水利水电基本知识.ppt

《水利水电基本知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利水电基本知识.ppt（35页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章第二章 水利水电基本知识水利水电基本知识第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学第二节第二节 水利水电规划水利水电规划第三节第三节 工程地质工程地质第二章第二章 水利水电基本知识水利水电基本知识学习目标：学习目标：1.1.学习水力学知识，掌握液体的特征和主要物理性质，学习水力学知识，掌握液体的特征和主要物理性质，水在运动、静止时的基本规律。水在运动、静止时的基本规律。2.2.学习工程水文学知识，了解水文循环的过程，河川、学习工程水文学知识，了解水文循环的过程，河川、流域的概念，熟悉降水与河川径流的形成过程，掌流域的概念，熟悉降水与河川径流的形成过程，掌握径流的特征值及洪峰频率的概念。握

2、径流的特征值及洪峰频率的概念。3.3.学习工程地质基础知识，了解岩石及其工程地质性学习工程地质基础知识，了解岩石及其工程地质性质，理解地质构造、岩石的风化、地下水、岩溶的质，理解地质构造、岩石的风化、地下水、岩溶的基本规律，掌握水利水电的基本地质问题。基本规律，掌握水利水电的基本地质问题。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学一、一、水力学水力学水力学的应用水力学的应用（1 1）水的作用力问题）水的作用力问题 如：水工建筑物承受的静水压力或动水压力，以及建筑物中的渗如：水工建筑物承受的静水压力或动水压力，以及建筑物中的渗透水压力透水压力（2 2）建筑物的过水能力）建筑物的过水能力（3 3）

3、水流流态问题）水流流态问题（4 4）水流能量损失问题）水流能量损失问题 水流的流动性和黏滞性，以及水流流态的改变和水流能量的转水流的流动性和黏滞性，以及水流流态的改变和水流能量的转变都将使水流的能量减少。变都将使水流的能量减少。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学液体的特征液体的特征：液体有一定的体积、无一定的形状，具有流动性，难被压液体有一定的体积、无一定的形状，具有流动性，难被压缩。缩。液体的主要物理性质液体的主要物理性质（1）质量和密度）质量和密度 单位体积内液体所具有的质量称为密度。单位体积内液体所具有的质量称为密度。（2）重量和容重）重量和容重 单位体积内液体所具有的重量称为液

4、体的容重。单位体积内液体所具有的重量称为液体的容重。静水压强及特征静水压强及特征（1）静水压力）静水压力水在静止状态时的压力叫静水压力。作用在整个受压面积上的水在静止状态时的压力叫静水压力。作用在整个受压面积上的压力，叫静水总压力，用压力，叫静水总压力，用P表示，单位为表示，单位为N或或KN.第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学静水压强静水压强 水压力常用单位面积上所承受的静水总压力的水压力常用单位面积上所承受的静水总压力的大小，叫静水压强。用大小，叫静水压强。用p p表示。表示。静水压强的特性：静水压强的特性：（1 1）静水内部任一各点方向的压强大小相等。）静水内部任一各点方向的压强大

5、小相等。（2 2）静水压强的方向垂直并指向受压面。）静水压强的方向垂直并指向受压面。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学二、水文学二、水文学水文循环水文循环 水分的运动形式大致分三种水分的运动形式大致分三种（1 1）从海洋表面蒸发的水汽，随大气运动到大陆上空后，在一定的条）从海洋表面蒸发的水汽，随大气运动到大陆上空后，在一定的条件下，水汽凝结并以降水形式降落地面，其中有的雨水渗入地下，件下，水汽凝结并以降水形式降落地面，其中有的雨水渗入地下，有的则沿江河流入大海，还有一部分雨水由于蒸发重返大气。有的则沿江河流入大海，还有一部分雨水由于蒸发重返大气。（2 2）从海洋上蒸发的水汽，又在海洋上

6、空成云至雨，以降水形式降）从海洋上蒸发的水汽，又在海洋上空成云至雨，以降水形式降落在海洋上。落在海洋上。（3 3）陆地表面上蒸发的水汽，又在其上空冷凝成雨，降落到地面。）陆地表面上蒸发的水汽，又在其上空冷凝成雨，降落到地面。水文循环的形成和途径，受着多种因素的影响，其水文循环的形成和途径，受着多种因素的影响，其变化错综复杂，我过主要受冷暖两种气团的影响。变化错综复杂，我过主要受冷暖两种气团的影响。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学（1）河流）河流 河流是接纳地面径流和地下径流的天然泄水通道。江、河、河流是接纳地面径流和地下径流的天然泄水通道。江、河、溪、沟等大小不等的水道统称河流。溪、

