1、水工建筑物水工建筑物水工建筑物南京南京2013水利枢纽建设阶段及设计内容水利枢纽建设阶段及设计内容123蓄水枢纽蓄水枢纽引水枢纽引水枢纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 蓄水枢纽设计的主要内容有坝址、坝型选择和枢纽布置等。坝址、坝型选择和枢纽布置共同受所在河流(区域)的社会经济和自然条件的制约。2.1 坝址与坝型选择坝址与坝型选择 坝址和坝型的选择工作贯穿在各设计阶段之中，并且是逐步深入的。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.1 坝址与坝型选择坝址与坝型选择 在可行性研究阶段，一般是根据开发任务的要求和地形、地质及施工等条件，初选几个可能筑坝的地段和若干条有代表性
2、的坝轴线，通过枢纽布置进行综合比较，选择其中最有利的地段和相应较好的坝轴线，提出推荐坝址。并在推荐坝址上进行枢纽布置，通过方案比较，初选基本坝型(重力坝、拱坝、土石坝)和初选枢纽布置方式。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.1 坝址与坝型选择坝址与坝型选择 在初步设计阶段，根据掌握的地质资料，通过技术经济比较，选定最合理的坝轴线，确定坝型及其它建筑物的型式和主要尺寸，进行枢纽布置。在施工详图阶段，随着地质资料和试验资料的进一步深入和完善，对已确定的坝轴线、坝型和枢纽布置做最后的修改和定案。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.1 坝址与坝型选择坝址与坝型选择 在优
3、选坝址、坝型时，一般应考虑以下几个因素：地质条件地质条件 地质条件是建库建坝的基础；是衡量坝址优劣的重要条件之一，在某种程度上决定着枢纽工程的结构和投资。在选择坝址、坝型阶段，应摸清各比较方案的区域、库区和建筑物区的地质情况。坚硬完整、无构造缺陷的岩基是最理想的坝基。但天然地基总会存在地质缺陷，可通过妥善的地基处理措施使其达到筑坝的要求。关键是：不能疏漏重大地质问题；对重大地质问题要有正确的定性判断，以便决定坝址的取舍或定出防护处理的措施，或在坝型选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.1 坝址与坝型选择坝址与坝型选择 在优选坝址、坝型时，一
4、般应考虑以下几个因素：地质条件（续）地质条件（续）拱坝对两岸坝基地质条件要求较高，重力坝或支墩坝次之，土石坝要求最低；高坝要求较严格，低坝要求较低。坝址选择还必须对区域地质稳定性及库区的渗漏、库岸塌滑、岸坡及山体稳定等地质条件做出评价。南京南京2013地形条件地形条件 坝址地形条件必须满足开发任务对枢纽布置的要求。一般说，坝址河谷狭窄，坝轴线短，坝体工程量较小，但河谷太窄则不利于泄水建筑物、发电建筑物、施工导流及施工场地的布置，是否经济应根据枢纽总造价来衡量；通常，河谷两岸有适宜的高度和必需的挡水前缘宽度时，则对枢纽布置有利；对于多泥沙河流及有漂木要求的河道，应注意坝址位置对取水、防沙及漂木是
5、否有利；对于通航河道，还应考虑通航建筑的布置；对坝址上游，希望河谷开阔，争取在淹没损失较小的情况下获得较大库容。2 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京2013地形条件（续）地形条件（续）2 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 坝址地形条件还应与坝型相互适应，拱坝要求河谷窄狭；土石坝要求河谷宽阔、岸坡平缓、坝址附近或库区内有高程合适的天然山垭口，可供布置河岸式溢洪道，以及坝址附近有开阔的地形，便于布置施工场地。南京南京2013建筑材料建筑材料2 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 坝址附近应有数量足够、质量符合要求的建筑材料，应便于开采、运输，且施工期间料场不会被淹没。坝址和坝型选择要考虑易于施工导流，施工交通
