水利與港口工程學習講義T配圖豐富

項目八水利與港口工程熟悉我國古代水利工程；了解我國古代治水技術；了解西半球的運河；熟悉現(xiàn)代水利水電工程；熟悉港口工程；熟悉我國港口工程建設；任務一中國古代水利工程一、中國主要水系的形勢及影響中國水患歷史悠久。據(jù)歷史記載，由公元前200年至公元1949年之間，中國各地共發(fā)生了大水災1194次。中國水災頻繁的基本原因在于中國的自然地理布局及氣候條件。中國的地形是個“三臺階”的布局，見圖8一1。由西向東，第一個臺階是地勢較高的青藏高原，海拔平均四五千米，大江大河多發(fā)源于此。第二個臺階是海拔一兩千米的云貴高原、黃土高原。第三個臺階是平原地區(qū)。任務一中國古代水利工程任務一中國古代水利工程二、中國古代水利灌溉的典范—都江堰工程任務一中國古代水利工程二、中國古代水利灌溉的典范—都江堰工程寶瓶口飛沙堰魚嘴任務一中國古代水利工程三、漕運制度與運河的開鑿漢代時期，我國歷史上出現(xiàn)了一項重要的政治經(jīng)濟制度—槽運。隋場帝楊廣不恤民情、為政暴虐，很快就斷送了隋朝。但是他主張修建的大運河卻留給后代一份豐厚的遺產(chǎn)，對國家統(tǒng)一、經(jīng)濟發(fā)展、促進沿河城鎮(zhèn)的發(fā)展、便利交通運輸、繁榮社會文化都起到重大作用。任務一中國古代水利工程四、運河維修管理的痛楚與衰敗運河之水來自其穿越的各條自然河流，河水中的泥沙也被帶入運河，尤其是歷次黃河泛濫和改道，更易使運河淺梗。上述的許多古代溝渠，諸如鴻溝等，即因年久失修導致河床淤積而逐漸廢止。當黃河河床抬高、形成對運河的倒灌之勢后，不得不在運河河口修筑土壩，槽船到此卸運空載，空船用絞盤拖過土壩后再重新上載。清咸豐五年，黃河在河南銅瓦廂決口，從此結束了其長達700年的“奪淮入?！钡臍v史，在今山東陽谷縣張秋鎮(zhèn)將運河攔腰截斷，從而也截斷了張秋以北到臨清河的水源，槽運受阻。后京津、京浦鐵路的興修，從根本上動搖了大運河作為中國南北交通大動脈的地位。至光緒二十七年清政府下令停止了歷時千年的大運河槽運。任務二中國古代治水技術一、重疏導、輕填堵的治水思想堤堰自動調節(jié)水量的思想是中國古代治水技術的一大創(chuàng)造。都江堰和靈渠皆采用之。都江堰治水“三字經(jīng)”中還有“深淘灘，低作堰”六字訣?！吧钐詾敝笧榉篮哟部ㄆ谔屯诤哟?“低作堰”乃用以減低水之阻力，因勢利導，以殺水勢，所用“竹籠石”法就地取材，經(jīng)濟簡易，便被后人普遍采用。淘灘又有鐵板為準則，據(jù)傳古為石馬，今為明萬歷年間所埋臥鐵，見“鐵”則深淺適度。這些都是治水千年經(jīng)驗所積成，至今沿用，所謂“循之則治，失之則亂”。任務二中國古代治水技術二、明、清兩朝的治理黃河之策針對黃河入?？诔尸F(xiàn)出河口淤積的現(xiàn)象，明嘉靖、萬歷年間總理河道的潘季馴提出采用“束水攻沙”的措施，即黃河下游兩岸修筑系統(tǒng)大堤，提高河水流速，并引其他河流的清水入黃河。他認為這不僅能刷深河道，而且可沖開河口示。康熙十六年(1677年)，靳輔出任河道總督，他在繼承潘氏“束水攻沙”方略的同時又有所發(fā)展，提出了疏浚河口的主張。他認為，束水攻沙雖然是治河良策，但河身淤土有新老之分，三年以內新淤之土，筑堤刷沙之策可以奏效，久淤之土則必須輔以人力疏浚。因而主張在淤積河床內順流開浚三道小河，謂之川字河，以所起之土修筑兩岸大堤。任務二中國古代治水技術三、古人的測量技術高程測量是治水的基礎。因為必須以河渠各點的高程控制水的流向，古代中國從治理水患、發(fā)展水利起，就已經(jīng)使用原始的測量工具。早在文字記載之前，城市建筑中即采用了水準測量。考古發(fā)現(xiàn)在河北莫城商代中期建筑遺址的基槽壁上有用云母粉畫出的水平線，這可能是用作基礎整平的標志線?？梢酝茰y當時使用了類似水準儀的工具。由《四庫全書》收錄的、唐代李簽《太白陰經(jīng)》中記載的古代水平儀，是目前所能見到的中國最早的水平儀圖形。