保障经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。１９９２年，江泽民提出要抓紧南水北调等跨世纪特大工程的兴建，南水北调的实施被提上国家议事日程。经过广大科技工作者持续进行几十年的调研工作，在分析比较了５０多种方案的基础上，形成了分别从长江下游、中游和上游调水的东线、中线和西线三条调水线路。在规划的５０年间，南水北调工程总体规划分三个阶段实施，总投资将达４８６０亿元人民币。南水北调工程简介东线工程从长江下游江苏省扬州江都抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北上，并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出山东泰安的东平湖后分两路输水，一路向北，经隧洞穿黄河，流经山东、河北至天津；一路向东，经济南输水到烟台、威海。输水主干线长１１５６公里；南水北调工程简介中线工程 从长江中游北岸支流汉江加坝扩容后的丹江口水库引水，跨越长江、淮河、黄河、海河四大流域，可基本自流到北京、天津。输水总干线全长１２６７公里。中线工程具有水质好，覆盖面大，自流输水等优点。 丹江口大坝加高工程是中线水源工程的核心，是南水北调中线重要的节点和控制性工程，现工程进展顺利，54个需要加高的混凝土坝段已经有37个加高至新坝顶高程。南水北调工程简介西线工程 在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游，补充黄河水资源的不足，主要解决涉及青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题。现未开工，前期研究阶段。5、水文循环的意义：(2)径流量W(3)径流深R悬移质泥沙：悬浮于水中并随之运动推移质泥沙：受水流冲击沿河底移动或滚动河床质泥沙：相对静止而停留在河床上三者随水流条件的变化而相互转化水利水电工程概论

