《水工建筑物绪论》课件.ppt

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1、水工建筑物,专业：港口海岸及治河工程任课老师：李典庆 李长城武汉大学水利水电学院,1,水工建筑物专业：港口海岸及治河工程1,.,个人简介,李典庆 1975年 湖北竹溪 ,例题及考题网址 基本要求http:/ 专家主页 水工建筑物安全、 健康诊断及寿命预测,2,.个人简介 李典庆 1975年 湖北竹溪 dian,水工建筑物,水工建筑物课程的重要性,课程定位港口海岸及治河工程专业重最要的专业课之一 必修课,课程内容主要讲授水工建筑物设计的基本理论和方法 以及水工建筑物规划、施工和管理等方面的基本知识,课程意义通过本课程的学习，使学生具备进行水工建筑物设计的 基本技能，并能运用所学知识来解决工程实际

2、问题，为毕业后在水利、水电等部门从事相关的规划、设计、施工和管理等工作打下一定的基础 后果,3,水工建筑物 水工建筑物课,国内： 75.8 事故1975年8月河南省中部一场特大暴雨造成板桥、石漫滩两座大型水库及58座中小型水库溃坝。,国外：美国提堂土 石坝溃坝1976年，美国爱达河州蛇河支流提堂河上,水库溃坝事故,29个县12000km2 土地受淹 1700万亩耕地 1100万人受灾 2.6万人死亡 直接经济损失约百亿元,工程开发费4000万美元 780km2地区受淹、 14人死亡 2.5万人无家可归 52km铁路遭破坏 40万亩农田受淹,4,建筑精选课件,国内： 75.8 事故国外：美国提堂

3、土水库溃坝事故 29个县,青海省沟后坝溃坝1993年,1993 年8 月27日大坝溃决失事,当时库水位3277m ,冲毁部分为坝体的50 %。混凝土面板砾石坝,沟后坝溃决后下游拍摄全景,5,建筑精选课件,青海省沟后坝溃坝1993年1993 年8 月27日大坝溃决失,水工建筑物,俄罗斯最大的水电站萨彦-舒申斯克水电站2009年8月17日发生事故，死亡75人,6,建筑精选课件,水工建筑物俄罗斯最大的水电站萨彦-舒申斯克水电站2009年8,水工建筑物,绪 论,1,第一章 重力坝,1,第二章 拱 坝,2,0,第三章 土石坝,3,7,水工建筑物 绪 论1第,绪 论,第一节 水资源与水利水电工程建设,一、

4、世界水资源概况地球上的水总量很大，约为15亿km3，但绝大部分是海洋中的咸水；人类可以利用的淡水总量约为0.38亿km3 ，仅占全球总水量的2.5%，这其中有80%左右的淡水储藏在极地和冰山、冰川，还有一部分藏于地下；对人类起着特别重要作用的地表水，全球约为47万亿m3，人均约9000m3 。,8,建筑精选课件,绪 论第一节 水资源与水利水电工程建设一、世界水资源概况8,二、我国水资源状况,9,建筑精选课件,淡水总量：2.8万亿m3地下水：地表水：河川径流地下水二、,建设节水型社会是必然的选择,特点一：总量并不丰富，人均占有量更低,10,建筑精选课件,建设节水型社会是必然的选择人均占有量010

5、00200030,降雨主要集中在汛期；常有连续丰水或干旱年。大多数省份年降水量集中在23个月（68月）的时间内，即所谓的梅雨季节。,特点二：年内年际分配不均，旱涝灾害频繁,须建水库增强调控能力。,11,建筑精选课件,降雨主要集中在汛期；汛期 70%30% 非汛期 特点二：年内,降雨量时间分布不匀的后果是梅雨季节多余的降水形成洪水，并且造成洪涝灾害、水土流失，而其余多数月份降水不能满足用水需要；,2006广西梧州,12,建筑精选课件,2006广西梧州12建筑精选课件,13,建筑精选课件,13建筑精选课件,特点三：地区分布不均，水土资源不相匹配,须建调水工程，提高水资源配置能力。,广西、海南的多年

6、平均降雨量超过1800mm 宁夏、甘肃的多年平均降水量小于300mm。,14,建筑精选课件,长江及以南 长江以北 水土地020406080100%81%,我国除东北地区、内陆部分高寒山区及沿海个别地区之外，绝大多数地区的多年平均蒸发量大于多年平均降雨量 气温高或气候干燥。山西省多年平均降水量400630mm，与西欧一些高原地区接近，不算太小。但是山西多年平均蒸发量高达16002000mm，几乎是降雨量4倍。 甘肃、宁夏一些地方的多年平均蒸发量甚至是多年平均降雨量的1020多倍。,特点四：我国自然水分蒸发强烈,所以，水资源是否短缺不仅要看降水量，还要看蒸发量。,15,建筑精选课件,我国除东北地区

