水利水电工程概论.ppt

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1、水利水电工程概论水利水电工程概论李宗坤 教授目录目录我国的水资源和水利电力建设概况 水利枢纽和水工建筑物挡水建筑物泄水建筑物水利枢纽的施工导流渠系及渠系建筑物水力发电水利工程的建设与管理水工隧洞水工建筑物管理第一章第一章 我国的水资源和水利电力建设概况我国的水资源和水利电力建设概况 水与水资源水资源面临的问题节水与调水我国的水利建设1.1 水与水资源水与水资源 水是人类生活和生产劳动所必须的，能够补给的自然资源。它具有循环性和有限性，时空分布不均匀性，有利性和有害性。全球总量约15亿km3，可利用的淡水总量约0.38亿km3，仅占全球总量的2.5%，其中约有0.3亿km3的淡水储藏在极地和冰山

2、冰川之中；另外相当大的部分埋藏于地下。对人类起着重要作用的江河湖泊地表水资源，其水量的总和约为47万亿m3。一、水资源储量一、水资源储量中国水资源储量：河流年平均径流量28000亿m3，居世界的六位，位于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼之后。中国水能资源 河川水能资源蕴藏量6.67亿kw，可开发利用的约3.78亿kw，居世界各国之首。但分布不均，西南地区占70，西北占12，中南占9.5，华北、华南、东北仅占8。1、水资源的自然属性：二、水资源的特点 流动性流动性流动性流动性 可再生性可再生性可再生性可再生性 是指水资源在水量上的损失（如蒸发、流失、取用等）后是指水资源在水量上的损失（如蒸发、流

3、失、取用等）后是指水资源在水量上的损失（如蒸发、流失、取用等）后是指水资源在水量上的损失（如蒸发、流失、取用等）后和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其他途径）可以得到恢复和更新的一种自我调节能力。他途径）可以得到恢复和更新的一种自我调节能力。他途径）可以得到恢复和更新的一种自我调节能力。他途径）可以得到恢复和更新的一种自我调节能力。有限性有限性有限性有限性我国水资源总量丰富，约我国水资源总量丰富，约28124亿亿m3，居世界第，居世

4、界第6位；位；人均占有量少，约人均占有量少，约2200 m3，相当于世界人均占有量，相当于世界人均占有量的的1/4，被联合国列为，被联合国列为13个贫水国之一。个贫水国之一。时空分布不均匀（世界）时空分布不均匀（世界）时空分布不均匀（世界）时空分布不均匀（世界）时空分布不均匀（我国）时空分布不均匀（我国）时空分布不均匀（我国）时空分布不均匀（我国）降雨量：东南沿海地区：降雨量：东南沿海地区：1500mm1500mm以上以上 华东、华北：华东、华北：400400800mm800mm 西北：西北：400mm400mm以下以下地面径流：长江多年平均径流量地面径流：长江多年平均径流量100001000

5、0亿亿m m3 3，黄河多年平均径流量黄河多年平均径流量560560亿亿m m3 3黄河经常断流，黄河经常断流，9292年断流年断流70d70d，9595年断流年断流122d122d，20002000年断流年断流180d 180d 时间分布不均时间分布不均时间分布不均时间分布不均 集中在汛期：集中在汛期：6 69 9月份月份 占全年降雨量：占全年降雨量：南方南方 50506060 北方北方 70%80%70%80%通过水利工程来兴利除害。通过水利工程来兴利除害。不可替代性不可替代性n n有的自然资源，是可以替代的或者说可以部分替有的自然资源，是可以替代的或者说可以部分替代。例如，石油、煤炭缺乏

6、的国家，可以多发展代。例如，石油、煤炭缺乏的国家，可以多发展核电，以替代石化能源。木材缺乏，可以用塑料、核电，以替代石化能源。木材缺乏，可以用塑料、钢铁替代。但是，水对于人类生活，对于工农业钢铁替代。但是，水对于人类生活，对于工农业生产，是一种须臾不可缺少的自然资源，是无法生产，是一种须臾不可缺少的自然资源，是无法替代的。替代的。n n水是生命的摇篮，是一切生物的命脉。水在维持水是生命的摇篮，是一切生物的命脉。水在维持人类生存和生态环境方面是不可代替的，是比石人类生存和生态环境方面是不可代替的，是比石油、天然气、煤更加宝贵的自然资源。因此，保油、天然气、煤更加宝贵的自然资源。因此，保护水资源、

7、节约用水是一项事关子孙后的极端重护水资源、节约用水是一项事关子孙后的极端重要的事情。要的事情。2、水资源的社会属性：社会共享性社会共享性社会共享性社会共享性 利与害的两重性利与害的两重性利与害的两重性利与害的两重性 多用途性多用途性多用途性多用途性 商品性商品性商品性商品性一、洪涝灾害（水多）1.2 水资源面临的问题1、原因：、原因：u水资源时空分布不均水资源时空分布不均u全球气候变化与人类活动影响加剧全球气候变化与人类活动影响加剧u城市化发展迅速城市化发展迅速u江河防洪标准偏低江河防洪标准偏低2、形式：、形式：河流洪水、突发洪水、城市洪涝灾害等河流洪水、突发洪水、城市洪涝灾害等二、干旱缺水（

