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1、2. 我国水资源的特点,（1）绝对量大，人均占有量少，亩均占有量少。总量排世界第5位，人均量排世界84位，仅为世界平均水平的1/4。,（2）空间分布不均，水资源与土地资源、人口组合又不平衡。 总体：南方水多、人多、地少，西南多；北方水少、人多、地多，东北多。 人均：南方是北方的4.4倍；亩均：南方是北方的9.1倍,（3）时间分布不均，年际、年内变化大,我国位于世界著名的东亚季风区，降水和径流的时间分布很不平均： 年际间水量变化大，丰水年和枯水年交替出现，最大年降水量是最小年降水量的162倍； 年间水量变化大，每年60%的降水集中在夏秋之交的三、四个月，且往往以暴雨形式集中降落，特别是北方地区。
2、,4. 我国水资源开发利用中存在的问题,（1）供求矛盾日益突出,一方面有限的水资源难以利用，另一方面许多地区水资源短缺。 如：全国400多个城市中3/4缺水。由于供水不足，每年影响工业产值1200亿元。由于较大的旱灾，粮食减产达数百亿斤。缺水严重的地区，河川径流利用率达56%，地下水利用率达80%。,（2）利用效率不高，损失浪费严重,一些国家工业用水重复利用率,重复利用率是表示水资源利用效率的一个指标。水资源的重复利用率不断提高，而单位产品耗水量不断下降。,（3）水资源过量开采后果堪忧,（4）水资源污染严重,北方许多城市持续超量开采地下水，使地下水储量亏损，地下水水位大幅度下降，形成降落漏斗，
3、并伴随地面下沉。,1985年，工业污水和生活污水排放量342亿m3，其中85%未经任何处理直接排入江河湖泊。 全国城市自来水水源80%以上受到不同程度的污染。 全国水质有机物污染18505.8km，20.7%，三级以上； 全国水质五项毒物污染18555.5km，218%，三级以上。 1985年因水污染造成的经济损失约300亿元。,三、 水工建筑物hydraulic structure,(1)挡水建筑物water retaining structure (2)泄水建筑物water release structure (3)引水建筑物water diversion structure (4)整治建
4、筑物regulating structure (5)专门建筑物special hydraulic structure,引水建筑物包括取水建筑物和输水建筑物。,1. 分类,(1)挡水建筑物water retaining structure用以拦截河流，形成水库或雍高水位。如坝、闸、堤等。,(2)泄水建筑物water release structure用以宣泄水库（或渠道）在洪水期间或其他情况下的多余水量，以保证坝（或渠）的安全。如溢流坝、河岸溢洪道、泄洪隧洞和泄水涵洞等。,(3)引水建筑物water diversion structure用以从水库（或河道）向库外（或下游）引水，以满足灌溉、发电
5、、供水等要求。如引水隧洞、引水涵管、渠道等。,水利枢纽“三大件”： 挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物,(4)整治建筑物regulating structure用以改善河流的水流条件，调整水流对河床及河岸的作用，防止水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷。如丁坝、顺坝、导流堤、护岸、护底等。,(5)专门建筑物special hydraulic structure为实现某一水利事业而修建的建筑物。如水电站厂房、船闸、升船机、鱼道、鱼闸、过木筏道、过竹筏道等。,2. 水工建筑物的特点,（1）由于水的作用，建筑物的工作条件复杂,（2）设计独特性,自然地形、地质条件千差万别，因此，设计只能按各自的特征进
6、行。除非规模很小，一般不能采用定型设计。 但某些部件可以标准化，如：水工闸门。,（3）施工条件复杂,解决施工导流问题； 气温、雨季的影响，如：浇筑混凝土、填筑土坝； 洪水威胁，要求在汛期前填筑到足够高程； 工程量大，工期长，要求施工机械先进、管理科学,（4）意义重大，失事后果严重,3 河川水利枢纽对环境的影响,一、物理影响,1. 淤积和冲刷上游：流速降低，泥沙淤积 下游：清水下泄，加大冲刷 2. 气候变化、诱发地震、边坡失稳雾天增多高坝：坝高超过100m，库容超过10108m3，达17%,二、生态影响,1. 水库养鱼，但阻碍回游 2. 调蓄水量，但水温不一定适应作物生长 3. 增加了传播疾病有
