水工建筑物概述

'第一章绪　　论　　第一节我国水资源和水利发展概况一、水资源概况水是生命之源，是大自然赋予人类的宝贵财富。水资源主要指与人类社会用水和生态环境保护相关，又能通过水循环逐年得到更新的淡水资源，包括地表水和地下水，其补给来源主要是大气降水。水资源是土地、水、矿产、森林、海洋、气候、能源、物种、旅游、草地等十大资源之一，是自然资源的母体资源。　　水资源总量为降水形成的地表和地下的产水总量。我国多年平均河川年径流量为27115亿m3，地下水资源量为8288亿m3，扣除重复水量后，水资源总量为28124亿m3，约占世界水资源总量的7％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。人均水资源量2170m3，居世界的109位，约为世界平均值的1／4。我国年平均降水量648mm，比全球陆面平均年降水量800mm少19％，属于降水偏少的国家，且降水量的时空分布很不均衡，体现出由南至北逐渐减少和夏秋季节降水集中的特点。　　我国水资源的地区分布很不均匀，南多北少，相差悬殊，水资源地区分布和人口、耕地等的分布不相适应。淮河及其以北的北方地区，人口占全国总人口的46．5％，耕地占65．2％，但水资源量只占全国的19％，人均水资源占有量为1127m3，为南方的1／3，耕地亩均占有470m3，不及南方地区的1／6。　　我国流域面积在lOOkm2以上的河流有5万多条，其中流域面积大于lOOkm2的约1500条，大小河流总长度约有42万km，绝大部分分布在东部和南部。水面在lkm2以上的湖泊共有约2800个，其中大于1000km2的有12个。湖泊总水面积约72000km2，总储水量7088亿m3，其中淡水储量2260亿m3，占总储量的32％。　　全国可利用淡水资源量估计为9500亿m3，已开发利用的水资源约为5600亿m3，有3000多亿m3水资源量尚待开发，可开发利用的水资源主要分布在南方地区。衡量水资源利用程度的主要指标为“水资源开发利用率”。通常水资源开发利用率是指供水能力或保证率为75％时可供水量与多年平均水资源总量的比值，是表征水资源开发利用程度的一项指标。我国现状水资源开发利用率为20％，七大江河中以海河流域水资源开发利用率最高，达83．5％，辽河、淮河、黄河流域皆接近或超过60％，松花江、长江、珠江及东南诸河开发利用率在10％～20％之间，而西南诸河仅为1．3％。　　我国幅员辽阔，江河纵横，水能资源分布广泛而丰富。根据1977-1980年对全国水能蕴藏量普查，理论水能资源量总计为67604．7万kW，相应年发电量59200亿kWh：其中，技术可开发水能资源为37800万kW，相应年发电量19200亿kW·h，为理论水能第1页蕴藏量的32．5％，折合9．6亿t原煤／年或5．4亿t原油／年。近年来，随着前期工作的深人，可开发的水电站规模和数量都有较大变化，根据原能源部和水利部水利水电规划设计总院1994年编《全国大中型水电站规划图集》所列资料，和一些省区最近的统计成果．对大中型水电站的技术可开发水能资源进行了修正，总装机容量为40609万kW。全国小型水电站的技术可开发水能资源按《中国水利建设40年》(1998年)所提供数据，装机容量为7000万kW，相应年发电量2500亿kW·h。修正后，全国大、中、小型水电站的技术可开发水能资源装机容量为47609万kW，相应年发电量为21684亿kW·h。按国家统计资料列出省(区、市)水能资源量，见表1-1. 