7、沟等大小不等的水道统称河流。（2）河系）河系 由干流和其支流组成的水流系统统称为河系，又称水系或河由干流和其支流组成的水流系统统称为河系，又称水系或河网。水系常用干流的名称来命名，如长江水系、黄河水系。网。水系常用干流的名称来命名，如长江水系、黄河水系。（3）流域）流域 在一个水系的河流中，汇集了全部地面集水和地下集水的在一个水系的河流中，汇集了全部地面集水和地下集水的区域，称为该河流的流域。区域，称为该河流的流域。水系水系和和流域流域是降水形成河川径流后输送是降水形成河川径流后输送到出口断面的到出口断面的通道通道和和场所。场所。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学（1 1）降水的成因）

8、降水的成因 空气的垂直运动和空气中的水汽超过饱和水汽含量是产生降雨的基空气的垂直运动和空气中的水汽超过饱和水汽含量是产生降雨的基本条件。本条件。（2 2）降雨的四种类型）降雨的四种类型u锋面雨：由于冷暖两种气团的移动，使得暖气团向上移动，发生锋面雨：由于冷暖两种气团的移动，使得暖气团向上移动，发生动力冷却而致雨，分为暖锋雨和冷锋雨。动力冷却而致雨，分为暖锋雨和冷锋雨。u地形雨：指暖湿气流在运动过程中，遇到山脉、高原的阻挡，而地形雨：指暖湿气流在运动过程中，遇到山脉、高原的阻挡，而被迫做上升运动，由于动力冷却而成云致雨。迎风坡降雨，历时被迫做上升运动，由于动力冷却而成云致雨。迎风坡降雨，历时短，

9、雨区小。短，雨区小。u对流雨：在盛夏季节，局部地区被暖湿气团笼罩，地面受热、气对流雨：在盛夏季节，局部地区被暖湿气团笼罩，地面受热、气体膨胀而上升，引起强烈的上、下对流，产生降雨。其范围小、体膨胀而上升，引起强烈的上、下对流，产生降雨。其范围小、强度大，历时短。强度大，历时短。u台风雨：热带海洋面上形成的气旋即台风，其中心气压很低，气台风雨：热带海洋面上形成的气旋即台风，其中心气压很低，气流的流动极为强烈，台风使高温、高湿气流急剧上升产生暴雨，流的流动极为强烈，台风使高温、高湿气流急剧上升产生暴雨，称为台风雨。常造成特大洪水，对水利工程威胁很大。称为台风雨。常造成特大洪水，对水利工程威胁很大。

10、第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学（3）降雨的特征值）降雨的特征值降雨历时降雨历时t：一次降雨所持续的总时间，叫降雨历：一次降雨所持续的总时间，叫降雨历时，它也可以指某一固定时段，如时，它也可以指某一固定时段，如1min、1h、1d。降雨量降雨量H：可以是一次降雨总历时的降雨量，也可：可以是一次降雨总历时的降雨量，也可以是某一固定时段的降雨量。常用以是某一固定时段的降雨量。常用mm表示。表示。降雨强度降雨强度i：单位时间的降雨量。：单位时间的降雨量。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学河川径流：指降水到达流域表面，经地面和地下注入河槽，并河川径流：指降水到达流域表面，经地面和地下

11、注入河槽，并向流域出口断面汇集的水流。向流域出口断面汇集的水流。河川径流的形成过程河川径流的形成过程（1 1）产流阶段）产流阶段 扣除土壤下渗、植物截留、洼地填蓄的水量，余者流入河槽，扣除土壤下渗、植物截留、洼地填蓄的水量，余者流入河槽，成为地面径流。地面径流、表层流和浅层地下径流是本次降水成为地面径流。地面径流、表层流和浅层地下径流是本次降水的总径流，称径流量或产流量。的总径流，称径流量或产流量。（2 2）汇流阶段）汇流阶段 降雨产生的径流，通过河网有上游到下游，从支流到干流，最降雨产生的径流，通过河网有上游到下游，从支流到干流，最后全部从流域出口断面流出，叫河网汇流。后全部从流域出口断面流