8、水少）（08年底-09年初）缺水类型缺水类型缺水类型缺水类型产生原因产生原因产生原因产生原因资源型缺水资源型缺水资源型缺水资源型缺水降水分布不均、自然地理差异降水分布不均、自然地理差异降水分布不均、自然地理差异降水分布不均、自然地理差异工程型缺水工程型缺水工程型缺水工程型缺水供水工程缺乏或老化失修严重供水工程缺乏或老化失修严重供水工程缺乏或老化失修严重供水工程缺乏或老化失修严重增长型缺水增长型缺水增长型缺水增长型缺水人口和经济发展快速增长人口和经济发展快速增长人口和经济发展快速增长人口和经济发展快速增长水质型缺水水质型缺水水质型缺水水质型缺水污水未达标排放污水未达标排放污水未达标排放污水未达标

9、排放我国水资源短缺主要表现在：农业缺水、城市缺水和生态缺水。1.农业缺水：我国全部耕地中只有我国全部耕地中只有40%40%能够确保灌溉，全国正常能够确保灌溉，全国正常年份农业缺水量达年份农业缺水量达300300亿立方米亿立方米(全国总缺水量为近全国总缺水量为近400400亿立方米亿立方米)。有关资料显示，每年农业因缺水造。有关资料显示，每年农业因缺水造成的损失超过成的损失超过15001500亿元。亿元。原因：水资源分布与耕地分布不匹配原因：水资源分布与耕地分布不匹配 2.城市缺水：全国全国600600多个城市中，有多个城市中，有400400多个城市存在供水不足，多个城市存在供水不足，其中比较严

10、重的缺水城市达其中比较严重的缺水城市达110110个，全国城市缺水总个，全国城市缺水总量为量为6060亿立方米。在亿立方米。在3232个百万人口以上的特大城市个百万人口以上的特大城市中，有中，有3030个城市长期受缺水困扰个城市长期受缺水困扰 。原因：人口增加、城镇化和经济社会发展加快。原因：人口增加、城镇化和经济社会发展加快。3.生态缺水：原因：经济用水挤占生态用水原因：经济用水挤占生态用水生态补水工程：生态补水工程：扎龙湿地补水、扎龙湿地补水、白洋淀补水等。白洋淀补水等。三、水环境污染（水脏）原因原因：人类活动排放的污水、废水量日益增加：人类活动排放的污水、废水量日益增加 危害危害:（1

11、1）危害人体健康和生产用水；）危害人体健康和生产用水；（2 2）加剧水资源短缺危机）加剧水资源短缺危机西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东南诸河区水质较好，符合和优于南诸河区水质较好，符合和优于类水的河长占类水的河长占95%95%64%64%；海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水质较差，符合和优于质较差，符合和优于类水的河长占类水的河长占35%35%47%47%。四、水土流失严重四、水土流失严重四、水土流失严重四、水土流失严重水土流失原因：水土流失原因：水土流失原因：水土流失原因：森林覆盖率低，只有

12、森林覆盖率低，只有1212，居世界居世界120120位位 。水土流失面积水土流失面积水土流失面积水土流失面积：约：约367367万万kmkm2 2，占国土面积，占国土面积3838。水土流失总量水土流失总量水土流失总量水土流失总量：5050亿亿t t/年。仅黄土高原每年因水土流失带走年。仅黄土高原每年因水土流失带走的氮、磷、钾就有的氮、磷、钾就有40004000万万t t，相当于我国全年生产化肥的总，相当于我国全年生产化肥的总量。量。水土流失带来的后果水土流失带来的后果水土流失带来的后果水土流失带来的后果：生态环境恶化生态环境恶化 河床抬高（黄河开封段）河床抬高（黄河开封段）水库淤积（三门峡，小

13、浪底）水库淤积（三门峡，小浪底）1.3 节水和调水节水和调水一、节水一、节水 我国农业用水占全国用水量的我国农业用水占全国用水量的8080，每年约需水量每年约需水量40004000亿亿mm3 3，但利用率仅有，但利用率仅有30304040，必须采取节水灌溉措施。如：必须采取节水灌溉措施。如：渠道硬化、管道输水，喷灌、滴灌新技术。渠道硬化、管道输水，喷灌、滴灌新技术。提高工业用水重复率，北京、天津已达到提高工业用水重复率，北京、天津已达到7070。（。（高用高用水量行业定量，超出部分提高水价）水量行业定量，超出部分提高水价）二、调水二、调水 从根本上解决北方地区的缺水问题，必须跨流域调水。从根本

14、上解决北方地区的缺水问题，必须跨流域调水。南水北调工程经过南水北调工程经过4040年的酝酿论证已经成熟。年的酝酿论证已经成熟。西线：拟在长江上游通天河和大渡河上游筑坝建库，西线：拟在长江上游通天河和大渡河上游筑坝建库，将水引入黄河，每年调水将水引入黄河，每年调水145145195195亿亿mm3 3。中线：从长江中游、汉江支流丹江口水库引水，自流进中线：从长江中游、汉江支流丹江口水库引水，自流进 入北京、天津。干线长达入北京、天津。干线长达1200km1200km。东线：从长江下游扬州附近抽水，利用扩建的京杭大东线：从长江下游扬州附近抽水，利用扩建的京杭大 运河（运河（700700年前建成）逐