它主要由三部分組成:水平、照板和度竿。任務二中中國古代代治水技術術任務二中中國古代代治水技術術四、筑堤堵堵水的材料料與方法竹籠是戰(zhàn)國時成成都平原已已經(jīng)開始使使用的筑堤堤堵水材料料，就是使使用竹編的的籠子裝盛盛河道中的的卵石，其其剛柔相濟濟、用途廣廣泛，除了了魚嘴、堤堤堰外，堵堵口、施工工截流等都都能用上。。榪搓是由三根木木樁綁扎而而成的三腳腳。若干個個榪搓相互互交叉緊靠靠，加上土土木石料等等輔助材料料就形成了了臨時性的的擋水工程程。榪搓的的擋水功能能與竹籠類類似。特點點是可以隨隨時回收，，所以在臨臨時性應急急需求時往往往選用榪榪搓。任務二中中國古代代治水技術術任務務二二中中國國古古代代治治水水技技術術四、、筑筑堤堤堵堵水水的的材材料料與與方方法法羊圈圈是用用于于急急流流處處的的阻阻水水構構筑筑物物。。其其做做法法是是用用木木樁樁構構成成的的框框架架，，內內填填大大粒粒徑徑的的卵卵石石，，可可以以做做基基礎礎丁丁程程，，也也可可以以修修筑筑堤堤防防和和溢溢流流堰堰，，比比竹竹籠籠工工程程更更穩(wěn)穩(wěn)固固、、耐耐久久。。我我國國古古代代重重要要河河工工和和引引水水工工程程中中皆皆采采用用之之。。任務二中中國國古代治治水技術術任務三西西半半球的運運河一、從陸陸地通向向海洋古美索不不達米亞亞人和古羅馬人人都曾經(jīng)建建造運河。中世紀之之后歐洲各國國紛紛重重啟運河河建造。。16世紀至18世紀是歐洲運運河大發(fā)發(fā)展的時時期。法國于1642年建成了布里亞爾爾運河，把盧瓦瓦爾河與與塞納河河連接在在一起。。這條運運河沿線線建有40座船閘。。1681年完成的的朗格多多克運河河長250千米，把把比斯開開灣和地地中海連連接在一一起。在美洲，美國于1825年完成581千米長的的伊利運河河，沿河建建造了82座船閘，，從而促促進了中中西部大大草原地地區(qū)的開開發(fā)。1829年，加拿大興建了韋蘭運河河，其長44千米，建建成后使使南方的的伊利湖湖和北方方的安大大略湖之之間能通通航大船船。任務三三西西半半球的的運河河美國伊伊利運運河是第一一條提提供美國東海岸岸與西西部內陸的快速速運輸輸工具具，這這比當當時最最常用用的以以動物物拉動動的拖拖車還還快許許多。。任務三三西西半半球的的運河河二、從從海洋洋通向向海洋洋蘇伊士士運河河是世界界上三三大海海運河河中的的第一一條，，位于于埃及及境內內，連連接亞、非非兩洲洲的蘇伊伊士地地峽上上，如如果它它能夠夠溝通通地中海海和紅紅海，就可可大大大縮短短從歐歐洲和和北美美洲通通往印印度洋洋沿岸岸各國國的航航程。。基爾運運河是世界界上三三大海海運河河中建建成的的第二二條。。該河河又名名北海一一波羅羅的海海運河河(Nord一OStSPP一一Ka-nal)，，其位位于德德國北北部，，西起起北海海畔易易北河河口，，向東東到達達波羅羅的海海的基基爾灣灣，全全長98.7千米米，一一般通通過運運河只只需7-9小時時，是是一條條極重重要的的水道道，參參見圖圖8一一14左圖圖。其其建成成后，，北海海到波波羅的的海的的航程程縮短短了756千米米之多多。任務三三西西半半球的的運河河蘇伊士士運河河基爾運運河任務四四現(xiàn)現(xiàn)代代水利利水電電工程程一、現(xiàn)現(xiàn)代水水利工工程的的功能能與組組成1878年，世世界第一座座水電電站建成于于法國國，從從此以以后，，在現(xiàn)現(xiàn)代水水利工工程中中，除除了以以堤、、壩、、引水水渠等等工程程構筑筑物完完成防防洪、、航運運、灌灌溉等等功能能外，，水利利發(fā)電電也成成為重重要組組成部部分。。為達達到此此口的的，需需要借借助上上述工工程構構筑物物于山山谷、、河道道或低低洼地地區(qū)提提升水水位，，形成成人工工水域域，稱稱之為為水庫。水庫的的作用用是:積蓄上上游水水量，，利用用水庫庫的防防洪庫庫容調調蓄洪洪水、、攔蓄蓄洪峰峰或錯錯峰，，以減減免下下游洪洪災損損失，，并利利用庫庫容保保證水水庫附附近地地區(qū)枯枯水期期的灌灌溉用用水;水庫的水位位提升后與與河流下游游之間產(chǎn)生生很大的水水落差，蘊蘊含了巨大大的水勢能能，電能就就是從這勢勢能轉化而而來。