1、水利水电工程概论水利工程学院 水利水电工程研究所主要内容我国的水资源和水利电力建设概况 水利枢纽和水工建筑物挡水建筑物泄水建筑物渠系及渠系建筑物（略）水工隧洞（略）水力发电建筑物（略）水利枢纽的施工导截流（略）水工建筑物健康监测与预警（略）水利工程的建设与管理（略）第一章我国水资源与水利电力建设概况 1.1 水与水资源 水是人类生活和生产劳动所必须的、能够补给的自然资源。水是人类生活和生产劳动所必须的、能够补给的自然资源。它具有循环性和有限性，时空分布不均匀性，有利性和有它具有循环性和有限性，时空分布不均匀性，有利性和有害性。害性。 全球总量约全球总量约15亿亿km3，可利用的淡水总量约，可利
2、用的淡水总量约0.38亿亿km3，仅，仅占全球总量的占全球总量的2.5%，其中约有，其中约有0.3亿亿km3的淡水储藏在极的淡水储藏在极地和冰山冰川之中；另外相当大的部分埋藏于地下。地和冰山冰川之中；另外相当大的部分埋藏于地下。 对人类起着重要作用的江河湖泊地表水资源，其水量的总对人类起着重要作用的江河湖泊地表水资源，其水量的总和约为和约为47万亿万亿m3。 中国河流年平均径流量中国河流年平均径流量2.8万亿万亿m3，居世界的六位，位于，居世界的六位，位于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼之后。巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼之后。 中国水能资源：中国水能资源： 河川水能资源蕴藏量河川水能资源蕴
3、藏量6.67亿亿kW，可开发利用的约，可开发利用的约3.78亿亿kW，居世界各国之首居世界各国之首。 但分布不均，西南地区占但分布不均，西南地区占70，西北占，西北占12，中南占，中南占9.5，华北、华南、东北仅占，华北、华南、东北仅占8。 水资源的特点水资源的特点 自然属性：流动性；可再生性；有限性；时空分布不自然属性：流动性；可再生性；有限性；时空分布不均匀性；不可替代性。均匀性；不可替代性。 社会属性：社会共享性；利与害的两重性；多用途性；社会属性：社会共享性；利与害的两重性；多用途性；商品性。商品性。1.2 水利工程 水利工程：水利工程：是指对自然界的是指对自然界的“水水”进行控制和调
4、进行控制和调配，以达到配，以达到兴利除害兴利除害目的而修建的工程。目的而修建的工程。 水利工程意义：水利工程意义：人类可以利用的水资源是有限的，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且受气候影响，水资源在时间和空间上分布不均匀。匀。 不同地区：内陆干旱少雨，东南沿海雨水充沛。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同一地区：汛期集中了全年雨量的60%80%。 水量偏多造成水量偏多造成洪涝；洪涝；偏少造成偏少造成干旱干旱等自然灾害。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、空分因此必须认识水资源的变化规律，根据
5、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、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。利用和保护。 水利工程的分类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：水利工程按其服务对象（或承担的任务）可分为： 防止洪水灾害的防止洪水灾害的防洪工程防洪工程；为农业生产服务的为农业生产服务的农农田水利工程田水利工程；将水能转化为电能的将水能转化为电能的水力发电工程水力发电工程；为水运服务的为水运服务的航道与港口工程航道与港口工程；为工业和生活用为工业和生活用水及排泄、处理废水和雨水服务的水及排泄、处理废水和雨水服务的城镇供水及城镇排城镇供水及城镇排
6、水工程水工程，等等。，等等。一项工程兼有几种任务的，称为一项工程兼有几种任务的，称为综合利用水利工程综合利用水利工程。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。用效益的特大型水利工程。 水利工程的特点水利工程的特点 水利工程与一般土建工程相比，除了显而易见的水利工程与一般土建工程相比，除了显而易见的工程工程量大、投资多、工期长量大、投资多、工期长这些特点，还具有如下几个特这些特点，还具有如下几个特点。点。 工作条件复杂工作条件复杂