第二章基础知识褶皱的基本类型背斜12.向斜2.向斜板块裂开形成——东非裂谷水利水电工程概论

第三章水利枢纽——绪论我国水电建设从解放初期装机16万千瓦，发展到2002年底装机8607万千瓦，尽管在发展进程中曾数度遭遇困难和挫折，但是仍然顽强地发展，从弱到强，由小到大。在不同的历史时期，我国水电事业曾受到不同因素的制约，先后经历了技术制约、投资制约、市场制约和生态制约四个发展阶段。1.技术制约阶段新中国成立初期，我国水电事业受建筑材料和技术等因素制约，发展速度缓慢。由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施工机械，修建大坝主要靠人扛肩挑，机械化水平极低，制约了水电事业的发展。如今技术制约阶段早已成为过去，中国目前有能力设计、修建任何类型的大坝。2.投资制约阶段在电力短缺的情况下，国家急需发展火电和水电。为加快电力建设，国家制定了各种优惠政策鼓励水电发展。譬如采用“两分钱”政策，每度电附加两分钱，调动各地的办电积极性。修建三峡工程，也采用了全国每度电加四厘钱的办法。这一时期只要能筹集到资金，电站就可以建，反之则难以建设。由于水电建设的投资相对较大，回报周期较长，在相当长的一段时间内，我国水电发展主要受着资金的制约。3.市场制约阶段改革开放以后，我国经济实力逐步增强，中央水电投资的增加，极大地缓解了水电建设的资金困难。随着水电事业的进一步发展，我国电力出现相对富余的局面，水电面临新的发展格局，同时也遇到了新的困难——市场成为影响水电发展和电力布局的主要制约因素。有了市场，电站就可以建；没有市场，项目就上不了。决定电站建与不建、电力往哪里送，市场是主要的制约因素。如广东等地对电力的需求就为西南一批水电项目的开工建设提供了必要的市场。4.生态制约阶段水电事业在走出技术、资金、市场等因素的困扰后，又面临新的问题，即如何看待水电开发对生态带来的影响。当前，社会各界围绕这一问题展开了激烈的讨论，如怒江该不该开发水电，都江堰的杨柳湖电站该不该建等等；有关三门峡大坝的争论本质也是这个问题。这些争论都是大坝与生态问题在实践层面上引发的，焦点都是生态问题。三门峡大坝4.生态制约阶段经济社会的快速发展，电力紧缺矛盾日益加剧，发展水电是重要措施。修建大坝带来的生态问题将成为水电发展新的制约因素。案例—广西龙滩电站技术、投资、市场等制约因素解决后，又赶上了西部大开发的机遇，但该工程现在面临着一个很复杂的问题，即坝高到底多少，修高坝还是低坝？争论很激烈。从工程效益角度和各项经济技术指标出发，几乎所有的水电专家都认为应该修高坝。但是这个方案会增加淹没区移民人数，而且是在少数民族聚居区，移民问题就成为确定工程建设方案的最重要因素。案例—广西龙滩电站小结综上所述，我国水电事业在发展进程中遇到的各种困难和技术、投资、市场、生态等方面的制约，是在一定历史阶段产生的，与经济社会发展程度密切相关。当前，必须高度重视水电发展中的生态问题，正确认识水电开发与生态的关系，科学评价大坝可能导致的生态环境问题，用科学发展观和人与自然和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的问题，确保我国水电事业快速健康地发展。人类兴建各类水利工程而引发的水域生态环境（包括水量、水质、水温、水面积、水深、流速、小气候、水生物、湿地环境、地下水位变化等）及其周边生态环境、生物群落动态变化，具有交叉性、复合性、因果性和得失双重性的特点。它既可以抗御灾害，发展经济，改善人类生态环境、居住条件、生活质量，也可以对自然原生态和地形、地貌、植被、径流造成强烈干扰和破坏。下面我们从对环境和人类的影响分别看一下。（三）对河岸带及三角洲的影响水生和陆生环境的沉积物、营养元素、生物等内部物质交换和能量流动可能因水坝对洪水的控制作用而减少或受到限制，而下游洪水泛滥规模受到限制后，直接导致下游冲积平原和河口三角洲的生产力的下降。移民问题水库移民涉及众多领域，是一项庞大复杂的系统工程，关系到人的生存权和居住权的调整，是当今世界性的难题。在中国，移民问题是大坝建设带来的生态影响中最值得关注的问题。新中国成立以来，我国修建了8万多座水库，移民人数达1500多万，许多移民至今仍未摆脱贫困，生产发展和生活问题没能得到很好的解决。仅三峡工程就涉及移民110万。大坝对生态人类的影响——案例阿斯旺大坝河口地区的沙丁鱼捕获量减少97%；下游大量农田失去了尼罗河中的淤泥肥源而变得贫瘠；沿河土壤的盐碱不能流失掉，土地年复一年地盐碱化；海水入侵，沿岸侵蚀加重，地下水的水质变坏；增加了血吸虫病的传播；从埃及和苏丹的努比亚地区迁出了10万人。以上归纳的水利枢纽对生态的影响，是普遍意义上的。对中国而言，要高度重视移民问题和建坝对泥沙与河道的影响问题。在不同的河流、不同的河段、不同的坝址上建坝，可能带来的生态问题并不相同，一定要根据当地的实际情况，针对具体项目进行具体分析。一个项目带来的生态问题是什么，项目该不该上，该怎样进行控制管理，要作具体分析，而不能一提建坝就指责生态的所有问题，否定一切大坝建设。1、社会舆论对大坝与生态问题的关注是社会进步的表现关注生态，是经济社会高度发展后人们思想认识的升华所带来的必然结果。作为水利水电工作者，我们的一项重要任务就是保护生态，促进人与自然和谐相处。因此，我们应该比以往、也应该比任何人都更加重视生态和环境问题。对社会各界关于大坝和水利水电工程的不同看法，我们应持欢迎态度。但同时，对偏激的、全盘否定大坝的错误观点也决不能苟同。2、发展不同阶段的国家对大坝建设看法不同，是经济社会的客观反映一般而言，国际上对大坝问题的看法主要有两种观点：发达国家不同意修大坝，认为大坝建设将对生态造成影响；发展中国家主张修大坝，认为不修大坝经济无法发展。我国是发展中国家，我们赞成建坝，并在赞成修大坝的同时提出要十分注意生态问题。具体问题具体分析，不要一概否定建坝。在不同的河流、不同的河段、不同的坝址上建坝，带来的生态问题是不同的。在对每一条河、每一个大坝进行规划设计时，都要十分慎重地对待生态问题，认真做好生态环境评估报告。只有充分重视每一座大坝的生态问题，才能实现水电大发展的宏伟目标。修大坝要慎重，拆大坝同样要十分慎重如果认为修建大坝就能解决一切问题的主张是沿用了“人定胜天”的思想，那么认为拆掉大坝就能恢复原来生态的观点同样也是一种“人定胜天”的思想。因为拆掉大坝也有可能破坏既成的、现实的生态系统，带来新的生态问题。因此，建大坝要慎重，拆大坝同样要慎重；建大坝有一整套严格的批准程序，拆大坝也同样需要有一整套严格的批准程序。当前应逐步建立大坝报废退出机制，完善配套法规，严格程序管理。水利水电工作者要勇于挑起大坝建设与生态保护两副重担在以往的工作中，水利水电工作者考虑较多的是如何建设，对相关的生态问题考虑得不够。应该认识到，任何水利水电工程，从本质上说都是生态工程。如果在水利水电建设中对生态问题不能正确地对待、科学地处理，很可能会影响到整个国家的经济社会发展。险峰渡槽离市中心不远的古渡槽是格雷塔罗的标志性建筑。它始建于1726年，建成于1735年，全长1280米，有74个拱，最高处23米，是当时向全城供应饮水的惟一设施，现在成为该城最重要的古遗址和旅游景点。由于悠久的历史和丰富的文化遗存，格雷塔罗被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。水工建筑物的结构安全级别不同级别水工建筑物在以下四方面有所不同：抗御洪水能力强度和稳定安全度建筑材料运行可靠性项目建议书可行性研究初步设计阶段技术设计阶段施工详图设计阶段后评价建设程序是一个不断深入、不断反馈的动态规划过程。