第二章水工建筑物概述　　第一节水利枢纽和水工建筑物　　一、水利枢纽　　为了满足防洪要求，获得发电、灌溉、供水等方面的效益，需要在河流的适宜河段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流。这些建筑物通常称为水工建筑物，而由不同类型水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。　　 防洪、发电、灌溉等部门对水的要求不尽相同，如城市供水和航运部门要求均匀供水，而灌溉和发电需要按指定时间放水；工农业和生活用水需要消耗水量，而发电则只是利用了水的能量；又如，防洪部门希望尽量加大防洪库容以便能够存蓄更多的洪水，而兴利部门则总是希望扩大兴利库容，如此等等。为了协调上述各部门蓄泄之间的矛盾，在制订流域规划时，必须遵循综合利用水资源这样一项基本原则。所谓综合利用就是根据河流的自然条件，结合近期和远期国民经济发展的需要，统筹规划，全面安排，做到以最小的投资，最合理地利用水资源，最大限度地满足国民经济各个部门的需要。　　二、水工建筑物的类别　　水工建筑物种类繁多，按其作用，可以区分为以下几类。　　(1)挡水建筑物。用以拦截江河，形成水库或壅高水位，如各种坝和水闸以及为抗御洪水或挡潮沿江、河、海岸修建的堤防、海塘等。　　(2)泄水建筑物。用以宣泄多余水量、泥沙和冰凌或为人防、检修而放空水库、渠道等以保证坝和其他建筑物的安全。水库枢纽中的泄水建筑物可以与坝体结合在一起，如各种溢流坝、坝身泄水孔；也可设在坝体以外，如各式岸边溢洪道和泄水隧洞等。　　<3)输水建筑物。为满足灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽等。　　(4)取(进)水建筑物。是输水建筑物的首部建筑物，如灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。　　(5)整治建筑物。用以改善河流的水流条件，调整水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。　　(6)专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉沙池、冲砂闸、渠系及其上的建筑物；以及专为过坝用的船闸、升船机、鱼道、过木道等。　　但是，应当指出的是：有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如各韵溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；水闸既挡水又泄水，有时还作为灌溉渠首第18页或供水工程的取水建筑物等。　　三、水利工程的特点　　水利工程与一般土建工程相比，除了工程量大、投资多、工期长之外，还具有以下几方面的特点。　　(一)工作条件复杂　　地形、地质、水文、施工等条件对坝址的选择、枢纽的布置和水工建筑物型式的选择关系极大。具体到每一个工程都有其自身的特定条件，因而水利枢纽和水工建筑物都具有一定的特殊性。　　水文条件对枢纽规划、布置、建筑物的设计和施工有重要影响，要在有代表性、一致性和可靠性资料的基础上合理分析，做出正确估计。　　水工建筑物的地基，有的是岩基，有的是土基。在岩基中经常遇到节理、裂隙、断层、破碎带和软弱夹层等地质构造；在土基中，可能遇到压缩性大的土层或流动性较大的细砂层。设计前，必须进行周密勘测，作出正确判断，以便为建筑物的选型和地基的处理提供可靠的依据。　　由于上下游水位差，挡水建筑物要承受相当大的水平推力，为了维护建筑物与地基的稳定性，必须具有足够的抗推力；与此同时，库水从坝基和坝体渗向下游，形成渗透压力，渗透压力不仅降低了建筑物的稳定性，而且还可能由于物理的和化学的作用而使坝基受到破坏。