7、：水文条件各不相同；地质条件复杂；：水文条件各不相同；地质条件复杂；荷载条件复杂荷载条件复杂 施工难度大施工难度大： 解决施工导流；工程进度紧迫；施工技解决施工导流；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；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，如高山峡谷地区交通运输困难，如高山峡谷地区 效益大，对环境影响也大效益大，对环境影响也大： 防洪、发电、养殖、美化防洪、发电、养殖、美化环境；需要移民和迁建；对生态平衡产生影响；可能环境；需要移民和迁建；对生态平衡产生影响；可能诱发地震诱发地震 失事后果严重失事后果严重：1975年年板桥、石漫板桥、石漫滩两
8、座水库垮坝，滩两座水库垮坝，京广铁路中断，死亡达京广铁路中断，死亡达9万人；万人；1993年青海年青海沟后水库沟后水库垮垮坝，死亡坝，死亡320余人。余人。1.3 水利水电工程建设概况 水利工程建设水利工程建设 中国是中国是最早最早修建水利工程的国家之一修建水利工程的国家之一 4000年前的年前的大禹治水大禹治水，至今仍在使用的长达，至今仍在使用的长达1800km的黄河大堤的黄河大堤 公元前公元前250年，四川灌县修建的年，四川灌县修建的都江堰防洪灌溉都江堰防洪灌溉工程工程 京杭大运河京杭大运河700多年前（公元多年前（公元4851292年）全线通年）全线通航，纵贯祖国南北，长达航，纵贯祖国南
9、北，长达1794km都江堰水利工程都江堰水利工程鱼嘴分洪、飞沙堰泄洪排沙、宝瓶口引水鱼嘴分洪、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，被誉为益，被誉为“世界水利文化的鼻祖世界水利文化的鼻祖”。 解放后：水利建设迅速发展解放后：水利建设迅速发展 初步控制了一般性的洪涝灾害初步控制了一般性的洪涝灾害，如：黄河从，如：黄河从19111946年的年的36年间，花园口发生年间，花园口发生1万万m3/s以上的洪水以上的洪水8次，有次，有7次决口泛滥成灾，而在建国后次决口泛滥成灾，而在建国后50年间发生年间发生1
10、万万m3/s以上的洪水以上的洪水15次，却没有一次决口（建小浪次，却没有一次决口（建小浪底后，黄河下游泥沙淤积变化）。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初步建立一个综合性的防洪体系，如：修建水库近，如：修建水库近9万座；修筑土堤万座；修筑土堤1000亿亿m3 （折合成（折合成1m3土堤，可绕土堤，可绕地球地球2500圈）。圈）。 农田灌溉和城市供水得到较大的发展农田灌溉和城市供水得到较大的发展。名称名称坝型坝型坝高坝高/m/m地点地点三峡三峡混凝土重力坝混凝土重力坝185185湖北宜昌长江湖北宜昌长江小湾小湾混凝土双曲拱坝混凝土双曲拱坝292292云南省澜沧江中游云南
11、省澜沧江中游锦屏一级锦屏一级混凝土双曲拱坝混凝土双曲拱坝305305四川省雅砻江下游四川省雅砻江下游糯扎渡糯扎渡心墙堆石坝心墙堆石坝265265澜沧江下游思茅市澜沧江下游思茅市两河口两河口心墙堆石坝心墙堆石坝293293四川省雅砻江干流上四川省雅砻江干流上水布垭水布垭面板堆石坝面板堆石坝233233湖北清江湖北清江 水力发电工程建设水力发电工程建设 水力发电优点水力发电优点 利用循环资源利用循环资源 不污染资源不污染资源 成本低成本低 水电开发情况水电开发情况 水电装机总容量约占电力的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水能资源的开发利用率8 以每年以每年500万万kW的
12、速度递增的速度递增 水电开发前景广阔水电开发前景广阔 如三峡工程，装机如三峡工程，装机1820万万kW，年发电量，年发电量846.8亿亿kWh，相当于，相当于10座装机座装机200万万kW的大型火电站和一的大型火电站和一座年产座年产5000万万t原煤的特大型煤矿。原煤的特大型煤矿。第二章水利枢纽与水工建筑物2.1 定 义 水工建筑物：水工建筑物：为了满足防洪、发电、灌溉、供水为了满足防洪、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。类型的建筑物，这些建筑物统称水工建筑物。 水利枢纽：水利枢纽：由不同
