水利工程基礎(chǔ)知識(shí)

水利工程基本知識(shí)2021/2/281第一頁，共99頁。

第一節(jié)水資源與水利工程第一章水資源與水利工程2021/2/282第二頁，共99頁。

全球總量約15億km3，可利用的淡水總量約0.38億km3，僅占全球總量的2.5%，其中約有0.3億km3的淡水儲(chǔ)藏在極地和冰山冰川之中；另外相當(dāng)大的部分埋藏于地下。

對(duì)人類起著重要作用的江河湖泊地表水資源，其水量的總和約為47萬億m3。

第一節(jié)水資源與水利工程2021/2/283第三頁，共99頁。

我國年平均徑流量2.7萬億m3，徑流總量居世界第6位，人均則為世界平均水平的1/4，排名在110位之后。

影響水循環(huán)的因素1、氣象因素：風(fēng)向風(fēng)速溫度濕度2、下墊面因素：地形地質(zhì)土壤植被3、人類活動(dòng)：水利措施特點(diǎn)：時(shí)空分布不均勻性2021/2/284第四頁，共99頁。

水利工程:

所謂水利工程，是指對(duì)自然界的地表水和地下水進(jìn)行控制和調(diào)配，以達(dá)到除害興利目的而修建的工程。2021/2/285第五頁，共99頁。

1、工程量大

2、投資多

3、工期長

4、工作條件的復(fù)雜性

5、受自然條件制約，施工難度大

6、工程效益大對(duì)環(huán)境影響大

7、失事后果嚴(yán)重水利工程的特點(diǎn)2021/2/286第六頁，共99頁。2021/2/287第七頁，共99頁。2021/2/288第八頁，共99頁。

水利工程分類防洪工程農(nóng)田水利工程水力發(fā)電工程供水與排水工程航道及港口工程環(huán)境水利工程2021/2/289第九頁，共99頁。第二節(jié)

水利樞紐與水工建筑物

2021/2/2810第十頁，共99頁。

(一)水利樞紐為了達(dá)到防洪、獲得發(fā)電、灌溉、供水等方面的效益，需要在河流的適宜地段修建不同類型的建筑物，用來控制和分配水流。這些建筑物統(tǒng)稱為水工建筑物。而由不同類型的水工建筑物組成綜合體，稱為水利樞紐。2021/2/2811第十一頁，共99頁。水利樞紐分類水利樞紐按其所在地區(qū)的地貌形態(tài)可分為：平原地區(qū)水利樞紐和山區(qū)(包括丘陵地區(qū))水利樞紐。2021/2/2812第十二頁，共99頁。

也可按承受水頭大小，分為：高、中、低水頭水利樞紐。

按水利樞紐的作用，可分為：蓄水樞紐、取水樞紐等。2021/2/2813第十三頁，共99頁。溢流重力壩

水電站升船機(jī)土石壩重力壩丹江口水利樞紐2021/2/2814第十四頁，共99頁。圖1-2四川省都江堰工程布置示意圖內(nèi)江外江魚嘴寶瓶口金鋼堤都江堰工程布置示意圖2021/2/2815第十五頁，共99頁。

(二)水工建筑物的分類2021/2/2816第十六頁，共99頁。

(1)擋水建筑物用以攔截江河，形成水庫或壅高水位。

如各種材料和類型的壩和水閘，以及為防御洪水或阻擋海潮，沿江河海岸修建的堤防及海塘等。

2021/2/2817第十七頁，共99頁。三峽水利樞紐2021/2/2818第十八頁，共99頁。(2)泄水建筑物用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或?yàn)槿朔?、檢修而放空水庫等，以保證壩和其他建筑物的安全。2021/2/2819第十九頁，共99頁。小浪底泄水2021/2/2820第二十頁，共99頁。(3)輸水建筑物

為灌溉、發(fā)電和供水的需要，從上游向下游輸水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。

2021/2/2821第二十一頁，共99頁。拱式渡槽2021/2/2822第二十二頁，共99頁。(4)取(引)水建筑物

是輸水建筑物的首部建筑，如引水隧洞的進(jìn)口段、灌溉渠首和供水用的進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。2021/2/2823第二十三頁，共99頁。

