水利水电工程的基础知识课件.ppt

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1、第第2章章水利水电工程的基本知识水利水电工程的基本知识 基本要求：基本要求：复习水文学的基础知识，熟悉河流的水文特性；复习水文学的基础知识，熟悉河流的水文特性；掌握水库的特征水位及其库容，了解河流规划内容；掌握水库的特征水位及其库容，了解河流规划内容；熟悉水工建筑物的类型及特点；熟悉水工建筑物的类型及特点；理解水库对周围环境的影响，熟悉水利水电工程的等理解水库对周围环境的影响，熟悉水利水电工程的等 级划分；级划分；了解水质污染物的类型及防治措施。了解水质污染物的类型及防治措施。1/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识2.1.1自然界水的循环及水量平衡自然界水的循环及水量平衡自然界的水，

2、分别存在于以下三个方面自然界的水，分别存在于以下三个方面:1）地球表面地球表面(地表水地表水)如海洋、河流、湖泊、冰川等如海洋、河流、湖泊、冰川等2）地表以下（地下水）地表以下（地下水）如暗河、暗湖、土壤岩石空隙中的水等如暗河、暗湖、土壤岩石空隙中的水等2/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识3）大气中大气中 地表的水，由于受到太阳辐射热的作用，会蒸发上升地表的水，由于受到太阳辐射热的作用，会蒸发上升到大气中，与大气中的水分一起，在一定的条件下，又凝到大气中，与大气中的水分一起，在一定的条件下，又凝结成降水（含降雨、降雪等）回到地表（含陆地、海洋、结成降水（含降雨、降雪等）回到地表（含

3、陆地、海洋、河流等）。回到地表的水，一部分又蒸发，另一部分则经河流等）。回到地表的水，一部分又蒸发，另一部分则经各级沟涧江河汇人海洋。这种周而复始地运行过程，称为各级沟涧江河汇人海洋。这种周而复始地运行过程，称为水循环。水循环。3/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识4/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识4水汽输送水汽输送1蒸发蒸发5降水降水3蒸发蒸发6降水降水8植物蒸腾植物蒸腾湖湖9地表径流地表径流10地下径流地下径流海洋海洋2蒸蒸发发7降降水水5/691.自然界的水分循环自然界的水分循环水的大循环水的大循环 水的小循环水的小循环 降雨到达地表后，一部分雨水沿地表坡面流动，

4、汇注降雨到达地表后，一部分雨水沿地表坡面流动，汇注入河道成为地面径流；另一部分雨水渗入地下，它除增加土入河道成为地面径流；另一部分雨水渗入地下，它除增加土壤含水量外，还可能有一部分水以渗流方式补给河道，形成壤含水量外，还可能有一部分水以渗流方式补给河道，形成地下径流（地面径流与地下径流之和称河川径流）；第三部地下径流（地面径流与地下径流之和称河川径流）；第三部分水又蒸发上升到大气中。分水又蒸发上升到大气中。2.1 水文学的基本知识水文学的基本知识6/69（3）凝结与降水过程）凝结与降水过程（4）地表径流、水的下渗及地下径流）地表径流、水的下渗及地下径流水循环的过程水循环的过程（1）水的蒸发作用

5、）水的蒸发作用（2）水汽流动）水汽流动2.1 水文学的基本知识水文学的基本知识7/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识 从海洋蒸发的水分中，一部分随大气运行到陆地上空，从海洋蒸发的水分中，一部分随大气运行到陆地上空，凝结成为降水而降至陆地。降至陆地的水中，一部分在陆凝结成为降水而降至陆地。降至陆地的水中，一部分在陆地上蒸发上升入大气中，另一部分则如前所述形成径流，地上蒸发上升入大气中，另一部分则如前所述形成径流，并最后又重返回至海洋。这个过程称为并最后又重返回至海洋。这个过程称为水的大循环水的大循环。局部性的水的小循环，例如：降至陆地上的水，在没局部性的水的小循环，例如：降至陆地上的水

6、，在没回到海洋之前，又被蒸发到空中，重又凝结成为降水而降回到海洋之前，又被蒸发到空中，重又凝结成为降水而降至陆地上；陆地上有一部分地区，陆上的河流并不汇人海至陆地上；陆地上有一部分地区，陆上的河流并不汇人海洋，而是汇人内陆湖泊（如青海湖水系、罗布泊水系等）。洋，而是汇人内陆湖泊（如青海湖水系、罗布泊水系等）。8/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识（2）迁移交换作用）迁移交换作用（3）平衡更新作用）平衡更新作用（4）影响塑造作用）影响塑造作用水循环的意义水循环的意义（1）联系调节作用）联系调节作用9/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识2.自然界的水量平衡自然界的水量平衡海洋的