纵向看：前一阶段的工作成果是后一阶段工作的前提和基础，后一阶段是前一阶段工作的深入和细化横向看：每一个阶段又可分解成若干相互联系和区别的子过程项目建议书阶段:建议书应根据国民经济和社会发展长远规划、流域综合规划、区域综合规划、专业规划，按照国家产业政策和国家有关投资建设方针进行编制，是对拟进行建设项目的初步说明。建议书一般由政府委托有相应资格的设计单位承担；并按国家现行规定权限向主管部门申报审批。建议书被批准后，由政府向社会公布，若有投资建设意向，应及时组建项目法人筹备机构，开展下一建设程序工作。可行性研究报告阶段:可行性研究应对项目进行方案比较，在技术上是否可行和经济上是否合理进行科学的分析和论证。经过批准的可行性研究报告，是项目决策和进行初步设计的依据。可行性研究报告，由项目法人（或筹备机构）组织编制。初步设计阶段初步设计是根据批准的可行性研究报告和必要而准确的设计资料，对设计对象进行通盘研究，阐明拟建工程在技术上的可行性和经济上的合理性，规定项目的各项基本技术参数，编制项目的总概算。初步设计任务应择优选择有项目相应资格的设计单位承担，依照有关初步设计编制规定进行编制。第一节重力坝一、重力坝的历史二、重力坝的工作原理重力坝定义：依靠自身的重量产生的抗滑力维持其稳定性的坝。重力坝的基本剖面：呈三角形，上游面通常是垂直的或稍倾向上游的三角形断面。受力特点：主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触面上产生抗滑力来抵抗库水的推力，以达到稳定的要求。受力简图可以视作倒置的悬臂梁。重力坝的剖面详图1-非溢流重力坝；2-溢流重力坝；3-横缝；4-导墙；5-闸门；6-坝内排水管；7-检修、排水廊道；8-基础灌浆廊道；9-防渗帷幕；10-坝基排水孔三、重力坝的优点及缺点五、重力坝的荷载作用于重力坝的主要荷载有：①自重；②静水压力；③扬压力；④动水压力；⑤冰压力；⑥泥沙压力；⑦浪压力；⑧地震力；⑨温度及其他荷载。静水压力作用在坝面上的静水压力可按静水力学原理计算，分为水平及垂直力分别进行计算。扬压力 1、坝底扬压力形成原因：①上下游水位差；②砼、岩石都是透水材料。坝底扬压力图：动水压力在溢流面上作用有动水压力，坝顶曲线和下游面直线段上的动水压力很小，可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。 冰压力1、静冰压力2、动冰压力泥沙压力水库蓄水后，入库水流挟带泥沙，逐年淤积在坝前，对坝面产生泥沙压力。淤积高程，根据河流的挟沙量和规定的淤积年限进行估算，年限可取50-100年。按土力学公式计算，参照一般经验取数据六、重力坝的荷载组合1、基本荷载：（1）坝体及设备自重（2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力（3）对应于（2）的扬压力（4）泥沙压力（5）相应的浪压力（6）冰压力（7）土压力2、特殊荷载（频率低，作用时间短）（8）相应于设计洪水位时的动水压力（9）其他出现机会较多的荷载（10）校核洪水位（11）相应的扬压力（12）相应的浪压力（13）相应的动水压力（14）地震荷载（15）其他出现机会较少的荷载2、混凝土分区坝体混凝土分区：坝体各部分工作条件不同，为了节约和合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号。 3、横缝 横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干坝段。 横缝作用：1）减小温度应力，2）适应地基不均匀变形，3）满足施工要求（如混凝土浇筑能力及温度控制）间距：12-20米，也有达20米4、纵缝6、坝体排水7、廊道系统为满足施工和适用要求（如灌浆、观测、排水、检查、交通的需要），须在坝体内设置各种廊道。这些廊道相互连通，构成廊道系统。（二）检查和坝体排水廊道八、重力坝的地基处理天然基岩都有风化层、节理、裂隙、断层破碎带及软弱夹层等方面的缺陷，因此必须进行处理。重力坝失事有40%是因为地基问题造成的。地基处理主要包含两个方面的工作：一是防渗，二是提高基岩强度。５）灌浆孔的钻孔方向：与主要裂隙面正交。６）灌浆的压力：在不扰动基岩的前提下尽量大。无混凝土盖重时为0.2—0.4MPa有混凝土盖重时为0.4—0.7MPa帷幕灌浆设计：1）防渗帷幕的深度：根据水头大小，透水层的深度和降低坝基渗透压力的要求来确定当坝基下相对隔水且较浅时，其应伸入到隔水岩层内3m～5m；一般情况下，帷幕深度常为0.3～0.7倍水头。3）灌浆压力：帷幕灌浆必须在浇筑一定厚度的坝体混凝土后进行，一般情况下，灌浆压力应通过试验确定。通常在帷幕表层不宜小于1.0～1.5倍坝前静水头，在孔底不宜小于2～3倍坝前静水头，但以不破坏岩体为原则。4．坝基排水5．断层、软弱夹层和溶洞的处理九、碾压混凝土重力坝碾压混凝土坝：利用高效振动碾分层碾压干贫性混凝土而筑成的大坝碾压混凝土最早用于水利工程是1961年我国台湾省石门坝的围堰心墙。到20世纪80年代进入正式筑坝阶段，1980年日本建成世界上第一座坝高89米的岛地川碾压混凝土坝。此后，在全世界范围迅速发展。我国碾压混凝土筑坝技术起步较晚，但发展很快。自1986年建成第一座56.8m高的坑口碾压混凝土坝以后，我国碾压混凝土坝建设进入高潮。到2002年为止，在短短的十几年中，建设碾压混凝土坝40多座，高度超过100m的9座，碾压混凝土拱坝8座。其中200米级高的龙滩重力坝和132米高的沙牌拱坝在高度上、技术上均处于国际领先水平1、碾压混凝土坝的特点1）施工工艺简单，施工速度快通仓薄层浇筑，施工工作面大，可交错薄层连续上升，无需间歇养护；最大日上升高度1.2m；巴基斯坦的塔贝拉水电站采用碾压混凝土坝，浇筑强度达18000m3/d2）大量节约水泥，降低工程造价普通混凝土坝中的单方水泥用量约为180—280kg/m3，如新安江大坝为180kg/m3，丹江口大坝高达270kg/m3。碾压混凝土坝中单方水泥用量仅为90—50kg/m32、碾压混凝土材料及配比设计1）碾压混凝土材料要求碾压混凝土材料应包括水泥、砂子、石子、外加剂及粉煤灰等活性掺合料。改善混凝土的可碾性，减少用水量降低水化热，需用减水剂。为防止出现冷缝，有效发挥快速连续施工特点，需用缓凝剂。工程上一般均掺用具有缓凝和减水双重作用的外加剂。如木质素黄酸钙、奈系列、糖蜜复合剂等1、浆砌石重力坝是用胶结材料和块石砌筑而成的。其特点如下：①就地取材；②水泥用量少（比混凝土重力坝可节省50%左右），因而发热量低，可不采取温控措施，不设纵缝，可增加坝段宽度；③不需立模，施工干扰少；④施工技术易为群众掌握，便于组织人工进行施工。⑤人工砌筑，施工质量难于控制；⑥砌体孔隙率较大，需另设防渗设备。朱庄水库浆砌石重力坝浆砌石重力坝的材料：1)石料一般要求上坝石料为质地均匀、无裂缝、不易风化、坚硬密实、表面清洁的新鲜岩石。2)胶结材料常用的胶结材料有水泥砂浆、细石混凝土和混合砂浆。3)混合砂浆是在水泥砂浆中掺入一定比例的石灰或粘土等。混合砂浆一般用于坝体的水上部分和次要部位。常用的混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥烧粘土砂浆、水泥粘土砂浆等。2、宽缝重力坝（1）宽缝重力坝的特点①扬压力减小，抗滑稳定性好；②工程量节省约10%～20%；③坝体混凝土的散热快；④宽缝部位的模板用量大和宽缝倒坡部位的立模复杂；⑤分期导流不便。3、空腹重力坝第二节拱坝(archdam)拱：在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构叫