6、运输、能源供应及便于布置施工场地。施工条件施工条件南京南京2013综合效益及环境影响综合效益及环境影响2 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、通航、过木、城市和工业用水、渔业以及旅游等各部门的经济效益，并考虑兴建水库后，原来的陆相地表和河流型水域变为湖泊型水域，改变了地区自然景观，对自然生态和社会经济产生多方面的环境影响。其有利的是发展了水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和消除了洪水灾害、改善气候条件等。但是，也会带来淹没损失、浸没损失、土壤沼泽化、水库淤积、诱发地震、生态平衡受到破坏以及造成下游冲刷、河床演变等等不利影响。虽然水库对环境的不利影响与其社会、经
7、济效益相比是次要的，但处理不当也能造成严重的后果，故在进行水利规则和坝址选择时，必须进行认真研究。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.2 枢纽布置枢纽布置 拦河筑坝以形成水库是蓄水枢纽的主要特征。其枢纽组成除拦河坝和泄水建筑物外，还包括输水建筑物、水电站建筑物和过坝建筑物等。枢纽布置主要是研究和确定枢纽中各水工建筑物的相互位置。枢纽布置的一般原则一般原则如下：(1)运用方面：运用方面：枢纽布置应满足各建筑物在布置上的枢纽布置应满足各建筑物在布置上的要求，并应避免运行时相互干扰，确保各建筑物在任要求，并应避免运行时相互干扰，确保各建筑物在任何工作条件下都能正常工作。何工作条件下都
8、能正常工作。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽(2)施工方面：施工方面：枢纽布置应同时考虑合理选择施工导流枢纽布置应同时考虑合理选择施工导流的方式、施工程序和标准，合理选择主要建筑物的施工的方式、施工程序和标准，合理选择主要建筑物的施工方法。工程实践证明，在某种情况下，配合得当不仅能方法。工程实践证明，在某种情况下，配合得当不仅能方便施工，还能使部分建筑物提前发挥效益方便施工，还能使部分建筑物提前发挥效益(提前蓄水提前蓄水、发电等、发电等)。(3)经济方面：经济方面：枢纽布置应做到在满足安全和运用管理枢纽布置应做到在满足安全和运用管理要求的前提下，尽量降低枢纽总造价和年运行费用；如
9、要求的前提下，尽量降低枢纽总造价和年运行费用；如有可能，应考虑使一个建筑物能发挥多种作用；应对枢有可能，应考虑使一个建筑物能发挥多种作用；应对枢纽建筑物进行优化设计或采用先进的技术、工艺和材料纽建筑物进行优化设计或采用先进的技术、工艺和材料。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽(4)环境方面：环境方面：枢纽布置应与周围自然环境相协调，因枢纽布置应与周围自然环境相协调，因地制宜地将人工环境和自然环境有机地结合起来，创造地制宜地将人工环境和自然环境有机地结合起来，创造出一个完美的、多功能的宜人环境。出一个完美的、多功能的宜人环境。磨房沟发电厂磨房沟发电厂为国家为国家“三线建设三线建设”重
10、点工程锦屏电站提供施重点工程锦屏电站提供施工电源，是雅砻江流域水电资源开发的第一座水电站，是用天然工电源，是雅砻江流域水电资源开发的第一座水电站，是用天然溶洞泉水发电的高水头引水式水电站，拥有溶洞泉水发电的高水头引水式水电站，拥有3台台1.25万千瓦水电机万千瓦水电机组，总装机组，总装机3.75万千瓦，年设计发电量万千瓦，年设计发电量2.34亿千瓦时。亿千瓦时。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.3 枢纽布置步骤枢纽布置步骤根据水利事业各部门对枢纽提出的任务，并结合枢根据水利事业各部门对枢纽提出的任务，并结合枢纽所在处的地形、地质、水文、气象、建筑材料、交纽所在处的地形、地质、
11、水文、气象、建筑材料、交通及施工等条件，确定枢纽中的组成建筑物以及各主通及施工等条件，确定枢纽中的组成建筑物以及各主要建筑物的型式和尺寸。要建筑物的型式和尺寸。按照枢纽布置的原则和要求，研究建筑物与河流、按照枢纽布置的原则和要求，研究建筑物与河流、河岸之间以及各建筑物相互之间的可能位置河岸之间以及各建筑物相互之间的可能位置(包括平面包括平面上和高程上的位置上和高程上的位置)，编制不同的布置方案及相应的施，编制不同的布置方案及相应的施工导流方案，绘制不同方案的枢纽布置图。工导流方案，绘制不同方案的枢纽布置图。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽根据枢纽中各建筑物的主要尺寸和地基开挖处理