水電站阻斷斷河道，為為保證航運運，需與船船閘等配合合，這樣可可形成水利樞紐。任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利利水電工程程二、水壩的的分類壩是建筑在河河谷或河流流中攔截水水流的擋水水結構，用用以抬高水水位，積蓄蓄水量，在在上游形成成水庫以滿滿足防洪、灌溉溉、航運、、發(fā)電、給給水等需要。壩體按結構特點和和所用材料分為重力壩、拱壩、雙曲曲拱壩、重重力拱壩、支支墩壩、連連拱壩、橡膠膠壩等。重力壩按照材料區(qū)區(qū)分，可以分為土土石壩、混混凝土壩。雙曲拱壩任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利利水電工程程橡膠壩任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利利水電工程程三、特殊的的荷載水工結構與與一般工程程結構顯著著不同之一一是滲透水水對結構的的影響很大大。一方面面如果滲透透水在壩基基形成滲水水通道，將將使壩基內內土石不斷斷通過通道道被滲透水水沖刷而出出，通道越越來越大形形成所謂管管涌，壩基基穩(wěn)定性受受到破壞;另一方面面滲透水在在壩基內對對壩基形成成所謂的揚壓力。揚壓力可以以這樣來理理解:就像船只只在水中受受到向上的的浮力，壩壩體底部也也受到地基基內滲透水水的浮力，，而水庫內內水位增高高會使得地地基內的滲滲透水壓提提高，而揚揚壓力就是是指地基內內的滲透水水對建筑物物的浮托力與滲透壓力之和。與重重力方向相相反的揚壓壓力抵消了了部分重力力作用。重重力壩的穩(wěn)穩(wěn)定非常依依賴壩體的的重力。在在壩基安排排防水帷幕幕可以拉長長滲透水抵抵達壩底的的距離，從從而減小揚揚壓力。任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利利水電工程程四、壩體所所用的材料料壩體體混混凝凝土土也也對對壩壩體體安安全全性性有有影影響響，，因因為為壩壩的的體體積積非非常常大大，，水水泥泥與與水水反反應應放放出出的的熱熱量量(稱水化熱)大、不易散發(fā)，，容易在混凝凝土中形成溫度裂縫。輕者影響壩壩體的抗?jié)B透透性，嚴重的的影響壩體整整體性。故在在現(xiàn)代水利工工程中，對壩壩體混凝土的的配合比有特特殊考慮，一一般摻入大量量粉煤灰等礦物物外摻料替代部分水泥泥用量，可以以減少水化熱熱。任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利水電電工程五、水壩的修修筑技術修筑大壩需要要截斷河流，，而截斷河流流期間又需要要保證河水下下泄，故可以以在壩的上下游分期修修筑圍堰阻水水，在圍堰內分段修筑大壩壩。有的河流還還要在筑壩期期間保證航運運，故筑壩期期間設置臨時時船閘和升船船機以免航運運中斷，例如如三峽大壩就是采用這種種方法施工的的。有的大型型橋梁的橋墩墩也是采用這這種分段修圍堰的方法施工的的。任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利水電電工程六、水利水電電工程對環(huán)境境的影響進入20世紀后10年，人們開始關關注到水利工工程對河流生生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)產(chǎn)生的一些不不利影響。首首先是一些大大型水利工程程易引發(fā)地質災害;有的水庫蓄蓄水后，庫區(qū)區(qū)沿岸產(chǎn)生滑滑坡，有的導導致周邊地區(qū)區(qū)地震頻發(fā)。