9土木工程概论解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第9章,水利水电工程,9.1 水利工程简介,水利工程是用于掌握和调配自然界的地表水和地下水，到达除害兴利目的而修建的工程。水是人类生产和生活必不行少的珍贵资源，是人类生活和生产活动中必不行少的物质，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要，在人类社会的生存和进展中，需要不断地适应、利用、改造和爱护水环境。,9.1,.1 概述,修建水利工程能掌握水流，防止洪涝灾难，并进展水量的调整和安排，以满足人民生活和生产对水资源的需要。,水利活动起源很早，文字记载可以追溯到六七千年前，水利在中国有着重要地位和悠久历史，历代有为的统治者，都把兴修水利作为治国安邦的大计。如四川的都江堰、关中的郑国渠、沟通长江与珠江水系的灵渠及京杭大水道等都是我国古代水利工程的代表。,都江堰与京杭水道淮安船闸,9,.1.2 水利工程的特点,水利工程不同于其他土木工程，具有以下特点：,水工建筑物受水的作用，工作条件简单。水利工程中各种水工建筑物都是在难以准确把握的气象、水文、地质等自然条件下进展施工和运行的，承受水的推力、浮力、渗透力、冲刷力等多种荷载的作用，工作条件较其他建筑物更为简单。,灵渠水系总揽图,京杭大水道流经区域,施工难度大。,大型水利工程的设计各有特点，难以划一。,水利工程的效益具有不确定性。依据每年水文状况不同而效益不同，农田水利工程还与气象条件的变化有亲密联系,水利工程一般规模大，技术简单，工期较长，投资多。,水利工程决堤事故,9,.1.3 水利工程的类型及分类,蓄水工程指水库和塘坝，不包括专为引水、提水工程修建的调整水库。,引水工程指从河道、湖泊等地表水体自流引水的工程，不包括从蓄水、提水工程中引水的工程；,提水工程指利用扬水泵站从河道、湖泊等地表水体提水的工程，不包括从蓄水、引水工程中提水的工程；,调水工程指水资源一级区或独立流域之间的跨流域调水工 程，蓄、引、提工程中均不包括调水工程的配套工程。,地下水源工程指利用地下水的水井工程，分为浅层地下水和深层承压水。,南水北调西线方案,南水北调中线方案,南水北调东线方案,水利枢纽工程是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体，它是水利工程体系中最重要的组成局部，一般由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物以及必要的水电站厂房、通航、过鱼、过木等特地性的水工建筑物组成。,向家坝水利枢纽三维模型,按担当任务的不同，可分为防洪枢纽、浇灌(或供水)枢纽、水力发电枢纽和航运枢纽等。多数水利枢纽担当多项任务，称为综合性水利枢纽。,葛洲坝水利枢纽,桂平航运枢纽,工程,等别,工程,规模,分 等 指 标,水库,总库容,(亿立方米),防 洪,灌溉面积,(万亩),水电站装机容量(万千瓦),保护城镇及,工矿区,保护农田面积(万亩),一,大(1)型,10,特别重要城市、,工矿区,500,150,75,二,大(2)型,101,重要城市、,工矿区,500100,15050,7525,三,中型,10.1,中等城市、,工矿区,10030,505,252.5,四,小(1)型,0.10.01,一般城镇、,工矿区,30,50.5,2.50.05,五,小(2)型,0.010.001,-,-,0.5,0.05,中国水利枢纽工程分等指标,9.1.4 水利工程进展趋势,水利工程的水工建筑物向高水头、大容量、新材料、新构造等方面进展。随着施工技术不断提高和大型、高效施工机械及高速、大容量电子计算机的承受，高拱坝、高土石坝、碾压混凝土坝、深埋隧洞及大型地下建筑物等的设计和争论将会有较快的进展。