另外，渗流对地下工程(隧洞、调压室、埋藏式压力钢管、地下厂房等)产生的外水压力，也是一项主要荷载。　　泄水建筑物下泄水流的能量大，而且集中，对下游河床有很大的冲掏作用，必须采取适当的消能防冲及防护措施。对高水头泄水建筑物，还需处理好由于高速水流带来的一系列问题，如空蚀、掺气、脉动和振动等。　　在多泥沙河流上修建水库，泥沙淤积不仅会减小有效库容，缩短水库寿命，而且还将由于回水的延长和抬高，产生其他不利影响。如何防止和减小水库淤积，是在我国，特别是在一些含沙量较大的河流上修建水利枢纽时值得重视的问题。　　地震时，库水对建筑物将产生附加的地震动水压力。　　挟沙水流使建筑物表面受到磨损等。　　(二)受自然条件制约，施工难度大　　水利工程施工首要解决的就是施工导流，要求在施工期间，在保证建筑物安全施工的前提下，让河水改道并顺利下泄，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，截流、度汛需要抢时间、争速度，否则就要拖延工期；第三，施工技术复杂，如大体积混凝土的温控措施和复杂地基的处理；第四，地下、水下工程多，施工难度大；第五，交通运输比较困难，特别是在高山峡谷地区更为突出等。　　(三)效益大，对附近地区影响大　　水利工程，特别是大型水利枢纽的兴建，对发展国民经济、加速实现四化具有重要意义，对改善、美化环境也将起到重要作用。例如，丹江口水利枢纽建成后，防洪、发电、灌溉、航运和养殖等效益十分显著。在防洪方面，大大减轻了汉江中下游的洪水灾害，装机容量90万kW，自1968年10月开始发电至1983年底已发电524亿kW·h，经济效益或供水工程的取水建筑物等。　　 三、水利工程的特点　　水利工程与一般土建工程相比，除了工程量大、投资多、工期长之外，还具有以下几方面的特点。　　(一)工作条件复杂　　地形、地质、水文、施工等条件对坝址的选择、枢纽的布置和水工建筑物型式的选择关系极大。具体到每一个工程都有其自身的特定条件，因而水利枢纽和水工建筑物都具有一定的特殊性。　　水文条件对枢纽规划、布置、建筑物的设计和施工有重要影响，要在有代表性、一致性和可靠性资料的基础上合理分析，做出正确估计。　　水工建筑物的地基，有的是岩基，有的是土基。在岩基中经常遇到节理、裂隙、断层、破碎带和软弱夹层等地质构造；在土基中，可能遇到压缩性大的土层或流动性较大的细砂层。设计前，必须进行周密勘测，作出正确判断，以便为建筑物的选型和地基的处理提供可靠的依据。　　由于上下游水位差，挡水建筑物要承受相当大的水平推力，为了维护建筑物与地基的稳定性，必须具有足够的抗推力；与此同时，库水从坝基和坝体渗向下游，形成渗透压力，渗透压力不仅降低了建筑物的稳定性，而且还可能由于物理的和化学的作用而使坝基受到破坏。另外，渗流对地下工程(隧洞、调压室、埋藏式压力钢管、地下厂房等)产生的外水压力，也是一项主要荷载。　　泄水建筑物下泄水流的能量大，而且集中，对下游河床有很大的冲掏作用，必须采取适当的消能防冲及防护措施。对高水头泄水建筑物，还需处理好由于高速水流带来的一系列问题，如空蚀、掺气、脉动和振动等。　　在多泥沙河流上修建水库，泥沙淤积不仅会减小有效库容，缩短水库寿命，而且还将由于回水的延长和抬高，产生其他不利影响。如何防止和减小水库淤积，是在我国，特别是在一些含沙量较大的河流上修建水利枢纽时值得重视的问题。　　地震时，库水对建筑物将产生附加的地震动水压力。　　挟沙水流使建筑物表面受到磨损等。　　