(5)整治建筑物

用以改善河流的水流條件，調(diào)整水流對(duì)河床及河岸的作用，以及為防護(hù)水庫、湖泊中的波浪和水流對(duì)岸坡的沖刷。2021/2/2824第二十四頁，共99頁。

(6)專門建筑物

?為灌溉、發(fā)電、過壩需要而興建的建筑物。

?如專為發(fā)電用的壓力前池、調(diào)壓室、電站廠房等。2021/2/2825第二十五頁，共99頁。

第三節(jié)水利樞紐分等和水工建筑物分級(jí)2021/2/2826第二十六頁，共99頁。

首先按水利樞紐工程的規(guī)模、效益及其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用進(jìn)行分等，分五等，然后再對(duì)各組成建筑物按其所屬樞紐的等別、建筑物在樞紐中所起的作用和重要性進(jìn)行分級(jí)，分五級(jí)。2021/2/2827第二十七頁，共99頁。第二章土石壩第一節(jié)概述土石壩的特點(diǎn)與類型

2021/2/2828第二十八頁，共99頁。小浪底土石壩樞紐壩址2021/2/2829第二十九頁，共99頁。小浪底壩體剖面圖2021/2/2830第三十頁，共99頁。密云水庫2021/2/2831第三十一頁，共99頁。

土石壩的優(yōu)點(diǎn)①筑壩材料可以就地取材。

②能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。

③適應(yīng)大型機(jī)械化。④構(gòu)造簡單，運(yùn)用管理方便。2021/2/2832第三十二頁，共99頁。土石壩的缺點(diǎn)：①壩頂不能溢流。②施工導(dǎo)流不方便。③壩體填筑工程量大。2021/2/2833第三十三頁，共99頁。一、土石壩設(shè)計(jì)的基本要求（1）具有足夠的斷面維持壩體的穩(wěn)定（2）設(shè)置良好的防滲和排水設(shè)施控制滲流（3）設(shè)計(jì)合理（4）泄洪建筑物具有足夠的泄洪能力（5）采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施2021/2/2834第三十四頁，共99頁。土石壩的工作條件⑴滲流影響⑵沖刷影響⑶沉陷影響⑷其他影響2021/2/2835第三十五頁，共99頁。二、土石壩的類型按壩體高度可分為：高壩、中壩、低壩。按施工方法可分為：碾壓式土石壩，沖填式土石壩，水中填土壩和定向爆破堆石壩等。2021/2/2836第三十六頁，共99頁。均質(zhì)壩土質(zhì)心墻壩土質(zhì)斜墻壩按土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料又可分為：

土質(zhì)斜心墻壩多種土質(zhì)壩人工材料心墻壩人工材料斜墻壩2021/2/2837第三十七頁，共99頁。堆石體（1）墊層區(qū)（2）過渡區(qū)（3）主堆石區(qū)（4）下游堆石區(qū)圖面板堆石壩主要分區(qū)示意圖1(1A)-上游鋪蓋區(qū)；2(1B)-蓋重區(qū)；3(2A)-墊層區(qū)；4(2B)-特殊墊層區(qū)；5(3A)-過渡區(qū)；6(3B)-主堆石區(qū)；7(3C)-下游堆石區(qū)；8(3D)-下游護(hù)坡；9-可變動(dòng)的主堆石區(qū)與下游堆石區(qū)與下游堆石區(qū)界面，角度依壩料特性及壩高而定；10(3E)-拋石區(qū)（或?yàn)V水壩趾區(qū)）；11(F)-混凝土面板2021/2/2838第三十八頁，共99頁。第二節(jié)土石壩的基本剖面土石壩的壩體剖面由壩體、防滲體、排水體、護(hù)坡四部分組成。2021/2/2839第三十九頁，共99頁。

壩身主要用來保持壩體的穩(wěn)定。防滲體的作用控制滲流。排水體的作用是引導(dǎo)滲流。上游護(hù)坡為了防止風(fēng)浪淘刷。2021/2/2840第四十頁，共99頁。

