水利工程第一章

第一章

緒論一、何為水利工程水利工程：為防治水害和開發(fā)利用水資源而修建的工程。它包括：1、防治洪水災(zāi)害的防洪工程2、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的農(nóng)田水利工程3、將水能轉(zhuǎn)化為電能的水力發(fā)電工程4、為水運服務(wù)的航道及港口工程5、為人類生活和工業(yè)用水及排處理污水的城鎮(zhèn)供水及排水工程二、修建水利工程的目的：興利除害

興利：農(nóng)田水利、水力發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、航運

除害：防洪防澇

1、水土保持

2、提高河槽的行洪能力：堤防、疏浚、整治河道

3、分洪、治洪、蓄洪

埃及的阿斯旺大壩，1967年正式完工。這個大壩是當時世界上最大的高壩工程，它高112m、長5km，將尼羅河攔腰切斷，在高壩上游形成了一個長650km、寬25km的巨大水庫——納賽爾湖。但是，大壩建成后20多年，工程的負面作用就逐漸顯現(xiàn)出來，并且隨著時間的推移，大壩對生態(tài)和環(huán)境的破壞也日益嚴重。興建水利工程時要做到：全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標本兼治、綜合利用三、水利工程的特點：1、工作條件的復(fù)雜性2、設(shè)計選型的獨特性3、施工建造的艱巨性4、失事后果的嚴重性四、常見的水利工程（一）壩：土石壩、砌石壩、混凝土壩、拱壩、支墩壩等（二）閘：攔河閘、擋潮閘、分洪閘、沖沙閘、節(jié)制閘等（三）碼頭（四）堤長江三峽大壩1994年起建的世界第一大的水電工程--三峽水利樞紐，位于湖北省宜昌市三斗坪，總投資約2000億元人民幣

最大壩高181米，26臺發(fā)電機的兩個電站年均發(fā)電量849億度。航運能力將從現(xiàn)有的1000萬噸提高到5000萬噸，萬噸級船隊可直達重慶，同時運輸成本也將降低35％。

樞紐建筑物總體布置格局為：河床中部布置泄洪建筑物，兩側(cè)布置電站壩段和壩后式廠房，左、右廠房分別設(shè)置14臺和12臺單機容量70萬千瓦的水輪發(fā)電機組，通航建筑物均布置在左岸。豐滿水電站下游全貌洋山深水港區(qū)一期工程四、工程概況

工程位于杭州灣口東北部、上海市南匯蘆潮港東南的崎嶇列島海區(qū)---小洋山至大洋山之間的水域范圍。根據(jù)規(guī)劃，整個北港區(qū)11.3km規(guī)劃岸線的33個泊位，在2020年建成投產(chǎn)，屆時整個北港區(qū)的設(shè)計年通過能力將達1340萬TEU。

東海大橋黃河入長江水道萬福閘淅江紹興新建三江閘豐滿水電站溢流壩破壞情況豐滿水電站溢流壩壩面修復(fù)基礎(chǔ)廊道漏水四、水利工程的特點：1、工作條件的復(fù)雜性2、設(shè)計選型的獨特性3、施工建造的艱巨性4、失事后果的嚴重性五、基本概念1、水工建筑物：修建在水的靜力或動力作用下工作，并與水發(fā)生相互影響的各種建筑物。2、水利樞紐：為了綜合利用水利資源，常常需要把幾種不同類型的水工建筑物修建在一起，協(xié)同工作，用來控制水流（兼收經(jīng)濟及施工管理之便），這些水工建筑物的綜合體稱為水利樞紐。3、水利事業(yè)：研究自然界的水資源，并采取各種工程措施以過到興利除害的各部門統(tǒng)稱為水利事業(yè)。第二章水利水電工程的基本知識

