水工建筑物1概论

'第一章　概述学习要求l目的：1.　了解我国水利资源及分布状况，水利水电工程的现状与发展。2.　掌握水利枢纽的概念和组成，水工建筑物的分类和特点。水利工程分等和水工建筑物分级，以及分等分级的意义。l重点：1.　水利资源及分布状况，水利水电工程的现状与发展。2.　水利枢纽的概念和组成，水工建筑物的分类和特点，水利工程分等和水工建筑物分级。l难点：1.　水利水电工程的现状与发展。2.　水利工程分等和水工建筑物分级。学习要点l章节学习内容：1.　我国水利资源，水利事业及其在国民经济中的作用，水利工程的发展。2.　水利枢纽的概念和组成3.　水工建筑物的分类和特点。4.　水利工程分等和水工建筑物分级，以及分等分级的意义。l学习要点：1.　水利枢纽的概念和组成2.　水工建筑物的分类和特点。3.　水利工程分等和水工建筑物分级。第一节我国的水资源水资源：由大气降水补给的河流、湖泊、土壤水和地下水等淡水资源。一、河流众多　全国流域面积大于1000　km2的河流约有1600条；长江属世界第三大河流，黄河为世界第六大河流（以长度计）。　（说明，世界上前六大河流排名为：　南　美：亚马逊河，流经秘鲁、巴西；　非　洲：尼罗河，流经埃塞俄比亚、苏丹、埃及；　中　国：长江；　北美洲：密西西北河；　非　洲：刚果河；　中　国：黄河）　形成我国主要的农业区、运输网和发达的工业区。二、径流量大　 径流量:　单位时间通过河流量某断面的水量：w　=　Q*t　。我国的年平均径流总量为2.8×1012m3　，居世界第六位。人均径流量为2400　m3，为世界人均径流量的1/4。三、水能资源丰富　中国1977年~1980年第五次全国水能资源的大规模深入普查研究，确定我国的水能资源。理论蕴藏量：6.878亿千瓦　可开发利用量：3.7亿千瓦。分1997年确定我国经济可开发水能资源：2.9亿千瓦（水力发电学报）。四、水资源布　在我国幅员辽阔的国土上，山地占全国总面积的33%，高原占全国总面积的26%，丘陵占全国总面积的10%，盆地占全国总面积的19%，平原占全国总面积的12%。各地降水量时空分布很不均匀。以斜贯我国大陆的400mm等雨量线划界，在此线西北为干旱和半干旱地区，约占全国国土面积的45%，气候干燥、雨量稀少、农作物需要常年灌溉。在此线以东，降水量由西北到东南逐步增加，但受季风的影响，降水量在时间和空间分布很不均匀。降水量在地区上的分布　长江流域和长江以南：降水量为全国降水量的80%　；　耕地为全国　耕地的36%；　人口为全国人口的　53%　。　长江以北地区:　降水量为全国降水量的20%　；　耕地为全国耕地的65%　；　人口为全国人口的47%　。　其中黄河、海河、淮河、辽河流域：　降水量为全国降水量的10%　；　耕地为全国　耕地的43%　；　人口为全国人口的45%　。　降水量在在时间上的分布　汛期：雨量占全年降水量在的50~70%（7~10月）　冬春枯水期：雨量占全年降水量在的10~20%　（11~3月）第二节　水利水电工程水利水电工程：是对自然界的水资源进行有效地控制和合理地调配，以达到兴利除害目的的工程措施。一、防洪治河　防洪治河工程包括：　1、整修堤防，修建分洪、蓄洪工程措施（1）长江 发源于青藏高原唐古拉山，干流流经青海、西藏、四川、云南、湖北、河南、江西、安徽、江苏、上海等10个省市区，支流延伸甘肃、陕西、贵州、河南、浙江、福建、广东等8个省市区，全长6300km。　长江源头俗有万里长江险在荆江（荆江：藕池—城陵）之称。其险表现为：　河宽700m左右，行洪能力仅为6~6.8万m3/s（流量为6~6.8万m3/s时，城陵矶水位为　34m；1998年8月20日，城陵矶水位35.94　m）；　直径距离仅80m，迂回曲折的江段长240m；　堤基为中细砂，卵石组成的透水层，堤身高出12m~16m;　川水，南水遭遇，下游洪水顶托，全流域大洪水；　上游：岷江、金沙江、沱江、嘉陵江发生大洪水； 中游：汉江、洞庭湖四水（湘、沅、资、醴）存在洪水威胁；　下游：鄱阳湖五河、太湖洪水顶托。　丰水年，宜昌站流量可达10万m3/s以上。　