(二)受自然条件制约，施工难度大　　水利工程施工首要解决的就是施工导流，要求在施工期间，在保证建筑物安全施工的前提下，让河水改道并顺利下泄，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，截流、度汛需要抢时间、争速度，否则就要拖延工期；第三，施工技术复杂，如大体积混凝土的温控措施和复杂地基的处理；第四，地下、水下工程多，施工难度大；第五，交通运输比较困难，特别是在高山峡谷地区更为突出等。　　(三)效益大，对附近地区影响大　　水利工程，特别是大型水利枢纽的兴建，对发展国民经济、加速实现四化具有重要意义，对改善、美化环境也将起到重要作用。例如，丹江口水利枢纽建成后，防洪、发电、灌溉、航运和养殖等效益十分显著。在防洪方面，大大减轻了汉江中下游的洪水灾害，装机容量90万kW，自1968年10月开始发电至1983年底已发电524亿kW·h，经济效益第94页第二节视准线法观测土坝水平位移　　一、观测原理　　视准线法又称方向线法。由于视准线法观测方便、计算简单、成果可靠，因此是观测水工建筑物水平位移的一种常用方法，其观测原理如图3—1所示：在坝端两岸山坡上设工作基点A和月，将经纬仪安置在A点(或B)上，后视B(或A)，构成视准线。由于A、B月点在两岸山坡上，不受土坝变形影响，因此朋构成的视准线是固定不变的，以作为观测坝体变形的基准线。然后沿视准线在坝体上每隔适当距离埋设水平位移标点，如a、b、c、d、e测出标点中心离视线的距离la0、lb0、lc0、ld0、le0，作为初测成果，记录了各位移标点与视准线的相对位置。当坝体发生水平位移后，各位移标点与视准线相对位置发生变化。再用经纬仪安置在工作基点A(或B)上，后视B(或A)点，可测出各位移标点离视准线的距离la1、lb1、lc1、ld1、le1，与初测成果的差值即为滇位移标点在垂直视准线方向的水平位移量。以c点为例，初测成果为／d，变位后离视准线距离为lc1,lc1与lc0的差值即为位移标点c的水平位移量Jcl。 二、测点的布设为了全面掌握土坝的水平位移规律，同时又不使观测工作过于繁重，就要在土坝坝体上选择有代表性的部位布设适当数量的测点进行观测。一般布置是：坝顶靠下游坝肩布设一排测点；兴利最高水位以上的上游坡布设一排；下游坡布设2—3排。每排测点的间距第四章混凝土坝和砌石坝的变形监测　　第一节概　　述　　混凝土坝和砌石坝建成蓄水运用后，在水压力、泥沙压力、浪压力、扬压力以及温度变化等作用下，坝体必然发生变形。坝体的变形与各种荷载作用和影响因素的变化具有相应的规律性变化，并在允许的范围之内，这是正常的现象。而坝体的异常变形，则往往是大坝破坏事故的先兆。如法国的马尔巴塞拱坝失事前，拱座发生了异常变形。如果该坝在运行期间进行了系统的变形观测，及时掌握拱座的变形情况，采取有效措施，是有可能避免垮坝失事的。因此，为保证混凝土坝和砌石坝的安全运行，必须对坝体进行变形观测，以随时掌握大坝在各种荷载作用和有关因素影响下变形是否正常c　　混凝土坝和砌石坝受水压力等水平方向的推力和坝底受向上的扬压力作用，有向下游滑动和倾覆的趋势，因此要进行水平位移观测。混凝土和砌石均属弹性体，在水平向荷载下，坝体将发生挠度，需要进行挠度观测。坝体受温度影响和自重等荷载作用，将发生体积变化，地基亦将发生沉陷，需要进行垂直位移观测。坝体体积变化，坝段间伸缩缝开合情况不同，就要进行伸缩缝观测。当发现坝体发生裂缝，必须进行观测。此外，为了掌握坝体在荷载作用和温度影响下的应力应变情况，还应在坝体预埋各种仪器，观测其内部温度、应力和应变。本书仅就当前一般大型水库和中型水库观测工作的现状，主要介绍外部变形观测。　　