排水設(shè)備(常見的排水型式)棱體排水貼坡排水褥墊排水綜合式排水2021/2/2841第四十一頁，共99頁。

第三章巖基上的重力壩2021/2/2842第四十二頁，共99頁。

一、重力壩的工作原理及特點(diǎn)2021/2/2843第四十三頁，共99頁。重力壩的工作原理:

主要依靠壩體自身重量在滑動(dòng)面上產(chǎn)生的抗滑力來抵消壩前水壓力以滿足穩(wěn)定的要求大壩。2021/2/2844第四十四頁，共99頁。重力壩的工作特點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)2021/2/2845第四十五頁，共99頁。優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)作用明確，設(shè)計(jì)方法簡便，安全可靠。重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干壩段，各壩段獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算都比較簡單。(2)對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。任何形狀的河谷都可以修建重力壩。因?yàn)閴误w作用于地基面上的壓應(yīng)力不高，甚至在土基上也可以修建高度不大的重力壩。2021/2/2846第四十六頁，共99頁。(3)樞紐泄洪問題容易解決。

重力壩可以做成溢流的，也可以在壩身不同高度設(shè)置世水孔，一般不需另設(shè)溢洪道或世水隧洞，樞紐布置緊凄。(4)便于施工導(dǎo)流。在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另設(shè)導(dǎo)流隧洞。(5)施工方便。

大體積混凝土可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和1昆凝土澆筑方面都比較簡單，井且補(bǔ)強(qiáng)、修復(fù)、維護(hù)或擴(kuò)建也比較方便。2021/2/2847第四十七頁，共99頁。缺點(diǎn):(1)壩體剖面尺寸大，材料用量多。(2)壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。(3)壩體與地基接觸面積大，相應(yīng)壩底揚(yáng)壓力大，對(duì)穩(wěn)定不利。(4)壩體體積大，由于施工期混凝土的水化熱和硬化收縮，將產(chǎn)生不利的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，因此，在提筑混凝士時(shí)，需要有較嚴(yán)格的溫度控制措施。2021/2/2848第四十八頁，共99頁。重力壩的類型按壩的高度分類為：高壩、中壩、低壩三類。按筑壩材料分類可分為：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。按壩體的結(jié)構(gòu)型式分類可分為：實(shí)體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩。2021/2/2849第四十九頁，共99頁。朱莊漿砌石重力壩2021/2/2850第五十頁，共99頁。寬縫重力壩工程量比實(shí)體重力壩要省10%～20%

2021/2/2851第五十一頁，共99頁。潘家口寬縫重力壩2021/2/2852第五十二頁，共99頁。廣東楓樹壩空腹重力壩2021/2/2853第五十三頁，共99頁。佛子嶺連拱壩梅山連拱壩2021/2/2854第五十四頁，共99頁。佛子嶺連拱壩2021/2/2855第五十五頁，共99頁。湖南鎮(zhèn)梯形支墩壩2021/2/2856第五十六頁，共99頁。寬縫重力壩2021/2/2857第五十七頁，共99頁。

二泄水重力壩2021/2/2858第五十八頁，共99頁。溢流壩的工作特點(diǎn)

溢流壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，除應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還需要滿足泄水的要求。

2021/2/2859第五十九頁，共99頁。(1)壩頂溢流式2021/2/2860第六十頁，共99頁。(2)大孔口溢流式2021/2/2861第六十一頁，共99頁。三峽工程2021/2/2862第六十二頁，共99頁。三閘門與類型水工閘門按其功用可分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門。2021/2/2863第六十三頁，共99頁。四消能工的形式2021/2/2864第六十四頁，共99頁。4.消力戽消能2.底流式消能3.面流消能5.聯(lián)合消能1.挑流消能2021/2/2865第六十五頁，共99頁。圖片名稱：貓?zhí)蛹t巖水電站

電站地點(diǎn)：貴州修文所在河流：貓?zhí)铀谒担洪L江水系

主要壩型：雙曲拱壩

壩頂高程：890米最大壩高：60米貓?zhí)蛹t巖水電站2021/2/2866第六十六頁，共99頁。二灘雙曲拱壩圖片名稱：二灘水電站電站地點(diǎn)：四川省攀枝花市所在河流：雅礱江所在水系：長江水系