7、、内陆部分高寒山区及沿海个别地区之外，绝大多数,法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区，多年平均降雨量只有619mm，可是该地区主要农作物基本不需灌溉 降雨年内分布均匀，一年之内12个月的降雨量十分接近。正因为经常降雨，空气湿度大，加上气候温和，所以蒸发量很小。西欧地区很少发生洪水和干旱。,以上三个方面因素 我国水资源短缺的主要自然因素人为因素（水体污染用水需求急剧增加）正在加剧水资源危机。,16,建筑精选课件,法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区，多年平均降雨量只有6,三、我国水能源状况,我国的人均水资源并不丰富。我国可用于发电的水能资源十分丰富 从青藏高原到海平面之间的巨大落差。,17,

8、建筑精选课件,三、我国水能源状况我国的人均水资源并不丰富。我国可用于发电的,特点一：总量丰富，开发不足,可开发总量世界第一，占世界 总量16.7 到2004年，开发量仅占可开 发量1/4，远低于发达国家 60的平均水平,美国82；日本84 欧洲是72%以上 瑞士达到100%以上,18,建筑精选课件,特点一：总量丰富，开发不足 可开发总量世界第一，占世界,.,三、我国水能源状况,目前，发达国家大部分技术及经济可行的水电资源都得到了开发，发展中国家水电开发率还很低，尤其非洲，开发率还不到8%。中国水电劳务输出（就业机会）,作为首位在国际大坝委员会担任主席的中国科学家，贾金生在接受科学时报采访时说：

9、从全世界的发展看，建设水库大坝是应对气候变化、促进人水和谐的关键。但大坝建设有一个认识及技术问题，还有一个利益协调问题，而把认识统一到科学发展观又是困难之最,19,建筑精选课件,.三、我国水能源状况 目前，发达国家大部分技术及经济可行的水,.,金沙江干流：规划20个梯级雅砻江干流：规划21个梯级大渡河干流：规划22个梯级,三、我国水能源状况,20,建筑精选课件,.攀枝花宜宾乐山二滩电站金沙江金岷大长江雅YibingPan,二滩水电站（中国已建最高拱坝）（坝高240m，装机330万千瓦）,溪洛渡水电站(装机泄洪仅次于三峡)（坝高272m，装机1260万千瓦）,.,三、我国水能源状况,21,建筑精

10、选课件,二滩水电站（中国已建最高拱坝）溪洛渡水电站(装机泄洪仅次于三,特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配,78水能资源集中于西部，东部仅6；51用电量在东部。,雅鲁藏布江,西电东送,22,建筑精选课件,特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配 78水能资源集中于,年内降雨集中在汛期；年际间江河来水量变化大。,须建设（年调节、多年 调节）大型水库。,特点三：江河来水量时间分布不均,23,建筑精选课件,年内降雨集中在汛期；汛期70%30% 非汛期 须建设（年调,今后1520年是水利水电建设的 良好机遇期,四、机遇？,防汛抗旱、粮食安全、城乡供水、生态 保护等需求； 西部大开发战略的机遇 东部：水

11、能资源占6，开发率大于50； 西部：水能资源占78%，开发率仅8。,24,建筑精选课件,今后1520年是水利水电建设的四、机遇？ 防汛抗旱、粮食,水资源方面： 我国目前面临着水多（洪涝灾害）水少（干旱）水脏（水污染）等一系列严峻问题；水能源方面：开发率低、地区分布极不不均匀；,HOW？ 必须修建各项工程设施，对天然来水进行合理的调配和利用，这些工程措施统称为水利水电工程。按照工程开发目标可分为治河防洪工程、农业水利工程、水力发电工程、航道与港口工程、给排水工程和综合利用水利工程。,25,建筑精选课件,水资源方面： 我国目前面临着水多（洪涝灾害）水少（干旱）,1949年以来，水库大坝86000多