12、根据枢纽中各建筑物的主要尺寸和地基开挖处理等情况，计算工程量与造价，并编制各方案的技术等情况，计算工程量与造价，并编制各方案的技术经济指标。经济指标。从技术经济等方面对各方案进行综合分析比较，从技术经济等方面对各方案进行综合分析比较，选出合理的枢纽布置方案。选出合理的枢纽布置方案。2.3 枢纽布置步骤枢纽布置步骤南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.4 枢纽布置方案的选定枢纽布置方案的选定 从若干个枢纽布置方案中选出一个最优方案。最从若干个枢纽布置方案中选出一个最优方案。最优方案应该是优方案应该是技术上先进且可能、经济上合理、施工技术上先进且可能、经济上合理、施工方便工期短、运行
13、安全可靠以及管理维修方便方便工期短、运行安全可靠以及管理维修方便的方案的方案。方案选择时主要论证比较的内容有以下几个方面：。方案选择时主要论证比较的内容有以下几个方面：(1)主要工程量主要工程量 如土石方、混凝土和钢筋混凝土、砌石、如土石方、混凝土和钢筋混凝土、砌石、金属结构、机电安装、帷幕和固结灌浆等工程量。金属结构、机电安装、帷幕和固结灌浆等工程量。(2)主要建筑材料用量主要建筑材料用量 如木材、水泥、钢筋、钢材、砂石如木材、水泥、钢筋、钢材、砂石和炸药等用量。和炸药等用量。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.4 枢纽布置方案的选定枢纽布置方案的选定(3)施工条件施工条件
14、如施工工期、发电日期、施工难易程度如施工工期、发电日期、施工难易程度、所需劳动力和施工机械化水平等。、所需劳动力和施工机械化水平等。(4)运行管理条件运行管理条件 如泄洪、发电、通航是否相互干扰如泄洪、发电、通航是否相互干扰，建筑物及设备的运用操作和检修是否方便，对外交，建筑物及设备的运用操作和检修是否方便，对外交通是否便利等。通是否便利等。(5)经济指标经济指标 指总投资、总造价、年运行费用、电站单指总投资、总造价、年运行费用、电站单位千瓦投资、发电成本、灌溉单位面积投资、通航能力、位千瓦投资、发电成本、灌溉单位面积投资、通航能力、防洪以及供水等综合利用效益等。防洪以及供水等综合利用效益等。
15、南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.5 枢纽布置实例枢纽布置实例1中、低水头水利枢纽中、低水头水利枢纽 修建在河流中、下游的丘陵或平原地区的水利枢纽修建在河流中、下游的丘陵或平原地区的水利枢纽，一般是位于河床坡度平缓、河谷宽阔的河段上，其主要，一般是位于河床坡度平缓、河谷宽阔的河段上，其主要建筑物是拦河闸（坝），由于其上下游水头差不大，称作建筑物是拦河闸（坝），由于其上下游水头差不大，称作中、低水头水利枢纽。此时，挡水建筑物可建在岩基或软中、低水头水利枢纽。此时，挡水建筑物可建在岩基或软基上，由于地形开阔，通常是将挡水建筑物、过坝建筑物基上，由于地形开阔，通常是将挡水建筑物、过
16、坝建筑物、泄水建筑物和电站厂房一字摆开。枢纽布置的关键问题、泄水建筑物和电站厂房一字摆开。枢纽布置的关键问题是妥善处理好泄洪消能及防淤排沙问题。是妥善处理好泄洪消能及防淤排沙问题。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽1中、低水头水利枢纽中、低水头水利枢纽葛洲坝水利枢纽葛洲坝水利枢纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 枢纽主体建筑物有泄水闸、船闸、电站厂房、冲枢纽主体建筑物有泄水闸、船闸、电站厂房、冲沙闸及挡水坝段等。枢纽总库容沙闸及挡水坝段等。枢纽总库容15.8亿亿m3，最大闸坝，最大闸坝高高47m，大坝全长，大坝全长2595m。电站总装机容量。电站总装机容量271.5万
17、万kW。1、2号大型船闸可通过万吨级货驳船及客轮，号大型船闸可通过万吨级货驳船及客轮，是世界最大船闸之一。葛洲坝工程坝址处河宽是世界最大船闸之一。葛洲坝工程坝址处河宽2200m。江中有葛洲坝和西坝两座小岛自右向左将长江分为。江中有葛洲坝和西坝两座小岛自右向左将长江分为大江、二江和三江。大江、二江和三江。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽1土石坝；土石坝；23号船闸；号船闸；3三江冲沙闸三江冲沙闸 4三江混凝土坝三江混凝土坝 52号船闸号船闸 6一混凝土坝；一混凝土坝；7二江电站，二江电站，8左导墙：左导墙：9泄水闸；泄水闸；10右导墙右导墙(纵堰纵堰)11大江电站大江电站 121号