主要壩型：混凝土拱壩壩高：240米

2021/2/2867第六十七頁，共99頁。石門拱壩圖片名稱：石門水庫電站地點(diǎn)：陜西漢中所在河流：褒河所在水系：黃河水系主要壩型：混凝土拱壩

壩頂高程：620.0米最大壩高：88米2021/2/2868第六十八頁，共99頁。圖片名稱：佛子嶺水電站大壩全景

電站地點(diǎn)：安徽霍山

所在河流：淠河

所在水系：淮河水系

主要壩型：連拱壩

壩頂高程：128.46米最大壩高：75.9米2021/2/2869第六十九頁，共99頁。

第四章拱壩2021/2/2870第七十頁，共99頁。一、拱壩的特點(diǎn)拱壩的結(jié)構(gòu)拱壩是固接在基巖上的空間殼體結(jié)構(gòu)（高次超靜定結(jié)構(gòu)）2021/2/2871第七十一頁，共99頁。

拱壩的受力拱壩所承受的水平荷載一部分通過拱的作用壓向兩岸巖體，另一部分通過豎直梁的作用傳到壩底基巖。2021/2/2872第七十二頁，共99頁。

拱壩的穩(wěn)定壩體的穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反力作用，并不全靠壩體自重來維持。2021/2/2873第七十三頁，共99頁。

1、用拱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用材料強(qiáng)度。2、穩(wěn)定依靠兩岸拱端的反力來維持。3、超載能力強(qiáng)，安全度高。4、抗震性能好。5、壩身泄流布置復(fù)雜。2021/2/2874第七十四頁，共99頁。

二、拱壩壩址的地形和地質(zhì)條件

2021/2/2875第七十五頁，共99頁。

用壩頂高程處的河谷寬度和壩高之比（稱為寬高比L/H）來描述河谷形狀。用壩底最大厚度和壩高之比（稱為厚高比T/H）來描述拱壩的薄厚程度。（一）地形條件2021/2/2876第七十六頁，共99頁。

寬高比厚高比當(dāng)L/H<1.5時(shí)，薄拱壩；T/H<0.2時(shí)L/H=1.5～3.0，中厚拱壩；T/H=0.2～0.35L/H=3.0～4.5，重力拱壩；T/H>0.35L/H>4.5時(shí)，不宜修建拱壩。

2021/2/2877第七十七頁，共99頁。

（二）地質(zhì)條件基巖比較均勻，堅(jiān)固完整，有足夠的強(qiáng)度，透水性小，能抵抗水的侵蝕、耐風(fēng)化、岸坡穩(wěn)定、沒有大斷裂等。2021/2/2878第七十八頁，共99頁。

三、拱壩的形式2021/2/2879第七十九頁，共99頁。

按其厚高比特征可分為薄拱壩、中厚拱壩、厚拱壩(或稱重力拱壩)。2021/2/2880第八十頁，共99頁。

按其壩體形態(tài)的特征可分為定圓心等半徑拱壩(或稱單曲拱壩)；等中心角變半徑拱壩；變圓心變半徑（雙曲拱壩）。2021/2/2881第八十一頁，共99頁。四拱壩的壩身泄水2021/2/2882第八十二頁，共99頁。2021/2/2883第八十三頁，共99頁。2021/2/2884第八十四頁，共99頁。第五章溢洪道一、作用宣泄水庫不能容納的多余洪水，以保大壩安全。二、型式正槽式――過堰水流與泄槽軸線大致平行側(cè)槽式豎井式虹吸式2021/2/2885第八十五頁，共99頁。正槽溢洪道平面布置圖l引水渠;2→溢流堰;3→泄槽;4一出口消能段;5一尾水渠2021/2/2886第八十六頁，共99頁。側(cè)槽式溢洪道2021/2/2887第八十七頁，共99頁。2021/2/2888第八十八頁，共99頁。豎井式溢洪道2021/2/2889第八十九頁，共99頁。2021/2/2890第九十頁，共99頁。2021/2/2891第九十一頁，共99頁。引水渠控制段（溢流堰和兩側(cè)連接建筑物）泄槽出口消能段尾水渠2、組成2021/2/2892第九十二頁，共99頁。第六