宜昌站流量频率为：P=10%，Q=6.68万m3/s　P=5%　,　Q=7.39万m3/s　P=1%　,Q=9.0万m3/s。水土流失，河床高程增大，行洪断面减小，洪水泄洪不畅。　　　1952年建成荆江分洪工程：太平口分洪闸　Q分设=　8000m/s；　有效蓄洪量：54亿　m3。1954年太平口分洪闸实际分洪流量：　Q分=6900m3/s　50年代建成的杜家台分洪闸,可以将汉江的洪水分流至蓄洪区,以减轻长江中游的防洪压力。但目前长江中下游防洪问题仍十分严峻，解决长江中下游防洪　问题的办法：　另开河道，其工程量太大,不易实施；　加高大堤，而目前荆江大堤堤身已高出地面12m~16m；　修建三峡水利枢纽工程。　（2）长江三峡水利枢纽工程　长江三峡水利枢纽工程是开发和治理长江的关键性骨干工程。大坝位于湖北省宜昌市三斗坪，在已建成的葛州坝水利枢纽工程上游约40km。其综合效益主要为：1）防洪　：2）发电　：　 3）航运　：长江干流青海玉树至宜宾，为金沙江，河道两岸高山峡谷，可建高坝　大库，拟规划为19个梯级水库，装机容量7793.8，具有显著的防洪、拦沙、灌溉、水保等综合效益。　长江干流宜宾至宜昌为上游段，重庆以上河段，两岸地势较低，淹没　损失较大，只宜修建低水头水利枢纽；　重庆以下考虑建设以三峡水利枢纽工程，为控制性综合利用枢纽工　程，能较好地解决长江中下游的防洪问题，并使水能资源得到充分开发，航运条件得到根本改善。（3）黄　河发源于青海省巴颜客拉山北麓4500m高程的约古宗列盆地流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东　等9个省市区，在山东省利县注入渤海。花园口引黄闸从河源到内蒙古的河口为上游（3472　km）；内蒙古的河口到河南的桃花峪为中游（1206　km）；桃花峪以下为下游（786　km）。　黄河是著名的多泥沙河流。20世纪以来，黄河下游河道平均每年淤积抬高3cm~5cm，有的年份达10　cm。因此黄河的治理方案为：上游水土保持，减少泥沙流失；下游防洪减淤。目前黄河下游临黄大堤全长1400　km，能通过22000~11000　m3/s的洪水流量。　　2、兴建大中型水库——拦截洪水、灌溉、发电1998年统计，全国水库总数：8500座，其中大型：403座、中型2653座，总库容：4924108m3。　长江中下游防洪体系中的水库工程：　长江中游的汉江支流上，1958.9.1　兴建的丹江口水利枢纽，安康水利枢纽 丹江口水利枢纽　长江中游的漳河支流上，兴建的漳河水利枢纽　长江中游的清江支流上，隔河岩水利枢纽、高坝洲水利枢纽、水布垭水利枢纽隔河岩水利枢纽　长江中下游已建成水库有资水的溪水库、沅水的五强溪水库、修水的林水库、赣江的万安水库等，均可缓解长江中下　游的洪水压力。　二、水力发电 水力发电　1949年　全国水力发电装机1.62万千瓦。　1999年　全国水力发电装机7297万千瓦，居世界第二位，水能利用率达19.3%。　1.长江：长江中上游已建成的水电站有葛洲坝水电站：　长江中上游正在建设中的水电站有:①奚落渡水电站装机容量为1200万千瓦；②向家坝水电站装机容量为600万千瓦；③三峡水电站装机容量为1820万千瓦，装水容量居世界第一。　2.黄河：黄河的开发任务为　第一河段：从龙羊峡至青铜峡的中上游河段，以开发水电资源为主，全长918km，天然落差1324m。目前规划开发25级水电站工程，利用水头1245　m，为该河段总落差的94%，总装机容量1605万kw。现已开发、完成了7座水电站工程：　1961年：盐锅峡　(装机39.6万kw)　水电站建成发电；　1967年：青铜峡（装机27.2万kw）水电站建成发电；　1975年：八盘峡（装机18.0万kw）水电站建成发电；　1987年：黄河上游最大的水电站—龙羊峡（装机128万kw）水电站建成发电；　1996年：大峡（装机32.5万kw）水电站建成发电；　1997年：李家峡（装机200万kw）水电站建成发电；　1974年：刘家峡（装机116.0万kw）水电站建成发电；　拉西瓦、公伯峡、积石峡等水电站已具备开发条件。　