7、水量平衡方程式为：海洋的水量平衡方程式为：陆地的水量平衡方程式为：陆地的水量平衡方程式为：地球上地球上总的蒸发量总的蒸发量与与总的降水量总的降水量的的多多年平均值年平均值是相等的是相等的 自然界（全地球）的水量平衡方程式：自然界（全地球）的水量平衡方程式：海洋、陆地的多年平均蒸发量，海洋、陆地的多年平均蒸发量，海洋、陆地的多年平均降水量海洋、陆地的多年平均降水量 汇人海洋之河川多年平均径流量汇人海洋之河川多年平均径流量 10/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识3.水文现象及水文学水文现象及水文学*自然界各种水体的变化现象称为水文现象自然界各种水体的变化现象称为水文现象*研究自然界各种

8、水体的变化规律的学科叫水文学研究自然界各种水体的变化规律的学科叫水文学 海洋水文学海洋水文学 陆地水文学陆地水文学 河川水文学河川水文学 工程水文学工程水文学 水文测验学水文测验学 水文地质学水文地质学11/69 2.1.2河流的水文特性河流的水文特性 2.1 水文学的基本知识水文学的基本知识1.河流的流域及水系河流的流域及水系 流域的气象条件流域的气象条件地形及地质条件地形及地质条件土壤植被条件土壤植被条件流域的几何特征等流域的几何特征等对河流的水文特性有着重大的影响对河流的水文特性有着重大的影响12/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识 2.河道的纵横断面河道的纵横断面 河道河道横

9、断面横断面是指垂直于河道水流方向所切取出来的断是指垂直于河道水流方向所切取出来的断面，其在河道水位以下的部分称为过水断面。面，其在河道水位以下的部分称为过水断面。沿河道纵向之最大水深线切取一断面，并将其拉直即沿河道纵向之最大水深线切取一断面，并将其拉直即得得河道纵断面。河道纵断面。河段首尾的水面高差称落差，此落差与其河段长的比河段首尾的水面高差称落差，此落差与其河段长的比值称河段的值称河段的纵比降纵比降。13/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识3.河渠的流速、流量及水位河渠的流速、流量及水位 在水利水电工程上，在水利水电工程上，常把人工水道称为渠道，常把人工水道称为渠道，而把一般的天

10、然水道称而把一般的天然水道称之为天然河道。之为天然河道。流速的一般分布规律是：近河底和河岸处较小，近河心流速的一般分布规律是：近河底和河岸处较小，近河心主流处（即河渠的中泓线处）较大。主流处（即河渠的中泓线处）较大。（1）流速）流速14/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识均匀流：均匀流时的断面平均流速均匀流：均匀流时的断面平均流速可用以下的可用以下的谢谢才公式来才公式来计计算算 C 常用下述的曼宁公式计算常用下述的曼宁公式计算 C 谢谢才系数；才系数；河渠的水面比降河渠的水面比降；水力半径，水力半径，河渠的河渠的过过水断面水断面积积，m2；湿周，即河渠横断面中与水接触的周界湿周，即河

11、渠横断面中与水接触的周界长长度，度，m；糙率，亦称糙率系数糙率，亦称糙率系数 式中式中 15/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识16/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识（2）流量及水位）流量及水位单位时间内流过某过水断面的水的体积称为单位时间内流过某过水断面的水的体积称为流量流量 常用单位为米常用单位为米3/秒秒(m3/s)流量，流量，m3/s 17/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识18/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识4.河渠的泥沙河渠的泥沙 河渠中的泥沙由于在不停的随水流下移，因此，河渠河渠中的泥沙由于在不停的随水流下移，因此，河渠存在一个固体径

12、流问题。河渠中的泥沙常被分为两类：存在一个固体径流问题。河渠中的泥沙常被分为两类：悬浮于水中者称浮沙或悬移质；沿河底滚动者称底沙或悬浮于水中者称浮沙或悬移质；沿河底滚动者称底沙或推移质。推移质。19/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识5.河川的径流河川的径流*河川径流是指在河川中流动的水流河川径流是指在河川中流动的水流*年径流量是指一年内通过河流某一横断面的水量年径流量是指一年内通过河流某一横断面的水量*年径流量接近多年平均年径流量的年份称平水年年径流量接近多年平均年径流量的年份称平水年*径流量较大和较小的年份，分别称丰水年和枯水年径流量较大和较小的年份，分别称丰水年和枯水年*丰水年

13、的径流量可达平水年的丰水年的径流量可达平水年的23倍倍*枯水年的径流量可小至平水年的枯水年的径流量可小至平水年的0.10.2倍倍 20/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识6.河流的洪水河流的洪水一次洪水的流量最大一次洪水的流量最大值值称称为为洪峰流量洪峰流量确定河川各种设计洪水的方法，是水文学的主要内容之一 21/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识2.1.3 水文统计的若干基本知识水文统计的若干基本知识1.频率频率2.重现期重现期研究暴雨及洪水时研究暴雨及洪水时 研究灌溉、发电、供水研究灌溉、发电、供水 22/692.1 水文学的基本知识水文学的基本知识3.常用的几个水文统