第一節(jié)水文學的基本知識

第二節(jié)水利水電規(guī)劃

第三節(jié)水工建筑物

第四節(jié)水利樞紐

第五節(jié)水資源保護第一節(jié) 水力學的基本知識一、自然界水的循環(huán)及水量平衡二、河流的水文特性三、水文統(tǒng)計的若干基本知識（一）自然界的水分循環(huán)自然界的水分別存在于以下三個方面：地表地層大氣地表水大氣水太陽輻射熱作用一定條件蒸發(fā)降水（降雨、降雪等）水循環(huán)降水到達地表后，分成三部分：雨水地面徑流土壤含水大氣水一部分滲入地下蒸發(fā)上升注入河道水的大循環(huán)另外還有水的小循環(huán)例如：降至陸地上的水，在沒有回到海洋之前，又被蒸發(fā)到空中，又被凝結(jié)成為降水而降至陸地上河流注入內(nèi)陸湖泊而不注入海洋（二）水文現(xiàn)象及水文學水文現(xiàn)象：自然界各種水體的變化現(xiàn)象水文學：研究自然界各種水體的變化規(guī)律的學科海洋水文學陸地水文學河川水文學水文測量學：研究水文資料觀測技術(shù)的學科二、河流的水文特性（一）河流的流域及水系（二）河道的縱橫斷面（三）河渠的流速、流量及水位（四）河渠的泥沙（五）河川的徑流（六）河流的洪水流域是指河流的地表降水的集水區(qū)域。我國七大流域：長江、黃河、淮河、海河、珠江、遼河、松花江流域。分水嶺是指分隔兩個相鄰流域的界限干流:直接流入海洋或內(nèi)陸湖泊一級支流:匯入干流二級支流:匯入一級支流……(二)河道的縱橫斷面河道橫斷面:垂直于河道水流方向所選取出來的斷面,其在河道水位以下的部分稱為過水斷面河道縱斷面:沿河道縱向之最大水深線取一斷面,并將其拉直圖為理想情況下的河道,橫斷面為A-A斷面,縱斷面為B-B斷面AABB河道（三）河渠的流速、流量及水位渠道:人工水道天然河道:天然水道1.流速河渠中水流各點的流速是不同的在水力學中已經(jīng)學到均勻流的概念均勻流只能在一定條件下實現(xiàn):1.渠底沿程降低2.棱柱形渠道必須長而直3.渠道表面的粗糙系數(shù)n沿程不變4.渠道中水流恒定均勻流時的斷面平均流速可用謝才公式計算:

流量與水位流量可以用下式來計算（四）河川的徑流年徑流量：一年內(nèi)通過河流某一斷面的水量年徑流量在年際之間是變化的。中水年豐水年枯水年年徑流量在年內(nèi)的分配是很不均勻的。我國北方河流尤甚，汛期不到4個月的徑流量常占年徑流量的60％以上。（五）河流的洪水

當流域內(nèi)下了暴雨或冰雪迅速融化時，將有大量的徑流匯入河中，于是河流將發(fā)生洪水。一般的洪水過程線如圖2－4所示。三、水文統(tǒng)計的若干基本知識（一）頻率P（二）重現(xiàn)期T（三）常用的幾個水文統(tǒng)計參數(shù)（一）頻率P設(shè)觀測到的某水文年（例如年徑流量），由小到大排列起來為則 的頻率P可用下述的數(shù)學期望（均值）公式來計算n越大，用上式算得的P值越接近其概率值（二）重現(xiàn)期T

