第六章水利工程概论

第六章水利工程概述6.1水利概述优点：水资源丰富，可开发利用的水能资源居世界首位。水资源理论蕴藏量为6.76亿千瓦，其中可开发量3.78亿千瓦（占全世界可开发水能资源总量的16.7％），年发电量19200亿千瓦时。缺点：水资源在时间和地域上的分布经常与对它的需要不一致。（南多北少，春夏多秋冬少）6.1.1我国水资源现状中国七大江河项目长江黄河松花江珠江辽河海河淮河流域面积（万km2）180.96.256.744.422.926.426.9河长（km）6300546423082214139010901000年均降水深（mm）10704755271469473559889年均径流量（亿m3）9513658623338148228622注入东海渤海黑龙江南海渤海长江渤海第五章水利工程概论6.1.2水利工程的定义水利工程就是对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以除害兴利为目的而修建的工程。水工建筑物：控制和调配水流的各种建筑物。水利枢纽：各种水工建筑物相互配合，构成一个有机的综合体。主要建筑物有：（1）用以截断水流挡水泄水的重力坝；（2）用以保证工程安全，宣泄多余洪水的泄洪坝段；（3）用于发电的水电站厂房；（4）用于保证交通的船闸以及升船机。水工建筑物因受水的影响而有别于其他建筑物或构筑物，其特点如下：水利水电工作条件复杂，施工技术难度大（受水文、气象、地址、地形等复杂条件的影响）大型水工结构不仅对社会、经济有很大影响，对自然环境、生态环境也会产生很大的影响6.1.3水工建筑物的特点6.1.4水利水电工程分类（1）水力发电工程（2）农田水利工程（3）防洪工程（4）供水排水工程（5）港口及航道工程（6）环境水利工程按其对水的作用分类（1）蓄水工程（2）排水工程（3）取水工程（4）输水工程（5）提水工程（6）水质净化工程（7）污水处理工程按其承担的任务分类目的：水利工程能为社会带来巨大的经济效益和社会效益，但是同时水利工程一旦失事，将会给社会带来巨大的财产损失和认为的灾害。为了高度重视工程安全，将工程技术和经济合理性统一考虑，有关规范将水利水电工程按重要分等，并进一步将枢纽中的水工建筑物分级。6.1.5水利枢纽和水工建筑物分等枢纽分等建筑物分等第五章水利工程概论6.2农田水利工程分类：灌溉工程排涝工程农田水利是为农业生产服务的水利工程。其主要任务是灌溉、排涝、改良土壤。鱼嘴是修建在江心的分水堤坝把汹涌的岷江分隔成外江和内江，在洪枯季节可自动调节水量。冬、春枯水季节，岷江水位较低，河流主流线多靠近河谷凹岸流去，分水堤将约十分之六的江水流入内江，十分之四的江水流入外江，简称“四六分水”；夏、秋洪水季节，岷江水位相对升高，河流主流线相对变直，大部分江水流向凸岸，故分水堤又将十分之六的江水排入外江，十分之四的江水注入内江。问题：飞沙堰、宝瓶口各有什么特点？CompanyLogo鱼嘴飞沙堰宝瓶口6.2.1灌溉工程灌溉水源：我国灌溉水源的分类及其各自所占比例如下图：第五章水利工程概论无坝取水：不在河流中修建拦河坝，直接引水灌溉。适用于不经调节，河流水位、流量就能满足灌区用水要求时。有坝（低坝）取水：是采用拦河坝抬高水位后，再引水灌溉。适用于水流量不足时。抽水取水：用各种农用排灌机械取水灌溉的工程。适用于河流的水量充足，但灌区位置较高时（水位不足时）。水库取水：修建水库拦截一定水量，起径流调节作用。适用于河流的水位、流量均不能满足灌溉要求时。灌溉取水方式灌溉取水方式示意图有坝取水工程细部示意图有引水渠泵站布置图6.2.2排涝工程1、目的：排除地面积水和降低地下水位。2、分类：(1)明沟排水：一般包括干、支、斗、农、毛各级排水沟通及相应排水控制建筑物，具有施工简单、见效快等优点，缺点是占地多、易淤积、维修工作量大。