18、船闸；号船闸；13大江冲沙闸；大江冲沙闸；14一右岸土石坝一右岸土石坝15、16一开关一开关站站 17、18一防淤堤，一防淤堤，19、20-导沙坎导沙坎南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽大江是主河槽，二、三江枯水期断流。其坝址地形和水文条件的大江是主河槽，二、三江枯水期断流。其坝址地形和水文条件的主要问题是：长江出南津关后自东转向南流，南津关以上峡谷河主要问题是：长江出南津关后自东转向南流，南津关以上峡谷河宽约宽约300m到坝址处急剧扩展至到坝址处急剧扩展至2200m，水流流速减缓，向下至，水流流速减缓，向下至宜昌市江面又缩至宜昌市江面又缩至800m。坝址又位于河流弯道，泥沙较多，
19、如枢坝址又位于河流弯道，泥沙较多，如枢纽布置不当，将淤塞航道和影响发电。纽布置不当，将淤塞航道和影响发电。因而，在枢纽布置时，首因而，在枢纽布置时，首先应适应长江河势，妥善安排好主流位置，以利于通航、发电、先应适应长江河势，妥善安排好主流位置，以利于通航、发电、排沙和泄洪。经过多种方案比较和水工、泥沙模型试验，最后确排沙和泄洪。经过多种方案比较和水工、泥沙模型试验，最后确定枢纽布置如下：挖掉江中葛洲坝，将枢纽中的关键建筑物即定枢纽布置如下：挖掉江中葛洲坝，将枢纽中的关键建筑物即27孔泄水闸居中布置在正对主流的深槽位置，以利于泄洪、排沙和孔泄水闸居中布置在正对主流的深槽位置，以利于泄洪、排沙和满
20、足河势要求。在上游，左右各设置一道防淤堤，既可束窄主流满足河势要求。在上游，左右各设置一道防淤堤，既可束窄主流河道，有利于拉沙、稳定主槽和消除回流淤积，又能在两侧形成河道，有利于拉沙、稳定主槽和消除回流淤积，又能在两侧形成南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 与主流分开的三江和大江两条独立的人工航道与主流分开的三江和大江两条独立的人工航道(大江下游并设导大江下游并设导航墙航墙)。在大江航道中设有。在大江航道中设有1号大型船闸；三江航道中设有号大型船闸；三江航道中设有2号和号和3号大、中型船闸各一座。为防止上游航道淤积，在大江航道号大、中型船闸各一座。为防止上游航道淤积，在大江航道1号
21、号船闸右侧布置船闸右侧布置9孔泄洪冲沙闸；在三江航道孔泄洪冲沙闸；在三江航道2、3号船闸之间布置号船闸之间布置6孔泄洪冲沙闸一座，在需要时可开闸拉沙、冲沙。为提前发挥孔泄洪冲沙闸一座，在需要时可开闸拉沙、冲沙。为提前发挥发电效益，将枢纽电站分设在大江、二江两处，二江电站装机容发电效益，将枢纽电站分设在大江、二江两处，二江电站装机容量量2X17万万kW+5X12.5万万kW，大江电站装机为，大江电站装机为14X12.5万万kW。第一期工程建二江电站，使其提前投产发电。为防止厂前泥沙淤第一期工程建二江电站，使其提前投产发电。为防止厂前泥沙淤积和减少粗砂通过水轮机，在两座厂房进水口上游均布置了导沙积
22、和减少粗砂通过水轮机，在两座厂房进水口上游均布置了导沙坎，进水口下部设置排沙底孔。在西坝和大江右岸，分别布置坎，进水口下部设置排沙底孔。在西坝和大江右岸，分别布置220kV和和500kV开关站。开关站。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 该工程坝址的该工程坝址的主要工程地质问题主要工程地质问题是坝基存在着粘土是坝基存在着粘土岩类软弱夹层，其抗剪强度低，且产状和倾角对抗滑和岩类软弱夹层，其抗剪强度低，且产状和倾角对抗滑和抗渗透均不利。因而，沿夹层的深层滑动是闸室抗滑稳抗渗透均不利。因而，沿夹层的深层滑动是闸室抗滑稳定的控制条件。此外，地层中还存在着规模较大的缓倾定的控制条件。此外，地
23、层中还存在着规模较大的缓倾角断层所构成的强透水带，亦需处理。对抗滑稳定的加角断层所构成的强透水带，亦需处理。对抗滑稳定的加固措施，曾研究过多种方案，并对泥化夹层进行了野外固措施，曾研究过多种方案，并对泥化夹层进行了野外大型抗力体试验，经分析比较，最后采用防渗板、混凝大型抗力体试验，经分析比较，最后采用防渗板、混凝土齿墙、尾岩抗力土齿墙、尾岩抗力(部分抗力体还加设钢筋混凝土加固桩部分抗力体还加设钢筋混凝土加固桩)和加强防渗排水等综合性阻滑措施。和加强防渗排水等综合性阻滑措施。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 对于溯河洄游性鱼类中珍稀的中华鲟鱼的保护问题对于溯河洄游性鱼类中珍稀的中华