一、水平位移观测　　水平位移观测通常是在坝顶表面或廊道内设置适当数量的测点，测定其平面位置变化来进行的。测定测点的平面位置的方法很多，目前常用的有以下几种。　　(一)视准线法　　视准线法观测水平位移操作方便、计算简单、成果可靠，因此也广泛用于混凝土坝和砌石坝。其观测方法和仪器设备等与土坝基本相同，可详见第三章土坝的变形观测。由于混凝土坝和砌石坝的结构与土坝不同，因此位移标点的布置也不一样。对于直线形坝，通常是在坝顶埋设一排位移标点 ，有观测廊道的可在廊道中布置一排标点，用倒垂线控制基准线，或通过竖井转测。有条件的拱坝也可用视准线法观测水平位移，布置测点。位移标点的间距一般按每个坝段埋设一个标点。对于不分坝段的砌石坝，可每隔40—50m埋设一个标点。图4—l为某砌石重力坝的位移标点布置图，图4—2为某拱坝位移标点布置图。　　视准线法观测水平位移虽有很多优点，但当坝体长度超过一定限度、坝轴线成折线形或拱形而又无法成排布置标点，以及坝顶有启闭门机等无法通视，用视准线就有困难，需第113页要采用其他方法来观测水平位移　　(二)前方交会法　　前方交会法可适用于任何坝形，如果交会图形良好，可保证较高的精度。尤其对于混凝土坝和砌石拱坝，更为适用，其观测方法，仪器设备等详见第三章。　　但前方交会法计算比较复杂，观测也不女0视准线或其他方法简便，特别是当缺乏T等Jl级精密经纬仪，需用J6级经纬仪采用复测法观测时，测读计算更为复杂。　　(三)引张线法　　用引张线法观测混凝土坝和砌石坝水平位移设备简易，不需精密经纬仪，操作计算迅建简便，尤其在廊道中设置引张线，不受气候条件的影响，具有很大优点。引张线法适用于直线形坝，其方法和设备仪器详见本章第二节。　　(四)激光准直法　　 激光准直法是在精密经纬仪上加设激光管，利用激光光束代替望远镜的视准线观测坝体水平位移．目前也在几个混凝土坝试用，还未普遍推广。由于激光准直法还在不断提高第五章渗流监测　　第一节概　　述　　大坝建成蓄水后，拦河坝上游水位高出下游水位，造成水头。在水头作用下，导致坝体、坝基和坝肩出现渗流现象，这对大坝运行是不利的，但又是不可避免的。渗流过大有可能引起大坝的失事和损坏。根据国内外统计，因渗流问题引起的大坝失事占工程总数的40％。因此，这是设计、、施工和运行管理的关键问题。以土石坝而论，渗流首先会造成部分水量从坝体和坝基渗向下游，称为渗流量。同时，沿渗流方向由于不同大小的渗透力作，对坝体和坝基发生不同程度的影响。对于混凝土或砌石建筑物，由于材料本身的透水性很小，因此，除坝基也有一定的渗流量外，突出的问题是由于渗流作用在坝体与坝基接触面上所产生的向上的扬压力，对坝体稳定产生重要的影响。　　为了保证坝体安全和水库的蓄水效益，在坝工设计中把渗流问题作为设计的重要内容之一。但是由于人们对客观规律认识的局限性，以致渗流计算以及所考虑的防渗导渗措施往往不可能是十分完善的。例如：　　(1)现场勘探钻孔数量有限的，很难反映全貌。　　(2)现有的各种确定坝体与坝基材料的物理力学性能指标的试验方法还不能认为是十分成熟的。如坝体和地基的渗透系数，无论是室内试验还是现场试验，都很难获得精确的成果。　　　　(3)在设计计算工作中经常采用一些简化的近似计算和平均指标，与实际情况显然有一定的出入。　　(4)施工质量往往不完全符合设计标准或意图。如按透水地基上均质坝设计的土石坝，建成数年后进行钻探，即可判明坝体远非“均质”，不同断面、不同高程处的坝料的渗透系数都不完全一样，高程愈低、愈接近坝基，渗透性愈小，显然与设计情况不完全相符。　　(5)有些渗流情况，如局部集中渗流等，在设计阶段难以准确计算，而往往凭经验办事，有待大坝运用期间进行观测研究予以验证。　　