13、的由不同的水工建筑物组成的综合体水工建筑物组成的综合体称称为水利枢纽。为水利枢纽。2.2 水工建筑物的分类 水工建筑物按其作用可以分为水工建筑物按其作用可以分为六类六类。 挡水建筑物挡水建筑物 用以拦截江河，形成水库或壅高水位，如：各种坝用以拦截江河，形成水库或壅高水位，如：各种坝和水闸和水闸 为抗御洪水或挡潮，沿江河、海岸修建的堤防、海为抗御洪水或挡潮，沿江河、海岸修建的堤防、海塘等塘等 泄水建筑物泄水建筑物。用以宣泄多余水量、排放泥沙和冰凌或为用以宣泄多余水量、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
14、枢纽中的泄水建筑物可以与坝体结合在一起，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：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。各式岸边溢洪道和泄水隧洞等。 输（引）水建筑物输（引）水建筑物。为发电、灌溉和供水的需要从上。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。道、引水涵管、渡槽和倒虹吸等。 取水建筑物取水建筑物。是。是输水建筑物的首部建筑输水建筑物的首部建筑，即引水隧洞，即引水隧洞等的
15、进水口段。如：各种用水部门的进水塔，水电站的坝等的进水口段。如：各种用水部门的进水塔，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。水站等。 整治建筑物整治建筑物。用以改善河道的水流条件，调整水流对。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。堤、护底和护岸等。 专门建筑物专门建筑物。为发电、灌溉、过坝需要而兴建的建筑
16、。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、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。升船机、鱼道和过木道等建筑物。第三章挡水建筑物挡水建筑物是水利枢纽中最重要的水工建筑挡水建筑物是水利枢纽中最重要的水工建筑物。各种坝的类型较多，下图为几种坝的类物。各种坝的类型较多，下图为几种坝的类型示意图。型示意图。坝的类型示意图坝的类型示意图（a a）重力坝重力坝（b b）拱坝拱坝（c c）支墩坝）支墩坝（d d）预应力锚固坝）
17、预应力锚固坝（e e）桩基锚固坝）桩基锚固坝（f f）橡胶坝）橡胶坝（g g）土石坝土石坝 1 1预应力锚索预应力锚索 2 2桩桩 3 3橡胶袋橡胶袋3.1 重力坝主要依靠自身重量抵抗外力，用以保持稳定的混主要依靠自身重量抵抗外力，用以保持稳定的混凝土坝或砌石坝。常用的实体重力坝如下图所示凝土坝或砌石坝。常用的实体重力坝如下图所示重力坝示意图重力坝示意图1 1非溢流重力坝；非溢流重力坝；2 2溢流重力坝；溢流重力坝；3 3横缝；横缝；4 4导墙；导墙；5 5闸门；闸门；6 6坝体排水管；坝体排水管；7 7交通、检查和坝体排水廊道；交通、检查和坝体排水廊道；8 8坝基灌浆、排水廊道；坝基灌浆、排
18、水廊道；9 9防渗帷幕；防渗帷幕；1010坝基排水孔幕坝基排水孔幕1.1.重力坝的重力坝的工作特性和分类工作特性和分类 重力坝在水平水压力及其他荷载作用下，主要重力坝在水平水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求满足稳定要求；同时；同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力作用依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力作用在坝底层面上所产生的拉应力，以在坝底层面上所产生的拉应力，以满足强度要求满足强度要求。 重力坝重力坝按横剖面形式按横剖面形式，可分为实体重力坝、宽，可分为实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝和腹拱重力坝；缝重力坝、空腹重力坝和