15、级提水北送，拟建年前建成）逐级提水北送，拟建1313 个提及泵站，水位差个提及泵站，水位差40m40m,干线长干线长1150km1150km。三条线每年可调水三条线每年可调水500500600600亿亿mm3 3。1.4 我国的水利建设我国的水利建设一、水利工程建设一、水利工程建设 几千年前：人们已经认识到水利工程的重要性几千年前：人们已经认识到水利工程的重要性几千年前：人们已经认识到水利工程的重要性几千年前：人们已经认识到水利工程的重要性 40004000年前的大禹治水，至今仍在使用的长达年前的大禹治水，至今仍在使用的长达1800km1800km的黄河大堤。的黄河大堤。700700年前（公元

16、前年前（公元前48548512921292年）全线通航，纵贯年）全线通航，纵贯祖国南北，长达祖国南北，长达1794km1794km的京杭大运河。的京杭大运河。公元前公元前250250年，四川灌县修建的都江堰防洪灌溉工年，四川灌县修建的都江堰防洪灌溉工程。程。解放后：水利建设迅速发展解放后：水利建设迅速发展解放后：水利建设迅速发展解放后：水利建设迅速发展初步控制了一般性的洪涝灾害初步控制了一般性的洪涝灾害 如：黄河从如：黄河从1911191119461946年的年的3636年间，花园口年间，花园口发生发生1 1万万mm3 3/s/s以上的洪水以上的洪水8 8次，有次，有7 7次决口泛滥成灾，次决

17、口泛滥成灾，而在建国后而在建国后5050年间发生年间发生1 1万万mm3 3/s/s以上的洪水以上的洪水1515次，次，却没有一次决口（建小浪底后，黄河下游泥沙淤却没有一次决口（建小浪底后，黄河下游泥沙淤积变化）。积变化）。初步建立一个综合性的防洪体系初步建立一个综合性的防洪体系 如：修建水库近如：修建水库近9 9万座；修筑土堤万座；修筑土堤10001000亿亿mm3 3（折（折合成合成1m1m3 3土堤，可绕地球土堤，可绕地球25002500圈）。圈）。农田灌溉和城市供水得到较大的发展农田灌溉和城市供水得到较大的发展汪恕成部长提出汪恕成部长提出“水利信息化管理时代水利信息化管理时代”1 1、

18、水力发电优点、水力发电优点 利用循环资源利用循环资源 不污染资源不污染资源 成本低成本低2 2、水电开发情况、水电开发情况 水电装机总容量约占电力的水电装机总容量约占电力的1/41/41/51/5 水资源的开发利用率水资源的开发利用率8 8 以每年以每年500500万万kwkw的速度递增的速度递增二、我国的水电建设二、我国的水电建设 如三峡工程，装机如三峡工程，装机18201820万万kwkw，年发电量，年发电量846.8846.8亿亿kw.hkw.h，相当于，相当于1010座装机座装机200200万万kwkw的大型火电站的大型火电站和一座年产和一座年产50005000万万t t原煤的特大型煤

19、矿。原煤的特大型煤矿。（节能源，少污染）（节能源，少污染）三、水电开发前景广阔三、水电开发前景广阔第二章第二章 水利枢纽和水工建筑物水利枢纽和水工建筑物 水库水利枢纽和水工建筑物1 1、正常蓄水位正常蓄水位正常运用情况下允许经常保持的正常运用情况下允许经常保持的 最高水位。最高水位。2 2、设计洪水位和校核洪水位设计洪水位和校核洪水位 发生设计频率洪水时，水库达到的最高水位称发生设计频率洪水时，水库达到的最高水位称 设计洪水位。设计洪水位。发生校核频率洪水时，水库达到的最高水位称发生校核频率洪水时，水库达到的最高水位称 校核洪水位。校核洪水位。二、水库的特征水位和库容二、水库的特征水位和库容3

20、 3、汛前限制水位（防洪限制水位）汛前限制水位（防洪限制水位）在汛期到来之前，预先把水库放空一部分，在汛期到来之前，预先把水库放空一部分，以便腾出库容，在洪水到来时多蓄洪水，从而削以便腾出库容，在洪水到来时多蓄洪水，从而削减更大的洪峰，这个削落下来的水位称汛前限制减更大的洪峰，这个削落下来的水位称汛前限制水位。水位。4 4、死水位，死水位，正常运用情况下允许削落的最低水位。正常运用情况下允许削落的最低水位。库容死库容不能起水量的调节作用，可淤积泥沙。兴利库容发挥效益、发电、供水、灌溉。调洪库容调节来水和泄水的比例，以削减洪峰。共用库容兴利和调洪共用的库容。总库容2.2 水利枢纽和水工建筑物一、

