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1、水工建筑物,主讲：,1-1 水资源与水利建设1-2 水利枢纽和水工建筑物1-3 河川水利枢纽对环境的影响1-4 水利枢纽和水工建筑物的等级划分1-5 本门课程的学习方法和研究途径,第一章 绪论 CHAPTER 1 INTRODUCTION,一、水资源 资源-生产资料和生活资料的天然来源。1、定义：水资源 是生命和工农业生产不可缺少的物质；是发展航运交通和水产事业的必要介质；是发展国民经济不可缺少的重要资源；它既可利用又可再生。水资源包括：江、河、湖、海、地下水、高山 积雪、冰川融解,1-1 水资源与水利建设,2、含量 全球含量很多，约1.386E+18立方米，但大部分为咸水(占96.54)，通
2、过太阳做功，大气循环以降雨径流方式在陆地上运动的淡水很少，全球径流总量为46.8万亿立方米(约占0.01，其他形态的水占0.02%),全世界按人口平均为6918方。我国有众多的河流，流域面积在100平方公里以上的河流有5万条;流域面积在1000平方公里以上的河流有1500条，多年平均河川径流量27115亿方。水资源总量为28124亿方，在世界各国中居第四位(巴西、俄罗斯、加拿大、美国(25300亿方)、印度尼西亚(24591亿方)。最重要的三江(长江、珠江、松花江)四河(黄、淮、海、辽)均流入太平洋。按11亿人口平均为2528立方米，按12亿人口平均为2317立方米，按13亿人口平均为2138
3、立方米，按16亿人口平均为1760立方米，(按国际上一般承认的标准，人均水资源量少于1700m3的为用水紧张国家),人均少；在时间上和空间上分布不均；南多北少，相差悬殊，夏季多冬季少，导致我国各地洪、涝、旱灾频频发生，需要大力治水，除害兴利。,因此我国水资源的特点是：,四大水问题,水资源地区分布和生产力布局不相匹配，与人口、耕地和经济的分布不相适应。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%，GDP占45.2%，但水资源量只占全国的19%，人均水资源占有量仅1127m3，为南方地区的1/3，耕地亩均占有470m3，不及南方地区的1/6。3、水力资源丰富 我国的水力资
4、源世界第一。根据最新普查结果，我国水力资源的理论蕴藏量为6.76亿千瓦，年电能5.92万亿度。可开发利用的为3.78 亿千瓦，年电能为1.92万亿度。,除了河川水能资源外，还有18000公里的海岸线，可能开发的潮汐资源装机容量约2100万千瓦，年电能为580亿度。,4、开发少但速度快,我国解放初期的水力装机仅16万kW，现在己达10000万kW，开发速度很快，近几年平均以每年300万kW的速度上升。但我们面临的任务仍十分艰巨，与美国等国家不同，他们己开发较多，剩下来的是“肉”少“骨头”多，我们还有很多条件优越的资源未开发，主要集中在西南。西南的水力资源占全国的67.8。,二、水利建设的成就远古
5、至今，我国人民为治理水患、开发水利进行了长期的奋斗，取得了辉煌的业绩 黄河大堤 京杭大运河 都江堰,黄河下游大堤,京杭大运河是中国古代一项伟大的水利工程，也是世界上开凿最早，里程最长的大运河。它南起浙江杭州，北至北京通县北关，全长1794公里，贯通六省市，流经钱塘江、长江、淮河、黄河、海河五大水系。,都江堰中华民族智慧文明、科学创造的结晶 世界水利史上的璀灿明珠。公元前256年秦昭襄工践位期间，郡守李冰率领蜀地各族人民创建了这项彪炳史册千古不朽的水利工程。,鱼嘴,内江,外江,担负着四川盆地中西部地区7市（地）36县（市、区）1003万余亩农田的灌溉、成都市50多家重点企业和城市生活供水，以及防
6、洪、发电、漂水、水产、养殖、林果、旅游、环保等多项目标综合服务，是四川省国民经济发展不可替代的水利基础设施，其灌区规模居全国之冠。,20世纪50年代自己设计施工建成坝高105m的新安江宽缝重力坝，首次成功应用厂房顶溢流。装机容量N=66万千瓦 库容220亿m3。,20世纪60年代在黄河上建成刘家峡重力坝，H=147m，N=122.5万Kw，V=57亿m3；,20世纪60年代在汉江上建成丹江口宽缝重力坝，H=90万千瓦，V=208.9亿m3，在高坝技术，抗震设计、高速水流等方面取得了相当大的进展。,乌江渡拱形重力坝 20世纪70年代在石灰岩岩溶地区建成乌江渡拱形重力坝，H=165m，N=63万k
7、W，V=23亿m3，溶洞最大深度在河床下206m，洞高最大达50m，回填混凝土80000 m3，设防渗帷幕18.7万m2。,在深覆盖层上建成碧口心墙土石坝，H=101.8m，防渗墙深65.4m。,大坝,过木道,溢流道,水库,在黄河上游建成龙羊峡重力拱坝，H=178m，N=128万kW，V=247亿m3。为国内和亚洲第一大坝。坝底宽80 米，坝顶宽15米，主坝长396米，左右两岸均高附坝，大坝全长1140米。成功地解决了坝肩稳定、泄洪消能布置等一系列结构与水流问题。,80 年代,1970-1988在长江干流上建成葛洲坝水利枢纽，N=271.5万kW。成功地解决了大江截流、大单宽流量的消能防冲、大