拱式结构重力坝：是胶结在基岩上的一个变截面悬臂梁。是一个静定结构，它所受的荷载通过悬臂梁的作用传到地基。这个计算模型就决定了它的安全准则主要是抗滑稳定和无拉应力，也决定了它的断面非常肥大。拱坝：是一个三边嵌固在基岩上的变曲率、变厚度的多次超静定空间壳体结构。拱坝在主要荷载—径向压力作用下，由于拱坝是一个整体的空间受力结构，因此它必然在梁上产生应力，也在拱向产生应力。如果在梁上产生的那一部分荷载叫做梁承担的荷载，在拱上产生应力的另一部分荷载叫拱承担的荷载，那么径向压力可以分成两部分，其分配图为：

因此，以后

如果我们说

某荷载由拱

梁共同承担

则表示在该

荷载作用下,

在拱和梁向

均产生应力。3、空间整体作用的特点:拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的5～11倍。实例：意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963年10月9日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近3亿m3的滑坡体以40m/s的速度滑入水库并冲上右岸，掀起150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使2600人丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于8倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能力。4、拱坝具有较高的抗震能力:拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有弹性。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能力较强。5、荷载特点:对于拱坝，温度荷载是主要荷载之一。拱坝周边固接于基岩上，温度变化及地基变形等对坝体应力有显著影响。据实测资料分析表明，由温度变化引起的径向位移，约占总位移的1/3～2/3。6、坝身泄流及施工较为复杂拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝身下泄水流具有向心集中作用，挑距不远，易于造成对河床及河岸冲刷；坝身开设泄水孔会破坏拱坝作用并使孔口周边应力复杂。二、拱坝的分类1、按高度分：高（H≥70m）、中、低（H＜30m）2、按厚高比分：TB/H＜0.2薄拱坝；TB/H=0.2~0.35中厚拱坝；TB/H＞0.35厚拱坝或重力拱坝4、按坝体曲率分：单曲拱坝；双曲拱坝5、按水平拱的形式分：

圆弧拱坝；

二心圆拱坝；

三心圆拱坝；

抛物线拱坝；

椭圆拱坝；

对数螺旋线拱坝；

双曲线拱坝。6、按水平拱的厚度变化分：

等厚拱坝；变厚拱坝（厚度向拱端逐渐增加的圆拱、拱端局部加厚的圆拱）三、拱坝对地形的要求拱坝对地形的要求主要从四方面考虑：1、河谷狭窄:用来描述河谷宽窄的参数是河谷的宽高比n=L/H=坝顶处河谷的宽度/最大坝高当n小时，河谷狭窄，拱的作用大，因此坝可以修的很薄根据一般经验有：n＜2时，适于修建薄拱坝，T/H＜0.2n=2~3时，中厚拱坝，T/H＜0.2~0.35n=3~4时，厚拱坝，T/H＞0.35n＞4时，重力坝或拱形重力坝2、