14、计参数常用的几个水文统计参数 1算算术术平均平均值值2加加权权平均平均值值3均方差均方差4变差系数变差系数 5偏差系数偏差系数 23/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 2.2.1河川径流调节河川径流调节 河流的来水是极为不均匀的，所以河川径流存在着一个径流调河流的来水是极为不均匀的，所以河川径流存在着一个径流调节的问题。即按人们的需要，利用水库来控制径流并重新分配径流节的问题。即按人们的需要，利用水库来控制径流并重新分配径流的问题。的问题。1.河川径流调节的类型河川径流调节的类型（1）年调节）年调节：年调节就是将洪水时期（平常称汛期）用不完的多余水量存蓄年调节就是将洪水时期（平常称汛期）

15、用不完的多余水量存蓄在水库中，待枯水期用。年内全部来水量完全按用水要求重新分配在水库中，待枯水期用。年内全部来水量完全按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节，称为完全年调节；发生弃水的年调节称而不发生弃水的径流调节，称为完全年调节；发生弃水的年调节称为不完全年调节或季调节。为不完全年调节或季调节。24/69 2.2 水水利水电规划利水电规划（2）多年调节：多年调节：（3）日调节：）日调节：多年调节是把丰水年的多余水量存蓄于水库中，待枯水年时用多年调节是把丰水年的多余水量存蓄于水库中，待枯水年时用的一种调节。多年调节由于要求的库容巨大，效益也相对较小，的一种调节。多年调节由于要求的库容巨大，效

16、益也相对较小，所以比较少见。所以比较少见。日调节是在一昼夜内把来水按需要进行重新分配的一种调节。例日调节是在一昼夜内把来水按需要进行重新分配的一种调节。例如，水力发电的用水量是随其发电量的大小而变的，因此其用水量是如，水力发电的用水量是随其发电量的大小而变的，因此其用水量是不断变化的（晚上不断变化的（晚上1212时以前是高峰，后半夜则是其低谷），对水力发时以前是高峰，后半夜则是其低谷），对水力发电来讲进行日调节常常是非常必要的。电来讲进行日调节常常是非常必要的。25/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 2.水库的特征水位及其库容水库的特征水位及其库容 26/69 2.2 水水利水电规划利水

17、电规划（1 1）水）水库库正常运用情况下，允正常运用情况下，允许库许库水消落的最低水位称水消落的最低水位称死水位死水位（)死水位以下的死水位以下的库库容称容称死死库库容容（)死死库库容不参与径流容不参与径流调节调节，其中的蓄水一般不，其中的蓄水一般不动动用。用。（2 2）水）水库库正常运用情况下，在正常运用情况下，在设计设计枯水年，枯水年，为满为满足足兴兴利要求开始供水利要求开始供水时时，水水库应库应蓄到的水位称蓄到的水位称正常蓄水位正常蓄水位，又称正常，又称正常挡挡水位或水位或设计兴设计兴利水位利水位该该水位至死水位水位至死水位间间的水的水库库深度称深度称消落深度消落深度或工作深度。或工作深

18、度。水库正常蓄水位与死水位间的库容称水库正常蓄水位与死水位间的库容称兴利库容兴利库容 或调节库容或调节库容 与多年平均年径流量之比称与多年平均年径流量之比称库库容系数容系数一般可一般可进进行年行年调节调节的水的水库库，其，其 值约为值约为0.080.30。27/69 2.2 水水利水电规划利水电规划（3）水库在汛期，允许兴利蓄水的上限水位，称）水库在汛期，允许兴利蓄水的上限水位，称防洪限制水位防洪限制水位 对汛期的不同时期，可以根据洪水特性和防洪要求的不同，对汛期的不同时期，可以根据洪水特性和防洪要求的不同，规定出不同的防洪限制水位。规定出不同的防洪限制水位。对于有防洪要求的水库，一般防洪限制

19、水位低于正常蓄水位，对于有防洪要求的水库，一般防洪限制水位低于正常蓄水位，其间的库容是兼作兴利和防洪用的其间的库容是兼作兴利和防洪用的共用库容共用库容（4）遇水库下游防洪对象的设计洪水时，水库应拦蓄洪水以减小下泄流量）遇水库下游防洪对象的设计洪水时，水库应拦蓄洪水以减小下泄流量 这时水库中的最高蓄水位，称为这时水库中的最高蓄水位，称为防洪高水位防洪高水位 该水位与防洪限制水位间的库容称为该水位与防洪限制水位间的库容称为防洪库容防洪库容 V防洪防洪 28/69 2.2 水水利水电规划利水电规划（5）遇拦河坝的设计洪水和校核洪水时，水库中的相应最高蓄水位，）遇拦河坝的设计洪水和校核洪水时，水库中的

20、相应最高蓄水位，称为称为设计洪水位设计洪水位5 和校核洪水位和校核洪水位6 它们与防洪限制水位间的库容，分别称为它们与防洪限制水位间的库容，分别称为拦洪库容拦洪库容 V拦拦 和和调洪库容调洪库容 V调洪调洪（6）校核洪水位以下的全部静库容称为）校核洪水位以下的全部静库容称为总库容总库容 V总总 总库容是确定工程重要性及总库容是确定工程重要性及工程规模等级工程规模等级的重要指标的重要指标 总库容与死库容总库容与死库容之差称有效库容之差称有效库容V效效29/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 30/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 3.水库的动库容水库的动库容静库容静库容是假定库水面为水