21、定义水工建筑物水工建筑物为满足防洪、发电、灌溉、供水为满足防洪、发电、灌溉、供水等要求，需要修建的各种不同类型的建筑物，用等要求，需要修建的各种不同类型的建筑物，用来控制和支配水流，这些建筑物统称为水工建筑来控制和支配水流，这些建筑物统称为水工建筑物。物。水利枢纽水利枢纽各种不同类型的水工建筑物组成的各种不同类型的水工建筑物组成的综合体。综合体。按其在枢纽中所起的作用分：1 1 挡水建筑物挡水建筑物2 2 泄水建筑物泄水建筑物3 3 输水建筑物输水建筑物4 4 取水建筑物取水建筑物5 5 整治建筑物整治建筑物6 6 专门建筑物专门建筑物二、水工建筑物的类别二、水工建筑物的类别1、工作条件复杂

22、A A、水工建筑物的作用：、水工建筑物的作用：静、动水压力，扬压力静、动水压力，扬压力 高速水流引起空蚀、掺气、振动高速水流引起空蚀、掺气、振动 对下游河道的冲刷对下游河道的冲刷 泥沙问题泥沙问题 B B、地形、地质条件复杂：个别性、地形、地质条件复杂：个别性三、水工建筑物的特点三、水工建筑物的特点2、施工难度大 施工导流施工导流 截流、渡汛截流、渡汛 施工技术复杂：施工技术复杂：大体积砼：温控难大体积砼：温控难 地基处理复杂地基处理复杂 地下、水下工程多（开挖、定模、排水）地下、水下工程多（开挖、定模、排水）交通、通讯、用电不便交通、通讯、用电不便3、效益大，对附近地区影响大 效益：效益：三

23、峡仅发电一项每年的直接经济效益三峡仅发电一项每年的直接经济效益170170亿元，亿元，另有防洪、通航等效益。另有防洪、通航等效益。影响：影响：地下水位抬高，库区淹没。地下水位抬高，库区淹没。生态平衡破坏，诱发地震生态平衡破坏，诱发地震4、失事后果严重1 1、目的、目的将工程造价和工程安全合理地统一起来。将工程造价和工程安全合理地统一起来。2 2、分等分级原则、分等分级原则 A A：分等：分等水利枢纽按规模、效益及其在国民经水利枢纽按规模、效益及其在国民经 济中的重要性，分为五等。济中的重要性，分为五等。B B：分级按建筑物在枢纽中的作用和重要性，：分级按建筑物在枢纽中的作用和重要性，可分五级。

24、可分五级。四、水利枢纽分等和水工建筑物分级四、水利枢纽分等和水工建筑物分级永久性建筑物永久性建筑物指工程运行期间使用的建筑指工程运行期间使用的建筑物，如大坝，电站等。物，如大坝，电站等。临时性建筑物临时性建筑物指工程施工期间使用的建筑指工程施工期间使用的建筑物，如施工围堰，导流建筑物。物，如施工围堰，导流建筑物。主要建筑物主要建筑物指失事后将造成下游灾害或严指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物；如大坝、水闸、电重影响工程效益的建筑物；如大坝、水闸、电站厂房等站厂房等次要建筑物次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大，且易于修复，如挡土墙、对工

25、程效益影响不大，且易于修复，如挡土墙、导流墙、护岸等。导流墙、护岸等。3、名词解释：名词解释：第三章第三章 挡水建造物挡水建造物 重力坝重力坝拱坝拱坝土石坝土石坝碾压砼坝碾压砼坝砼面板堆石坝砼面板堆石坝拦 河 坝砼坝（重力坝，砼拱坝）土石坝（土坝，堆石坝，土石混合坝）浆砌坝（重力坝，拱坝）3.1 重力坝重力坝一、重力坝的特点一、重力坝的特点1 1、在水压力作用下，主要依靠自重的作用来维护坝、在水压力作用下，主要依靠自重的作用来维护坝体稳定体稳定2 2、坝顶可以溢流，坝身可以开孔，因此，泄洪和导、坝顶可以溢流，坝身可以开孔，因此，泄洪和导流易解决。流易解决。3 3、剖面大，水泥用量大，坝基扬压力

26、大。、剖面大，水泥用量大，坝基扬压力大。4 4、材料不能充分发挥其作用。、材料不能充分发挥其作用。5 5、结构简单，安全可靠。、结构简单，安全可靠。6 6、机械化施工方便（大体积砼）、机械化施工方便（大体积砼）自重：建筑物和附属设备的重量自重：建筑物和附属设备的重量水压力水压力 ：静水压力、动水压力、浪压力、扬压力：静水压力、动水压力、浪压力、扬压力冰压力：静冰压力，动冰压力冰压力：静冰压力，动冰压力土压力土压力地震力：地震惯性力，地震动水压力地震力：地震惯性力，地震动水压力温度荷载温度荷载 二、重力坝的荷载二、重力坝的荷载1 1、基本剖面：三角形（因水压呈三角形分布）、基本剖面：三角形（因水

27、压呈三角形分布）2 2、实用剖面：满足运用和交通要求、实用剖面：满足运用和交通要求 A A：坝顶有一定宽度，坝顶有一定宽度，（810）H B B：坝顶有一定超高：坝顶有一定超高：三、重力坝的剖面三、重力坝的剖面 波浪在坝坡上的爬高（m）风浪引起在坝前水位雍高（m）安全加高，m1、材料1 1）砼：）砼：A A:强度：强度：C10C10,C15,C20,C25,C30,C40,C50,C60C15,C20,C25,C30,C40,C50,C60随着随着 龄期的增长而增强，设计龄期一般为龄期的增长而增强，设计龄期一般为90d90d或或180d180d，早期强度早期强度28d28d不低于不低于7 7.