河谷的断面形状典型的河谷断面形状有三种：

这三种断面即使在宽高比相同的情况下，所修的拱坝的厚薄、形状都不一样。3、河谷顺河流方向的形状

以平顺河流或呈收缩形河流较好，要避免河道的出口和转弯处。4、

河谷对称性

河谷对称，拱坝的应力、稳定比较均匀平顺，局部不对称的河谷，往往造成应力集中，因此拱坝一般比较适合于对称河谷，当河谷不对称时，可以经过一定的处理使之对称。四、拱坝对地质的要求由于拱坝的安全的关键是拱座的稳定问题，而且拱座的位移将引起坝内较大的应力。特别是不对称位移会产生较为不利的应力，因此，拱坝从一开始就对两岸的地质条件提出了严格的要求，较理想的地质条件是：基岩比较均匀、坚硬完整、有足够的强度、透水性小，抗风化。二岸拱座附近河岸边坡稳定，整体性好，没有大的断裂构造和软弱夹层，在荷载作用下不产生大的变形。实际很难找到理想地质条件，坝基总存在节理，裂隙，软弱层局部断裂破碎，因此，必须查明工程地质情况，采取妥善的处理措施，使其满足设计要求。如龙羊峡拱坝，高178m，基岩被众多的断层和裂缝切割，岩体破碎，且位于9度强震区，但基础经过处理后，达到了设计要求；瑞士的康脱拉拱坝，有顺河向陡倾角断层，宽3m～4m，断层本身挤压破碎严重，但经过基础处理，成功地建成了高220m的拱坝。五、拱坝的发展概述1、

拱坝发展阶段1.1、拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前）1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）1.3、拱坝建设的成熟阶段（1917－1960年）1.4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）1.1、拱坝建设的萌芽阶段（1854年以前）人类修建拱坝始于罗马时期，是类比砌石圆拱结构及桥梁等建筑物。将拱坝当作一个放在水中的铅直圆筒来考虑。计算公式就是普通的薄壁圆筒公式。似现代拱坝的挡水建筑物：如法国的鲍姆(Baume)拱坝，西班牙的阿尔曼扎(Almanza)、阿里肯特（Alicante）、埃尔切（Elche）拱坝，意大利的高桥（PonteAlto）拱坝等。其中高桥拱坝于１６１２年建成时仅4.98米，以后随着水库不断淤积不断加高，共加高７次，最后一次是１８８７年加高至39米。这座坝的建设过程充分体现了人们单凭经验在实践中摸索前进的过程。1.2、拱坝建设的起步阶段（1854－1917年）标志：1854年，法国工程师左拉(Zola)在普罗旺斯地区艾克斯设计建成４３米高的左拉拱坝。该拱坝以圆筒公式为指导，主要利用水平拱的作用来保证大坝的安全。所用理论：将拱坝坝体比拟成一系列独立叠置的水平圆弧形拱圈，在外荷作用下通过水平拱圈的作用，将其传至两岸，忽略了拱坝上、下拱圈传力的梁的作用。在对水平拱圈结构的认识上又可分为“圆筒结构”和“固端拱”两种。1.3、拱坝建设的成熟阶段（1917－1960年）标志：美国的维切尔(H.Vischer)和瓦格纳（L.wagener），他们在１８８９年校核熊谷拱坝及甜水（Sweetwater）拱坝时引入了拱冠梁的概念，并利用拱冠梁与水平拱在共轭点上的径向变位一致的条件，将径向压力分配到拱和梁上，从而初步形成了拱梁分载的概念。1917年瑞士坝工专家格伦纳（H.E.Gruner）和两位助手史图基（A.Stucky）和济科（H.Gicot）在设计瑞士第一座拱坝蒙特萨耳文斯（Montsalvens）拱坝时（H=55m），正式提出多拱梁分载的概念。并采用４拱９梁径向变位一致的多拱梁法进行了该坝的应力计算。该坝的设计及建造，标志着拱坝的建设已从起步阶段进入了成熟阶段。双曲拱坝的形成MalpassetDam:Itfailednotlongafteritwasbuiltin1959.Dimensions&Quantities:

height:60mlength:225m

retainedwatervolume：50×106m31.4、拱坝建设的熟练阶段（1960年－至今）标志：经过拱坝建设成熟阶段的发展，人们无论在拱坝的安全准则、还是在应力稳定分析方法上均已成熟，已达到建设２００米以上拱坝的水平。１９６０年完成的意大利瓦依昂（Vaiont）拱坝（H=262m）标志着拱坝建设已进入熟练阶段。成就：拱坝新的结构形式、计算方法及其体型优化的方法。Thedamlookingfromtheside

vaiontdamPictureoftheVaiontlandslideThisisaviewofthelandslidefromupstream发生滑坡前瓦依昂滑坡横剖面图发生滑坡后瓦依昂滑坡横剖面图2、世界拱坝建设的时空分布自从１８５４年止１９８６年底：全世界已建1608座高度大于15米的拱坝。主要分布在中国、美国及西欧的阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国。拱坝在各类大坝中所占的比例随坝高的增加而增加。如在100--150米大坝中拱坝约占30%；对150--200米的大坝约占45%；对200米以上的大坝约占６０％。在时间上，拱坝建设有三个高峰期第一个高峰期为1920--1930年，１０年时间共建成２００余座拱坝，建设的地点主要集中在美国，特别是集中在加利福尼亚州。第二个高峰期为1950--1960年，１０年时间共建成150余座拱坝，建设的地点主要集中在西欧的阿尔卑斯山地区的法国、意大利及瑞士等国。第三个高峰期为1970--1980年，１０年时间共建成５００余座拱坝，建设的地点主要集中在中国。１９３６年以前：美国代表世界拱坝水平：美国胡佛大坝的建成，应该说美国代表着世界拱坝建设的水平，对拱坝拱梁结构概念的形成、应力分析方法的产生和发展以及大体积混凝土坝成套施工及温控技术的发展作出过巨大的贡献。1936—1975:拱坝建设的先进水平转移到了西欧（法、意、瑞），其主要贡献在于对双曲拱坝结构等轻、巧、薄拱坝结构的发展以及拱坝结构模型实验方法的发展。世界拱坝之最已建最高拱坝：前苏联英古里拱坝H=272m,n=2.8T/H=0.15在建最高拱坝：中国小湾拱坝H=292m,n=2.83,T/H=0.238在设计的最高拱坝：中国锦屏拱坝H=305m,n=1.6,T/H=0.19Name:Inguri