水文中的重現(xiàn)期T一般是指所研究的隨機變量的某值，在長時期內(nèi)平均每T年出現(xiàn)一次（即T年一遇）。實際工程中的重現(xiàn)期有兩個不同的含義：1、在研究暴雨及洪水時，2、在研究灌溉、發(fā)電、供水等用水部門的需要時，（三）常用的幾個水文統(tǒng)計參數(shù)1.算術(shù)平均值2.加權(quán)平均值:代表隨機變量系列的平均水平.3.均方差:表示隨機變量的離散程度.4.變差系數(shù)(離勢系數(shù)):表示隨機變量的相對離散程度5.偏差系數(shù)(偏態(tài)系數(shù)):反映密度曲線的對稱特征第二節(jié) 水利水電規(guī)劃一、河川徑流調(diào)節(jié)二、河流規(guī)劃（一）河川調(diào)節(jié)的類型1.年調(diào)節(jié):將洪水時期用不完的多余水量存蓄在水庫中,待枯水期用2.多年調(diào)節(jié):把豐水年的多余水量存蓄在水庫中,待枯水年用3.日調(diào)節(jié):在一晝夜內(nèi)把來水按需要進行重新分配(二)水庫的特征水位及其庫容(三)水庫的動庫容靜庫容是假定庫水面為水平時的庫容一般水庫都是按靜庫容進行調(diào)節(jié)計算的實際上,水庫水面由壩址起沿流上溯呈回水曲線,越向上游水面越上翹,直至與河道天然水面平順相切交為止,參見圖2-5（四）、河流規(guī)劃（一）開發(fā)治理方針和任務(wù)的確定

前提：調(diào)查研究，查明自然情況和社會經(jīng)濟情況，以摸清流域特點和開發(fā)治理該河流的要求 根據(jù)具體情況可以分成四類，分別治理1、水土流失嚴重的干旱地區(qū)的中小河流2、山低坡緩、耕地連片、土地潛力大，但水源缺乏的丘陵山區(qū)的河流3、山高坡陡、河谷狹窄、耕地稀少、落差集中的上游河段4、平原地區(qū)的河流（二）制定綜合利用規(guī)劃方案

這種規(guī)劃方案，從范圍來看，包括全流域各部位，各階段除害興利的工程措施規(guī)劃，從專業(yè)來看，包括防洪、治澇、灌溉、水土保持、水力發(fā)電、供水、航運、漁業(yè)、環(huán)境保護等的規(guī)劃；從時間來看，包括近期和遠景規(guī)劃。因此綜合利用規(guī)劃涉及的內(nèi)容是廣泛而復(fù)雜的，一般在制定規(guī)劃時應(yīng)注意遵循下述原則。第三節(jié) 水工建筑物一、水工建筑物的類型水工建筑物作用：擋水、泄水、輸水、排沙等防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運等水工建筑物一般性水工建筑物專門性水工建筑物擋水建筑物整治建筑物取水建筑物輸水建筑物泄水建筑物壩水閘堤第四節(jié) 水利樞紐一、水利樞紐及其特性二、水庫對周圍環(huán)境的影響三、水利水電樞紐工程的分等 和水工建筑物的分級一、水利樞紐及其特性

為了綜合利用水資源，把幾種不同的類型的水工建筑物修建在一起，協(xié)同工作，用來控制水流（兼收經(jīng)濟及施工和管理之便），這些水工建筑物的綜合體稱為水利樞紐水利樞紐蓄水樞紐取水樞紐按主要功能水利樞紐發(fā)電樞紐灌溉樞紐綜合利用水利樞紐按主要服務(wù)部門水利樞紐蓄水樞紐取水樞紐按攔河建筑材料水利樞紐高水頭水利樞紐中水頭水利樞紐低水頭水利樞紐按水頭大小二、水庫對周圍環(huán)境的影響（一）庫岸的崩落和滑塌（二）水庫的淤積（三）水庫對上游的其它影響（四）水庫對下游的其它影響（五）其它（一）庫岸的崩落和滑塌