7、利条件（钉螺、疟蚊） 4. 库水化学成分改变，影响生物 5. 大库影响气候变化 6. 大量淹没,生态问题涉及范围很广，需研究。如：,四、重力坝的荷载及组合,1. 主要荷载 （1）自重dead load / dead weight （2）水压力water pressure / hydraulic pressure （3）扬压力uplift pressure （4）冰压力ice pressure （5）土压力earth pressure / soil pressure （6）地震荷载earthquake load / seismic load （7）温度荷载load of temperature
8、variation,（1）自重建筑物（坝体）及附属永久设备的重量 （2）水压力静水压力（上游、下游）、动水压力（挑流反弧段）、浪压力（上游库水面）,（3）扬压力坝基扬压力、坝体扬压力两部分组成：下游水深产生的浮托力（uplift pressure），上下游水头产生的渗透压力（seepage pressure）。,（4）冰压力静冰压力、动冰压力 （5）土压力主动土压力、被动土压力、坝前泥沙压力,（6）地震荷载地震惯性力、地震动水压力、地震动土压力,（7）温度荷载温度变化引起的热胀冷缩，水温、气温等,2. 荷载组合作用在重力坝上的各种荷载，除坝体自重外，都是在一定范围内随机出现的。如：上游水位、下
9、游水位不断变化；宣泄最大洪水时，不一定发生强烈地震；封冻时，存在静冰压力，就不会有风浪压力，等等因此，设计时应把各种荷载根据它们出现的概率，合理地组合成不同的情况，用不同的安全系数进行核算，以解决安全和经济之间的矛盾。把荷载分成两类： （1）基本荷载：出现概率较大的荷载（base load） （2）特殊荷载：出现概率较小的荷载（special load）,基本荷载： （1）坝体及其永久设备的自重 （2）正常蓄水位或设计洪水位的静水压力 （3）正常蓄水位或设计洪水位的扬压力 （4）泥沙压力 （5）正常蓄水位或设计洪水位的浪压力 （6）冰压力 （7）土压力 （8）相应于设计洪水位的动水压力 （9）
10、其他出现机会较多的荷载,特殊荷载： （10）校核洪水位时的静水压力 （11）校核洪水位时的扬压力 （12）校核洪水位时的浪压力 （13）相应于校核洪水位的动水压力 （14）地震压力 （15）其他出现机会很少的荷载 荷载组合有两种： （1）基本组合（设计情况）水库处于正常运用情况下可能发生的荷载组合，由基本荷载组成 （2）特殊组合（校核情况）水库处于非常运用情况下可能发生的荷载组合，由基本荷载+一种或几种特殊荷载组成,1. 抗滑稳定分析,抗滑稳定安全系数建筑物的抗滑力与建筑物所受的滑动力之比，用K表示。对于重力坝，要求任意一个剖面（截面）上均满足稳定条件。通常，岩基上的重力坝，坝体混凝土和基岩的
11、接触面往往是一个薄弱面，这是因为： （1）两种材料的接触面 （2）混凝土干缩可能产生裂缝 因此，只要该接触面上满足抗滑稳定要求，则该坝体肯定满足稳定要求。,（1）沿坝基面抗滑稳定,A、摩擦公式,B、剪摩公式,2. 应力分析,目的：验算大坝在施工期、运用期强度的安全度 要求：坝体内各部分材料的应力不超过该种材料的容许应力，即s=s。s=R/k 式中：R材料的极限强度；k材料强度的安全系数，一般取k=35，由建筑物的级别及工作情况确定。 计算方法： 模型试验、理论分析（材料力学、弹性力学、有限单元法） 设计规范：采用材料力学法。取1m长坝段，按平面形变问题考虑。,应力分析部分成果（1）,由重力坝剖