,排名,国名,电站名称,所在河流,装机容量,(万kw),年发电量,(亿kwh),开始发电,年份,1,中国,三峡,长江,1820,847,2003,2,巴西、,巴拉圭,伊泰普,巴拉那河,1260,710,1984,3,美国,大古力,哥伦比亚河,1083,203,1942,4,委内瑞拉,古里,卡罗尼河,1030,510,1968,5,巴西,图库鲁伊,托坎廷斯河,800,324,1984,6,加拿大,拉格兰德二级,拉格兰德河,733,358,1979,7,俄罗斯,萨扬舒申斯克,叶尼塞河,640,237,1978,8,俄罗斯,克拉斯诺,雅尔斯克,叶尼塞河,600,204,1968,9,加拿大,丘吉尔瀑布,丘吉尔河,523,345,1971,全球大型水电站排行表,溪洛渡水电站有高拱坝、高水头、高地震带和大型洞室群的开挖等特点，技术上特别有挑战性，既是国家实施西部大开发战略的重大举措，同时又缓解我国经济高速进展中日益突出的电力紧急问题，对有效改善国家电网构造，促进东、中、西部优势互补、协调进展等方面具有特别重大的意义。,正在建设的溪洛渡水电站是我国仅次于三峡工程的世界级巨型水电站，大坝承受混凝土双曲拱坝，坝高276米，系世界最高大坝之一，建成后期装机容量和年平均发电量的规模将排世界第三。,9.1.5 水电站开发方式和主要类型,可以分为河床式、坝后式、溢流式、混合式四种。,河床式水电站,只建有低坝，水库容量和调整力量均较小，主要靠河流的自然流量发电。水能利用受到限制，综合效益相对较小，但漂浮损失和移民安置困难也小。适宜于平原或丘陵地区。,1.坝式水电站,河床式水电站实例,葛洲坝水利枢纽,广西西津水电站,宁夏青铜峡水电站,坝后式水电站,厂房构造不受水头所限，水头取决于坝高。,三峡水电站,溢流式水电站,当河谷狭窄、泄洪量大、机组台数多、地质条件较差、不能承受地下式厂房而又要求保证有肯定宽度的溢流段时，将厂房布置在溢流坎下面，厂房顶就是溢流面，称为溢流式厂房。,三峡水电站,新安江水电站,自河流坡降较陡、落差比较集中的河段，以及河湾或相邻两河河床高程相差较大的地方，利用坡降平缓的引水道引水而与自然水面形成符合要求的落差(水头)发电的水电站。适合于山区应用。,引水式水电站示意,2.引水式水电站,首部式地下厂房,厂房位于电站引水系统的首部。这种布置方式的特点是有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长，而尾水隧洞承压较小或为无压隧洞，造价相对廉价，并省去了造价较高的上游调压室。压力管道以单元供水方式向水轮机供水，可不设下端阀门，因而可以降低造价。,但这种地下厂房靠近水库，需留意处理水库渗水对厂房的影响。,尾部式地下厂房,厂房位于引水系统的尾部，具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞，一般均设有上游调压室。尾部厂房靠近地表，尾水洞短，厂房的交通、出线及通风等帮助洞室的布置及施工运行比较便利，因而承受较多。,尾部式地下水电站适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多承受尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上。,中部式地下厂房,厂房位于引水系统的中部，同时具有较长的上游引水道和下游尾水道，当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室。当水电站引水系统中部的地质地形条件适宜，对外联系如运输、出线以及施工场地布置便利时，可承受中部式地下厂房。,抽水蓄能电站厂房内的机组具有水泵和水轮发电机。它是利用电网中在夜间负荷低谷时的电力输送给抽水蓄能电站，驱动水泵，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄；当顶峰负荷消失时，放水到下水库，冲动水轮机带动发电机发电。,3.抽水蓄能电站,利用海水涨落形成的潮汐能发电的电站称为潮汐电站。潮汐电站厂房根本上与河床式厂房一样。,4.潮汐电站,9.2 主要水工建筑物,水利工程的根本组成是各种水工建筑物，包括挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、输水建筑物、河道整治建筑物、水电站建筑物、渠系建筑物、过坝设施等。,9,.2.1 挡水建筑物,挡水建筑物是具有阻挡或拦束水流、拥高或调整上游水位的建筑物，一般横跨河道者称为坝，沿水流方向在河道两侧修建者称为堤，坝是形成水库的关键性工程。坝的类型依据坝址的自然条件、建筑材料、施工场地、导流、工期、造价等综合比较选定。,挡水建筑物现场照片,坝是主要的挡水建筑物之一，它的主要荷载有坝面水压力、坝体自重、泥沙压力、冰压力、温度荷载以及地震荷载等。