水利工程基礎(chǔ)知識(shí)70078

1、,水利工程基本知識(shí),第一節(jié) 水資源與水利工程,第一章 水資源與水利工程,全球總量約15億km3，可利用的淡水總量約0.38億km3，僅占全球總量的2.5%，其中約有0.3億km3的淡水儲(chǔ)藏在極地和冰山冰川之中；另外相當(dāng)大的部分埋藏于地下。,對(duì)人類起著重要作用的江河湖泊地表水資源，其水量的總和約為47萬(wàn)億m3。,第一節(jié) 水資源與水利工程,我國(guó)年平均徑流量2.7萬(wàn)億m3，徑流總量居世界第6位，人均則為世界平均水平的1/4，排名在110位之后。,影響水循環(huán)的因素 1、氣象因素：風(fēng)向 風(fēng)速 溫度 濕度 2、下墊面因素：地形 地質(zhì) 土壤 植被 3、人類活動(dòng)：水利措施,特點(diǎn)：時(shí)空分布不均勻性,水利工程:

2、所謂水利工程，是指對(duì)自然界的地表水和地下水進(jìn)行控制和調(diào)配，以達(dá)到除害興利目的而修建的工程。,1、工程量大 2、投資多 3、工期長(zhǎng) 4、工作條件的復(fù)雜性 5、受自然條件制約，施工難度大 6、工程效益大對(duì)環(huán)境影響大 7、失事后果嚴(yán)重,水利工程的特點(diǎn),水利工程分類,防洪工程 農(nóng)田水利工程 水力發(fā)電工程 供水與排水工程 航道及港口工程 環(huán)境水利工程,第二節(jié) 水利樞紐與水工建筑物,(一) 水利樞紐,為了達(dá)到防洪、獲得發(fā)電、灌溉、供水等方面的效益，需要在河流的適宜地段修建不同類型的建筑物，用來(lái)控制和分配水流。這些建筑物統(tǒng)稱為水工建筑物。而由不同類型的水工建筑物組成綜合體，稱為水利樞紐。,水利樞紐分類 水利

3、樞紐按其所在地區(qū)的地貌形態(tài)可分為：平原地區(qū)水利樞紐和山區(qū)(包括丘陵地區(qū))水利樞紐。,也可按承受水頭大小，分為：高、中、低水頭水利樞紐。 按水利樞紐的作用，可分為：蓄水樞紐、取水樞紐等。,溢流重力壩,水電站,升船機(jī),土石壩,重力壩,丹江口水利樞紐,圖1-2 四川省都江堰工程布置示意圖,內(nèi)江,外江,魚嘴,寶瓶口,金鋼堤,都江堰工程 布置示意圖,(二)水工建筑物的分類,(1) 擋水建筑物,用以攔截江河，形成水庫(kù)或壅高水位。 如各種材料和類型的壩和水閘，以及為防御洪水或阻擋海潮，沿江河海岸修建的堤防及海塘等。,三峽水利樞紐,(2) 泄水建筑物,用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或?yàn)槿朔?、檢修而放空水庫(kù)

4、等，以保證壩和其他建筑物的安全。,小浪底泄水,(3) 輸水建筑物,為灌溉、發(fā)電和供水的需要，從上游向下游輸水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。,拱式渡槽,(4) 取(引)水建筑物,是輸水建筑物的首部建筑，如引水隧洞的進(jìn)口段、灌溉渠首和供水用的進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。,(5) 整治建筑物 用以改善河流的水流條件，調(diào)整水流對(duì)河床及河岸的作用，以及為防護(hù)水庫(kù)、湖泊中的波浪和水流對(duì)岸坡的沖刷。,(6) 專門建筑物 為灌溉、發(fā)電、過(guò)壩需要而興建的建筑物。 如專為發(fā)電用的壓力前池、調(diào)壓室、電站廠房等。,第三節(jié) 水利樞紐分等 和水工建筑物分級(jí),首先按水利樞紐工程的規(guī)模、效益及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的

5、作用進(jìn)行分等，分五等，然后再對(duì)各組成建筑物按其所屬樞紐的等別、建筑物在樞紐中所起的作用和重要性進(jìn)行分級(jí)，分五級(jí)。,第二章 土石壩 第一節(jié) 概述 土石壩的特點(diǎn)與類型,小浪底土石壩樞紐壩址,小浪底壩體剖面圖,密云水庫(kù),土石壩的優(yōu)點(diǎn),筑壩材料可以就地取材。能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。適應(yīng)大型機(jī)械化。 構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)用管理方便。,土石壩的缺點(diǎn)： 壩頂不能溢流。 施工導(dǎo)流不方便。 壩體填筑工程量大。,一、土石壩設(shè)計(jì)的基本要求,（1）具有足夠的斷面維持壩體的穩(wěn)定 （2）設(shè)置良好的防滲和排水設(shè)施控制滲流 （3）設(shè)計(jì)合理 （4）泄洪建筑物具有足夠的泄洪能力 （5）采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施,土石壩的工作條件