12、面和受力特点： 在空库时，坝踵处压应力最大，坝趾处压应力最小，甚至出现拉应力； 在满库时，坝趾处压应力最大，坝踵处压应力最小，甚至出现拉应力。,2. 灌浆,固结灌浆：浅孔低压灌注水泥浆对坝基加固处理。目的：提高岩体的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，并提高基岩的抗压、抗剪强度；降低坝基的渗透性，减少渗漏量；帷幕旁边的固结灌浆可提高帷幕的灌浆压力。 帷幕灌浆：靠近上游坝基设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道，在基岩中形成一道相对密实的阻水帷幕。目的：降低坝基的渗透压力，减少渗流量； 防止坝基内产生机械或化学管涌。,3. 坝基排水系统,目的： 收集并排走由地基渗透过
13、来的水，进一步降低坝基扬压力。 因为：坝基虽然已经进行帷幕灌浆，但并不能完全截断渗流。,一、拱坝的工作原理,(1) 依靠拱的作用，将力传给拱座 (2) 依靠悬臂梁的作用，将力传给地基,拱坝同时有拱的作用和悬臂梁的作用，拱和悬臂梁分担荷载，其大小取决于河谷形状：河谷深而窄，拱作用大，梁作用小河谷浅而宽，拱作用小，梁作用大 主要依靠两岸拱座和坝基来保持稳定，自重对稳定的影响不大。,(1) 受力条件好,(2) 坝的体积小,拱是一种受压结构，拱的作用越显著，越能减小坝的厚度，从而减小工程量。梁的作用越大，越需要依靠坝体自重来抵抗水压力。拱坝的坝轴线比重力坝长，但总的工程量至少比同高度的重力坝减少1/3
14、2/3。,二、拱坝的工作特点,拱坝是周边嵌固的高次超静定结构，当外荷载增大至坝的某一部位因拉应力过大而开裂时，能调整拱作用和梁作用及其荷载分配，使坝内应力重分配，而不致使大坝丧失全部承载能力。裂缝对于拱坝的威胁不象对其他坝型那样严重：水平缝：扬压力只会降低悬臂梁的作用。一般薄拱坝是以独立的水平拱设计的，悬臂的作用只作为一种安全储备垂直缝：使拱圈未开裂部分的应力增加，原来的拱圈变成具有更小曲率半径的拱圈，坝内应力重分配，成为无拉应力的有效拱按结构的观点来看，拱坝的坝面允许局部开裂。如果拱座岩体坚固，那么，拱坝的破坏主要取决于压应力是否超过筑坝材料的强度极限。一般混凝土具有塑性和徐变特性，在局部应
15、力特大的部位，如果变形受限制，经过一段时间，混凝土的徐变变形增大，弹性变形减小，使这些特大的应力有所降低。,(3) 超载能力强，安全度高,拱坝是整体的空间结构，坝体较坚韧，富有弹性，又能自行调整结构特性，故可以提高坝体的抗震性能。如：意大利：柯尔菲诺拱坝，高40m中国：河北峡沟水库浆砌石拱坝，高78m，1966年3月,(4) 抗震性能好,(5) 施工技术要求高,拱坝坝体断面小，几何形状复杂，故对施工技术、施工质量控制和筑坝材料的强度有较高的要求，对地基处理的要求更严格，开挖较大。,五、拱坝的温度荷载,拱坝的温度荷载是拱坝设计中主要的荷载之一。,1、封拱温度 拱坝建成并经过充分冷却后，当施工期混
16、凝土产生的水化热已经基本散尽、坝体混凝土温度趋于相对稳定时，对坝体各施工缝进行灌浆，使各坝块固结形成整体，称为封拱。相应的混凝土温度称为封拱温度。,2、拱坝的温度荷载 指拱坝封拱形成整体后，在上下游水温、气温周期性变化的影响下，坝体内产生相对于封拱温度的温度变化所引起的荷载，称为拱坝的温度荷载。,三部分： 均匀温度变化 沿坝厚的温度梯度变化 非线性温度变化,温度荷载对坝体应力和稳定的影响,因此，温降对坝体应力不利；温升对坝体稳定不利。,当坝体温度低于封拱温度（温降）时，坝轴线收缩，使坝体向下游位移，产生的弯矩、剪力的方向与水库水压力所产生的相同，但轴力方向相反，结果是拱端上游面受拉、下游面受压
17、，在拱冠则上游面受压、下游面受拉。 当坝体温度高于封拱温度（温升）时，坝轴线伸长，使坝体向上游位移，产生的弯矩、剪力的方向与水库水压力所产生的相反，但轴力方向相同，结果是拱端上游面受压、下游面受拉，在拱冠则上游面受拉、下游面受压。,一、土石坝的特点,(1) 筑坝材料就地取材。可节省大量钢材、水泥、木材等。 (2) 适应地基变形能力强。土石体是散粒体结构，对地基的要求比混凝土坝低。 (3) 施工方法选择灵活性大。能适应不同的施工方法，且工序简单、施工速度快、易保证质量。（人工机械化） (4) 结构简单、造价低廉、运行管理方便、工作可靠，便于维修加高。 缺点： (1) 坝顶不能溢流，通常需另开溢洪道。 (2) 施工导流不便，增加了工程造价。 (3) 坝体断面大，土料填筑的质量受气候影响，给施工带来困难。,