Country:Georgia

River:Inguri

Type:arch

Height:271.5m

Reservoirvolume:1'110‘*106m3

Yearofcompletion:2001

Owner:Sakenergo

Costofworks:2.3mio.CHF

Durationofservices1996-2001:

Costofservices:0.7mio.CHF

Theworldthinnestarchdam

Afewdamshavebeenexperimentsinthemselves.TheLaGagedaminFranceandtheTollaDaminCorsicawerebothmadeexceedinglythininordertoprovideafull-scalecheckonthevalidityoftheoreticalanalyseswhenappliedtodamsapproachingtheultimatedegreeofslenderness.Thetwodamsareacompletesuccessandhavebeenshowntopossesadequatemarginsofsafety.Whetherornotsuchthindamsarepsychologicallyjustifiableisanothermatter

二滩水电站是一座以发电为主的大型水力发电枢纽，它的坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高240米，是中国已建成的最高坝，它的高度在世界同类型坝中居第四位。世界在建的最高双曲拱坝：小湾抛物线型混凝土双曲拱坝，最大坝高为292米世界知名拱坝拱冠梁剖面

19－胡佛H=223m

28－莫瓦桑H=237m

30－瓦依昂H=262m

世界知名拱坝拱冠梁剖面

34－格兰峡H=217m

37－柯恩布赖茵H=200m

38－英古里H=272m

39－萨扬舒申斯克H=245m中国知名拱坝拱冠梁剖面

1-1龙羊峡

1-2乌江渡

1-3白山

1-4凤滩

1-5响洪甸

2-1东风

2-2东江

2-3紧水滩

2-4石门§3支墩坝概述支墩坝是由一系列顺水流方向的支墩和支承在墩子上的坝面组成。1、支墩坝的类型按挡水面板的型式，支墩坝可分为平板坝、连拱坝和大头坝。2.支墩坝的特点1）节省混凝土量增加了水重、减小扬压力，大头坝可节约混凝土20%～40%，平板坝和连拱坝可节省混凝土30%～60%。2）能充分利用材料的强度支墩可随受力情况调整厚度，充分利用混凝土材料的受压强度，对于平板则对其抗渗和抗裂要求较高。3）部分型式的支墩坝对地质和气候条件要求高4）施工条件不同减少了地基的开挖量，便于布置底孔和施工导流、坝体温控措施简易、施工时立模复杂，且模板用量多，施工难度大。5）侧向稳定性差3.支墩坝的建设情况支墩坝是一种性能良好的坝型，16世纪西班牙修建的埃尔切砌石连拱坝，坝高23m，是世界上第一座支墩坝。进入20世纪以后，连拱坝有较大发展，1968年加拿大修建的马尼克五级连拱坝，坝高214m，是当前世界上最高的支墩坝。大头坝是F.A.内茨利在1926年首先提出的。1975年巴西和巴拉圭修建的伊泰普水电站大头坝，坝高196m，是当前世界上最高的大头坝。1948年阿根廷建造了艾斯卡巴坝，坝高83m，是当前世界上最高的平板坝。中国自1949年以来也建造了很多高支墩坝。1954年我国建成佛子岭连拱坝高74.4m；1956年建成的梅山连拱坝，坝高88.24m。1958年建成的金江平板坝，坝高54m。1960年建成的新丰江大头坝，坝高105m。1980年建成的湖南镇梯形坝，坝高129m，是中国最高的支墩坝。定义：由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成的坝。土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝:1、土坝：土或砾石(含砾量<60%~70%)渗透系数较低2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60%~70%)渗透系数较高、砾石起骨架作用关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石安徽寿县芍陂(quèbēi)芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至二十三年（公元前598年～公元前591年）由孙叔敖创建，迄今2500多年一直发挥不同程度的灌溉效益。1959年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出一座汉代（公元前206年～公元220年）水利工程（草土堰）遗址，伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积，在公元4世纪～公元13世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间，芍陂灌溉效益越来越低，1949年实灌面积仅8万多亩。浙江省鄞(yín)县它山堰它山堰是甬江支流鄞江上修建的御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程。位于浙江省宁波市西南，唐代大和七年（公元833年）由县令王元玮创建。筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田卤化，城市用水困难。在鄞江上游出山处的四明山与它山之间，用条石砌筑一座上下各36级的拦河溢流坝。这座坝平时可以下挡咸潮，上蓄溪水，供鄞西平原七乡数千顷农田灌溉，并通过南塘河供宁波城使用。为防止洪水涌入城市。宋代（公元960年～公元1279年）至清代（公元1644年～公元1911年）时都对工程进行维修。明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰七年（公元1857年）曾进行较大修治。公元1914年清理堰上淤积，使水道通畅。1987年定为全国重点保护文物。第七节水工隧洞2．隧洞的工程布置隧洞的工程布置其主要内容包括：进出口的布置、纵剖面的布置以及闸门的布置。隧洞布置的总体要求是必须满足过水、水流状态和运行的要求，并尽可能的降低工程造价。在修建水工隧洞时，应根据实际情况，尽可能的考虑“一洞多用”，以降低工程造价，如采用灌溉与发电相结合的布置方式。（1）隧洞进出口位置：应依据的总体规划，结合地形、地质条件，使水流顺畅，进流均匀，出流平稳，满足使用功能和运行安全等方面的要求。进出口宜选在地质构造简单、岩体完整，风化层较浅的地区，避开不良地质构造和易崩塌、危崖、滑地地区。（2）纵剖面的布置隧洞的纵剖面布置主要是其纵坡的确定，有压隧洞的纵坡主要从施工排水和放空隧洞及检修的角度考虑，一般取i=1/200～1/1000。当洞身较短时，也可以做成水平。无压隧洞的纵坡应满足水流条件，多采用陡坡。隧洞纵坡不宜变化太多，而变坡应尽量选在水流比较均匀稳定的部位。四、洞身断面形式及尺寸影响洞身断面形式及尺寸的因素很多，如水流条件，地质条件，地应力情况，施工及运用要求条件，因此，其断面形式及尺寸应通过技术经济分析来确定。1.无压隧洞洞身的断面型式（1）圆拱直墙式。由于其顶部为圆形，适宜于承受垂直围岩压力，且便于开挖和衬砌。圆拱中心角一般为900～1800之间。一般情况下较大跨度泄洪隧洞的中心角常采用1200左右。（2）马蹄形:当岩石比较软弱破碎，洞壁崩塌严重，铅直围岩压力及侧向围岩压力较大，而且底部也存在围岩压力时，可采用马蹄形的断面形式。这种型式的最大特点是受力条件好，但施工复杂。（3）圆形:当地质条件较差，同时又有较大的外水压力时，可以考虑采用圆形断面。当采用掘进机开挖施工时，也可采用圆形断面。2.无压隧洞的断面尺寸无压隧洞的断面尺寸应根据隧洞通过的流量，作用水头及纵剖面布置，通过水力计算确定，其断面尺寸同时还应满足施工和维修的要求。无压隧洞的泄流能力取决于进口压力段，其泄流能力按管流计算：式中——流量系数（考虑进口段局部水头损失情况下而定）；——闸门处孔的面积；——作用水头。为保证洞内为明流状态，洞内必须留有一定的净空。当流速较低，通气很好时，要求净空面积不小于断面面积的15%，且净空高度不小于40cm。当流速较大时，还因考虑掺气的影响，在掺气水面以上的净空约为洞身断面积的15～20%。无压隧洞断面的高宽比一般为1.0～1.5，一般非圆形断面的尺寸（宽×高）不小于1.5×1.8m；圆形断面的内径不小于1.8m。3．有压隧洞的洞身断面型式及尺寸有压隧洞的洞身型式一般均采用圆形断面。若洞径较小，外水压力又不大，为了施工方便，也可采用无压隧洞常用的断面型式。有压隧洞的断面尺寸可按有压管流公式进行计算。为了保证洞内水流处于有压流态，一般要求洞顶应有2m以上的压力余幅。流速越大，压力余幅也应加大。二、洞身支护方式三、喷锚支护的特点第十章渠系建筑渠系建筑物为了安全合理地输配水量以满足农田海溉、水力发电、工业及生活用水的需要，在渠道(渠系)上修建的水工建筑物，统称渠系建筑物。红江湖是玉林大容山中的一个湖，实名叫红江水库，是经过人工拓展的一个中型的人工湖泊。玉林有名的红江渠就是从红江水库为起点，连绵几十公里长的依山而建的水渠，为沿途几个乡镇大批坡地提供灌溉，造福一方，解决了当时的北市、蒲塘等乡镇大遍干旱坡地无水灌溉稻种的难题，在建成的七十年代，在广西曾经名噪一时，被誉为广西的“红旗渠”。渠系建筑物的分类与功用渠系建筑物的分类1、渠道：是指为农田灌溉、水力发电、工业及生活输水用的、具有自由水面的人工水道。2、配水建筑物:渠道中用以调节水位和分配流量的建筑物。3、交叉建筑物:输送渠道水流穿过山梁和跨越或穿越溪谷、河流、渠道、道路时修建的建筑物4、落差建筑物:即落差集中处的连接建筑物5、量水建筑物:为了按用水计划准确而合理地向各级渠道和田间输配水量，并为合理征收水费提供依据，在渠系上设置的各种量水设施6、防洪冲砂建筑物:为了防止和减少渠道淤积而在渠首或渠系中设置的冲沙和沉沙设施7、便民利民建筑物渠系建筑物的特点量大面广、总投资多。同一类型建筑物的工作条件、结构型式、构造尺寸较为近似。因此，对其体型结构的合理设计具有十分重要的经济意义本章就渠道、渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水作介绍第一节渡槽一、渡槽的概念、作用渡槽：是输送渠道水流跨越河流、渠道、道路、山谷等障碍的架空输水建筑物，是灌区水工建筑物中应用最广的交叉建筑物之一。渡槽的作用：用于输送渠道水流外，还可以供排洪和导流之用。渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉。世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前700余年，亚美尼亚已有渡槽。古希腊的许多城市建有良好的渡槽，但古罗马人最为认真，把供水系统看作是公共卫生设施的重要部分。罗马第一条供水渡槽是建于公元前312年的阿庇渡槽；第十条也是最后一条则是公元226年建成的阿历山大渡槽；最长最壮观的是建于公元前114年的马西亚渡槽，虽然水源离罗马仅37公里，但渡槽本身长达92公里。这是因为渡槽要保持一定坡度，依地形蜿蜒曲折地修建。险峰渡槽位于磁县白土镇张二庄东南，像一道天上的彩虹横跨高家脑与跑马山之间，它是跃峰渠的重点工程之一。横跨在都党河沟上。1975年11月动工，1976年9月底完工。该渡槽在当时是华北地区跨度最大的砌石拱形渡槽。全长212米，主拱跨106米，地面距拱顶底部28.70米。主拱卷上有12个腹拱，为2.5米半圆拱，拱厚0.5米，槽深为矩形钢筋混凝土结构。设计过水流量30立方米每秒。另外，槽身两侧顶部设有1米宽人行道。槽身共9节，每节长20米。地处鹤山龙口的南北渠，是鹤山上世纪六七十年代的浩大水利工程。南北渠通水总长34.5公里，流经十多条村，灌溉3万多亩土地，是当地农民心血和汗水的结晶。由於建筑时间的差异,南北渠形成了不同的建筑风格与特点。北渠灌溉设施较为完善,大部分土渠铺上混凝土表层；北渠三凤段和南渠大部分是土渠，杂草丛生，灌溉效率不高。然而令人费解的是，地处青文与民龙交界处的南渠末段架空渠却建造得雄伟壮丽，耗费了不少人力物力，却仅仅灌溉几百亩的耕地。南渠最后一段的架空渡槽，气势恢弘宛如巨龙，无论站在哪个角度，都能感受到她的壮丽，每次走到这个地方，都能找到新的感受、找到新的审美视角。特别是日出和日落的时光，在浓重的金黄色调子中，更能切身感受到她壮阔苍凉的美。