坝的设计中要解决的主要问题是坝体反抗滑动或倾覆的稳定性、防止坝体自身的裂开和渗漏。,(1)土石坝,土石坝包括土坝、堆石坝、土石混合坝等，又统称为当地材料坝。,土石坝的优点有：筑坝材料可以就地取材，可节省大量钢材和水泥，节省进场大路；能适应地基变形，对地基的要求比混凝土坝要低；构造简洁，工作牢靠，便于修理和加高、扩建；施工技术简洁，工序少，便于组织机械化施工。,缺乏之处是坝顶不能过流，必需另开溢洪道，施工导流不如混凝土坝便利，对防渗要求高；加之剖面大，填筑量大而且施工简洁受季节影响。,(2)混凝土坝,混凝土坝可分为重力坝、拱坝和支墩坝三种类型，重力坝依靠坝体自重与根底间产生的摩擦力来承受水的推力而维持稳定。,其优点是构造简洁，施工较简洁，耐久性好，适宜于在岩基上进展高坝建筑，便于设置泄水建筑物。,随着世界筑坝技术的提高，坝的高度渐渐提高，坝的规模亦随之加大。目前世界最高的坝是俄罗斯335m高的罗贡土石坝，最高的混凝土坝是瑞士的大迪克桑斯坝，坝高为285m。体积最大的土石坝是巴基斯坦塔贝拉水电站的土石坝，体积达1.2亿立方米；体积最大的混凝土坝是俄罗斯的萨扬舒申斯克重力拱坝，体积为850万立方米；假设计入尾矿坝则为美国新科尼利亚尾矿坝，体积为2.1亿立方米。,俄罗斯罗贡坝 瑞士的大迪克桑斯坝,(3)其他类型的坝,其他材料建成的坝如橡胶坝、钢坝、木坝及草土坝(堰)等使用较少，一般只适用于低水头。橡胶坝坝高一般在7m以下，最大达15m，建于河道及渠道上便于调整水位。钢坝常为钢板桩格体坝，最大坝高约30m，常用于海港码头以及施工期的纵向围堰中。木坝及草土坝是传统水工建筑物，近代常用于临时建筑物中。,橡胶坝,堤是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区、围垦区边缘修建的挡水建筑物。其作用为：防范洪水泛滥，爱护居民、农田及其各种设施；限制分洪区(蓄洪区)、行洪区的漂浮范围；围垦洪泛区或海滩，增加土地开发利用的面积；抵抗风浪或抗御海潮；约束河道水流，掌握流势，加大流速，利于泄洪排沙。,9,.2.2 泄水建筑物,泄水建筑物是用以排放多余水量、泥沙和冰凌等的水工建筑物。,主要有：,泄水孔,、泄水隧洞、,溢洪道,、溢流坝等。,此外，,与坝结合,在一起的称,坝体泄水建筑物,；,设在坝身以外,的常统称为,岸边泄水建筑物,。,泄水建筑物示意图,泄水建筑物是水利枢纽的重要组成局部，其造价常占工程总造价的很大局部，合理选择形式，确定其尺寸特别重要。泄水建筑物按其进口高程可布置成表孔、中孔、深孔或底孔。表孔泄流与进口漂浮在水下的孔口泄流，在同样水头时，前者具有较大的泄流力量，是溢洪道及溢流坝的主要形式。,葛洲坝水利枢纽二江泄水闸,(1)溢洪道,溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，象一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。包括：进水渠 掌握段 泻槽 出水渠。,溢洪道的分类标准,溢洪道的类型,目的与作用,泄洪标准及,运用情况,正常溢洪道,用以宣泄设计洪水。,非常溢洪道,用以宣泄非常洪水。,所在位置,河床式溢洪道,经由坝身用以宣泄洪水。,岸边溢洪道,正槽溢洪道,泄槽与溢流堰正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致。,侧槽溢洪道,溢流堰设在泄槽一侧，溢流堰轴线与泄槽大致平行。,井式溢洪道,进水口在平面为一环形溢流堰，水流过堰后，经竖井和隧洞流向下游。,虹吸溢洪道,利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，经泄槽流向下游，可建在岸边，也可建在坝内。,溢洪道的类型,溢洪道现场照片,(2)溢流坝,溢流坝(又称滚水坝)一般由混凝土或浆砌石筑成。与厂房结合在一起作为泄洪建筑物的坝内式厂房溢流坝、厂房顶溢流和挑越厂房顶泄流的厂坝联合泄洪方式，可用在高山狭谷地区，当宣泄大流量时，是解决溢洪道和电站厂房布置位置缺乏的一种途径。,坝顶溢流 坝面溢流 大孔口坝面溢流,(3)过坝设施,过坝设施是在水利枢纽中为船只、木材、鱼类过坝(闸)而建的设施的总