21、平时所算得的库容是假定库水面为水平时所算得的库容 水库水面由坝址起沿流上溯呈回水曲线，越向上游水面越上翘，水库水面由坝址起沿流上溯呈回水曲线，越向上游水面越上翘，直至与河道天然水面平顺相切交为止直至与河道天然水面平顺相切交为止 某一坝前水位所相应的库容（即某一坝前水位所相应的库容（即动库容动库容）为上述静库容与相应）为上述静库容与相应附加容积之和。对于较小的山谷水库，较大洪水时，由于回水所形附加容积之和。对于较小的山谷水库，较大洪水时，由于回水所形成的这种附加容积将是很显著的。成的这种附加容积将是很显著的。31/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 2.2.2 河流规划河流规划1.开发治理方

22、针和任务的确定开发治理方针和任务的确定欲确定拟规划河流的开发治理方针和任务，首先应通过广泛地调查研究，欲确定拟规划河流的开发治理方针和任务，首先应通过广泛地调查研究，查明流域的自然情况和社会经济情况，以摸清流域特点和国民经济各部门查明流域的自然情况和社会经济情况，以摸清流域特点和国民经济各部门对开发治理该河流的要求，然后才能提出并研究确定编制河流流域规划的对开发治理该河流的要求，然后才能提出并研究确定编制河流流域规划的方针和任务。方针和任务。（1）对水土流失严重的干旱地区（例如黄土高原）的中小河流，应以水）对水土流失严重的干旱地区（例如黄土高原）的中小河流，应以水土保持和发展灌溉为重点，兼顾防

23、洪、发电、渔业、供水，同时对治涝土保持和发展灌溉为重点，兼顾防洪、发电、渔业、供水，同时对治涝防碱、航运等也应结合给以考虑。防碱、航运等也应结合给以考虑。32/69 2.2 水水利水电规划利水电规划（2）对山低坡缓、耕地连片、土地潜力大，但水源缺乏的丘陵山区的河流，）对山低坡缓、耕地连片、土地潜力大，但水源缺乏的丘陵山区的河流，应以灌溉为主进行开发：兴建水库蓄水、塘库连串，以充分利用当地径流，应以灌溉为主进行开发：兴建水库蓄水、塘库连串，以充分利用当地径流，或兼由邻近流域引水以补充本流域水源不足的问题；此外，还应因地制宜或兼由邻近流域引水以补充本流域水源不足的问题；此外，还应因地制宜地开展机电

24、提灌，以解决地势较高区农田的用水问题。地开展机电提灌，以解决地势较高区农田的用水问题。（3）对山高坡陡、河谷窄狭、耕地稀少、落差集中的上游河段，应以发）对山高坡陡、河谷窄狭、耕地稀少、落差集中的上游河段，应以发电为主：一方面利用天然落差大的优势，多建引水式中小型水电站；另一电为主：一方面利用天然落差大的优势，多建引水式中小型水电站；另一方面要选择合宜地点建库发电，以同时收到加大水库以下各引水式电站发方面要选择合宜地点建库发电，以同时收到加大水库以下各引水式电站发电量和解决水库下游的防洪、灌溉、航运、供水等问题的效益。电量和解决水库下游的防洪、灌溉、航运、供水等问题的效益。（4）对于平原地区的河

25、流，应以防洪、治涝防碱、航运为重点，兼顾灌）对于平原地区的河流，应以防洪、治涝防碱、航运为重点，兼顾灌溉、供水、渔业等方面的要求。溉、供水、渔业等方面的要求。33/69 2.2 水水利水电规划利水电规划 2.制定综合利用规划方案制定综合利用规划方案这种规划方案，从范围来看，包括全流域各部位、各阶段除害兴利的工程这种规划方案，从范围来看，包括全流域各部位、各阶段除害兴利的工程措施规划；从专业来看，包括防洪、治涝、灌溉、水土保持、水力发电、供措施规划；从专业来看，包括防洪、治涝、灌溉、水土保持、水力发电、供水、航运、渔业、环境保护等的规划；从时间来看，包括近期和远景规划。水、航运、渔业、环境保护等

26、的规划；从时间来看，包括近期和远景规划。因此综合利用规划涉及的内容是广泛而复杂的，一般在制定规划时应注意遵因此综合利用规划涉及的内容是广泛而复杂的，一般在制定规划时应注意遵循下述原则。循下述原则。（1）对流域的治理和开发，一定要综合利用、综合治理、综合平衡。力求）对流域的治理和开发，一定要综合利用、综合治理、综合平衡。力求做到水利、动能和土地资源的综合利用，而且还要力求使每一项工程措施做到水利、动能和土地资源的综合利用，而且还要力求使每一项工程措施也要综合利用；综合治理是指治山、治水、治沙、治碱等的统一考虑，合也要综合利用；综合治理是指治山、治水、治沙、治碱等的统一考虑，合理解决，此外还应注意