19、腹拱重力坝；按是否溢流按是否溢流分为溢流重力坝和非溢流重力坝，前者常布置在河分为溢流重力坝和非溢流重力坝，前者常布置在河道中心河床较深处；道中心河床较深处；按筑坝材料按筑坝材料分为混凝土重力坝分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。和浆砌石重力坝。(a)宽缝重力坝（单位：m） 1坝体；2宽缝；3坝身排水孔； 4坝基灌浆廊道；5防渗帷幕；6坝基排水孔幕；7止水片 (b)枫树坝（空腹重力坝） 剖面示意图 (c)石泉腹拱重力坝1腹孔；2消力库；3戽端灌浆孔；4坝基排水孔幕；5防渗帷幕；6闸门；7工作桥重力坝类型重力坝的基本剖面是重力坝的基本剖面是三角形三角形常用的实用剖面形态。常用的实用剖面形态。 根据工程
20、经验：根据工程经验：l一般上游坝坡坡率一般上游坝坡坡率n=00.2，常做成铅直或上部铅直下部，常做成铅直或上部铅直下部倾向上游的；倾向上游的；l下游坝坡坡率下游坝坡坡率m=0.60.8；l底宽约为坝高的底宽约为坝高的0.70.9倍。倍。 除了满足强度和稳定要求，溢流重力坝还涉及到孔口尺寸、除了满足强度和稳定要求，溢流重力坝还涉及到孔口尺寸、溢流堰形态和消能方式的合理选择。装设闸门的溢流坝，溢流堰形态和消能方式的合理选择。装设闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流坝段分割成若干个等宽的孔口。溢流堰顶需用闸墩将溢流坝段分割成若干个等宽的孔口。溢流堰顶部曲线多采用部曲线多采用WESWES型。型。消能防冲形式（
21、消能工）消能防冲形式（消能工）：底流消能底流消能通过水跃，消通过水跃，消除多余动能的消能方式；除多余动能的消能方式；挑流消能挑流消能利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的将下泄的急流抛向空中，然后落入离建筑物较远的河床。河床。另外还有另外还有面流消能面流消能、消力戽消能消力戽消能和多种消能工联合和多种消能工联合消能。消能。（1 1）坝顶构造。坝顶构造。一般用实体结构，顶面按路面设计，在一般用实体结构，顶面按路面设计，在坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也坝顶上布置排水系统和栏杆或防浪墙等以及照明设备。也可采用轻
22、型结构。可采用轻型结构。 设置在重力坝体内的各种通道简称廊道。设置在重力坝体内的各种通道简称廊道。 按其按其用途用途可分为坝基灌浆廊道、排水廊道、观测检查可分为坝基灌浆廊道、排水廊道、观测检查廊道、交通廊道以及其他用于闸门操作、电缆敷设的专用廊道、交通廊道以及其他用于闸门操作、电缆敷设的专用廊道等。廊道等。 按其按其布置布置可分为纵向廊道（廊道轴线与坝轴线平行）可分为纵向廊道（廊道轴线与坝轴线平行）和横向廊道（廊道轴线与坝轴线垂直）。纵、横廊道及竖和横向廊道（廊道轴线与坝轴线垂直）。纵、横廊道及竖井互相连通形成廊道系统，由进出口与坝外相通，见图。井互相连通形成廊道系统，由进出口与坝外相通，见图
23、。（1）坝基开挖与清理）坝基开挖与清理 坝基开挖与清理的目的是：使坝体能座落在稳定、坚坝基开挖与清理的目的是：使坝体能座落在稳定、坚固的地基上。固的地基上。（2）坝基的固结灌浆）坝基的固结灌浆 固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度、弹性固结灌浆的目的是：提高基岩的整体性和强度、弹性模量，降低地基的透水性。模量，降低地基的透水性。（3）帷幕灌浆）帷幕灌浆 帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，减少坝基渗帷幕灌浆的目的是：降低坝底渗透压力，减少坝基渗流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。灌浆材料最常用流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。灌浆材料最常用的是水泥浆。的是水泥浆。 防渗帷幕示意图如图所示
24、。防渗帷幕示意图如图所示。（4）坝基排水）坝基排水 为进一步降低坝底面的渗透扬压力，一般还在防渗为进一步降低坝底面的渗透扬压力，一般还在防渗帷幕后设置排水孔幕。帷幕后设置排水孔幕。防渗帷幕和排水孔幕布置防渗帷幕和排水孔幕布置1 1坝基灌浆排水廊道；坝基灌浆排水廊道；2 2灌浆孔；灌浆孔；3 3灌浆帷幕；灌浆帷幕；4 4排水孔幕；排水孔幕；5 5100100排水钢管；排水钢管；6 6100100三通；三通；7 77575预埋钢管；预埋钢管；8 8坝体坝体3.2 拱坝 拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形。面上呈凸向上游的拱形。溪洛渡水电站3