因此，在实际工程中由于各种因素，往往可能发生超出设计预计的异常渗流现象。而这种异常渗流现象如不及时进行抢护处理，则有可能发展而酿成险情，甚至会造成溃坝的严重事故。由此可见，对渗流问题必须予以高度重视，决不可掉以轻心。大坝建成后，必须进行各种渗流观测，以分析判断渗流情况是否正常，保证水库大坝的安全运用。　　水工建筑物的渗流观测通常包括以下项目：　　(1)土坝浸润线观测。第135页(2)土坝坝基透水压力观测。　　(3)绕坝渗流观测。　　(4)混凝土和砌石建筑物扬压力观测。　　(5)渗流量观测。　　(6)渗流水透明度观测及化学分析。　　第二节 土坝浸润线观测　　土坝建成蓄水后，由于水头的作用，坝体内必然产生渗流现象。水在坝体内从上游渗向下游，形成一个逐渐降落的渗流水面，称为浸润面(属无压渗流)。浸润面在土石坝横截面上只显示为一条曲线，通常称为浸润线。土坝浸润面的高低和变化，与土坝的安全稳定有密切关系。土坝设计中先需根据土石坝断面尺寸、上下游水位以及土料的物理力学指标，计算确定浸润线的位置，然后进行坝坡稳定分析计算。由于设计采用各项指标与实际情况不可能完全符合设计要求等，因此，土坝设计运用时的浸润线位置往往与设计计算的位置有所不同。如果实际形成的浸润线比设计计算的浸润线高，就降低了坝坡的稳定性，甚至可能造成滑坡失稳的事故。为此，观测掌握坝体浸润线的位置和变化，以判断土石坝在运行期间的渗流是否正常和坝坡是否安全稳定，是监视土石坝安全运用的重要手段，一般大中型土坝水库都必须予以重视，认真进行。　　为掌握土坝在运行期间的渗透情况，应在坝体埋设测压管，进行浸润线观测。　　一、测点布置　　土石坝浸润线的测点应根据水库的重要性和规模大小、土石坝坝型、断面大小尺寸、坝基地质情况以及防渗、排水结构等进行布置。　　一般应选择最重要、最有代表性、而且能控制主要渗流情况以及预计有可能出现异常渗流的横断面，作为浸润线观测断面，布置测压管。例如选择最大坝高、老河床、合龙段以及地质情况复杂处。在设计时进行浸润线计算的断面内，最好也布置测压管进行观测，以便与设计进行比较。布置测压管的横断面间距一般为100～200m，如坝体较长、断面情况大体相同，可以适当增大断面间距，在有特殊需要的坝段应增设断面。对于一般大型和重要的中型水库，观测浸润线的断面应不少于3个。一般中型水库不少于2个。　　每个横断面内测点的位置和数量，以能使观测成果如实地反映出断面内浸润线的几何形状及其变化，并能充分描绘出坝体各组成部分(防渗体、排水体、反滤层等)在渗流下的工作状况为原则进行布置。　　(1)具有反滤坝趾的均质土石坝，建议在坝顶的上游坝肩和反滤坝趾上游坡与坝基的交点各布置一根测压管，其间根据具体情况布置一根或数根测压管，如图5—1。　　(2)具有水平反滤层的均质土石坝，建议在坝顶上游坝肩以及水平反滤层的起点(游端)处各布置一根测压管，其间布置一根或几根测压管。必要时还应在水平反滤层上再设一根测压管，如图5—2所示。　　(3)对于塑性心墙坝。如心墙较宽，可在心墙内，布置2～3根测压管，在下游透水抖紧靠心墙处和反滤坝趾上游端各埋设一根测压管，如图5—3所示。第六章应力与应变监测　　　　第一节概　　述　　应力、应变监测应与变形、渗流监测项目相结合布置。重要的部位可布设互相验证的观测仪器。在布置应力、应变监测项目时，应对所采用的混凝土进行热学、力学及徐变等性能试验。设计采用的仪器设备和电缆，其性能和质量应满足观测项目的需要。　　埋设仪器前，应编制施工进度计划的操作细则(包括仪器检验、电缆连接、埋设方法、现场观测及资料整理等方面的规定)，并需对仪器、电缆进行检验。　　仪器埋设后，应按照规定的测次和时间进行观测。