第二河段：从青铜峡至内蒙古河口镇，以发展灌溉为主；　第三河段：从内蒙古河口镇至晋、陕之间的禹门口，修建中低水头枢纽梯级发电；　第四河段：从禹门口至河南桃花峪，以防洪为主，结合灌溉、发电和航运，正在建设中的小浪底（180万千瓦）为关键性枢纽工程。　3.在已建成发电的水电站中：　世界上最大的水电站：巴西——巴拉圭的伊泰普水电站　1260万千瓦。葛州坝水电站：我国已建成的最大水电站,水电站装机271.5万千瓦，居世界第18位。4.中国未来的水电建设规划：　 2001年~2010年期间，三峡、龙滩、小湾、公伯峡、水布垭等一大批常规水电站将建成发电，东部及部分中部地区将建设一批大型抽水蓄能电站。水电站装机达到1.5亿千瓦，开发率达45%，水电站装机容量超过美国居世界第一。　2011年~2049年，中国人均装机达到1千瓦计，全国总装机达到15亿千瓦。基本完成常规水电的开发，水能开发利用率达到85%~90%，水电站装机达到4.3亿千瓦，约占全国总装机33%，中国的水电技术将达到世界领先水平（摘自2002年2月26日《光明日报》）。　三、农田水利我国现有耕地面积14.2455亿亩　（9497万khm2），占国土面积的9.89%。我国人口多、可耕地少，水旱灾频繁，所以我国的农业发展史，是与水旱灾害作斗争的历史，是农田水利工程的发展史。　5000 年以前就有大禹治水的传说；秦汉时期修建了引泾水的白渠和引渭灌溉的成国渠；隋唐至北宋时期江南一带塘堰灌溉、提水灌溉等农田水利工程得到了长足的发展；明清两代在洞庭湖区的筑堤围垦，形成“湖广熟而天下足”的形势。　都江堰引水渠　灵渠1949年全国有灌溉面积2.4亿亩，约占当时耕地面积的16.3%。截止1996年统计，我国农田水利工程的现状的各项指标如下：　1、灌溉面积　：灌溉面积8.2117亿亩，其中农田灌溉面积7.6741亿亩，旱涝保收面积5.578亿亩。2、机电排灌　：全国机电排灌动力保有量7020万kw；机电排灌面积1.8605亿亩。3、除涝治碱　：除涝面积达3.0417亿亩，占需要治理的易涝面积3.6637亿亩的83%；改良盐碱地面积0.827亿亩，占需要治理的盐碱地面积1.1483亿亩的72%。4、灌区与水库：全国有万亩以上的灌区5605处，其中30万亩以上的灌区183处；全国有水库84905座，其中大型水库394座、中型水库2618座，处少数大型水库主要用于防洪、发电外，绝大部分水库都具有灌溉供水功能。5、水土保持　：全国水土流失治理面积为69321km2，占水土流失面积的42.5%四、给水排水给水：居民、工矿企业、交通运输的生活用水、生产用水。　排水：排除工业、生活废水、江河洪水、雨水。　我国已建的大型引水工程有引栾入津工程，引黄济青工程.拟建的大型引水工程有南水北调工程。　规划方案：　1、东线：　从长江干流江都三江营抽水，供江苏、山东、安徽、河北、天津等省市用水。输水路线为利用京杭大运河及与京杭大运河平行的河道，途经洪泽湖等，需设13级泵站，逐级抽水至黄河南岸。克服高差40m，总扬程约73m，通过过河遂洞可自流至天津。　2、中线：从湖北丹江口水库引水，向黄淮海平原西部和北京、天津供水，多年平均调水量150亿m3。总干渠从丹江口水库至北京玉渊潭全长1241.2km，落差100m。渠道设计流量630m3/s，过黄河设计流量500m3/s。　湖北丹江口水库引水渠　3、西线：　从长江上游通天河、雅砻江、大渡河引水到黄河上游，解决西北地区缺水问题。对三个引水源分别进行了自流和提水方案的比较，工程技术问题都较复杂，最长的遂洞达130　km，提水高程330多m，最大坝高385　m。目前在重点研究雅砻江调水线方案。　五、航运水利水电工程的兴建能改善河流的航运条件。　 长江自有“黄金水道”之称。1949年以来，航运部门对长江上游宜昌至宜宾的川　江航道，进行了系统的整治和维护，航运能力　有所提高。