8、型船闸的建造等一系列复杂的技术问题。,90年代 二滩水电站为混凝土曲拱坝，H=241m；N=330万kW，V=58亿m3,三峡大坝为混凝土重力坝，大坝长2335米，高程185米，总库容393亿立方米,总装机容量2250万千瓦。,已经建成的小浪底水利枢纽，斜心墙土石坝，H=154m，防渗墙深80米。V=126.5亿 m3，N=180万kW；同时小浪底工程还解决了一系列技术难题,一、定义水工建筑物 受到水的静力动力作用并与水发生相互影响的建筑物称之为水工建筑物。它是水利工程中各类建筑物的总称。水利枢纽 把某几个(不是全部)不同类型与功能的水工建筑物集中兴建在一起，组成一个既各自发挥作用又彼此协调的
9、有机综合体，称这个综合体为水利枢纽。以某一单项目标为主而兴建的水利枢纽则冠以主要目标之名。如防洪枢纽、水力发电枢纽、航运枢纽等。,1-2 水利枢纽和水工建筑物,按功用分：1、挡水建筑物 作用：拦截或约束水流，承受一定的 水头，是水利枢纽中最重要的 建筑物，失事对国民经济影响 大，只能成功，不能失败。型式：各种坝、闸、堤防、海塘、施 工围堰等。2、泄水建筑物 作用：a、排泄水库、湖泊、河渠、多 余水量，是水库的安全阀和 太平门；,二、水工建筑物的类别,型式：a、溢流坝(坝身溢流道)b、河岸溢洪道 c、泄洪隧洞 d、坝身泄水孔 e、泄水闸,b、预泄，腾空水库；c、放空检修；,3、输水建筑物 作用：
10、发电、灌溉、给水等；型式：压力钢管、隧洞、涵管、渠道等,专门为某一目的、用途而设计的水工建筑物如:取水-输引水渠道的首部建筑物 过坝-船闸、升船机、筏道、鱼道 整治-护岸、丁坝、顺坝、水电站建筑物,4、专门性建筑物,需要指出：有些建筑物在枢纽中所起的作用不是单一的，而有双重作用如 溢流坝、水闸既挡水又泄水；隧洞既泄洪又可兼作施工导流洞和检修放空洞；河床式水电站厂房既挡水又安装水轮发电机发电等等。,永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的建 筑物按其重要性分为主要建筑物-失事后会造成灾害或严重影响 工程效益；次要建筑物-失事后不会造成灾害，影响不大 易恢复临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物。
11、如施工围堰、栈桥等,按建筑物使用期限来分 永久性建筑物 临时性建筑物,、工作条件的复杂性(1)水的影响产生各种力；(2)水头差作用产生渗流 a.渗透压力对稳定不利；b.过大的渗透坡降产生渗透破坏；c.过大的渗漏量造成水库水量损失；(3)高速水流 会出现自掺气、负压、空化、空蚀和冲击波等；引起轻型结构振动；夹沙水流对建筑物有磨损作用 挑射水流对周围建筑物有雾化影响；(4)水作用使建筑材料的物理力学参数改变,三、水工建筑物的特点,、设计选型的独特性 地形、地质、水文条件不同、施工建造的艰巨性 施工导流困难;工程进度紧;,葛 洲 坝 截 流,温度控制复杂(混凝土坝);雨季长对土坝施工影响大；工程量大
12、施工期长，需要先进的施工技术、大型施工机械和严格的科学管理体制和规章制度。,、失事后果的严重性、应用理论的广泛性,“世界上没有一项工程能象水利工程那样可以改变地球的面貌。”一条河流或一个河段，及其周围地区在开发水资源之前一般都处于一种相对平衡的状态，而在水利工程建成后会使原有的平衡状态失衡。因此建设水利工程应注意其对周围环境的影响。1、物理影响建库后，上下游水文状态发生变化；水库沉沙池的作用使河床下切；形成小气候，诱发地震；,1-3 河川水利枢纽对环境的影响,对生态的影响问题涉及范围广泛，甚至还包括许多人们尚未认识的因素。建造水库后，可增加新水域，发展水产事业，但大坝阻碍洄游渔类的洄游；从水库
13、深层取水灌溉对农作物生长有一定影响；对钉螺疟蚊可能提供新的繁殖场所；,2、生态影响,首先按水利枢纽工程的规模、效益及其在国民经济中的重要性进行分等，分五等，然后再对各组成建筑物按其所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性进行分级，分五级。,1-4 水利枢纽和水工建筑物的等级划分,表1-1 水利水电枢纽工程分等指标表,表1-2 永久性水工建筑物级别,综合性强涉及的知识面宽需有实践性教学环节水工建筑物种类繁多型式千变万化 选择典型建筑 物以掌握一般规律 举一反三水工结构问题复杂，边界条件确定困难解法不唯一 a、理论计算 b、模型试验 c、原型观测 d、工程类比 e、以上方法的综合,1-5 本门课程的学习方法和研究途径,a、会分析建筑物的工作条件，找出最不利荷 载组合 b、掌握各种建筑物的工作原理，计算理论 和方法 c、设计工作方法多方案比较法 d、掌握重要的构造 e、课程体系一个建筑物一个建筑物地学，学完一个会设计一个 f、记笔记,要求,