各种互相有关的项目，应在同次观测。发现异常测值时，应及时进行初步分析。分析各监测量的变化规律和趋势，判断测值有无异常。经检验分析确定为异常的观测值，应先检查计算有无错误，量测系统有无故障。如未发现疑点，则应及时重测，以验证观测值的真实性。经多方面比较判断，确信该监测量为异常值时，应立即向主管人员报告。　　仪器设备应妥加保护。电缆的编号应防止锈蚀、混淆或丢失。电缆长度不得随意改变，必须改变电缆长度时，应在改变长度前后读取观测值，并作好记录。集线箱应保持干燥，测站可以适当配置去湿设备。　　定期对监测系统进行检查。　　使用差动电阻式观测仪器时，必须准确确定基准值。基准值应根据混凝土的特性、仪器的性能及周围的温度等，从初期合格的观测值中选定。　　第二节监测设计　　一、混凝土的应力和应变　　(一)布置要求　　(1)应根据坝型、结构特点、应力状况及分层分块的施工计划，合理地布置测点，使观测成果能反映结构应力分布及最大应力的大小和方向，以便和计算成果及模型试验成果进行对比，并便于和其他观测资料综合分析。　　(2)测点的应变计支数和布置方向应根据应力状态而定。空间应力状态宜布置7～9向应变计，平面应力状态宜布置4—5向应变计，主应力方向明确的部位可布置单向或两向应变计。　　(3)单支应变计、应变计组附近均应布置相应的无应力计。　　(4)坝体受压部位应布置相应的压应力计，以便与应变计组观测成果相互验证。压应第155页力计和其他仪器之间应保持0．6～1．0m的距离。　　(二)重力坝应力和应变　　(1)应根据坝高、结构特点及地质条件选定重点观测坝段。　　(2)在重点观测坝段上选择水平观测截面一个，该截面宜距坝底5m以上；必要时另在混凝土与基岩结合面附近布置测点。　　　　(3)观测点应布置在观测截面中心线上，同一浇筑块内的测点应不少于2点，纵缝两侧应有对应的测点。通仓浇筑的坝体，其观测截面上一般布置5点。　　(4)坝踵和坝趾应加强观测，除布置应力、应变计外，还应配合布置其他仪器。　　(5)观测坝体应力的应变计组与上、下游坝面的距离宜大于1．5～2m(在严寒地区还应大于冰冻深度)，纵缝附近的测点宜距纵缝1．0～1．5，。　　(6)边坡陡峻的岸坡坝段，宜根据设计计算及试验的应力状态布设应变计组。　　(7)表面应力梯度较大时，应在距坝面不同距离处布置测点。　　(三)拱坝应力和应变　　 (1)根据拱坝坝高、体形、坝体结构及地质条件，可在拱冠、1／4拱弧处选择铅直观测断面1—3个，在不同高程上选择水平观测截面3～5个。　　(2)在厚拱坝的观测截面上，应布置2～3个测点。拱坝设有纵缝时，测点可多于3点。　　(3)在薄拱坝的观测截面上，上、下游坝面附近应各布置一个测点，应变计组的主平面应平行于坝面。　　(4)观测截面应力分布的应变计组距坝面不小于1m。测点距基岩开挖面应大于5m，必要时可在混凝土与基岩结合面附近布置测点。　　(5)拱座附近的应变计组数量和方向应满足观测平行拱座基岩面的剪应力和拱向推力的需要，在拱向还可布置压应力计。　　(6)坝踵、坝趾及表面应力和应变监测的布置要求与重力坝相同。　　(四)支墩坝应力和应变　　(1)支墩坝重点观测坝段、观测断面、观测截面和测点布置可参照重力坝进行设计。　　(2)支墩坝挡水部分的应力和应变监测，应根据应力计算和试验成果布置测点。　　(五)无应力计　　(1)无应力计与相应的应变计组距坝面的距离应相同。无应力计与应变计间的中心距离一般为1．5m。　　(2)无应力计筒内混凝土应与相应的应变计组处的混凝土柑同，其温度和湿度条件亦应相同。　　(3)无应力计的筒口宜向上埋设，当温度梯度较大时，无应力计轴线应与等温面正交。　　