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1、水利水电工程概论,第2章 水利工程及水工建筑物,2.1 水利工程,水利工程：是指对自然界的“水”进行控制和调配，以达到兴利除害目的而修建的工程。 水利工程意义：人类可以利用的水资源是有限的，且受气候影响，水资源在时间和空间上分布不均匀。 不同地区：内陆干旱少雨，东南沿海雨水充沛。 同一地区：汛期集中了全年雨量的60%80%。 水量偏多造成洪涝；偏少造成干旱等自然灾害。 因此必须认识水资源的变化规律，根据水资源的时、空分布特点，修建必要的水利工程，使水资源得到合理开发、利用和保护。,水利工程的分类 水利工程按其服务对象（或承担的任务）可分为： 防止洪水灾害的防洪工程；为农业生产服务的农田水利工程
2、；将水能转化为电能的水力发电工程；为水运服务的航道与港口工程；为工业和生活用水及排泄、处理废水和雨水服务的城镇供水及城镇排水工程，等等。 一项工程兼有几种任务的，称为综合利用水利工程。很多大型水利工程，如著名的长江三峡工程，就是一座具有防洪、发电、航运、灌溉、供水等巨大综合利用效益的特大型水利工程。,三峡工程,2.1.2中国水利工程建设的成就,水利工程建设 中国是最早修建水利工程的国家之一 4000年前的大禹治水，至今仍在使用的长达1800km的黄河大堤 公元前250年，四川灌县修建的都江堰防洪灌溉工程 京杭大运河700多年前（公元4851292年）全线通航，纵贯祖国南北，长达1794km,都
3、江堰水利工程 鱼嘴分洪、飞沙堰泄洪排沙、宝瓶口引水 是世界上现存历史最长的无坝引水工程，至今仍有巨大的效益，被誉为“世界水利文化的鼻祖”。,解放后：水利建设迅速发展 初步控制了一般性的洪涝灾害，如：黄河从19111946年的36年间，花园口发生1万m3/s以上的洪水8次，有7次决口泛滥成灾，而在建国后50年间发生1万m3/s以上的洪水15次，却没有一次决口（建小浪底后，黄河下游泥沙淤积变化）。 初步建立一个综合性的防洪体系，如：修建水库近9万座；修筑土堤1000亿m3 （折合成1m3土堤，可绕地球2500圈）。 农田灌溉和城市供水得到较大的发展。,新中国水利建设成就概要（可概括为7个方面）：
4、1.新建、整修了堤防、水库、水闸、分洪区、灌区等大量的水利工程，用于防洪、灌溉、供水等。 2.有效治理了黄河、淮河、海河的洪涝灾害，解决了几千年来都没有解决的问题。 3.修建了若干大型水利工程和高坝。如长江三峡水利枢纽是世界上最大的水利工程，一些高坝在世界上名列前茅或居于首位。,4.水电开发得到很大发展。2006年水电装机总容量1.28亿kW。水电设备制造、安装取得很大进步。 5.建设了若干大规模调水工程。跨流域的南水北调工程已开工。 6.制定和完善了水利水电建设的法律、法规、规程、规范和建设计划。 7.培养和建成了一支素质可靠的水利水电建设事业的队伍，包括勘测、设计、施工、管理、科研、教学等
5、各个分支。,我国几座典型高坝,我国几座典型高坝如下表。,三峡工程,锦屏一级拱坝,糯扎渡心墙堆石坝,两河口心墙堆石坝,水力发电工程建设 水力发电优点 利用循环资源 不污染资源 成本低 水电开发情况 水电装机总容量约占电力的1/41/5 水能资源的开发利用率8 以每年500万kW的速度递增 水电开发前景广阔 如三峡工程，装机1820万kW，年发电量846.8亿kWh，相当于10座装机200万kW的大型火电站和一座年产5000万t原煤的特大型煤矿。,2.1.3 现代水利工程建设与发展(11个较突出的方面) 1.世界大型水库 库容在1000亿m3 以上的大水库有7座。 2.已建和在建的各类型最高坝 详
6、见表1-1。 最高的混凝土重力坝285m（瑞士）； 最高的土石坝300m（塔吉克斯坦）； 最高混凝土拱坝305m、最高的碾压混凝土重力坝216.5m、最高的碾压混凝土拱坝132m、最高的混凝土面板堆石坝233m（均在中国）。,3.碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝，发展很快，是有发展潜力的两种坝型。 4.水电站规模。巴西巴拉圭合建的伊泰普水电站设计装机容量达1260万kW，我国三峡水电站设计装机容量达2240万kW。 5.泄洪建筑物的总泄流量与单宽泄流量。葛洲坝水利枢纽总泄洪流量达到110000m3/s。单宽泄流量已经超过300m3/s。 6.在峡谷河段、高地应力区、强地震区建设高水头、长引水隧洞