南北渠是鹤山水利工程史上的里程碑。尽管随着工业的发展，水库的灌溉功能在逐渐削弱，但南北渠是作为农业经济发展史上的标志性建筑。离市中心不远的古渡槽是格雷塔罗的标志性建筑。它始建于1726年，建成于1735年，全长1280米，有74个拱，最高处23米，是当时向全城供应饮水的惟一设施，现在成为该城最重要的古遗址和旅游景点。由于悠久的历史和丰富的文化遗存，格雷塔罗被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。中国浙江天台红旗渡槽aqueduct宝马渡槽二、渡槽的组成及类型1、类型：（1）按施工方法：现浇整体式、预制装配式及预应力等；（2）按建筑材料分类：木渡槽、砌石、砼及钢筋砼等（3）按支承结构型式分：有梁式、拱式、桁架式、组合式及悬吊或斜拉式（4）按槽身断面形状分：矩形渡槽、U形渡槽等。2、组成：由输水的槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成三、槽址位置的选择及布置选择槽址关键是：确定渡槽的轴线及槽身的起止点位置。对地形、地质条件较复杂，长度较大的大中型渡槽，应确定2～3个方案，从中选出较优方案渡槽的总体布置工作包括：槽址位置的选择，槽身支承结构的选择，基础及进出口的布置。进出口的布置渡槽进出口前后的渠道的应有一定长度直线段，且均需设置渐变段和护坡、护底。渐变段的长度一般采用下列经验公式确定：L=C（B1－B2）C—系数，进口取1.5～2.0，出口取2.5～3.0；B1——渠道水面宽度，m；B2——渡槽水面宽度，m。对于中小型渡槽，通常进口L≥4h1，出口L≥6h2。h1，h2分别为上、下游渠道水深。四、渡槽的水力设计 渡槽水力计算任务：是合理确定槽底纵坡、槽身断面尺寸、计算水头损失，根据水面衔接计算确定渡槽进出口高程，并验算水头损失是否满足渠系规划的要求。五、渡槽结构上的荷载及其组合（1）荷载的分类1）永久荷载：一般包括结构自重、土压力、预应力。2）可变荷载：一般包括静水压力、动水压力、风荷载、人群荷载、温度荷载、槽内水重、车辆荷载。（2）荷载组合1）基本组合2）偶然组合3）短期组合4）长期组合六、渡槽设计的一般步骤（1）收集整理基本资料，确定渡槽的安全级别和有关设计标准。（2）选择槽址和槽型，并进行平面布置和纵剖面的布置。（3）进行水力设计，确定槽底纵坡和槽身的过水断面形状、尺寸及进出口高程。（4）进行纵剖面布置，选定各组成部分的结构型式和材料、分跨，拟定各部分的布置尺寸及高程，绘制平面图、纵横剖面图。计算挖填工程量。（5）通过方案比较，选出较优的总体布置方案。（6）进行结构计算及构造设计，绘制设计图，并计算工程概算和总投资。七、梁式渡槽构造 梁式渡槽的槽身支承于墩台或排架之上，槽身侧墙在纵向起梁的作用梁式渡槽可分为简支梁式、悬臂梁式及连续梁式三种。悬臂梁式渡槽又可为双悬臂、单悬臂式。(a)双悬臂梁式；(b)单悬臂梁式1、简支梁的特点是结构简单，吊装施工方便，接缝止水易解决。但其跨中弯矩较大，底板全部受拉，对抗裂防渗不利。梁式渡槽的跨度不宜过大，跨度一般在20m以下较经济2、槽身横断面型式（1）矩形槽身 1）无拉杆矩形槽 2）有拉杆矩形槽3）箱式槽身结构（2）U形槽身钢丝网水泥或预应力钢丝网水泥结构3、梁式渡槽的支承结构支承结构型式有重力墩、排架、组合式墩架和桩柱式槽架等。重力墩：实体、空心墩排架：常用的形式有单排架、双排架及A字形排架等几种型式组合式墩架当渡槽高度超过30m或槽高较大,则应考虑采用组合式墩架柱桩式槽架其支承柱是桩基础向上延伸而成的4、渡槽的基础可分为浅基础和深基础两种。埋置深度小于5m的为浅基础，大于5m的为深基础。浅基础常采用刚性基础或整体板式基础（柔性基础）；深基础一般采用桩基础或沉井基础。5、梁式渡槽的常见故障及其处理方法渡槽与渠道的连接部位产生漏水，这主要是渡槽与渠道的不均匀沉降引起；处理方法为加强连接段的仿渗。空渡槽被风吹倒。止水断裂，处理方法只有修补。渡槽漫顶，冲坏渡槽的基础。八、拱式渡槽 拱式渡槽与梁式渡槽主要区别在于槽身与墩台之间增设了主拱圈和拱上结构。主拱圈是主要承重结构，拱圈两端支承在槽墩或槽台上，拱上结构将上部荷载传递给主拱圈，主拱圈对墩台产生较大的水平推力。按照主拱圈的结构型式可分为：板拱、肋拱和双曲拱；按主拱圈设铰数目可分为无铰拱、双铰拱和三铰拱；按使用材料分为砌石、混凝土等拱式渡槽；根据拱上结构型式的不同，拱式渡槽可分为实腹式和空腹式两类九、进出口建筑物1．槽身与填方渠道的连接斜坡式--根据连接段的支承方式不同，又可分为刚性连接和柔性连接两种。挡土墙式--将边跨槽身的一端支承在重力挡土墙式边墩上，并与渐变段或连接段连接。2．槽身与挖方渠道的连接第二节倒虹吸管倒虹吸管是输送渠水通过河渠、山谷、道路等障碍物的压力输水建筑物。唐河倒虹吸工程交叉型式为渠穿河倒虹吸。设计流量为135立方米／秒；加大流量为160立方米／秒倒虹吸枢纽由退水闸、倒虹吸、节制闸和导流堤等部分组成昆明市掌鸠河引水供水工程倒虹吸1、倒虹吸的特点及使用条件倒虹吸管与渡槽相比，可省去支承部分，造价低廉，施工较方便；当埋于地下时，受外界温度变化影响小；属压力管流，水头损失较大；利于河道泄洪。在小型工程中应用较多。当渠道与障碍物间相对高差较小，不宜修建渡槽或涵洞时，或当渠道穿越的河谷宽而深，采用渡槽或填方渠道不经济时，可采用倒虹吸管。2、倒虹吸管的类型 按管身断面形状：圆形、箱形、拱形； 按使用材料：木质、砌石、陶瓷、素混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、铸铁和钢板等。圆形管具有水流条件好、受力条件好的优点，在工程实际中应用较广，其主要用于高水头、小流量情况。箱形管分矩形和正方形两种，可做成单孔或多孔。其适用于低水头、大流量情况。直墙正反拱形管的过流能力比箱形管大，主要用于平原河网地区的低水头、大流量和外水压力大、地基条件差的情况，其缺点是施工较麻烦。3、倒虹吸管的布置与构造倒虹吸管一般由进口、管身、出口三部分组成。1）进口：(1)竖井式一般常用于压力水头小（小于3～5m）及流量较小的过路倒虹吸管（图10-45），其优点是构造简单、管路短、占地少、施工较易，而水流条件较差、水头损失大。井底一般设0.5m深的集沙坑，以便清除泥沙及维修水平段时排水之用。（2）斜管式（图10-46）为改善竖井式的水流条件,将竖井变为斜管。其水流条件好，施工简便，工程中应用较多。其主要适用于穿越高差较小渠道或河流。4、倒虹吸管的水力计算倒虹吸管为压力流，其流量按有压管流公式进行计算。倒虹吸管水力计算是在渠系规划和总体布置的基础上进行，其上下游渠道的水力要素、上游渠底高程及允许水头损失均为已知。水力计算的主要任务是确定管道的横断面尺寸与管数、水头损失、下游渠底高程及进行进出口的水面衔接计算。1）．确定横断面形状及管数2）.横断面尺寸 管内的最大流速由允许水头损失控制，最小流速则按挟沙流速确定。 初选流速后，可按设计流量由公式A=计算所需过水断面积A。3).水头损失计算及过流能力校核倒虹吸管的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失两种。按通过设计流量计算水头损失Z后，与允许的[Z]值进行比较，若Z等于或略小于[Z]时，则说明初拟的V合适，否则，另选V，重新计算，直到Z≈[Z]。4．下游渠底高程的确定参照类似工程的运行经验，选定一个合适的水头损失Z，据此确定下游渠底设计高程。确定的下游渠底高程应尽量满足：①通过设计流量时，进口处于淹没状态，且基本不产生雍水或降水现象；②通过加大流量时，进口允许产生一定的雍水，但一般不宜超过30～50㎝；③通过最小流量时（按最小不利情况输水），管内流速满足不淤流速要求，且进口不产生跌落水跃5．进口水面衔接计算（1）验算通过加大流量时，进口的雍水高度是否超过挡水墙顶和上游渠顶。（2）验算通过最小流量时，进口的水面跌落值是否会在管道内产生不利的水跃情况。第三节涵洞工作特点渠道上的输水涵洞，一般是无压的，上下游水位差也较小，其过涵流速一般在2m/s左右，故一般可不考虑专门的防渗、排水和消能问题。涵洞的类型 （1）圆涵 （2)箱涵 （3）盖板涵 （4）拱涵涵洞水力计算的任务是选择洞身断面型式、尺寸及出口水流衔接计算。涵洞的水流流态可能为无压流、半有压流或有压流。无压涵洞根据底坡大小：可分为陡坡（i＞ik）涵洞；缓坡（i＜ik）涵洞（1）自由出流的陡坡涵洞当i＞ik，且下游水位低于涵洞出口临界水深水面时，水流保持急流状态出洞，下游水位不影响泄流能力时，为自由出流情况。多数排水涵洞采用之。（2）淹没出流的缓坡涵洞大多数渠道输水涵洞，i＜ik且下游水位高于涵洞出口临界水深水面，洞内水流为缓流，下游水位影响泄流能力时,为淹没出流情况。第六章水电站建筑物6.1水电站的组成和类型万家寨坝后式水电站凤滩水电站坝内厂房混合式水电站潮汐发电原理6.2水电站的组成建筑物一、枢纽建筑物挡水建筑物：坝、闸泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物：过船、过木、过鱼二、发电建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等1．单元供水：一管一机。机组前不设快速阀门。优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，易于制作缺点：相同水头损失下，造价较高布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难适用：(1)单机流量大、长度短的地下埋管或明管；(2)混凝土坝内管道2．联合供水：一根主管，向多台机组供水。单机规模大，多分岔管。机组前设快速阀门。优点：相同水头损失下，造价较低缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差布置：较容易适用：广泛应用于地下埋管和明管，机组数较少、单机流量较小、引水道较长。水锤特性水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。由于管壁具有弹性和水体的压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。水击波传播过程中，在外部条件发生变化处(即边界处)均要发生波的反射。其反射特性(指反射波的数值及方向)决定于边界处的物理特性。调压室的功用可归纳为：（1）反射水锤波。基本上避免了(或减小)压力管道传来的水锤波进入压力引水道。（2）减小了水锤压力(压力管道及厂房过水部分)。缩短了压力管道的长度。（3）改善机组在负荷变化时的运行条件。（1）尽量靠近厂房，以缩短压力管道的长度。（2）应有自由水表面和足够的底面积，以保证水锤波的充分反射； （3）调压室的工作必须是稳定的。负荷变化时，引水道及调压室水体的波动应该迅速衰减；（4）正常运行时，水流经过调压室底部造成的水头损失要小。（5）结构安全可靠，施工简单方便，经济合理。2、下游调压室的设置条件以尾水管内不产生液柱分离为前提，条件为：调压室的工作原理及基本方程丢弃全负荷流量变为0压力管道中发生水锤水流继续流入调压室调压室水位升高流速逐渐降低，直到为0，此时水位最高反向流动，水位下降水位与水库持平时，水流惯性使得继续流向水库，直到流速=0再次向下游流动，循环往复。增加负荷，与其相反。经常性的负荷变动水位相应变动(负荷保持不变)流量相应变化调压室水位波动。1、上游调压室(引水调压室)位于厂房上游引水道上。适用：厂房上游有压引水道较长，应用最广泛。2、下游调压室(尾水调压室)位于厂房下游尾水洞上。适用尾水隧洞较长，需设置尾水调压室以减小水击压力，特别是防止丢弃负荷时产生过大的负水击，尾水调压室应尽可能靠近厂房。3、上下游双调压室系统当采用中部地下厂房时，上下游都有较长的压力水道，在厂房上下游均设置调压室。4、上游双调压室系统适用于上游引水道较长情况。靠近厂房的调压室对反射水击波起主导作用，称为主调压室；另一调压室帮助衰减引水系统的波动，称为辅助调压室。水位波动的衰减由两个调压室共同保证，增加一个调压室可以减小另一个调压室的断面。1、简单式调压室特点：断面尺寸形状不变，结构简单，反射水击波效果好。但水位波动振幅较大，衰减较慢，因而调压室的容积较大；在正常运行时，引水系统与调压室连接处水力损失较大。为了克服上述缺点，可采用有连接管