27、上中下游统一考虑，大中小工程相结合的问题；综理解决，此外还应注意上中下游统一考虑，大中小工程相结合的问题；综合平衡是指力争做到建筑材料、资金、设备和劳动力的需要与可能之间的合平衡是指力争做到建筑材料、资金、设备和劳动力的需要与可能之间的综合平衡，以求达到耗费小、效益大、经济效果好。综合平衡，以求达到耗费小、效益大、经济效果好。34/69 2.2 水水利水电规划利水电规划（2）妥善协调各部门的不同要求。这是规划中的棘手问题。要求各有）妥善协调各部门的不同要求。这是规划中的棘手问题。要求各有关部门要有全局观念，规划要明确轻重缓急，以力求使国民经济总的效关部门要有全局观念，规划要明确轻重缓急，以力求

28、使国民经济总的效益最大为原则。益最大为原则。（3）在拟定规划时，要有发展的观点。不仅要看到目前的经济形势，）在拟定规划时，要有发展的观点。不仅要看到目前的经济形势，还应预计到将来经济发展的需要。此外，还应看到邻近其它流域国民还应预计到将来经济发展的需要。此外，还应看到邻近其它流域国民经济发展的要求。经济发展的要求。（4）在流域规划中，一般应以小型工程为基础，大中型工程为骨干。）在流域规划中，一般应以小型工程为基础，大中型工程为骨干。在河流上中下游及其主要支流上，一般应因地制宜地安排若干大中型在河流上中下游及其主要支流上，一般应因地制宜地安排若干大中型工程作为控制性的工程，综合解决防洪、发电、灌

29、溉、航运、供水等工程作为控制性的工程，综合解决防洪、发电、灌溉、航运、供水等方面的问题。方面的问题。35/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 2.3.1水工建筑物的类型水工建筑物的类型水利水电工程中，通常需要修建一些建筑物，用来挡水、水利水电工程中，通常需要修建一些建筑物，用来挡水、泄水、输水、排沙等，以便达到防洪、灌溉、发电、供水、泄水、输水、排沙等，以便达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等的目的。这些建筑物称为航运等的目的。这些建筑物称为水工建筑物水工建筑物。水工建筑物依其作用的不同，可以分为：水工建筑物依其作用的不同，可以分为：一般性的一般性的水工建筑物水工建筑物，这是指服务于水利事业若干

30、个部门的一类，这是指服务于水利事业若干个部门的一类建筑物；建筑物；专门性的水工建筑物专门性的水工建筑物，这是指服务于水利事，这是指服务于水利事业少数一两个部门的一类建筑物，例如专为发电用的调业少数一两个部门的一类建筑物，例如专为发电用的调压井等。压井等。36/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 1.档水建筑物档水建筑物（1）坝：）坝：坝是一种坝是一种垂直于水流方向拦挡水垂直于水流方向拦挡水流的建筑物，因此亦常流的建筑物，因此亦常称为拦河坝。它是水利称为拦河坝。它是水利水电工程中用的较多、水电工程中用的较多、造价也较高的一种建筑造价也较高的一种建筑物。坝又常分为以下几物。坝又常分为以下几类。类。

31、37/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 1）按筑坝材料来分有）按筑坝材料来分有 当地材料坝，包括土坝、堆石坝、干砌石坝、土石混合坝等当地材料坝，包括土坝、堆石坝、干砌石坝、土石混合坝等 非当地材料坝，包括混凝土坝、钢筋混凝土坝、浆砌石坝、橡胶非当地材料坝，包括混凝土坝、钢筋混凝土坝、浆砌石坝、橡胶 坝等坝等 2）按坝的构造特征来分有）按坝的构造特征来分有 重力坝，这是靠自重来维持稳定的一种坝重力坝，这是靠自重来维持稳定的一种坝 拱坝，这是靠拱形的坝身、把巨大的水平水压力传至河谷两岸的拱坝，这是靠拱形的坝身、把巨大的水平水压力传至河谷两岸的 一种坝一种坝 支墩坝，这是把水压力经过挡水面板传至支

32、墩，而后再传至支墩坝，这是把水压力经过挡水面板传至支墩，而后再传至 地基的一种坝，如平板坝、连拱坝、大头坝等地基的一种坝，如平板坝、连拱坝、大头坝等 混合结构坝，属于这一种的有拱形重力坝等混合结构坝，属于这一种的有拱形重力坝等 38/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 39/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 图片名称：猫跳河红岩水电站图片名称：猫跳河红岩水电站电站地点：贵州修文电站地点：贵州修文所在河流：猫跳河所在河流：猫跳河所在水系：长江水系所在水系：长江水系主要坝型：双曲拱坝主要坝型：双曲拱坝坝顶高程：坝顶高程：890890米米最大坝高：最大坝高：6060米米猫跳河红岩水电站猫跳河红岩水