7、、大型地下厂房的水电站枢纽。,7.出现了高度机械化的隧洞掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM），为大型地下工程和长隧道开挖提供了有力的施工手段。 8.地基防渗处理方面。最深的地基混凝土防渗墙达131m（加拿大马尼克3级坝）;最深的灌浆防渗帷幕达110m。 9.处理软弱夹层和加固大坝、边坡，广泛采用了预应力锚索加固技术。,10.大坝抗震分析与设计。采用计算机和有限元法，已经从拟静力法分析进入动力分析阶段，并能考虑结构、地基、库水之间的相互作用。模型试验和原型观测也有相应的发展。 11.计算机在水利水电工程建设中得到广泛应用。,我国水利水电建设应走可持续发展之路 （我国水利水
8、电建设的原则） 自行阅读、仅供参考和思考。 1.全面规划，统筹兼顾，标本兼治，综合治理 2.节流优先，治污为本，开源节流并重，开发保护并举，建设节水型社会 3.建设水资源“南水北调”和“西电东送”工程 4.加强生态环境建设，合理安排生态环境用水 5.加强水资源统一管理，形成水资源合理配置的格局,2.2 水利枢纽及水工建筑物,水工建筑物：为了满足防洪、发电、灌溉、供水等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，这些建筑物统称水工建筑物。 水利枢纽：由不同的水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。,2.2.3 水工建筑物的分类,水工建筑物按其作用可以分为六类。 挡水建筑物 用以拦截江河，形
9、成水库或壅高水位，如：各种坝和水闸 为抗御洪水或挡潮，沿江河、海岸修建的堤防、海塘等,佛子岭水电站大坝全景,东北丰满重力坝,泄水建筑物。用以宣泄多余水量、排放泥沙和冰凌或为人防、检修而放空水库、渠道等，以保证坝和其它建筑物的安全。水利枢纽中的泄水建筑物可以与坝体结合在一起，如：各种溢流坝、坝身泄水孔；也可设在坝体以外，如：各式岸边溢洪道和泄水隧洞等。,糯扎渡水利枢纽,溢洪道,泄洪洞,输（引）水建筑物。为发电、灌溉和供水的需要从上游向下游输（引）水用的建筑物，如：引水隧洞、引水渠道、引水涵管、渡槽和倒虹吸等。,糯扎渡水利枢纽,取水建筑物。是输水建筑物的首部建筑，即引水隧洞等的进水口段。如：各种用
10、水部门的进水塔，水电站的坝上进水口、灌溉渠首和城市供水用的进水闸、进水井和扬水站等。 整治建筑物。用以改善河道的水流条件，调整水流对河床及河岸的作用；同时，也为水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷而修建的建筑物。如：丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。 专门建筑物。为发电、灌溉、过坝需要而兴建的建筑物，如：专为发电用的沉沙池、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的冲沙闸；以及为过坝用的通航船闸、升船机、鱼道和过木道等建筑物。,2.2.4 水工建筑物的特点,水利工程的特点 水利工程与一般土建工程相比，除了显而易见的工程量大、投资多、工期长这些特点，还具有如下几个特点。 工作条件复杂：水文条件各不
11、相同；地质条件复杂；荷载条件复杂 施工难度大： 解决施工导流；工程进度紧迫；施工技术复杂，如大体积混凝土温控；地下、水下工程多；交通运输困难，如高山峡谷地区 效益大，对环境影响也大： 防洪、发电、养殖、美化环境；需要移民和迁建；对生态平衡产生影响；可能诱发地震,失事后果严重：1975年板桥、石漫滩两座水库垮坝，京广铁路中断，死亡达9万人；1993年青海沟后水库垮坝，死亡320余人。,水利枢纽及水工建筑物分等分级 根据工程项目的规模、效益及其在国民经济中的重要性将其分等；然后，再根据枢纽中各水工建筑物的作用大小及重要性，对建筑物进行分级。 不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术