12、座；江河堤防长度170000km；灌溉面积面积10000亩以上的灌区2500多处 ；水电装机容量。,NO. 1,三峡工程基本建成南水北调工程已经开工（中线工程干线已基本贯通，3月底将具备通水）；东线工程每年调水150亿m3,26,建筑精选课件,1949年以来，水库大坝86000多座；NO. 1三峡工程基,三峡水利枢纽,27,建筑精选课件,三峡水利枢纽 27建筑精选课件,都江堰水利枢纽,28,建筑精选课件,都江堰水利枢纽 28建筑精选课件,都江堰宝瓶口,29,建筑精选课件,都江堰宝瓶口29建筑精选课件,都江堰飞沙堰,30,建筑精选课件,都江堰飞沙堰 30建筑精选课件,31,建筑精选课件,31建筑

13、精选课件,32,建筑精选课件,32建筑精选课件,一、基本概念水工建筑物: 水利水电工程中采用的各种建筑物；,第二节 水利枢纽和水工建筑物,水利枢纽:在水域的适当地点，为了一种或多种目的 而集中布置若干个不同类型的水工建筑物，各自发 挥不同作用并协调工作，构成一有机综合体，称为 水利枢纽。,33,建筑精选课件,一、基本概念 第二节 水利枢纽和水工建筑物水利枢纽:在水域的,蓄水枢纽蓄水枢纽是在挡水建筑物（挡水坝）上游形成较大库容的水利枢纽，也叫水库枢纽。作用：抬高上游水位对河道天然流量进行年调节或 多年调节（调洪作用）。,适用条件：当天然来水量在各年之间或一年内有较大变化，但径流总量可满足要求的情

14、况下，一般需修建较高的坝，以形成水库、抬高上游水位，并用水库的库容调节来水流量。,建筑物组成：挡水建筑物（大坝）泄水建筑物取水建筑物，俗称“水库三大件”。根据水库的开发目的不同，如水电站和通航船闸。,34,建筑精选课件,蓄水枢纽适用条件：当天然来水量在各年之间或一年内有较大变化，,葛洲坝水利枢纽平面布置图,35,建筑精选课件,葛洲坝水利枢纽平面布置图 35建筑精选课件,丹江口水利枢纽平面图,36,建筑精选课件,丹江口水利枢纽平面图 36建筑精选课件,引水枢纽以引水为主要目标的低水头水利枢纽。作用：雍高上游水位，控制引水流量，满足用水需要。,适用条件：河道天然流量充沛，但水位较低，水流不能进入渠

15、道或管道。引水枢纽无需对河道天然流量进行调节，挡水建筑物高度不大，库容也不大。,建筑物组成：进水闸、雍水坝（或拦河闸）、冲沙闸等建筑物组成。如果是综合利用的引水枢纽，还需建专门建筑物，如水电站和通航船闸。,37,建筑精选课件,引水枢纽适用条件：河道天然流量充沛，但水位较低，水流不能进入,以泵站为主体的水工建筑物综合体。作用：把低处的水抽送到高处，达到灌溉、排涝、 发电（抽水蓄能电站）、航运等目的。建筑物组成：最常见的配套建筑物通常有引水闸（灌溉泵站）、排水闸（排涝泵站）、通航船闸（兼有排洪、航运功能的河道）。 泵站枢纽不属于本课程教学内容， 在泵及泵站课程中讲授,泵站枢纽,38,建筑精选课件,

16、以泵站为主体的水工建筑物综合体。 泵站枢纽38建筑精选课件,“南水北调”的东线工程，即从江都引水，通过13级抽水台阶和黄河河底隧道，将长江之水引到天津及河北地区，每年调水150亿立方米。,江都电排站 世界上最大的泵站枢纽,39,建筑精选课件,“南水北调”的东线工程，即从江都引水，通过13级抽水台阶和黄,分类标准：按作用分类： 挡水建筑物 （拦河坝、堤防，施工围堰） 泄水建筑物（溢洪道、泄水闸、泄水隧洞） 取水建筑物（取水口、进水闸、泵站 ） 输水建筑物（渡槽、输水隧洞等） 整治建筑物（丁坝、导流堤、护岸等） 专门建筑物（船闸、鱼道、筏道等）,二、水工建筑物分类,40,建筑精选课件,分类标准：二

17、、水工建筑物分类40建筑精选课件,按使用期限分类：永久性建筑物：工程运用期使用的建筑物； 按在工程发挥的作用失事后造成的影响程度 （1）主要建筑物（坝、水闸、泄洪建筑物、 水电站厂房等）； （2）次要建筑物（挡土墙、导流堤、护岸等）。,临时性建筑物： 工程施工期使用的建筑物 （导流建筑物、施工围堰等）,41,建筑精选课件,按使用期限分类： 临时性建筑物： 工程施工期使用的建筑物41,三、水利水电枢纽工程分等 水工建筑物分级,修建的水利工程应保证其可靠度（安全性、适用性、耐久性）同时又要保证其经济性。然而安全度与经济性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投资也越大。反之，则相反。,目的：使工程具有足

