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1、水利水电工程导论,第三章 水库、水利枢纽及水工建筑物,第三章 水库、水利枢纽及水工建筑物,人们提到水利工程时，大多与水库联系起来。其实，水库大坝只是众多水工建筑物中的一类。水工建筑物就是为开发、利用和保护水资源、减免水害而修建的承受水作用的建筑物，按照挡水、泄水、取（引）水、输水、河道整治、水运、发电、渔业、给排水等功能可分为不同类型。为了综合利用水资源、除害兴利，常常需要在河川的某处把几种不同类型的水工建筑物修建在一起，它们各自担当不同的作用，但在运行中协同工作，形成一个有机的综合体。这些水工建筑物的综合体称为水利枢纽。本章主要介绍水库、水利枢纽和水工建筑物的相关知识，并对我国著名的水利枢纽
2、工程做简要介绍。,第三章 水库、水利枢纽及水工建筑物,第一节 水 库,第一节 水库,3.1 水库,一、水库及其作用,凡是拦蓄一定水量，并能起径流调节作用的蓄水水域，就称为水库。一般指在河流上建筑物拦河坝（闸）造成的人工湖。湖泊、池、淀等有拦蓄水量作用的，有时亦称“天然水库”。 众所周知，天然情况下，河流来水在各年间都有较大的变化，在一年内也是分配不均匀的，它与人们用水在时间和水量分配上往往存在着矛盾，解决矛盾的主要措施是兴建水库。,3.1 水库,一、水库及其作用,水库将来水较多时多余的水蓄起来，根据用水要求适时适量地供水，同时还可以在汛期起到消减洪峰、减除灾害的作用。这种把来水按用水要求在时间
3、和数量上重新分配的作用，叫做水库的调节作用或者河川径流调节。根据调节周期的长短，水库可分为日调节水库、年调节水库和多年调节水库。 水库不仅可以使水量在季节重新分配，满足灌溉、防洪的要求，同时还可以利用大量的蓄水和抬高了的水头来满足发电、航运、旅游以及养殖等其他用水部门的需要。因此，兴建水库是综合利用水利资源的有效措施。,3.1 水库,二、水库的特征水位及其库容,水库的水面高程称为库水位，库水位以下的蓄水容积称为库容。一定库水位相应一定的水面面积和库容。库水位越高，水库水面面积越大，库容也越大。水库在,图31 水库特征水位和特征库容划分示意图,蓄、泄水过程中，它的水位是经常变化的，有几个特征水位
4、具有特殊意义。水库的主要特征水位和相应库容如下所述（见图31）。,3.1 水库,二、水库的特征水位及其库容,1.设计死水位和死库容 水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位，称为设计死水位，或称设计最低水位。该水位以下的库容为死库容或称垫底库容。除遇到特殊干旱年份以外，一般不动用死库容的蓄水。只有因特殊原因，如排沙、检修和备战等，才考虑泄放这部分水体。 2.正常蓄水位和兴利库容 正常蓄水位是水库在正常运用情况下，为满足兴利要求在起始供水时的蓄水位，又称正常高水位、设计兴利水位或设计蓄水位。,3.1 水库,二、水库的特征水位及其库容,正常蓄水位与死水位之间的库容称为兴利库容（调节库容）。其间的
5、深度称为水库的消落深度或称工作深度。 3.防洪限制水位和重叠库容 水库在汛前和汛中允许蓄水的上限水位称为防洪限制水位。该水位是水库在汛期防洪运用时的起调水位。该水位以上的库容为滞蓄洪水的库容，在发生洪水时，库水位允许超过防洪限制水位。当洪水消退后，水库应尽快地泄洪，使其水位迅速回降到防洪限制水位，以迎接下一次洪水。防洪限制水位一般低于正常蓄水位。,3.1 水库,二、水库的特征水位及其库容,防洪限制水位与正常蓄水位之间的库容称为重叠库容（也称共用库容），防洪与兴利共用。 4.防洪高水位和防洪库容 当洪水经水库调节后，达到下游防护对象的设计标准洪水时，坝前达到的最高库水位称为防洪高水位。该水位与防
6、洪限制水位之间的库容称为防洪库容。防洪库容是衡量水库防洪能力的重要指标。,3.1 水库,二、水库的特征水位及其库容,5.设计洪水位和校核洪水位 设计洪水位和校核洪水位分别是挡水建筑物稳定计算和安全校核的主要依据，这两类水位分别对应于大坝的设计标准和校核标准。当发生大坝设计标准洪水时，坝前达到的最高库水位称为设计洪水位。因大坝设计洪水标准通常高于下游防护对象的防洪标准，故设计洪水位一般高于防洪高水位。当遇到比设计洪水更大的校核标准洪水时，受水库泄洪能力限制，水库水位将超过设计洪水位所达到的坝前最高水位，称为校核洪水位。该水位是水库在非常情况下允许临时达到的坝前水位。,3.1 水库,二、水库的特征