二、钢筋应力　　(1)在重要的钢筋混凝土建筑物内应布置钢筋应力测点。　　(2)观测钢筋应力的钢筋计应焊接在同一轴线的受力钢筋上。当钢筋为弧形时，其曲率半径应大于2m，并须保证钢筋计中间的钢套部分不弯曲。第七章环境因子监测　　水库建成后，天然水流得到控制，洪水不成灾，枯水季有了水源，在一定程度上改变了河流的水文条件。为了更好地控制运用水库，进行科学管理，发挥最大的综合利用效益，同时，为积累资料，总结经验，提高设计水平，今后更有把握地进行水库工程的扩建改建等目的，水库应当进行各种必要的水文观测工作。这些观测工作，项目很多，一般包括：降水量、水位、流量、水温、波浪水面蒸发、水质等项。在多泥沙河流上，还有泥沙观测。在北方结冰地区，还应进行冰凌观测。　　以上各观测项目，对于每个水库影响程度不尽相同。因此，各水库应根据本水库的特点和上级机关的具体要求，从实际出发，合理地选定项目。每个项目观测的方法和要求，在水文测验手册等技术书籍中有详尽叙述，本章仅就水库管理运用方面的要求作些简要明。　　第一节降水量观测　　一、概述　　降雨、降雪和降雹等，统称为降水。降水量是指降落地面的雨水(或其他形式降水)深度，以“mm”计算。降水是流域地表水和地下水的根本来源。因此，掌握流域上的降水情况，不仅是了解水情不可少的因素，也是进行水库洪水预报、径流预报必不可少的因素，而且是一个比自然地理和其他水文特性更富于变化的因素。降水在各地是不同的，随时都在变化，要了解流域上的降水情况，必须在流域内许多有代表性的地点，设立雨量站(点)，进行系统的连续的观测。一般要求平均每100—200km2范围内设一个雨量站。中小流域面积较小，可不受此限制。山区降水变化大，站点应当密些。　　二、观测场的布设　　雨量站的观测场地，应尽可能选四周空旷、平坦、避开局部地形、地物影响的地方。一般情况下，四周障碍物与仪器的距离，应超过障碍物顶部与仪器器口高度差的两倍。为了便于安置仪器和进行观测工作，场地应有适当的专用面积：安设一种蜒器时，面积不要小于4m~4iil；安设两种仪器时，面积不应小于4mX6m。场地周 第164页围还应设置栅栏保护仪器设备。场内仪器布置，可参考图7—1：　　三、雨量器和自记雨量计　　观测降水量常用的仪器是20cra口径的雨量器(见图7—2)和自记雨量计（见图7—3)。　　 雨量器由雨量筒、储水瓶和量杯组成。为防止雨水溅失，提高观测精度，雨量筒承雨器的器口做成内直外斜的刀刃形。雨水进入器口后，由漏斗集中汇人储水瓶中。量杯是特制的玻璃杯，杯身有刻度，用以量计储水瓶中的雨量，每一小格表示o．1mm，一大格表示imm。雨量器必须安置牢固，器口要求水平，离地面高度一般为70cm。　　自记雨量计是自动连续记录液体降水的仪器，式样有很多种。图7—3所示为最常见的虹吸式自记雨量计的一种结构形式。当雨水进入盛雨器后，经小漏斗汇于浮子室中。浮子随雨水增多而升高，并带动自记笔，在附于自记钟上的记录纸上画出雨量曲线。在浮子升到相当于lOmm降水量高度时，雨水稍微高出虹吸管弯曲部分，虹吸管立即发挥作用，雨水由浮子室经虹吸管自动排人储水瓶内，浮子随之降落至原来位置，自记笔也落回到零线上，以便再一次上升。浮子回落的过程是在大约20s内迅速完成的，不会影响降水量观测的精度。记录纸随时钟均匀转动，自记笔随降水量变化而上升，于是画出雨量过程线，如图7—4所示。由图7—4可以看出，这场雨是从8：25左右开始降的，当时浮子室里还存有以前降的1。5mm水。在降雨过程中，浮子室满溢过三次，到14：00雨止，浮子室存水8．7mm，因此，这场雨共降了3×10＋8．7－1．5＝37.2mm。各时段降雨强度也可从图'