33、电站40/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 3）按坝顶是否过水来分有）按坝顶是否过水来分有 溢流坝，又称滚水坝溢流坝，又称滚水坝 非溢流坝。非溢流坝。4）按坝的任务来分有）按坝的任务来分有蓄水坝，其主要任务是形成水库以便拦蓄径流蓄水坝，其主要任务是形成水库以便拦蓄径流 引水坝，亦常称为引水坝，亦常称为壅壅水坝，其主要任务是抬高水位以便水坝，其主要任务是抬高水位以便 引取河水（或改善航道）。引取河水（或改善航道）。41/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 4）按坝的任务来分有）按坝的任务来分有 蓄水坝，其主要任务是形成水库以便拦蓄径流蓄水坝，其主要任务是形成水库以便拦蓄径流 引水坝，亦常称为引

34、水坝，亦常称为壅壅水坝，其主要任务是抬高水位以便水坝，其主要任务是抬高水位以便 引取河水（或改善航道）。引取河水（或改善航道）。42/69 2.3 水水工建筑物工建筑物(2)水闸水闸水闸是一种主要靠其闸门来挡水的建筑物，常简称为水闸是一种主要靠其闸门来挡水的建筑物，常简称为闸，也有称之为活动坝的。水闸又常分为以下几种类型。闸，也有称之为活动坝的。水闸又常分为以下几种类型。（1）按泄水条件来分有：单向泄水闸、可逆泄水闸；）按泄水条件来分有：单向泄水闸、可逆泄水闸；（2）按闸的任务来分有：蓄水闸、引水闸、进水闸、分洪闸、节制）按闸的任务来分有：蓄水闸、引水闸、进水闸、分洪闸、节制闸、排水闸、退水闸

35、、挡潮闸等。闸、排水闸、退水闸、挡潮闸等。(3)堤堤堤是指平行于水流方向挡水的一种建筑物。修建在湖边防堤是指平行于水流方向挡水的一种建筑物。修建在湖边防止湖水漫溢的叫湖堤；修建在海边和河口两岸防止土地被潮止湖水漫溢的叫湖堤；修建在海边和河口两岸防止土地被潮水淹没的叫海塘。水淹没的叫海塘。43/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 2.泄水建筑物泄水建筑物 泄水建筑物是泄水建筑物是用来宣泄水库、渠用来宣泄水库、渠道、前池等中之多道、前池等中之多余水量，以保证其余水量，以保证其安全的一类建筑物。安全的一类建筑物。例如河岸式溢洪道、例如河岸式溢洪道、泄洪隧洞等。泄洪隧洞等。小浪底泄水小浪底泄水44/6

36、9 2.3 水水工建筑物工建筑物 3.输水建筑物输水建筑物输水建筑物是用以输水建筑物是用以把水从一处输引到另把水从一处输引到另一处的一类建筑物。一处的一类建筑物。例如引水隧洞、放水例如引水隧洞、放水涵管、渠道及渠系建涵管、渠道及渠系建筑物等。筑物等。拱式渡槽拱式渡槽45/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 4.取水建筑物取水建筑物 取水建筑物亦常称引水建筑物。因其常位于渠道的首部，取水建筑物亦常称引水建筑物。因其常位于渠道的首部，故也常称渠首建筑物或进水口。它是一种把水库、河渠、湖故也常称渠首建筑物或进水口。它是一种把水库、河渠、湖泊等与输水建筑物联系起来的一类建筑物。例如取水塔、渠泊等与输水

37、建筑物联系起来的一类建筑物。例如取水塔、渠首进水闸及冲沙闸等首进水闸及冲沙闸等。5.整治建筑物整治建筑物 整治建筑物是用以改善水流条件、保护岸坡及其他建筑物整治建筑物是用以改善水流条件、保护岸坡及其他建筑物安全的一类建筑物。例如顺坝、丁坝、护底等。安全的一类建筑物。例如顺坝、丁坝、护底等。46/69 2.3 水水工建筑物工建筑物 有些水工建筑物所起的作用并不是单一的。例如，溢流坝既是有些水工建筑物所起的作用并不是单一的。例如，溢流坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，水闸既可以挡水又可以泄水还可以用挡水建筑物又是泄水建筑物，水闸既可以挡水又可以泄水还可以用作取水。作取水。2.3.2水工建筑物的特点水

38、工建筑物的特点（1）较高的挡水建筑物承受着巨大的水平推力和向上作用的）较高的挡水建筑物承受着巨大的水平推力和向上作用的扬压力的作用。因此，要求这类水工建筑物应具有相应的抗扬压力的作用。因此，要求这类水工建筑物应具有相应的抗推能力和抗浮能力。推能力和抗浮能力。（2）由于建筑物上下游或内外有水位差，所以在地基和建）由于建筑物上下游或内外有水位差，所以在地基和建筑物内部，将产生渗透水流，并因此而产生渗透压力和渗透筑物内部，将产生渗透水流，并因此而产生渗透压力和渗透变形（包括溶蚀、管涌、流土等）。变形（包括溶蚀、管涌、流土等）。47/69（5）水工建筑物的基础很多都是位于地下水位以下的，因此）水工建筑