7、水位及其库容,6.调洪库容和总库容 防洪限制水位以上至校核洪水位之间的库容，为水库总调洪库容。该库容用于拦蓄洪水，以在保证大坝安全的前提下满足水库下游的防洪要求。校核洪水位至库底的库容称为总库容，总库容是表示水库级别及其工程规模的重要指标，亦是确定其工程安全标准的重要依据。 水库的特征水位和库容的确定，称为水库规划。水库规划与河流的水情、国民经济各部门的要求和建设投资等条件有关，多采用方案比较的方法来确定。,第三章 水库、水利枢纽及水工建筑物,第二节 水利枢纽,3.2 水库,一、水利枢纽分类,水利枢纽的类型很多。可以按其作用、水头、规模和拦河坝的型式等来进行分类。按其作用可分为防洪枢纽、发电枢
8、纽、取水枢纽、灌溉枢纽、航运枢纽等；按其上下游水位差（即水头H）可分为高水头枢纽（H70m）、中水头枢纽（30mH70m）和低水头枢纽（H30m）；按其规模可分为大型水利枢纽、中型水利枢纽和小型水利枢纽；按其拦河坝的型式可分为重力坝枢纽、拱坝枢纽、土石坝枢纽及水闸枢纽。,3.2 水库,一、水利枢纽分类,量遵循综合利用水资源的原则。一个水利枢纽总体布置方案是否合理与工程效益、施工工期、运行管理、生态环境的关系很大，往往需要进行多方案比较，经过充分论证后才能确定。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,1.三峡水利枢纽 三峡水利水电枢纽是具有防洪、发电、航运等巨大综合利用大型工程，主要由拦河大坝、水
9、电站厂房、通航建筑物三大部分组成，见图32。,图32 三峡水利枢纽平面布置图,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,水库正常蓄水位175m，总库容393亿m3，防洪库容221.5亿m3，水库调洪可削减洪峰流量达2700033000m3/s。建成后，可使荆江大堤防洪能力由十年一遇提高到百年一遇。 拦河大坝为混凝土实体重力坝。大坝轴线长度2309.47m，坝顶高程185.00m，最大坝高181m。泄洪坝段居河床中部，两侧为厂房坝段和非溢流坝段。 泄水建筑物为22个表孔、23个深孔、3个泄洪排漂孔和7个排沙孔，最大泄流量102500m3/s。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,泄洪表孔和泄洪深孔相间
10、布置，组成泄洪坝段，布置在河床中部偏右岸的位置。泄洪排漂孔布置在泄洪坝段的两侧。 水电站为坝后式厂房，分置于溢洪坝段两侧坝后。左侧厂房安装14台水轮发电机组，厂房全长643.6m；右侧厂房安装12台机组，厂房全长584.2m。26台机组的单机容量均为700MW，总装机容量18200MW。年均发电847亿kWh，主要供电华中、华东地区，部分送到重庆市。续建的右岸地下厂房，总装机容量4200MW（6700MW）。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,永久通航建筑物设于左岸，包括双线5级连续梯级船闸及单线单级垂直升船机。每级船闸闸室的有效尺寸为280m34m5m，可通过万吨级船队。垂直升船机的乘船厢
11、有效尺寸为120m18m3.5m，一次可通过3000t级船舶。永久通航建筑物年单向通过能力5000万t。工程建成后可改善航道约660km。经水库调蓄后，宜昌下游枯水期最小流量从3000m3/s提高到5000m3/s。洪水期万吨级船队可由汉口直达重庆。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,2. 小浪底水利枢纽,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,小浪底水利水电枢纽由大坝、泄洪排沙建筑物、引水发电建筑物组成，拦河坝采用带内铺盖的斜心墙堆石坝，垂直混凝土防渗墙。坝顶高程281.00m。左岸垭口设壤土心墙副坝一座。最大坝高160m，坝顶长1667m。 泄水和消能建筑物包括：3条直径14.5m的导流洞改