12、出，叫河网汇流。实际降雨、蒸发、下渗和汇流等各种现象总是交织在一起，相实际降雨、蒸发、下渗和汇流等各种现象总是交织在一起，相互联系。互联系。第一节第一节 水文学及水力学水文学及水力学影响径流形式的因素影响径流形式的因素气候因素气候因素 ：1.1.降水降水 2.2.蒸发蒸发下垫面因素：下垫面因素：1.1.流域的位置和地形流域的位置和地形 2.2.河道特征河道特征 3.3.流域面积的大小和形状流域面积的大小和形状 4.4.土壤、岩石和地质构土壤、岩石和地质构造造 5.5.植被植被 6.6.湖泊与沼泽湖泊与沼泽人类活动因素：人类活动因素：1.1.植树造林、水土保持。植树造林、水土保持。2.2.城市城

13、市化影响化影响 3.3.大、中型水库的兴建大、中型水库的兴建 4.4.其他水利工程其他水利工程和堤内违章建筑和堤内违章建筑第二节第二节 水利水电规划水利水电规划一、水电站在电网中的作用水电站在电网中的作用 水轮发电机组开停灵活、快速，能适应电力负荷的变化。水轮发电机组开停灵活、快速，能适应电力负荷的变化。有水库调节的水电站适应在腰荷和峰荷工作。没有调节有水库调节的水电站适应在腰荷和峰荷工作。没有调节能力的径流式水电站适合在基荷工作。能力的径流式水电站适合在基荷工作。在一个较大的供电区域内，用高压输电线路将各种不在一个较大的供电区域内，用高压输电线路将各种不同类型的发电厂（火电、水电、核电、风电

14、、潮汐电站同类型的发电厂（火电、水电、核电、风电、潮汐电站等）连接在一起，统一向用电户供电的系统，称为等）连接在一起，统一向用电户供电的系统，称为电力电力系统系统，也称，也称电网电网。在电力系统中，用电户在某一时刻所需的电力功率称在电力系统中，用电户在某一时刻所需的电力功率称为为电力负荷电力负荷。二、水能利用和开发方式二、水能利用和开发方式 水力发电是将河流、湖泊或海洋等水体所蕴藏的水水力发电是将河流、湖泊或海洋等水体所蕴藏的水能转换为电能的工程技术。水力发电的原理是利用能转换为电能的工程技术。水力发电的原理是利用水体的势能而做功，主要因素是流量（水体的势能而做功，主要因素是流量（QQ）与水头

15、）与水头（H H）。）。水力发电的能力以水力发电功率水力发电的能力以水力发电功率P P表示：表示：其中水力发电功率其中水力发电功率P P的单位为的单位为kW;kW;流量流量QQ的单位为的单位为mm3 3s s;水头水头H H的单位为的单位为mm。第二节第二节 水利水电规划水利水电规划水电站的分类水电站的分类u按水电站的开发方式，分为按水电站的开发方式，分为蓄水式水电站蓄水式水电站和和径流式径流式水电站。水电站。u按水电站的结构形式，分为按水电站的结构形式，分为坝式水电站坝式水电站、引水式水引水式水电站电站和和混合式水电站混合式水电站。第二节第二节 水利水电规划水利水电规划位于浙江省的新安江水电

16、厂（水库总库容220亿立方米、总装机容量66.25万千瓦）位于四川省的二滩水电站（水库总库容58亿立方米、总装机容量330万千瓦）湖南省茶陵县青年水电站（径流式、河道蓄水、低水头）浙江省景宁县宁润水电站（径流式电站，高水头引水式）三、径流调节三、径流调节径流调节径流调节:运运用湖泊、水库对天然径流进行控制和重新用湖泊、水库对天然径流进行控制和重新分配，以适度改变天然径流在时空上的分布不均，称为分配，以适度改变天然径流在时空上的分布不均，称为径流调节。径流调节。径流调节的目的是蓄丰补枯，提高枯水期流量。径流调径流调节的目的是蓄丰补枯，提高枯水期流量。径流调节的原理为水量平衡。节的原理为水量平衡。