39、物的基础很多都是位于地下水位以下的，因此其基坑开挖常常是比较困难的，特别是需要开挖地下水位以下其基坑开挖常常是比较困难的，特别是需要开挖地下水位以下的均匀砂层时。的均匀砂层时。（6）水工建筑物的工程量大都比较浩大）水工建筑物的工程量大都比较浩大（4）必须要进行施工导流（即让河水临时改道）才能进行）必须要进行施工导流（即让河水临时改道）才能进行河道水下部分的施工。河道水下部分的施工。（3）通过水工建筑物的水流，具有巨大的能量。）通过水工建筑物的水流，具有巨大的能量。例如，水位差例如，水位差50m 2.3 水水工建筑物工建筑物 48/69（7）水工建筑物的型式、尺寸和工作条件，与建筑物所在地区）水

40、工建筑物的型式、尺寸和工作条件，与建筑物所在地区的地形、地质、水文和运用条件等有着密切的关系的地形、地质、水文和运用条件等有着密切的关系（8）由于水工建筑物，特别是大中型的挡水建筑物，施加给地基以巨）由于水工建筑物，特别是大中型的挡水建筑物，施加给地基以巨大的荷载（水库的水压力甚至大到可以诱发地震），而且还伴有水的大的荷载（水库的水压力甚至大到可以诱发地震），而且还伴有水的不利作用（渗透等），所以一般都要求进行大量的地质勘探工作不利作用（渗透等），所以一般都要求进行大量的地质勘探工作（9）水工建筑物大多是空间块体结构）水工建筑物大多是空间块体结构（10）混凝土和浆砌石的水工建筑物，由于水泥水化

41、发热等将引起）混凝土和浆砌石的水工建筑物，由于水泥水化发热等将引起温度应力温度应力（11）水工建筑物大多工程量大、工期长）水工建筑物大多工程量大、工期长 2.3 水水工建筑物工建筑物 49/69 2.4 水水工建筑物工建筑物（12）其它几个特点：）其它几个特点：1）水工建筑物受有风浪和冰的作用；）水工建筑物受有风浪和冰的作用；2）地震时水工建筑物将受到地震水荷载和地震土荷载及地震惯性）地震时水工建筑物将受到地震水荷载和地震土荷载及地震惯性力等的作用；力等的作用；3）渗水会溶滤混凝土中的游离石灰质及地基岩体中的可溶盐，导）渗水会溶滤混凝土中的游离石灰质及地基岩体中的可溶盐，导致降低它们的力学性能

42、和抗渗抗冻性能；致降低它们的力学性能和抗渗抗冻性能；4）混凝土和岩石会遭到冻融循环的作用，而降低强度或遭受破坏；）混凝土和岩石会遭到冻融循环的作用，而降低强度或遭受破坏；5）水对金属和木材有腐蚀作用。有些水对混凝土也有破坏作用。）水对金属和木材有腐蚀作用。有些水对混凝土也有破坏作用。50/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 2.5.1水利枢纽及其特性水利枢纽及其特性 水利枢纽依其主要功用来分，有蓄水枢纽、取水枢纽等；水利枢纽依其主要功用来分，有蓄水枢纽、取水枢纽等；依其主要服务部门来分，有发电枢纽、灌溉取水枢纽、综合利用水利枢纽依其主要服务部门来分，有发电枢纽、灌溉取水枢纽、综合利用水利枢纽 依其

43、拦河坝建筑材料的不同来分，有当地材料坝枢纽和非当地材料坝枢纽依其拦河坝建筑材料的不同来分，有当地材料坝枢纽和非当地材料坝枢纽 依其水头的大小来分，有高、中、低水头水利枢纽依其水头的大小来分，有高、中、低水头水利枢纽为了综合利用水利资源，常常需要把几种不同类型的水工建为了综合利用水利资源，常常需要把几种不同类型的水工建筑物修建在一起，协同工作，用来控制水流（兼收经济及施工筑物修建在一起，协同工作，用来控制水流（兼收经济及施工和管理之便），这些水工建筑物的综合体称为和管理之便），这些水工建筑物的综合体称为水利枢纽水利枢纽。51/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 2.5.2水库对周围环境的影响水库对周

44、围环境的影响1.库岸的崩落和滑塌库岸的崩落和滑塌 水库蓄水后，抬高了河道水位和地下水位，易使库水库蓄水后，抬高了河道水位和地下水位，易使库岸充水饱和，特别是若又时逢连阴雨或库水位骤然较大岸充水饱和，特别是若又时逢连阴雨或库水位骤然较大幅度降落时，常会发生库岸崩落和滑塌现象。这一方面幅度降落时，常会发生库岸崩落和滑塌现象。这一方面毁坏了两岸农田及建筑物，另一方面岩土滑落在水库内毁坏了两岸农田及建筑物，另一方面岩土滑落在水库内也减小了库容。也减小了库容。52/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 意大利意大利1961年建成了一座坝高年建成了一座坝高262m的瓦依昂拱坝（库容的瓦依昂拱坝（库容 1.69亿