6、滲流影響 沖刷影響 沉陷影響 其他影響,二、土石壩的類型 按壩體高度可分為：高壩、中壩、低壩。 按施工方法可分為：碾壓式土石壩，沖填式土石壩，水中填土壩和定向爆破堆石壩等。,均質(zhì)壩,土質(zhì)心墻壩,土質(zhì)斜墻壩,按土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料又可分為：,土質(zhì)斜心墻壩,多種土質(zhì)壩,人工材料心墻壩,人工材料斜墻壩,堆石體 （1）墊層區(qū) （2）過(guò)渡區(qū) （3）主堆石區(qū) （4）下游堆石區(qū),圖 面板堆石壩主要分區(qū)示意圖 1(1A)-上游鋪蓋區(qū)；2(1B)-蓋重區(qū)；3(2A)-墊層區(qū)；4(2B)-特殊墊層區(qū)；5(3A)-過(guò)渡區(qū)； 6(3B)-主堆石區(qū)；7(3C)-下游堆石區(qū)；8(3D)-下游護(hù)坡；9-可變

7、動(dòng)的主堆石區(qū)與下游堆石區(qū)與下游 堆石區(qū)界面，角度依壩料特性及壩高而定；10(3E)-拋石區(qū)（或?yàn)V水壩趾區(qū)）；11(F)-混凝土面板,第二節(jié) 土石壩的基本剖面,土石壩的壩體剖面由壩體、防滲體、排水體、護(hù)坡四部分組成。,壩身主要用來(lái)保持壩體的穩(wěn)定。 防滲體的作用控制滲流。 排水體的作用是引導(dǎo)滲流。 上游護(hù)坡為了防止風(fēng)浪淘刷。,排水設(shè)備 (常見的排水型式),棱體排水,貼坡排水,褥墊排水,綜合式排水,第三章 巖基上的重力壩,一、重力壩的工作原理及特點(diǎn),重力壩的工作原理: 主要依靠壩體自身重量在滑動(dòng)面上產(chǎn)生的抗滑力來(lái)抵消壩前水壓力以滿足穩(wěn)定的要求大壩。,重力壩的工作特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： (1 )

8、結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便，安全可靠。 重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作 ，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算都比較簡(jiǎn)單。 (2 ) 對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。 任何形狀的河谷都可以修建重力壩。因?yàn)閴误w作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。,(3) 樞紐泄洪問(wèn)題容易解決。 重力壩可以做成溢流的，也可以在壩身不同高度設(shè)置世水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或世水隧洞，樞紐布置緊凄。 (4) 便于施工導(dǎo)流。 在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。 (5) 施工方便。 大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和1昆凝土澆筑方面都比較簡(jiǎn)單，井且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、

9、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。,缺點(diǎn): (1)壩體剖面尺寸大，材料用量多。 (2) 壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。 (3) 壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。 (4) 壩體體積大，由于施工期混凝土的水化熱和硬化收縮，將產(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，因此，在提筑混凝士時(shí)，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。,重力壩的類型 按壩的高度分類為：高壩、中壩、低壩三類。 按筑壩材料分類可分為：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。 按壩體的結(jié)構(gòu)型式分類可分為：實(shí)體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩 。,朱莊漿砌石重力壩,寬縫重力壩 工程量比實(shí)體重力壩要省10%20%,潘家口寬縫重力壩,廣東楓樹壩空腹重力壩,佛

10、子嶺連拱壩,梅山連拱壩,佛子嶺連拱壩,湖南鎮(zhèn)梯形支墩壩,寬縫重力壩,二 泄水重力壩,溢流壩的工作特點(diǎn) 溢流壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，除應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還需要滿足泄水的要求。,(1)壩頂溢流式,(2)大孔口溢流式,三峽工程,三 閘門與類型 水工閘門按其功用可分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門。,四 消能工的形式,4.消力戽消能,2.底流式消能,3.面流消能,5.聯(lián)合消能,1.挑流消能,圖片名稱：貓?zhí)蛹t巖水電站 電站地點(diǎn)：貴州修文 所在河流：貓?zhí)?所在水系：長(zhǎng)江水系 主要壩型：雙曲拱壩 壩頂高程：890米 最大壩高：60米,貓?zhí)蛹t巖水電站,二灘雙曲拱壩,圖片名稱：二灘水電站 電站