17、水量平衡公式：水量平衡公式：WW来来WW用用=V=V 式中式中 WW来来-某一时段从河道进入水库的天然来水量某一时段从河道进入水库的天然来水量 W W用用-某一时段水库向下游的供水量某一时段水库向下游的供水量 V-V-库容增量库容增量 V V0 0，表示水库蓄水，库水位上升，库容增加。，表示水库蓄水，库水位上升，库容增加。V V0 0，表示水库供水，库水位下降，库容减少。，表示水库供水，库水位下降，库容减少。第二节第二节 水利水电规划水利水电规划水库兴利调节的能力：水水库兴利调节的能力：水库调节天然径流以满足各用水库调节天然径流以满足各用水部门需求（供水、发电、灌溉、航运、河流生态流量补部门需

18、求（供水、发电、灌溉、航运、河流生态流量补给等）的能力大小，用库容系数给等）的能力大小，用库容系数表示：表示：库容系数库容系数=兴利库容兴利库容V V兴兴/多年平均年径流量多年平均年径流量WW 库容系数库容系数大，表示水库调节性能好，调节周期长；大，表示水库调节性能好，调节周期长；反之，表示水库调节性能差，调节周期短。反之，表示水库调节性能差，调节周期短。u 库容系数库容系数0.350.35以上的水库为以上的水库为多年调节水库多年调节水库（可以将江河丰水（可以将江河丰水年份多余的水蓄存在水库里，供枯水年份调节使用）。年份多余的水蓄存在水库里，供枯水年份调节使用）。u 库容系数库容系数0.250

19、.250.350.35的水库为的水库为年调节水库年调节水库（可以将设计水平（可以将设计水平年份内洪水期多余的水蓄存在水库里，供枯水期调节使用）。年份内洪水期多余的水蓄存在水库里，供枯水期调节使用）。u 库容系数库容系数0.0250.0250.20.2的水库为的水库为季调节水库季调节水库（可以将设计枯水（可以将设计枯水年丰水期一部分径流量蓄存在水库里，供枯水季节调节使用）。年丰水期一部分径流量蓄存在水库里，供枯水季节调节使用）。第二节第二节 水利水电规划水利水电规划 日调节或周调节水库日调节或周调节水库（或水塘）：能将一日或一周内（或水塘）：能将一日或一周内的天然来水按一日或一周内电力负荷变化过

20、程的需要重的天然来水按一日或一周内电力负荷变化过程的需要重新安排水量。新安排水量。根据设计经验，设置的日调节水库（或水塘）的根据设计经验，设置的日调节水库（或水塘）的调节调节库容达到设计日来水量的库容达到设计日来水量的30%30%50%50%，就可以进行日就可以进行日调节。在此基础上适度增加库容，即可同时进行周调节。调节。在此基础上适度增加库容，即可同时进行周调节。反调节水库反调节水库：在有承担峰荷任务的水电站下游建一个：在有承担峰荷任务的水电站下游建一个水库，将水电站下泄的不均匀流量水库，将水电站下泄的不均匀流量按均匀用水要求再调按均匀用水要求再调节一次。节一次。第二节第二节 水利水电规划水

21、利水电规划四、水库的特征水位及其库容四、水库的特征水位及其库容水库的特征水位及其库容水库的特征水位及其库容应根据水利水电规划的情况，应根据水利水电规划的情况，全面考虑技术、经济、河流生态需求和水库应用条件等全面考虑技术、经济、河流生态需求和水库应用条件等因素综合确定。因素综合确定。第二节第二节 水利水电规划水利水电规划l 工程地质学工程地质学是研究工程建设所涉及地质问题的学是研究工程建设所涉及地质问题的学科。科。l 在水利水电工程建设中，如果对工程地质工作重在水利水电工程建设中，如果对工程地质工作重视不够、工程地质问题查找不清、施工地质工作出视不够、工程地质问题查找不清、施工地质工作出差错，将

22、对工程建设产生严重后果。差错，将对工程建设产生严重后果。l 中国的水利水电地质工作者在工程建设的区域构中国的水利水电地质工作者在工程建设的区域构造稳定性研究、坝基工程、高陡边坡工程、地下厂造稳定性研究、坝基工程、高陡边坡工程、地下厂房和洞室群工程、房和洞室群工程、碦碦斯特地区建坝、河床深厚覆盖斯特地区建坝、河床深厚覆盖层勘探等方面，都有重大进展，推动了中国工程地层勘探等方面，都有重大进展，推动了中国工程地质事业的发展。质事业的发展。第三节第三节 工程地质工程地质一、岩石一、岩石岩石岩石是组成地壳的主要物质，是由一种或多种是组成地壳的主要物质，是由一种或多种矿物组成的集合体。矿物组成的集合体。岩