24、鲟鱼的保护问题，经长期的调查、研究和试验，证明中华鲟鱼已适应了，经长期的调查、研究和试验，证明中华鲟鱼已适应了环境的变化，在坝下进行了有效的自然繁殖，同时，辅环境的变化，在坝下进行了有效的自然繁殖，同时，辅以人工繁殖放流后，可取得良好效果。以人工繁殖放流后，可取得良好效果。实践证明，虽然葛洲坝工程坝址的地形、水文和实践证明，虽然葛洲坝工程坝址的地形、水文和地质条件比较复杂，并有重大地质缺陷，但采用了合理地质条件比较复杂，并有重大地质缺陷，但采用了合理的优化设计方案和地基处理措施，枢纽布置非常成功。的优化设计方案和地基处理措施，枢纽布置非常成功。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2
25、.5 枢纽布置实例枢纽布置实例2高水头水利枢纽高水头水利枢纽 高水头水利纽一般修建在河流上游的高山狭谷之高水头水利纽一般修建在河流上游的高山狭谷之中，通常可形成有一定调节能力的水库，坝基多为岩中，通常可形成有一定调节能力的水库，坝基多为岩基，地形陡峻，施工场地布置困难。当枢纽兼有防洪基，地形陡峻，施工场地布置困难。当枢纽兼有防洪、发电和通航等多项综合任务时，尤其是洪峰高、装、发电和通航等多项综合任务时，尤其是洪峰高、装机规模大和过船吨位大的情况，枢纽布置必须妥善处机规模大和过船吨位大的情况，枢纽布置必须妥善处理好泄洪、发电、导流和通航等建筑物之间的相互关理好泄洪、发电、导流和通航等建筑物之间的
26、相互关系，以免互相干扰。系，以免互相干扰。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.5 枢纽布置实例枢纽布置实例2高水头水利枢纽高水头水利枢纽 泄洪和发电建筑物的布置通常有两者分散布置和泄洪和发电建筑物的布置通常有两者分散布置和两者重叠布置两大类。一般说，分散布置可能更有利两者重叠布置两大类。一般说，分散布置可能更有利于施工和运行，但重叠布置使枢纽布置紧凑并可能节于施工和运行，但重叠布置使枢纽布置紧凑并可能节省投资。省投资。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 2.5 枢纽布置实例枢纽布置实例2高水头水利枢纽高水头水利枢纽南京南京2013攀枝花攀枝花溪洛渡溪洛渡向家坝白鹤滩
27、乌东德下游河段图下游河段图下游河段图宜宾宜宾金沙江长度 782km落差 729m多年平均流量 4620m3/s年径流量 1457亿m3南京南京2013南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大综合效益的工程。溪洛渡电站装机容量1260万千瓦，位居世界第三。溪洛渡工程是长江防洪体系的重要组成部分，是解决川江防洪问题的主要工程措施之一，通过水库合理调度，可使三峡库区入库含沙量比天然状态减少34%以上。由于水库对径流的调节作用，将直接改善下游航运条件，水库区亦可实现部分通航。南京
28、南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽 枢纽由拦河坝、泄洪、引水、发电等建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝,坝顶高程610米，最大坝高278（285）米，坝顶中心线弧长698.09米；左右两岸布置地下厂房，各安装9台单机容量70（75）万千瓦的水轮发电机组，年发电量为571亿640亿千瓦时。溪洛渡水库正常蓄水位600米,死水位540米，水库总容量126.7亿立方米，调节库容64.6 亿立方米，可进行不完全年调节。南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽溪洛渡工程枢纽建筑物布置溪洛渡工程枢纽建筑物布置u挡水建筑物u泄洪消能建筑物u引水发电建筑物u施工导流建筑物南京南京20132 2 蓄蓄 水水 枢枢 纽纽南京南京2013南京南京2013南京南京2013南京南京2013南京南京2013南京南京2013水水 利利 枢枢 纽纽