12、建的三级孔板消能泄洪洞；3条明流泄洪洞；3条直径6.5m压力排沙洞；1条直径3.5m压力灌溉洞；1座正常溢洪道；1座非常溢洪道（尚未建设）；10座进水塔；1个综合消力塘。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,小浪底水电站装机6台，每台300MW，总装机容量1800MW，额定水头112m。电站的任务是在河南省电网中主要承担调峰调频任务。引水发电系统由进水塔、压力引水隧洞、高压钢管、地下厂房、尾水闸洞、明流尾水洞、尾水明渠和出口防淤闸组成。引水方式采用一洞一机单元式布置。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,3.葛洲坝水利枢纽 坝址区河道宽2200m，江中原有葛洲坝（施工期被挖除）、西坝两座小岛，
13、自右至左将长江分割为大江、二江和三江。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,葛洲坝水利水电工程枢纽布置见图34。,图34 葛洲坝水利枢纽平面布置图,2.1 水利水电工程专业本科教育简介,五、水利专业发展环境,基本建成有利于水利科学发展的制度体系，最严格的水资源管理制度基本建立，水利投入稳定增长机制进一步完善，有利于水资源节约和合理配置的水价形成机制基本建立，水利工程良性运行机制基本形成。 基于目前国家水利建设的大环境，水利人才必将出现大量需求，预计在未来的数年内，水利教育事业将得到大发展，水利高校将承担起为水利行业培养专业人才的重任。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,枢纽建筑物自左岸至右岸
14、为左岸土石坝、3号船闸、三江冲沙闸、三江混凝土非溢流坝、2号船闸、黄草坝混凝土挡水坝、二江电站厂房、二江泄水闸、大江电站厂房、1号船闸、大江泄水冲沙闸、右岸混凝土挡水坝。坝顶全长2595.1m。 混凝土重力坝坝顶高程70m，最大坝高53.8m。 在河床中部、长江的主河道（二江）上布设泄水闸，是枢纽中的主要泄洪建筑物。二江泄水闸共27孔，挡水前沿总长498m，最大泄量达83900m3/s.。每个闸孔宽12m、高24m，设上下两扇闸门。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,枢纽建筑物自左岸至右岸为左岸土石坝、3号船闸、三江冲沙闸、三江混凝土非溢流坝、2号船闸、黄草坝混凝土挡水坝、二江电站厂房、二江
15、泄水闸、大江电站厂房、1号船闸、大江泄水冲沙闸、右岸混凝土挡水坝。坝顶全长2595.1m。 混凝土重力坝坝顶高程70m，最大坝高53.8m。 在河床中部、长江的主河道（二江）上布设泄水闸，是枢纽中的主要泄洪建筑物。二江泄水闸共27孔，挡水前沿总长498m，最大泄量达83900m3/s.。每个闸孔宽12m、高24m，设上下两扇闸门。上部为,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,平板门，门高12m；下部为弧形门，门高12m。底流消能为一级消力池，池长180m。护坦上设两道隔墙，将27孔泄水闸分隔成三个区，分别为6孔、9孔、12孔。可根据下泄流量需要的开启孔数来选择开启不同的区或其组合。 泄水闸左、右
16、两侧的大江、二江上，各布设两座电站厂房，总装机容量达2715MW。其中左侧二江电厂装机7台，共965MW（2170MW，5125MW）；右侧大江电厂装机14台125MW机组，共1750MW。泄水闸和左右侧两座电站厂房之间设纵向导墙分隔。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,而在纵向导墙的上游，在机组进水口的前缘各设拦漂设施，以利于库内的漂浮物由泄水闸泄出。 在河床中的西坝和大江右岸台地上布设220kV和550kV开关站。 坝址区河道改造后，左侧三江航道布设2号、3号船闸，右侧大江布设1号船闸。1号、2号船闸可通过1200016000t的船队，3号船闸可通过3000t级船队。船闸以上、下游引航道为隔流堤，与泄洪、发电主河道隔开。,3.2 水库,二、著名水利枢纽实例,枢纽布置中将泄洪、发电、航运三类建筑物作为主体，整体协调统筹规划，解决好排漂、冲沙、防淤等复杂的技术问题。为了防止航道淤积，在大江电厂和1号船闸右侧设9孔冲沙闸；在三江航道2、3号船闸设6孔冲沙