水庫蓄水后，水位相應(yīng)升高，使原本不接觸水的庫岸長期處于水的浸泡當中，于是常常會發(fā)生庫岸的崩落和滑塌現(xiàn)象。

危害：庫岸的崩落和滑塌一方面毀壞了兩岸的農(nóng)田及建筑物，另一方面巖土滑落在水庫內(nèi)也減少了庫容（二）水庫的淤積河川水流流入水庫后，流速逐漸減少，水流挾帶的泥沙便由粗到細地逐漸沉積于庫中高蓄水位時，形成回水曲線，之后在庫首附近形成“攔門沙”攔門檻會逐漸抬高、逐漸向上擴展，形成如下形狀：

多沙河流上，水庫的淤積速度是很快的。不能采用常規(guī)的“蓄攔洪水”運用方式，而應(yīng)采用“蓄清排混”的水沙調(diào)節(jié)運用方式，要點如下：（1）避開沙峰期攔蓄洪水（2）利用異重流排沙（3）高渠泄水拉淤（三）水庫對上游的其它影響有利：大型水庫就是一座人工湖。蓄水后，可以改善周圍地區(qū)的航運、灌溉、漁業(yè)、供水等條件，還可以美化環(huán)境，調(diào)節(jié)氣候，促使其發(fā)展成旅游圣地和魚米之鄉(xiāng)不利：蓄水后將會淹沒庫區(qū)內(nèi)的農(nóng)田、礦藏、森林、村鎮(zhèn)、道路、輸電通訊線路等修建水庫可以顯著地抬高該處的河床水位及地下水位。地下水位的抬高將可能引起森林死亡、農(nóng)作物受澇、農(nóng)田發(fā)生沼澤化或鹽堿化，形成塌岸，影響已有建筑物的沉陷，使礦井積水、破壞古跡等。水庫沿岸以及回水邊緣地帶，如果有可能形成廣闊的1．5m水深以下的淺水區(qū)和死水區(qū)時，則將惡化那里的衛(wèi)生防疫條件。（四）水庫對下游的其它影響有利：水庫建成后，下游可以減小洪水、改善航運、發(fā)展灌溉、增加供水供電減輕凌汛的危害不利：在電力系統(tǒng)中，擔負峰荷的大型水電站，其下泄流量變化較大，危及下游航運水庫下泄水流有可能存在折沖水流現(xiàn)象，這將會危及下游河岸的安全建庫后一旦垮壩，下泄的潰壩流量將是很大的，其災(zāi)害也是驚人的（五）其它水庫在開始蓄水前，除牢做好遷出移民、廠礦企業(yè)及預(yù)定的文物古跡等外，尚應(yīng)做好下列清理工作：清理會污染庫水的物質(zhì)，例如可溶鹽礦，屠宰場，患炭疽病的牲畜埋葬場、化工廠和醫(yī)院的一些物質(zhì)等清理妨礙下網(wǎng)捕魚的船舶航行的障礙物，例如樹木，電線桿等三、水利水電樞紐工程的分等

和水工建筑物的分級（一）等級的劃分標準（二）分等分級的意義（一）等級的劃分標準一般按表2－3和表2－4來劃分樞紐的等別和建筑物的級別

在確定建筑物級別中，遇下列情況時，對二至五等工程，經(jīng)過論證，可以提高其主要建筑物的級別綜合利用的樞紐工程，如按庫容和不同用途的分等指標，其中有兩項接近同一等別的上限時，共用的主要建筑物可提高一級水庫的攔河壩，其壩高超過表2-5中所列的指標者可提高一級，但洪水標準不應(yīng)提高當建筑物的工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜或采用實踐經(jīng)驗較少的新壩型，新型結(jié)構(gòu)時，可提高一級，但洪水標準不應(yīng)提高對于臨時性建筑物，當失事將使下游工礦企業(yè)，城鎮(zhèn)或其他國民經(jīng)濟部門造成嚴重災(zāi)害或嚴重影響工程施工時，視其重要性和影響程度，可提高一級或二級 在確定建筑物的級別時，對于那些水頭較低、其它條件較好、失事后不致造成重大損失的建筑物，則可適當降低其級別（二）分等分級的意義

顯然，對于