23、石按成因可分为岩石按成因可分为岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩3 3类：类：l 岩浆岩、又称火成岩，是位于地壳深部的岩浆岩浆岩、又称火成岩，是位于地壳深部的岩浆侵入地壳上部或喷出地表凝固而形成的岩石。侵入地壳上部或喷出地表凝固而形成的岩石。按照形成机理按照形成机理,岩浆岩可分为岩浆岩可分为 深成岩、浅层岩和深成岩、浅层岩和喷出岩三种类型喷出岩三种类型第三节第三节 工程地质工程地质l 沉积岩沉积岩u在常温常压环境下，原先位于地表或接近地表的各在常温常压环境下，原先位于地表或接近地表的各种岩石受到外力（风、雨、冰、太阳、水流、波浪种岩石受到外力（风、雨、冰、太阳、水流、波浪等）作用，逐渐

24、等）作用，逐渐风化风化、剥蚀成大小不一的松散物质。、剥蚀成大小不一的松散物质。这些松散物质在流水、风、重力等外力作用下这些松散物质在流水、风、重力等外力作用下搬运搬运到河口、湖海等地方到河口、湖海等地方沉积沉积下来下来,硬结硬结形成沉积岩形成沉积岩.u沉积岩广泛分布在地表，覆盖面占陆地表面积沉积岩广泛分布在地表，覆盖面占陆地表面积70%70%。u沉积岩分为碎屑岩、黏土岩、化学岩、生物化学岩沉积岩分为碎屑岩、黏土岩、化学岩、生物化学岩四种类型四种类型第三节第三节 工程地质工程地质l 变质岩，由于地质环境和物理化学条件的改变变质岩，由于地质环境和物理化学条件的改变（这些改变是在固态下，在高温、高压

25、、剪应力和（这些改变是在固态下，在高温、高压、剪应力和特定化学环境的参与下，在地壳深部进行），使原特定化学环境的参与下，在地壳深部进行），使原先已形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成先已形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成分发生变化所形成的岩石称为变质岩。分发生变化所形成的岩石称为变质岩。u变质岩的分类，根据变质作用的不同，可分为接触变质岩的分类，根据变质作用的不同，可分为接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩、气变质岩、动力变质岩、区域变质岩、气液变质岩和液变质岩和混合岩五大类型。混合岩五大类型。第三节第三节 工程地质工程地质 二、地质构造和地质现象二、地质构造和地质现象在地球的演变过程

26、中，地壳在地球内部动力的在地球的演变过程中，地壳在地球内部动力的作用下不断地运动、不断地发展和变化，称为作用下不断地运动、不断地发展和变化，称为地壳构造运动。地壳构造运动。地壳运动形成的地壳构造变化称为地质构造。地壳运动形成的地壳构造变化称为地质构造。地质现象是地表和地壳内部在演变过程中出现地质现象是地表和地壳内部在演变过程中出现的缓慢或剧烈变化的现象。的缓慢或剧烈变化的现象。第三节第三节 工程地质工程地质褶皱（岩层受地壳运动的作用形成的连续弯曲现象）节理（又称裂缝）普遍存在沉积岩的岩层中花岗岩的物理风化（长期暴露地表的岩石在日晒、风吹、雨淋等作用下）石灰岩溶洞 （可溶岩是指能被水溶解或溶滤的岩石。可溶岩中分布最广的是碳酸盐岩，可形成各种形态的碦斯特（岩溶）现象）2008年5.12汶川大地震，地震灾区许多水库土坝被严重震裂断层是在地壳构造应力作用下，沿破裂面两侧岩体发生显著位移的断裂构造。断层破坏了岩体完整性、降低了岩体强度、增加岩体的透水性，是水利水电工程建设中最常见的地质缺陷。地下暗河 （地下水以多种形式存在于地下，是河川径流的重要补给源之一）喷水承压井 （承压水是充满于地下上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水）