25、.3 土石坝 土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，也叫当地土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，也叫当地材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝是世界范围内材料坝，是历史最为悠久的一种坝型。土石坝是世界范围内应用最为广泛和发展最快的一种坝型。世界上兴建的百米以应用最为广泛和发展最快的一种坝型。世界上兴建的百米以上的高坝中，土石坝比例达到上的高坝中，土石坝比例达到75%。其主要优点是：。其主要优点是：l可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地外线运输量；减少工地外线运输量；l能适应各种不同地形、地质和气候条件，任何不良坝能适应各种
26、不同地形、地质和气候条件，任何不良坝址地基，经处理后均可筑坝，特别对气候恶劣、工程地址地基，经处理后均可筑坝，特别对气候恶劣、工程地质条件复杂和高地震烈度区的情况，土石坝是最适宜的质条件复杂和高地震烈度区的情况，土石坝是最适宜的坝型。坝型。 按照土石料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种按照土石料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，土石坝可分为以下几种主要类型：类，土石坝可分为以下几种主要类型：一一. .土石坝的分类土石坝的分类碾压式土石坝类型碾压式土石坝类型（a a）均质坝；（）均质坝；（b b）土质心墙坝；（）土质心墙坝；（c c）土质斜墙坝；）土质斜墙坝；（d d）多种土质坝；（）多种土
27、质坝；（e e）人工材料心墙坝；（）人工材料心墙坝；（f f）人工材料面板堆石坝）人工材料面板堆石坝1.1.均质坝均质坝。坝体主要由一种土料组成，同时起防渗坝体主要由一种土料组成，同时起防渗和稳定作用。和稳定作用。2.2.粘土心墙坝。粘土心墙坝。由相对不透水或弱透水的粘性土料由相对不透水或弱透水的粘性土料构成中央防渗体（粘土心墙），而以透水土石料组成构成中央防渗体（粘土心墙），而以透水土石料组成坝壳。坝壳。3.3.粘土斜墙坝。粘土斜墙坝。由相对不透水或弱透水粘土料构成由相对不透水或弱透水粘土料构成上游防渗体（粘土斜墙），而以透水石料做为下游支上游防渗体（粘土斜墙），而以透水石料做为下游支撑体。
28、撑体。4.4.多种土质坝。多种土质坝。坝体由多种土料构成，以细粒土料建坝体由多种土料构成，以细粒土料建成中央或靠近上游的防渗体，坝体其它部位则由多种粗粒成中央或靠近上游的防渗体，坝体其它部位则由多种粗粒土料构成。土料构成。5.5.人工材料心墙坝。人工材料心墙坝。坝体中间的防渗体由沥青混凝土坝体中间的防渗体由沥青混凝土或混凝土、钢筋混凝土心墙构成，周围坝壳由透水或半透或混凝土、钢筋混凝土心墙构成，周围坝壳由透水或半透水的土石料组成。水的土石料组成。6.6.人工材料面板坝。人工材料面板坝。坝的支撑体由透水或半透水土石坝的支撑体由透水或半透水土石料组成，上游防渗面板由钢筋混凝土、沥青混凝土面板构料组
29、成，上游防渗面板由钢筋混凝土、沥青混凝土面板构成。成。坝顶坝顶二二. .土石坝基本剖面及其构造土石坝基本剖面及其构造坝顶宽度取决于坝高和施工需要，无特殊要求时，对坝顶宽度取决于坝高和施工需要，无特殊要求时，对于中、低坝取于中、低坝取510；高坝取；高坝取1015m。坝顶可采用碎。坝顶可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土路面铺砌。石、单层砌石、沥青或混凝土路面铺砌。坝顶上游侧常设防浪墙。为排除坝顶雨水，坝顶面应坝顶上游侧常设防浪墙。为排除坝顶雨水，坝顶面应向两侧或一侧倾斜，做成向两侧或一侧倾斜，做成2%3%的坡度的坡度 坝坡坡度及构造坝坡坡度及构造土石坝坝坡选择一般遵循以下土石坝坝坡选择一般遵循以
30、下原则原则：粘性土坝坡较缓，非粘性材料坝坡较陡（与材料的粘性土坝坡较缓，非粘性材料坝坡较陡（与材料的抗剪强度有关）；抗剪强度有关）；上游坡较缓，下游坡较陡（上游坡长期处于浸泡状上游坡较缓，下游坡较陡（上游坡长期处于浸泡状态，水库水位快降时，容易失稳）。态，水库水位快降时，容易失稳）。上部坝坡较陡，下部坝坡较缓（上部自重荷载传递上部坝坡较陡，下部坝坡较缓（上部自重荷载传递到下部，下部坝坡剪力大）；同样的道理，坝高越大，到下部，下部坝坡剪力大）；同样的道理，坝高越大，坝坡越陡。坝坡越陡。土坝的边坡每隔的高度设置一条马道，马道的宽度土坝的边坡每隔的高度设置一条马道，马道的宽度一般为一般为1.5m1.