18、够的、但又不是过分的可靠 度，即可靠又经济 （优化问题） 为此，根据水利工程的重要性对水利枢纽分等 和对其水工建筑物分级,42,建筑精选课件,三、水利水电枢纽工程分等,SL2522000水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准,43,建筑精选课件,SL2522000水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准,几点说明：（1）如果按表中分等指标分属几个不同等别时， 整 个工程的等别应以其中最高的等别为准。（2）水库总库容为水库最高水位（校核洪水位） 以下的静库容。（3）治涝和灌溉面积为设计面积（不是实际）。（4）表中防洪分等指标，对于城市和工矿企业参 考表04确定（P 5）。,44,建筑精选课件,几点说明：4

19、4建筑精选课件,对水工建筑物而言，是要划分级别依据： 工程等别 使用年限（永久建筑物或临时建筑物） 重要性（主要建筑物或次要建筑物） 水工建筑物可划分为5个级别,永久性水工建筑物,45,建筑精选课件,工程等别主要建筑物12345次要建筑物33455,几点说明：（1）损失后果巨大或影响十分严重的25级主要 永久性水工建筑物，级别可提高1级；（2）对于高土石坝也可提高1级。（3）建筑物基础工程地质条件复杂或新型结构， 可提高1级；（4）永久性主要建筑物在特殊情况下，建筑物 级别可提高1级，但是洪水标准不提高。（5）失事后损失后果不大的可以降低1级。,46,建筑精选课件,几点说明：46建筑精选课件,

20、等级划分是确定以下设计标准的依据,洪水标准（洪水频率） 挡水建筑物的安全超高 结构强度和稳定性的安全系数 建筑材料的品种、标号 设计方法的选择 级别低的小型或临时建筑物采用简化计算方法； 重大建筑物采用比较精确的计算方法（FEA）， 甚至做模型试验。,47,建筑精选课件,等级划分是确定以下设计标准的依据47建筑精选课件,第三节 水利工程的设计程序,项目建议书 项目建议书是在流域规划、区域规划的基础上编制的要求建设某项工程的建议性文件 要求政府部门将该项工程 列入中长期计划。,可行性研究 在项目建议书的基础上，对拟建工程进行技术、 经济论证。,初步设计 在可行性研究的基础上，对工程进行的基本设计

21、。 包括进一步论证在指定地点和规定期限内进行工 程建设的可行性和合理性。,48,建筑精选课件,第三节 水利工程的设计程序 项目建议书 可行性研究 初步设,招标设计 招标设计是为水利工程招标而编制的设计。它是编制 施工招标文件和施工计划的基础，招标设计属于水利 施工和招投标课程教学内容。,施工详图 施工详图是在初步设计和招标设计的基础上，绘制具 体施工图的设计，是现场建筑物施工和设备安装的依 据。如建筑物基础开挖图、地基处理图等等。,注意： 对于规模小、重要性低的工程，上述设计阶段可以 减少、合并。例如：小型工程可将可行性研究和初 步设计合并，单一的小型建筑物也无需招标设计。,49,建筑精选课件

22、,招标设计 施工详图 注意：49建筑精选课件,（1）水工建筑物可靠度设计理论（2）水工建筑物有限单元法计算理论（3）水工建筑物优化设计理论,第四节 有关水工建筑物设计的几个问题,增加这些内容当然是必要的，问题是这些内容 学习难度大，要求其它先修课程作为基础。 可靠度设计基础：结构可靠度理论，本科专业 培养计划（NO），难度实在太大，课时又少 （3 VS 4.5）。因此，在绪论部分暂时不讲 这些内容，将来结合后面的作适当介绍。,50,建筑精选课件,（1）水工建筑物可靠度设计理论（2）水工建筑物有限单元法计,水工建筑物又称水工结构（1）综合性很强的学科，涉及的知识面很宽， 需要很好的数学力学基础。（2）实践性很强的课程，掌握它的标志是工作中具 有对各种水工建筑物进行设计、施工和运行管 理的良好能力。（3）在学习过程中要综合运用基础理论，并通过 作业、实验、设计等教学环节，锻炼培养解 决实际问题的独立工作能力。,第五节 本门学科的学习方法和研究途径,51,建筑精选课件,水工建筑物又称水工结构（1）综合性很强的学科，涉及的知,建 议 ？农水楼233,52,建筑精选课件,建 议 ？52建筑精选课件,