28、5MPa5MPa B:B:耐久性：抗渗、抗冻、抗磨、抗侵蚀等。耐久性：抗渗、抗冻、抗磨、抗侵蚀等。抗冻抗冻经冻融循环而不破坏。经冻融循环而不破坏。2 2）砌石）砌石四、重力坝的材料及构造四、重力坝的材料及构造1 1）分缝）分缝 为满足温度、地基不均匀沉陷、施工等要求，将坝为满足温度、地基不均匀沉陷、施工等要求，将坝体适当分缝。分为：横缝和纵缝两种。体适当分缝。分为：横缝和纵缝两种。2 2）止水）止水 挡水坝必须从地基到坝顶组成一个完整的防渗阻水挡水坝必须从地基到坝顶组成一个完整的防渗阻水系统，以起到挡水作用。因此，横缝内须要设止水。系统，以起到挡水作用。因此，横缝内须要设止水。3 3）廊道系统

29、）廊道系统 为满足施工和运用要求，如灌浆、排水、观测、检为满足施工和运用要求，如灌浆、排水、观测、检查和交通等需要，相互联通，构成廊道系统。查和交通等需要，相互联通，构成廊道系统。2、坝体构造、坝体构造 坝体各部分的工作条件不同，对砼强度、抗渗、坝体各部分的工作条件不同，对砼强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同。为了抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同。为了节约与合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和节约与合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号的砼。不同工作条件分区，采用不同标号的砼。3、坝体砼分区、坝体砼分区防渗帷幕开挖与清理固结灌浆坝基排水五、地基处理

30、五、地基处理六、碾压砼重力坝六、碾压砼重力坝 1、建设状况 20世纪20年代末，碾压砼经常用于高速公路路基和机场路面，当时被称为贫砼，干贫砼。1941年首次建议将碾压砼用于大坝施工。19601961年碾压砼首次用于围堰施工，台湾石门大坝。19611980 理论上不断发展，大量室内试验对碾压砼材料进行了全面研究。20世纪80年代开始，进入正式筑坝阶段1981年，日本建成89m高的岛地川RCD重力坝1982年，美国建成52m高的全碾压的RCC重力坝柳溪坝我国第一座RCC坝：1986年建成的福建坑口水电站坝，H=56.8m。世界总数：250余座 其中我国45座（50m以上28座），居世界第一，日本第

31、二。目前建设情况：目前建设情况：最高坝：拱坝129m（中国）重力坝192m（龙滩RCC坝，中国）2 2、特点、特点施工速度块，采用碾压方法。施工速度块，采用碾压方法。设备利用率高，如设备利用率高，如卡车，推出机，震动碾卡车，推出机，震动碾卡车，推出机，震动碾卡车，推出机，震动碾 等。等。胶结材料用量少，以粉媒灰代替水泥。胶结材料用量少，以粉媒灰代替水泥。不设纵缝，减少了模板用量，提高了安全性。不设纵缝，减少了模板用量，提高了安全性。砼中水泥用量少，水化热小，可降低温度应力。砼中水泥用量少，水化热小，可降低温度应力。施工机械自卸汽车施工机械自卸汽车推土机推土机履带式推土机履带式推土机小型挖机小型

32、挖机履带式液压挖掘机履带式液压挖掘机震动碾震动碾优缺点构造特点：防渗、分缝、材料。七、浆砌石重力坝七、浆砌石重力坝3.2 拱坝拱坝一、拱坝的工作特点一、拱坝的工作特点壳体结构（拱梁结合）：发挥拱的作用。壳体结构（拱梁结合）：发挥拱的作用。荷载由拱梁共同承担。荷载由拱梁共同承担。拱是受压构件，坝体较薄。拱是受压构件，坝体较薄。稳定依靠两岸基岩反力维持。稳定依靠两岸基岩反力维持。整体性好，抗震性能好，超载能力强。整体性好，抗震性能好，超载能力强。温度变化对拱坝应力和稳定影响大。温度变化对拱坝应力和稳定影响大。1、地形：1）对称 2）”v”形河谷2、地质：1）两岸基岩坚固、完整。2）变形小。二拱坝对

33、地形、地质要求二拱坝对地形、地质要求按曲率分：单曲拱坝单曲拱坝平面是拱形，剖面呈直立。（定圆平面是拱形，剖面呈直立。（定圆心，等外半径）适应心，等外半径）适应U U形河谷。形河谷。双曲拱坝双曲拱坝平面、剖面均呈拱形，平面、剖面均呈拱形，V V形河谷。形河谷。（等中心角，变半径）或（变圆心，变半径，变（等中心角，变半径）或（变圆心，变半径，变中心角）中心角）三、拱坝的形式三、拱坝的形式 按坝的厚高比分：薄拱坝薄拱坝 T/H0.2T/H0.2中厚拱坝中厚拱坝 0.20.2T/HT/H 0.350.35厚拱坝厚拱坝 T/HT/H 0.350.35重力拱坝重力拱坝 T/HT/H一般不超过一般不超过0.