45、亿m3）。）。1963年时，由于库岸发生大滑坡，致在不到一分钟年时，由于库岸发生大滑坡，致在不到一分钟内有近内有近3亿亿m3的土石方涌人库内，使大量库水挤出漫坝。倾泻而的土石方涌人库内，使大量库水挤出漫坝。倾泻而下的水体，以约下的水体，以约 150米的浪高冲向下游，致使下游的几个小市镇米的浪高冲向下游，致使下游的几个小市镇在七分钟内遭到了毁灭性的破坏。在七分钟内遭到了毁灭性的破坏。2.水库的淤积水库的淤积 河川水流流入水库后，流速逐渐减小，水流挟带的泥沙便由粗河川水流流入水库后，流速逐渐减小，水流挟带的泥沙便由粗到细地逐渐沉积于库中（库首沉积的为较粗的泥沙）。到细地逐渐沉积于库中（库首沉积的为

46、较粗的泥沙）。黄河三门峡水库，建成蓄水运用不几年，潼关处的河床便被淤黄河三门峡水库，建成蓄水运用不几年，潼关处的河床便被淤积抬高了积抬高了5.5m,使陕西关中受到了很大的危害，并波及了西安市。使陕西关中受到了很大的危害，并波及了西安市。53/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 多沙河流上，水库的淤积速度是很快的。对于这类水库，不能采用常多沙河流上，水库的淤积速度是很快的。对于这类水库，不能采用常规的规的“拦蓄洪水拦蓄洪水”运用方式。应该采用运用方式。应该采用“蓄清排浑蓄清排浑”的水沙调节运用方的水沙调节运用方式，其要点是：式，其要点是：(1)利用河流来水过程线与来沙过程线不一致的特性，采用避开沙峰

47、期来利用河流来水过程线与来沙过程线不一致的特性，采用避开沙峰期来拦蓄洪水的运用方式。拦蓄洪水的运用方式。(2)利用异重流排沙。这是在水库已蓄水情况下，河道来洪水时的一种排利用异重流排沙。这是在水库已蓄水情况下，河道来洪水时的一种排沙方法。沙方法。(3)高渠泄水拉淤。高渠泄水拉淤。54/69 2.5 水利枢纽水利枢纽(1)大型水库就是一座人工湖。大型水库就是一座人工湖。可以改善周围地区的航运、灌溉、可以改善周围地区的航运、灌溉、渔业、供水等条件，还可以美化周围的环境，调节当地的气候条件，促渔业、供水等条件，还可以美化周围的环境，调节当地的气候条件，促使其发展为旅游胜地和鱼米之乡。使其发展为旅游胜

48、地和鱼米之乡。3.水库对上游的其它影响水库对上游的其它影响(2)水库蓄水后，将会直接淹没位于库区内的农田、矿藏、水库蓄水后，将会直接淹没位于库区内的农田、矿藏、森林森林(3)修建水库可以显著地抬高该处的河床水位及地下水位。修建水库可以显著地抬高该处的河床水位及地下水位。地下水位的抬高将可能引起森林死亡、农作物受涝、农田发生沼泽化或地下水位的抬高将可能引起森林死亡、农作物受涝、农田发生沼泽化或盐碱化，形成塌岸，影响已有建筑物的沉陷，使矿井积水、破坏古迹等。盐碱化，形成塌岸，影响已有建筑物的沉陷，使矿井积水、破坏古迹等。(4)水库沿岸以及回水边缘地带，如果有可能形成广阔的水库沿岸以及回水边缘地带，

49、如果有可能形成广阔的1.5m水深以下的浅水区和死水区时，则将恶化那里的卫生防疫条件水深以下的浅水区和死水区时，则将恶化那里的卫生防疫条件 55/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 5.水库对下游的其它影响水库对下游的其它影响(1)水库建成后，下游可以收到减小洪水、改善航运、发展灌溉水库建成后，下游可以收到减小洪水、改善航运、发展灌溉(2)在电力系统中，担负峰荷的大型水电站，其下泄流量变化较大在电力系统中，担负峰荷的大型水电站，其下泄流量变化较大(3)水库下泄水流有可能存在折冲水流现象，这将会危及下游河岸的安全水库下泄水流有可能存在折冲水流现象，这将会危及下游河岸的安全(4)由南向北流的那些我国北方

50、的河段，由南向北流的那些我国北方的河段，可能形成冰坝或冰塞，阻碍河水可能形成冰坝或冰塞，阻碍河水下泄，抬高河床水位造成凌汛。下泄，抬高河床水位造成凌汛。(5)建库后一旦垮坝，下泄的溃坝流量将是很大建库后一旦垮坝，下泄的溃坝流量将是很大 56/69 2.5 水利枢纽水利枢纽 5.其它其它水库在开始蓄水前，除应做好迁出移民、厂矿企业及水库在开始蓄水前，除应做好迁出移民、厂矿企业及预定的文物古迹等外，尚应做好下列清理工作。预定的文物古迹等外，尚应做好下列清理工作。(1)清理会污染库水的物质，例如可溶盐矿、屠宰场、患炭疽病的清理会污染库水的物质，例如可溶盐矿、屠宰场、患炭疽病的牲畜埋葬场、化工厂和医院