12、方面的要求则有所不同,2.3 水利枢纽的分等和分级水工建筑物的,水利水电工程分等指标,根据重要性对水工建筑物分级 主要建筑物、次要；永久和临时建筑 永久水工建筑物级别,临时性水工建筑物级别,不同级别的水工建筑物在安全系数、洪水标准、安全超高等技术方面的要求则有所不同 不同级别的水工建筑物在以下几个方面应有不同的要求： （1）抗御洪水能力：如建筑物的设计洪水标准、坝（闸）顶安全超高等。 （2）稳定性及控制强度：如建筑物的抗滑稳定强度安全系数，混凝土材料的变形及裂缝的控制要求等。 （3）建筑材料的选用：如不同级别的水工建筑物中选用材料的品种、质量、标号及耐久性等。 （4）运行可靠性。,水工大坝安全
13、加高,水工建筑物的安全加高： 对永久性的挡水建筑物、堤防工程和不允许过水的临时性挡水建筑物，确定其顶高程时，在各种运用情况静水位上加波浪高后，还须考虑安全加高，以确保其自身安全。,围堰堰顶高程计算,2.4水利工程建设程序 1.项目建议书阶段； 2.可行性研究报告阶段； 3.初步设计阶段； 4.施工准备阶段 ； 5.建设实施阶段 ； 6.生产准备阶段 ； 7.竣工验收； 8.后评价,项目建议书阶段任务 1、项目建议书应根据国民经济和社会发展长远规划、流域综合规划、区域综合规划、专业规划，按照国家产业政策和国家有关投资建设方针进行编制，是对拟进行建设项目的初步说明。 2、项目建议书编制一般由政府委
14、托有相应资格的设计单位承担；并按国家现行规定权限向主管部门申报审批。项目建议书被批准后，由政府向社会公布，若有投资建设意向，应及时组建项目法人筹备机构，开展下一建设程序工作。,可行性研究报告阶段 (设计估算） 1、可行性研究应对项目进行方案比较，在技术上是否可行和经济上是否合理进行科学的分析和论证。经过批准的可行性研究报告，是项目决策和进行初步设计的依据。可行性研究报告，由项目法人（或筹备机构）组织编制。 2、可行性研究报告，按国家现行规定的审批权限报批。申报项目可行性研究报告，必须同时提出项目法人组建方案及运行机制、资金筹措方案、资金结构及回收资金的办法，并依照有关规定附具有管辖权的水行政主
15、管部门或流域机构签署的规划同意书、对取水许可预申请的书面审查意见。审批部门要委托有项目相应资格的工程咨询机构对可行性报告进行评估，并综合行业归口主管部门、投资机构（公司）、项目法人（或项目法人筹备机构）等方面的意见进行审批。 3、可行性研究报告经批准后，不得随意修改和变更，在主要内容上有重要变动，应经原批准机关复审同意。项目可行性报告批准后，应正式成立项目法人，并按项目法人责任制实行项目管理。,初步设计阶段 （设计概算） 1、初步设计是根据批准的可行性研究报告和必要而准确的设计资料，对设计对象进行通盘研究，阐明拟建工程在技术上的可行性和经济上的合理性，规定项目的各项基本技术参数，编制项目的总概
16、算。初步设计任务应择优选择有项目相应资格的设计单位承担，依照有关初步设计编制规定进行编制。 2、初步设计文件报批前，一般须由项目法人委托有相应资格的工程咨询机构或组织行业各方面（包括管理、设计、施工、咨询等方面）的专家，对初步设计中的重大问题，进行咨询论证。设计单位根据咨询论证意见，对初步设计文件进行补充、修改、优化。初步设计由项目法人组织审查后，按国家现行规定权限向主管部门申报审批。 3、设计单位必须严格保证设计质量，承担初步设计的合同责任。初步设计文件经批准后，主要内容不得随意修改、变更，并作为项目建设实施的技术文件基础。如有重要修改、变更，须经原审批机关复审同意。,施工准备阶段 1、项目在主体工程开工之前，必须完成各项施工准备工作，其主要内容包括： 施工现场的征地、拆迁； 完成施工用水、电、通信、路和场地平整等工程； 必须的生产、生活临时建筑工程； 组织招标设计、咨询、设备和物资采购等服务； 组织建设监理和主体工程招标投标，并择优选定建设监理单位和施工承包队伍；,2、施工准备工作开始前，项目法人或其代理机构，须依照水利