31、5m2.0m2.0m。 土石坝上、下游坝面皆要护坡。土石坝上、下游坝面皆要护坡。 上游坝坡受波浪淘刷、渗流、冰冻等破坏作用；下游坝上游坝坡受波浪淘刷、渗流、冰冻等破坏作用；下游坝坡有雨水、风、动物、根部发达的植物以及干裂等破坏。坡有雨水、风、动物、根部发达的植物以及干裂等破坏。 上游护坡：砌石护坡、堆石护坡、沥青砼护坡等；上游护坡：砌石护坡、堆石护坡、沥青砼护坡等； 下游护坡：碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。下游护坡：碎石或砾石护坡，还可采用草皮护坡。粘土心墙坝坝坡粘土心墙坝坝坡 防渗体防渗体 防渗体的作用是：防渗体的作用是：减小渗漏量；减小渗漏量；降低浸润线，降低浸润线，提高稳定性；提高稳
32、定性；减小渗透坡降，防止渗透变形。减小渗透坡降，防止渗透变形。 心墙堆石坝，防渗体为粘土或混凝土心墙；面板心墙堆石坝，防渗体为粘土或混凝土心墙；面板堆石坝防渗体为混凝土面板。堆石坝防渗体为混凝土面板。坝体排水坝体排水作用：控制引导渗流，降低浸润线，增强坝体稳定性；作用：控制引导渗流，降低浸润线，增强坝体稳定性；保护下游坡免遭冻胀破坏。保护下游坡免遭冻胀破坏。排水型式（单位：排水型式（单位：m m）（a a）棱体排水；（）棱体排水；（b b）贴坡排水；（）贴坡排水；（c c）褥垫排水；（）褥垫排水；（d d）管式排水；）管式排水；1 1浸润线；浸润线；2 2各种型式排水；各种型式排水；3 3反滤
33、层；反滤层；4 4横向排水带或排水管；横向排水带或排水管；5 5排水沟排水沟第四章泄水建筑物1.1.溢洪道类型溢洪道类型 溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划库容所不能容纳的较大的洪水，防止特大洪水漫溢坝顶，库容所不能容纳的较大的洪水，防止特大洪水漫溢坝顶，保证大坝的绝对安全。保证大坝的绝对安全。 岸边溢洪道可分为正槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、岸边溢洪道可分为正槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。其中正槽式溢洪道应用井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。其中正槽式溢洪道应用广泛，也较典型。广泛，也较典型。4.1 溢洪道2.2.正槽式溢洪
34、道正槽式溢洪道 正槽式溢洪道通常习惯上也叫开敞式溢洪道，由正槽式溢洪道通常习惯上也叫开敞式溢洪道，由进（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠进（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠等部分组成，如图所示。等部分组成，如图所示。正槽溢洪道布置图正槽溢洪道布置图（1 1）进水渠）进水渠 进水渠也称引水渠，它是水库与控制段的连接段，具进水渠也称引水渠，它是水库与控制段的连接段，具有引水和调整水流的作用。有引水和调整水流的作用。（2 2）控制段）控制段 控制段一般包括溢流堰、闸墩、边墩和上部结构等。控制段一般包括溢流堰、闸墩、边墩和上部结构等。溢流堰一般较低，常采用实用堰、宽顶堰或驼峰堰溢流
35、堰一般较低，常采用实用堰、宽顶堰或驼峰堰, ,堰顶设堰顶设置工作闸门，可提高控制泄流能力，泄流时开启闸门即可置工作闸门，可提高控制泄流能力，泄流时开启闸门即可得到较大的初期泄量。得到较大的初期泄量。 (a) (a)宽顶堰宽顶堰 (b)(b)实用堰实用堰 (c)(c)驼峰堰驼峰堰正槽式溢洪道上常用的三种溢流堰型正槽式溢洪道上常用的三种溢流堰型（3 3）泄槽）泄槽 泄槽是开敞式溢洪道的控制段与消能工之间的泄水渠泄槽是开敞式溢洪道的控制段与消能工之间的泄水渠道，因渠底坡度较陡，又称陡槽。泄槽主要由槽底板和两道，因渠底坡度较陡，又称陡槽。泄槽主要由槽底板和两侧的边墙组成。侧的边墙组成。（4 4）消能段