11、地點(diǎn)：四川省攀枝花市 所在河流：雅礱江 所在水系：長(zhǎng)江水系 主要壩型：混凝土拱壩 壩高：240 米,石門拱壩,圖片名稱：石門水庫(kù) 電站地點(diǎn)：陜西漢中 所在河流：褒河 所在水系：黃河水系 主要壩型：混凝土拱壩 壩頂高程：620.0米 最大壩高：88米,圖片名稱：佛子嶺水電站 大壩全景 電站地點(diǎn)：安徽霍山 所在河流：淠河 所在水系：淮河水系 主要壩型：連拱壩 壩頂高程：128.46米 最大壩高：75.9米,第四章 拱 壩,一、拱壩的特點(diǎn) 拱壩的結(jié)構(gòu) 拱壩是固接在基巖上的空間殼體結(jié)構(gòu)（高次超靜定結(jié)構(gòu)）,拱壩的受力 拱壩所承受的水平荷載一部分通過(guò)拱的作用壓向兩岸巖體，另一部分通過(guò)豎直梁的作用傳到壩底基

12、巖。,拱壩的穩(wěn)定 壩體的穩(wěn)定主要依靠?jī)砂豆岸说姆戳ψ饔?，并不全靠壩體自重來(lái)維持。,1、用拱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用 材料強(qiáng)度。 2、穩(wěn)定依靠?jī)砂豆岸说姆戳?lái)維持。 3、超載能力強(qiáng)，安全度高。 4、抗震性能好。 5、壩身泄流布置復(fù)雜。,二、拱壩壩址的地形 和地質(zhì)條件,用壩頂高程處的河谷寬度和壩高之比（稱為寬高比L/H）來(lái)描述河谷形狀。 用壩底最大厚度和壩高之比（稱為厚高比T/H）來(lái)描述拱壩的薄厚程度。,（一）地形條件,寬高比 厚高比 當(dāng)L/H0.35 L/H4.5時(shí)，不宜修建拱壩。,（二）地質(zhì)條件 基巖比較均勻，堅(jiān)固完整，有足夠的強(qiáng)度，透水性小，能抵抗水的侵蝕、耐風(fēng)化、岸坡穩(wěn)定、沒(méi)有大斷裂等。,三、拱

13、壩的形式,按其厚高比特征可分為薄拱壩、中厚拱壩、厚拱壩(或稱重力拱壩)。,按其壩體形態(tài)的特征可分為定圓心等半徑拱壩(或稱單曲拱壩)；等中心角變半徑拱壩；變圓心變半徑（雙曲拱壩）。,四 拱壩的壩身泄水,第五章 溢洪道,一、作用 宣泄水庫(kù)不能容納的多余洪水，以保大壩安全。,二 、型式 正槽式過(guò)堰水流與泄槽軸線大致平行 側(cè)槽式 豎井式 虹吸式,正槽溢洪道平面布置圖 l引水渠; 2溢流堰; 3泄槽; 4一出口消能段; 5一尾水渠,側(cè)槽式溢洪道,豎井式溢洪道,引水渠 控制段（溢流堰和兩側(cè)連接建筑物） 泄槽 出口消能段 尾水渠,2、組成,第六章 水工隧洞,一、水工隧洞的作用 輔助泄洪 引水、輸水 排沙 防空水庫(kù) 施工導(dǎo)流,1. 有壓洞 洞內(nèi)始終處于滿流有壓狀態(tài)； 工作閘門一般設(shè)在洞出口處。 2. 無(wú)壓流 洞內(nèi)始終處于明流無(wú)壓狀態(tài)； 工作閘門一般設(shè)在洞進(jìn)口段。,二、分類（按水流條件分）,1. 水流特點(diǎn) 引水隧洞: 洞身流速低 要求: 洞壁光滑，減少水頭損失 泄水隧洞:洞內(nèi)流速較高，易發(fā)生空蝕破壞. 要求：1)：順直（避免彎道） 2)：洞壁平穩(wěn)（多采用弧型閘門） 3)：材料防蝕，抗磨性能好。,三、水工隧洞的工作特點(diǎn),地下結(jié)構(gòu)，施工條件差（受地質(zhì)條件影響大，塌洞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)