的圆筒式调压室。适用：低水头小流量电站。2、阻抗式调压室将圆筒式调压室底部改为阻抗孔口，这种孔口或隔板相当于局部阻力，即为阻抗式调压室。特点：①可以有效减小水位波动振幅，加快衰减速度，因而所需调压室的体积小于圆筒式。②正常运行时水头损失小。③由于阻抗的存在，水击波不能完全反射，压力引水道中可能受到水击的影响。3、双室式调压室特点：双室式调压室是由一个竖井和上下两个储水室组成。丢弃负荷时，水位迅速上升，当水位达到上室时，其上升速度放慢，从而减小波动振幅。增加负荷时，

水位迅速下降到下室中，并

由下室补充不足的水量，因

此限制了水位的下降。4、溢流式调压室由双室式调压室发展而成，顶部设有溢流堰。丢弃负荷时，调压室的水位迅速上升，达到溢流堰顶后开始溢流，限制了水位的进一步升高，有利于机组的稳定运

行，溢出的水量，可以设

上室加以储存，也可排至

下游。6、气垫式或半气垫式调压室在压力隧洞上靠近厂房的位置建造一个大洞室，室中一部分充水，另一部分充满高压空气。利用空气的压缩或膨胀，来减小水位涨落的幅度。适用：表层地质条件不适于建造常规调压室的情况下深埋于地下的引水式地下水电站。目前我国尚未采用。1、水电站水头的影响水电站水头越小，要求的稳定断面越大，对稳定越不利。中低水头的水电站多采用简单式、差动式或阻抗式调压室；高水头水电站中，主要受振幅控制，多采用双室式调压室。调压室的稳定断面采用水电站正常运行时可能出现的最低水头进行计算。2、引水系统糙率的影响引水系统糙率愈大，水头损失系数α愈大，虽然H1=H0-hw0-3hwm0随糙率的增大而减小，但其影响远比α小。即要求的稳定断面越小。因此，为了安全，计算Fk时应采用可能的最小糙率。3、调压室位置的影响由H1=H0-hw0-3hwm0可知，在引水线路不变的情况下，调压室愈靠近厂房，H1愈大，有利于水位波动的衰减。因