34、450.453.3 土石坝土石坝土石坝土石坝土坝与堆石坝的总称土坝与堆石坝的总称历史悠久，历史悠久，50005000年前古埃及建坝，公元年前古埃及建坝，公元600600年前中年前中国筑堤国筑堤世界上世界上100m100m以上的高坝中：土石坝占以上的高坝中：土石坝占6565300m300m以上坝仅两座，均为土坝以上坝仅两座，均为土坝 前苏联：罗贡坝前苏联：罗贡坝 H=325mH=325m 前苏联：努列克前苏联：努列克 H=314mH=314m一、土石坝的工作特点一、土石坝的工作特点优点优点 就地取材，钢材、水泥用量少；就地取材，钢材、水泥用量少；适应地基变形的能力强，对地质条件要求最低；适应地基

35、变形的能力强，对地质条件要求最低；构造简单，施工技术易掌握，便于机械化施工；构造简单，施工技术易掌握，便于机械化施工；维修、加固和扩建容易。维修、加固和扩建容易。坝顶不能溢流，需要单独设泄洪设施；坝顶不能溢流，需要单独设泄洪设施；施工导流不方便；施工导流不方便；坝体填筑工程量大，筑坝质量受气候条件影响大。坝体填筑工程量大，筑坝质量受气候条件影响大。缺点：缺点：碾压式土石坝碾压式土石坝定向爆破堆石坝定向爆破堆石坝水力冲填坝水力冲填坝水中填土坝水中填土坝1、按施工方法分：二、土石坝的类型二、土石坝的类型土体防渗材料坝土体防渗材料坝土体防渗材料坝土体防渗材料坝人工防渗材料坝人工防渗材料坝人工防渗材料

36、坝人工防渗材料坝2、按坝内防渗体的材料及其结构分：、按坝内防渗体的材料及其结构分：均质坝心墙坝斜墙坝混凝土沥青混凝土钢筋混凝土土工膜均均质质坝坝土质心墙坝土质心墙坝土质斜墙坝土质斜墙坝土质斜心墙坝土质斜心墙坝多种土质坝多种土质坝人工材料心墙坝人工材料心墙坝人工材料斜墙坝人工材料斜墙坝坝形坝形优点优点缺点缺点均质坝均质坝结构简单，施工结构简单，施工方便，中低坝优方便，中低坝优先考虑先考虑 。粘性抗剪强度很粘性抗剪强度很低，施工碾压困低，施工碾压困难，高坝采用较难，高坝采用较少。少。心墙坝心墙坝抗震性能好；适抗震性能好；适应不均匀沉降能应不均匀沉降能力强力强 。施工干扰大，影施工干扰大，影响进度，

37、易产生响进度，易产生“拱效应拱效应”，检，检修困难修困难 。斜墙坝斜墙坝施工干扰小，检施工干扰小，检修方便。修方便。抗震差；受不均抗震差；受不均匀沉降影响大。匀沉降影响大。几种坝形的优缺点：几种坝形的优缺点：1、土石坝的组成、土石坝的组成坝身坝身 维持维持坝体的稳定坝体的稳定防渗体降低防渗体降低浸润线，防止渗透破坏浸润线，防止渗透破坏排水设备排水设备 安全排出渗流水，安全排出渗流水，以增强坝的稳定以增强坝的稳定护坡防止风浪、雨水冲刷护坡防止风浪、雨水冲刷 三、土石坝的剖面与构造三、土石坝的剖面与构造2、土坝剖面土坝剖面波浪在坝坡上的爬高（m）风浪引起在坝前水位雍高（m）安全加高，m1 1）坝顶

38、高程坝顶高程坝顶高程坝顶高程满足运行、施工、构造、交通等要求。满足运行、施工、构造、交通等要求。一般为：一般为：101015m15m，中低坝为，中低坝为510m510m。2）坝顶宽度坝顶宽度上游坡缓于下游坡上游坡缓于下游坡 粘土坡缓于砂土坡粘土坡缓于砂土坡斜墙坝上游坡缓于心墙坝上游坡斜墙坝上游坡缓于心墙坝上游坡下一级坡缓于上一级坡下一级坡缓于上一级坡坝越高，坡越缓坝越高，坡越缓一般：一般：1:21:3.51:21:3.5原则：原则：3）坝坡）坝坡1 1、结构稳定：在自重作用下，坝坡是否滑动；、结构稳定：在自重作用下，坝坡是否滑动；滑动面形式滑动面形式:圆弧滑动，折线滑动，复式滑动。圆弧滑动，折