在葛洲坝枢纽建成后，提高坝前水位20余米，回水长度达110~180　km，淹没急流险滩达30多处，水面坡降由1/5000下　降至　1/20000　，有效地改善了川　江航道的航运条件,使宜昌至宜宾　的通航条件达到1000t级，运输成本降低35~37%　。三峡水库的建　设，将更进一步改善660km的川江航道，开通上海重庆航道，万吨级船队可直达重庆港；由于三峡水库的调节，宜昌下游枯水期流量，可从现在的3000m3/s提高到5000　m3/s以上，从而也改善了长江中下游枯水季节的航运条件。葛洲坝1#船闸丹江口垂直升船机　第三节　水利枢纽及水工建筑物一、水工建筑物的类型　　　一般性（通用性）建筑物：　拦水、蓄水、挡水建筑物——如坝、水闸、堤防等　泄水建筑物——如溢洪道、坝身泄水孔、泄洪隧洞等　取水建筑物——如进水闸、电站引水系统（坝身引水、管道引水）引水隧洞等　输水建筑物——如渠道、隧洞、涵洞、渡槽、管道　河道整治工程——如护岸工程、导流堤、丁坝等　专门性建筑物：如电站厂房、船闸等　二、水利枢纽的类型　1)　水库枢纽：由挡水、泄水、取水（电站取水系统、进水闸）等，一般性（通用性）建筑物和专门性建筑物，如电站厂房、升船机等组成。　如：丹江口水利枢纽2)有坝取水枢纽 ：由挡水、泄水、取水（电站取水系统、进水闸）等一般性（通用性）建筑物和专门性建筑物如电站厂房等组成，但调蓄作用小。　如：韶山灌区渠首工程、葛洲坝水利枢纽　3)无坝取水枢纽：主要由取水建筑物，如进水闸，和排砂闸、导流堤等组成。如：都江堰水利枢纽工程。第四节　水工建筑物的特点一、对国民经济的影响大　　水是一切生命之源，也是国民经济和社会发展的基础。对水资源的综合利用日益成为国民经济和社会发展的重要支撑。在我国今后相当长的历史时期内，水资源的持续综合开发、有效利用，将是我国进行现代化建设的重要内容之一。但在任何一条河流上修建水利工程，都会在一定程度上改变原有的水沙状况、自然条件及生态环境，需要经过一定时期才能建立新的平衡关系。因此做好河流的流域规划、综合开发利用极为重要，必须纳入国家国土资源整治的总体规划。二、工作条件复杂　①由于河流的水文现象的随机性、使得洪水的预报、推测的困难；　②水荷载（静水压力、浪压力、渗透力）的作用、高速水流的冲刷，影响着水工建筑物的稳定性、强度、耐久性；　③地形地质条件复杂，地质构造运动形成了各种地质界面，目前的勘探测试手段不足，对地基的分析在很多情况下还依赖于经验的判断。　④工难度大：施工导流影响整个施工工期、地基开挖工程量大、地基处理复杂、水下施工困难。第五节　水利枢纽工程的分等和水工建筑物的分级水利枢纽工程分等分级的依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）一、水利枢纽工程分等分级的依据：　《水利水电枢纽工程建设等级划分及设计标准》（SDJ-78）,如下表示:水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模ewe　总库容　（亿方）　城镇及工矿企业的重要性保护农田　（万亩）治涝面积　（万亩）灌溉面积　（万亩）城镇及工矿企业的重要性装机容量　（KW）　大（1）型>10特别重要>500>200>150特别重要>120大（2）型10～1.0　重要　500～100　200～60　150～50　重要　120～30　中型　1.0～0.10　中等　100～30　60～15　50～5　中等　30～5　小（1）型　0.10～0.01　一般　30～5　15～3　5～0.5　一般　5～1　小（2）型　0.01～0.001　　<5　<3　<0.5　　<1 二、分级的依据　水利水电工程中的水工建筑物，根据所属枢纽工程的等别及在工程的作用和重要性，划分为五级。详见《水利水电枢纽工程建设等级划分及设计标准>（SDJ-78）。　三、重要性及意义　水利枢纽工程的分等和水工建筑物的分级：有利于使建筑物的安全性、可靠性与其在社会经济中的重要性相称。有利于选取和确定工程抗御灾害的能力，如洪水标准有利于确定建筑物设计的强度与稳定计算的安全系数有利于选取建筑材料的品质有利于确定运行的可靠性,使工程达到既安全又经济的目的。'