1963年10月9日，意大利阿爾卑斯山脈脈托克山山體體崩塌，山下是瓦揚揚特(Vajont）水水壩形成的水水庫;頃刻間間，數(shù)百萬噸噸泥土石沖入入水庫，水溢溢出大壩，下下游數(shù)個村莊莊被激流橫掃掃，死亡兩千千余人，皆因因壩址錯誤設設置在山體不不穩(wěn)處致有此此禍，這是工工程引發(fā)地質質災害的一個個典型實例。。我們需要認識識到:雖然水利工程程對環(huán)境造成成了一些不利利影響，但是是，這只是人人類為自身發(fā)發(fā)展而從事的的諸多活動中中的一種，水水利工程的利利弊需要客觀分析。任務四現(xiàn)現(xiàn)代水利水電電工程三峽大大壩任務五五港港口口工程程一、港港口及及其組組成港口是具有有水陸陸聯(lián)運運設備備和條條件、、供船船舶安安全進進出和和停泊泊的運輸樞樞紐;對于于在內內停泊泊的船船舶，，港口口要具具有保保證其其免遭自自然的的風、、浪損損壞之之能力力。亞歷山山大大大帝曾曾經(jīng)對對現(xiàn)屬屬于埃埃及的的亞歷山山大港港進行人人工改改造，，用砌砌筑工工藝修修建了了舉世世聞名名的燈燈塔，，塔高高200余余米，，伴有有供馬馬拉柴柴草至至塔頂頂?shù)钠缕碌馈?。。在公元?世世紀中中期，羅馬馬皇帝帝克勞狄狄烏斯斯在羅馬馬的外外港奧奧斯提提(Ostia)港港北面面3千千米，，建了了一個個人工工海港港—Portus港港。碼頭是港口口中的的重要要組成成，是是港口口中供供船舶舶停靠靠、裝裝卸貨貨物、、上下下旅客客、補補充給給養(yǎng)的的水工工建筑筑物。。一般般情況況下，，防波堤堤和碼頭各自獨獨立存存在，，完成成自己己的實實用功功能，，但在在某些些情況況下二二者合合二為為一，，防波堤堤面向大大海的的外側側發(fā)揮防防浪作作用，面向向港內內的一一側發(fā)揮碼碼頭的作用用。加拿大大港口口碼頭港池倉庫貨場道路任務五五港港口口工程程任務五五港港口口工程程二、碼碼頭的的分類類與布布置碼頭結結構形形式有有重力式式、高高樁式式和板板樁式式。主要根根據(jù)使使用要要求、、自然然條件件和施施工條條件綜綜合考考慮確確定。。重力式式碼頭頭依靠建建筑物物自重重和結結構范范圍的的填料料重量量保持持穩(wěn)定定，結構整整體性性好，堅固耐耐用，損壞壞后易于修修復。高樁碼碼頭由基樁樁和上上部結結構組組成，，樁的的下部部打入入土中中，上上部高高出水水面，，上部部結構構有梁梁板式式、無無梁大大板式式、框框架式式和承承臺式式等。。高樁樁碼頭頭屬透透空結結構，，波浪浪和水水流可可在碼碼頭平平面以以下通通過，，對波波浪不不發(fā)生生反射射，不不影響響泄洪洪，并并可減減少淤淤積，，適用于于軟土土地基基。碼頭布布置形形式：：順岸式式、突突堤式式和挖挖入式式三種種基本本形式式碼頭布置順岸式式優(yōu)點點：：陸陸域域寬寬闊闊、、疏疏運運交交通通方方便便、、工工程程量量小小。。順岸岸式式－重重慶慶朝朝天天門門碼碼頭頭碼頭頭布置置凸堤堤式式優(yōu)點：一一定水域域建設較較多的泊泊位。缺點：凸凸堤寬度有限，，每泊位位的平均庫庫場面積積較小，作作業(yè)不方方便。碼頭布置突堤式碼頭－寧寧波港挖入式優(yōu)點：滿滿足現(xiàn)代代碼頭要要求有較較大陸域域縱深（（集裝箱箱碼頭縱縱深達350～400m）和庫場場面積。。新建碼碼頭縱深深有加寬寬趨勢，，天津新新港東突突堤的平平均寬度度達650m。碼頭布置挖入式－加拿大大港口隨著船舶舶大型化化和高效效率裝卸卸設備的的發(fā)展，，外海開開敞式碼碼頭逐步步被推廣廣。開敞式－天津港集裝裝箱碼頭任務五港港口工程干船塢碼頭任務六中中國港口工程程建設一、古代的輝輝煌春秋戰(zhàn)國時期，水上運運輸已十分頻頻繁，港口應應運而生，當當時已有渤海海沿岸的竭石石港(今秦皇皇島港)。至至秦代，秦始皇遣徐徐福攜三千童童男童女出海海求仙;船隊隊出發(fā)地有河河北秦皇島和和黃嘩說。漢代的廣州港以及及徐聞、合浦浦港，已與國國外有頻繁的的海上通商活活動。宋、元崇商，對外貿易發(fā)發(fā)達，廣州、、泉州、杭州州、明州(今今寧波)是當當時的四大海海港。尤其是是泉州，是著著名的“海上上絲綢之路””的起點。到到明代鄭和下