39、线滑动，复式滑动。2 2、渗流稳定：在渗流力作用下，坝体是否会产生、渗流稳定：在渗流力作用下，坝体是否会产生 渗透破坏（管涌，流土等）。渗透破坏（管涌，流土等）。四、土坝的稳定四、土坝的稳定 五、五、砼面板堆石坝砼面板堆石坝n n水布垭工程位于湖北省恩施州巴东县境内的长江支水布垭工程位于湖北省恩施州巴东县境内的长江支流清江上游，是清江干流上继隔河岩、高坝洲电站流清江上游，是清江干流上继隔河岩、高坝洲电站之后的第三个大型水利水电枢纽工程，也是清江水之后的第三个大型水利水电枢纽工程，也是清江水电梯级滚动开发的龙头工程。电梯级滚动开发的龙头工程。n n水布垭电站设计总装机容量万千瓦，年平均水布垭电站

40、设计总装机容量万千瓦，年平均发电量亿千瓦时，水库总库容亿发电量亿千瓦时，水库总库容亿立方米。其拦河大坝为混凝土面板堆石坝，坝高立方米。其拦河大坝为混凝土面板堆石坝，坝高米，是当今世界上同类坝型中唯一一座坝高超米，是当今世界上同类坝型中唯一一座坝高超过米的大坝。过米的大坝。坝顶可以过水，克服了土坝不能溢流的缺点坝顶可以过水，克服了土坝不能溢流的缺点利用大型振动碾碾压，断面减少利用大型振动碾碾压，断面减少就地取材就地取材一、特点一、特点二、发展概况二、发展概况1.1.第一阶段：（18501940年）为期90年特点：堆石采用抛填式施工，块石抛落高度高达50m，利用落石动力获得一定的堆石密实度。防渗体

41、为刚性：砼、刚面板、木板。堆石区与面板之间设干砌石过渡区（35m）高度：25m发展到100m堆石体密度小，后期变形大，面板裂缝现象普遍。2.2.第二阶段：（19401960年）土力学理论发展（太沙基理论）特点：土料作为防渗体 适应堆石体变形的能力好 如：A:因兰德（Inland）斜墙堆石坝 B:斯蒂文斯（stevens）心墙堆石坝缺点：坝址附近必须有优质量大的粘性土 坝坡较缓，坝体工程量大 粘性土的填筑碾压受气候影响大3.3.第三节阶段：（1960年以后）振动碾的问世特点：堆石体的密实度和变形模量大大增加裂缝、漏水现象减少应力应变非线性有限元分析方法创立面板浇注中滑模技术采用该坝型发展迅速工程

42、量减少，工期短，造价低如：1966年美国建成的新埃克斯奇格（new exchegner）坝，H=100m 1971年澳大利亚建成的塞萨纳（Cechana）坝1980年巴西建成的阿利亚河口坝（H=160m）1981年中国建成湖北西北口坝（H95m）西北口面板堆石坝，坝高95m施工机械振动碾施工机械振动碾坝面碾压坝面碾压第四章第四章 泄水建筑物泄水建筑物泄水建筑物的作用和分类 溢洪道 泄水孔 水闸 4.1 泄水建筑物的作用和分类泄水建筑物的作用和分类 一、作用一、作用1 1、宣泄水库容纳不下的洪水，以保证大坝的安全。、宣泄水库容纳不下的洪水，以保证大坝的安全。2 2、放空水库，便于检修。、放空水库

43、，便于检修。3 3、冲淤排沙、冲淤排沙4 4、施工期导流、施工期导流1 1、泄洪建筑物泄洪建筑物 ：如溢洪道、泄洪隧洞等。：如溢洪道、泄洪隧洞等。2 2、泄水孔：放空水库，冲沙，泄洪。泄水孔：放空水库，冲沙，泄洪。3 3、施工导流孔（或洞）施工导流孔（或洞）。二、分类（按功能分）二、分类（按功能分）4.2 溢洪道溢洪道 一、作用一、作用 宣泄水库不能容纳的多余洪水，以保大坝安全。宣泄水库不能容纳的多余洪水，以保大坝安全。二、分类二、分类 河床式河床式溢流坝溢流坝 岸坡式岸坡式布置在河岸上布置在河岸上 特点既挡水又泄水；既要满足稳定和强度 要求，又要满足泄水要求。三、河床式溢洪道三、河床式溢洪道

44、1、溢流坝堰顶高程与前缘长度L：1 1）堰顶高程：堰顶高程：A:A:堰顶不设闸门堰顶不设闸门堰顶高正常水位堰顶高正常水位 优点：结构简单，管理方便优点：结构简单，管理方便 缺点：淹没损失大，非溢流坝增高缺点：淹没损失大，非溢流坝增高B:B:堰顶设闸门堰顶设闸门闸门顶高程正常水位超高闸门顶高程正常水位超高坝顶高程可降低。坝顶高程可降低。优点：可调节库水位和下泄流量，减少淹没损失优点：可调节库水位和下泄流量，减少淹没损失缺点：运行管理费用高，用于大型工程。缺点：运行管理费用高，用于大型工程。2）前缘长度L：洪水设计标准洪水设计标准下游防洪要求下游防洪要求上游水位雍高限制上游水位雍高限制消能设施形式