36、）消能段 正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。这样冲刷坑将远正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。这样冲刷坑将远离泄洪建筑物，有利安全。离泄洪建筑物，有利安全。某溢洪道结构某溢洪道结构 为施工导流、排泄洪水或排沙、放空水为施工导流、排泄洪水或排沙、放空水库而设置的水工隧洞称泄水隧洞。库而设置的水工隧洞称泄水隧洞。 水电站、泵站的尾水隧洞也属于泄水隧水电站、泵站的尾水隧洞也属于泄水隧洞。洞。 泄水隧洞主要由进水段、洞身段及出口泄水隧洞主要由进水段、洞身段及出口段组成，如图所示。段组成，如图所示。4.2 泄水隧洞有压泄水隧洞纵剖面图有压泄水隧洞纵剖面图1.1.进口段进口段 上页图为有压泄水隧洞实例。进口段采
37、用的是塔式上页图为有压泄水隧洞实例。进口段采用的是塔式进水口。在进水塔中设检修闸门，用以在工作弧形闸门进水口。在进水塔中设检修闸门，用以在工作弧形闸门检修或隧洞检修时挡水。检修或隧洞检修时挡水。2.2.洞身段洞身段 承受有压流的有压隧洞洞身段多采用圆形断面，受承受有压流的有压隧洞洞身段多采用圆形断面，受力条件与水流条件都较好。无压流的无压隧洞多采用圆力条件与水流条件都较好。无压流的无压隧洞多采用圆拱直墙式断面。拱直墙式断面。3.3.出口段及消能设施出口段及消能设施 泄洪隧洞同开敞式溢洪道一样，在泄水出口段必须泄洪隧洞同开敞式溢洪道一样，在泄水出口段必须设置消能设施，简称消能工，防止水流对下游河
38、渠的冲设置消能设施，简称消能工，防止水流对下游河渠的冲刷破坏。最常见的有挑流式消能和底（或面）流式消能刷破坏。最常见的有挑流式消能和底（或面）流式消能两种。两种。第五章渠系及渠系建筑物5.1 灌区的灌溉和排水系统1 1输水、配水系统输水、配水系统 干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠2 2排水系统排水系统 干沟、支沟、斗沟、农沟、毛沟干沟、支沟、斗沟、农沟、毛沟1.1.分四大类分四大类控制建筑物控制建筑物控制水流，如节制闸，分水闸控制水流，如节制闸，分水闸量水建筑物量水建筑物计量收费。如量水堰，测流仪计量收费。如量水堰，测流仪交叉建筑物交叉建筑物主要解决渠道与河流，山丘，道
39、路等交主要解决渠道与河流，山丘，道路等交叉问题。如渡槽，倒虹吸。叉问题。如渡槽，倒虹吸。落差建筑物落差建筑物当渠道经过陡坡地段水位急剧下降时，当渠道经过陡坡地段水位急剧下降时，所修建的连接建筑物。如陡坡，跌水。所修建的连接建筑物。如陡坡，跌水。5.2 渠系建筑物 渡槽渡槽架空输水的过水桥。架空输水的过水桥。倒虹吸倒虹吸当渠道横跨山谷、河流、道路时，为连接渠当渠道横跨山谷、河流、道路时，为连接渠道而设置的压力管道，其形状如倒置的虹吸管。道而设置的压力管道，其形状如倒置的虹吸管。涵管涵管当渠道与道路相交而又低于路面时可设置输水当渠道与道路相交而又低于路面时可设置输水用的涵洞。用的涵洞。跌水跌水当渠
40、道通过地面坡度教陡的地段或天然跌坎，当渠道通过地面坡度教陡的地段或天然跌坎，在落差集中处可建跌水。根据落差大小，跌水可做成单在落差集中处可建跌水。根据落差大小，跌水可做成单级或多级，单级跌水的落差较小，一般不超过级或多级，单级跌水的落差较小，一般不超过1.5m。陡坡：适用于落差陡坡：适用于落差1.5m3.0m；大于；大于3m时，采用多级跌时，采用多级跌水或陡坡。水或陡坡。按支撑型式分：按支撑型式分：梁式渡槽槽身直接支撑在槽墩或槽架上。梁式渡槽槽身直接支撑在槽墩或槽架上。拱式渡槽拱式渡槽下部支撑结构为拱形；可分为：板拱式下部支撑结构为拱形；可分为：板拱式和肋拱式和肋拱式按槽身断面形状分：按槽身断
41、面形状分：“U U”形和形和“V V”形形根据受力情况可分为：根据受力情况可分为：上承式上承式中承式中承式下承式下承式第六章水工隧洞 6.1 水工隧洞的作用辅助泄洪辅助泄洪引水、输水引水、输水排沙排沙防空水库防空水库施工导流施工导流1. 1. 有压洞有压洞 洞内始终处于满流有压状态；洞内始终处于满流有压状态； 工作闸门一般设在洞出口处。工作闸门一般设在洞出口处。2. 2. 无压流无压流 洞内始终处于明流无压状态；洞内始终处于明流无压状态； 工作闸门一般设在洞进口段。工作闸门一般设在洞进口段。6.2 水工隧洞的分类1.1. 水流特点水流特点A.A.引水隧洞引水隧洞: : 洞身流速低洞身流速低 要