45、：消能设施形式：A A：挑流消能挑流消能B B：底流消能底流消能C C：面流消能面流消能D D：消力消力戽戽消能消能 2、溢流坝的下游联接溢流坝的下游联接多用于土石坝多用于土石坝1、型式、型式 正槽式正槽式过堰水流与泄槽轴线大致平行过堰水流与泄槽轴线大致平行侧槽式侧槽式竖井式竖井式虹吸式虹吸式四、河岸式溢洪道四、河岸式溢洪道 引水渠引水渠控制段（溢流堰和两侧连接建筑物）控制段（溢流堰和两侧连接建筑物）泄槽泄槽出口消能段出口消能段尾水渠尾水渠2、组成组成1、作用：水文资料不足，宣泄超过设计洪水标准的洪水。水文资料不足，宣泄超过设计洪水标准的洪水。2、形式:漫顶自溃式漫顶自溃式引冲自溃式引冲自溃式

46、爆破引溃式爆破引溃式五、非常溢洪道五、非常溢洪道4.3 泄水孔泄水孔一般由砼坝身开孔形成。深孔，高水头。一般由砼坝身开孔形成。深孔，高水头。一、作用一、作用:1 1、放空水库、放空水库2 2、冲淤排沙、冲淤排沙3 3、辅助泄洪、辅助泄洪4 4、兼作前期导流、兼作前期导流二、形式二、形式(按水流条件分按水流条件分)1 1、有压有压2 2、无压无压三、组成三、组成1 1、进口段进口段2 2、洞身段洞身段3 3、出口消能段出口消能段4.4 水闸水闸建在土基上的一种低水头挡水、泄水建筑物建在土基上的一种低水头挡水、泄水建筑物一、水闸类型一、水闸类型(按功能分按功能分)节制闸节制闸节制闸节制闸(拦河闸拦

47、河闸)枯水期挡水以抬高上游水位，枯水期挡水以抬高上游水位，以利灌溉、航运。以利灌溉、航运。进水闸进水闸进水闸进水闸（取水闸取水闸）枯水期开闸引水，汛期下枯水期开闸引水，汛期下闸挡水。闸挡水。分洪闸分洪闸分洪闸分洪闸当河道水位超过防汛限制水位，有可当河道水位超过防汛限制水位，有可能引起决堤时，开闸分洪，以消减洪峰流量。能引起决堤时，开闸分洪，以消减洪峰流量。排水闸排水闸排水闸排水闸排除江河两岸低洼地区渍水排除江河两岸低洼地区渍水挡潮闸挡潮闸挡潮闸挡潮闸防止海水倒灌。防止海水倒灌。各种闸门示意图各种闸门示意图上游连接段上游连接段 用以引导水流平顺地进入闸室用以引导水流平顺地进入闸室闸室段闸室段 用

48、来挡水和控制过闸流量。用来挡水和控制过闸流量。下游连接段下游连接段 消除过闸水流的剩余能量，防止过闸水流对下游消除过闸水流的剩余能量，防止过闸水流对下游 的的冲刷。冲刷。二、水闸的组成部分及其作用二、水闸的组成部分及其作用水闸组成部分示意图1 1、沉降量大，易引起不均匀沉降、沉降量大，易引起不均匀沉降2 2、抗冲能力低、抗冲能力低3 3、易引起闸基渗透变形（管涌，流土）、易引起闸基渗透变形（管涌，流土）三、水闸的工作特点（建在土基上）三、水闸的工作特点（建在土基上）1 1、作用：调节水流。、作用：调节水流。2 2、按工作性质分类：按工作性质分类：工作门工作门 检修门检修门 事故门事故门四、水工

49、闸门四、水工闸门 五、闸室结构形式五、闸室结构形式六、水闸的防渗排水（构造）六、水闸的防渗排水（构造）七、消能防冲七、消能防冲八、闸室布置（底板，闸墩，工作桥）八、闸室布置（底板，闸墩，工作桥）九、水闸与两岸连接（作用，形式）九、水闸与两岸连接（作用，形式）第五章第五章 水利枢纽的施工导流水利枢纽的施工导流一、施工导流的任务一、施工导流的任务 就是对原河流各个时期的水流采取导、截就是对原河流各个时期的水流采取导、截 、拦、拦 蓄蓄 、泄等施工措施，为建筑物施工创造、泄等施工措施，为建筑物施工创造必要的条件，并尽可能小的影响国民经济各部必要的条件，并尽可能小的影响国民经济各部门对用水的需要。门对

50、用水的需要。拦（截）拦（截）为了在河流上建造水利枢纽的各种为了在河流上建造水利枢纽的各种水工建筑物，首先要对建筑物的基础进行处理，水工建筑物，首先要对建筑物的基础进行处理，而大面积的基础处理和水工建筑物的施工很难在而大面积的基础处理和水工建筑物的施工很难在流水中进行，因此需要形成基坑，把水抽干。流水中进行，因此需要形成基坑，把水抽干。方法：用临时挡水建筑物方法：用临时挡水建筑物围堰将基坑全部和围堰将基坑全部和部分从河床中隔离开，然后将水抽干。部分从河床中隔离开，然后将水抽干。n n导（泄）导（泄）给河水一条通道。如隧洞、明渠、给河水一条通道。如隧洞、明渠、部分河床等。部分河床等。n n蓄蓄蓄水