42、求要求: : 洞壁光滑，减少水头损失洞壁光滑，减少水头损失B.B.泄水隧洞泄水隧洞: :洞内流速较高，易发生空蚀破坏洞内流速较高，易发生空蚀破坏. . 要求：要求：1)1)：顺直（避免弯道）：顺直（避免弯道） 2)2)：洞壁平稳（多采用弧型闸门）：洞壁平稳（多采用弧型闸门） 3)3)：材料防蚀，抗磨性能好。：材料防蚀，抗磨性能好。6.3 水工隧洞的工作特点 地下结构，施工条件差（受地质条件影响大，塌洞现象时地下结构，施工条件差（受地质条件影响大，塌洞现象时有发生）有发生） 环境条件差（通风、排尘、供氧）环境条件差（通风、排尘、供氧） 工期长（工作面小、干扰大、出渣难）工期长（工作面小、干扰大、
43、出渣难） 工序多（开挖、支护、衬砌、灌浆等）工序多（开挖、支护、衬砌、灌浆等） 进口段位于隧洞进口部位，用以控制水流。进口段位于隧洞进口部位，用以控制水流。 包括：拦污栅，进水喇叭口，闸门室和渐变段。包括：拦污栅，进水喇叭口，闸门室和渐变段。洞身段用以输送水流，需要衬砌。洞身段用以输送水流，需要衬砌。出口段用以连接消能设施。出口段用以连接消能设施。 无压泄水隧洞的出口仅设有门框；无压泄水隧洞的出口仅设有门框； 压力泄水隧洞的出口要设渐变段和工作闸门室。压力泄水隧洞的出口要设渐变段和工作闸门室。 6.4 水工隧洞的组成部分有压洞有压洞一般为圆形一般为圆形无压洞无压洞一般为门洞形、马蹄形或蛋形一般
44、为门洞形、马蹄形或蛋形 6.5 洞身断面形式1 1作用作用 1 1）承受荷载承受荷载 2 2）加固围岩加固围岩 3 3）减小糙率减小糙率 4 4）保护围岩（受水流，温度，湿度影响）保护围岩（受水流，温度，湿度影响） 5 5）防止渗漏防止渗漏6.6 洞身衬砌 1 1）平整衬砌：不承受荷载，只起减少糙率、防止平整衬砌：不承受荷载，只起减少糙率、防止 渗漏、抵抗冲蚀和防止岩石风化等作用。渗漏、抵抗冲蚀和防止岩石风化等作用。 2 2）砼，钢筋砼衬砌砼，钢筋砼衬砌 3 3）组合式衬砌组合式衬砌1山岩压力（围岩压力）山岩压力（围岩压力）隧洞开挖后破坏了岩隧洞开挖后破坏了岩 体的自然平衡状态，从而引起围岩变
45、形或塌落面体的自然平衡状态，从而引起围岩变形或塌落面 作用在支护（或衬砌）上的压力。作用在支护（或衬砌）上的压力。2围岩的弹性抗力围岩的弹性抗力在荷载作用下，衬砌向外变在荷载作用下，衬砌向外变 形时受到围岩的抵抗，时被动力。形时受到围岩的抵抗，时被动力。 6.7 作用在衬砌上的荷载第七章水力发电建筑物 7.1 水电开发及水能利用 水力发电的基本原理水力发电的基本原理1. 水流过程水流过程上游水流引水管水轮机尾水管下游2. 能量转换过程能量转换过程水能 机械能 电能 冲击水轮机带动发电机转动一、水能开发方式一、水能开发方式 按调节流量方式分按调节流量方式分坝式（蓄水式）坝式（蓄水式） 建坝成库形
46、成水头；建坝成库形成水头； 抽水蓄能抽水蓄能引水式（径流式）利用天然径流，无库，无径流调节性能引水式（径流式）利用天然径流，无库，无径流调节性能混合式混合式7.2 水能开发方式与水电站的主要类型 1. 坝式水电站（蓄水式）坝式水电站（蓄水式）集中水头集中水头坝后式坝后式紧靠坝体下游布置紧靠坝体下游布置 特点特点:建坝成库，形成集中落差，进行水量调节建坝成库，形成集中落差，进行水量调节河床式河床式 特点：厂房是挡水建筑物的一部分，电站没有专门的引特点：厂房是挡水建筑物的一部分，电站没有专门的引水管道，水流直接由厂房上游侧的进水口进入水轮机；水管道，水流直接由厂房上游侧的进水口进入水轮机；适用于低
47、水头电站。适用于低水头电站。二、水电站的主要类型二、水电站的主要类型定义定义利用渠道、隧洞等引水建筑物在引水的过程中集利用渠道、隧洞等引水建筑物在引水的过程中集中落差形成水头。一般建在河道落差较大（底坡较陡）河中落差形成水头。一般建在河道落差较大（底坡较陡）河段。段。分类：分类：A.无压引水式电站无压引水式电站用明流的方式引水以集中落差的水电用明流的方式引水以集中落差的水电站站B.有压引水式电站有压引水式电站在水闸（低坝）壅水之后，采用有压在水闸（低坝）壅水之后，采用有压引水建筑物（压力隧洞、压力水管）来集中落差。引水建筑物（压力隧洞、压力水管）来集中落差。2. 引水式电站引水式电站 定义定义既利用坝抬高水位，又利用引水渠集中水头。既利用坝抬高水位，又利用引水渠集中水头。7.3 水电站的主要建筑物一、进水建筑物一、进水建筑物1.坝式进水口坝式进水口设在坝上游侧设在坝上游侧2.岸式进水口岸式进水口设在山坡上设在山坡上3.前池进水口前池进水口1.渠道2.隧洞3.调压室4.压力管道1.主厂房主厂房水轮机和发电机水轮机和发电机2.副厂房副厂房机电控制设备机电控制设备3.变电站变电站 变压器场和开关站变压器场和开关站附 录大连附近水库介绍