(2)暗管排水：优点是占地少，不影响农田耕作和交通，排水效果稳定，缺点是需要较多管材，基建投资高。(3)竖井排水：利用水井抽取地下水，降低和控制地下水位。优点是调控地下水位能力强，缺点是井点分散、管理不便，需较多水泵和动力。取水与排水的通道——输水建筑物1、渠道渠道段面示意图2、渠系建筑物为渠道正常工作和发挥其各种功能而在渠道上兴建的水工建筑物。（1）水闸：利用闸门控制流量和调节水位。取水与排水的通道——输水建筑物（2）渡槽：渠道跨越其他水道、洼地、道路和铁路等修建的桥式交叉建筑物。（3）隧道：渠道跨越其他水道、洼地、道路和铁路等修建的地下交叉建筑物。上海杨浦电厂取水工程（4）跌水：连接两段高程不同的渠道的阶梯式跌落建筑物。（5）陡坡：连接两段高程不同的渠道的坡度大而近乎垂直的坡。(a)跌水(b)陡坡6.3水利发电工程定义：利用水力发电。通过水工建筑物和动力设备将水能（流量的大小、水头的高低）转变为机械能，再由机械能转变为电能。云南石龙坝水电站——我国第一座水电站，始建于1912年，规模较小。葛洲坝水电站——1971年5月开工兴建，1972年12月停工，1974年10月复工，1988年12月全部峻工。最大坝高47米，总库容16.8亿立方米。总装机容量271.5万千瓦三峡水电站——于2009年全部完工，世界上规模最大的水电站，坝高185米，蓄水高程175米，水库长600余公里，共安装32台70万千瓦水轮发电机组，总装机容量2250万千瓦。锦屏水电站——2005年11月12日开工，还未完工。采用的形式为混凝土双曲拱坝，建成后坝高将为305m。将为世界第一高拱坝。总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，具有年调节性能,装机容量360万千瓦。6.3.1水电站建筑物主要特征：水头低，因此引用流量大。水电站产房既用来发电同时也用来挡水。1.坝式电站——河床式水电站河床式电站——葛州坝水电站葛洲坝电站当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。特点：水头高，库容较大。产房不用来挡水。2.坝式电站——坝后式水电站坝后式电站——三峡水电站万家寨坝后式水电站用引水道来集中水头的电站。特点：流量小，水头高，适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。3.引水式水电站引水式水电站4.抽水蓄能电站抽水蓄能电站是一种特殊作用的水电站，是在时间上把能量重新分配。因能量转换有损耗，一般用4度电抽水可发出3度电。广州抽水蓄能电站利用潮水涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。据计算，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿度。浙江江厦潮汐电站5.潮汐电站法国朗斯潮汐电站6.4防洪工程防洪工程是预防、控制洪水成灾所修建的工程。主要包括：挡水结构工程、河道整治工程、分洪工程等它的作用可分为：阻挡洪水侵袭、增加泄洪能力。6.4.1挡水结构工程1、堤：沿河、渠、湖、海岸边缘修建的挡水结构，主要是防御洪水对保护对象的侵袭。袁州新区堤防工程2、坝坝是建在河流中截断水流、抬高水文、形成水库的挡水结构，也具有泄洪、发电等功效。按材料分为：土石坝、混凝土坝、橡胶坝等；按结构特点和力学性能分为：重力坝、拱坝、支墩坝等。6.4.1挡水结构工程橡胶坝（1）重力坝原理：由坝体自重来维持坝身稳定。优点：安全可靠、对地形地质适应性强、枢纽泄洪问题易解决、便于施工导流、施工方便。缺点：材料用量多、浇筑混凝土时需要严格的温度控制。排水孔排水管灌浆帷幕帷幕灌浆孔非溢流坝段上游水位重力坝——三峡水电站（2）拱坝原理：依靠两岸拱端的反力作用来维持稳定。优点：坝体轻韧（省材料）、若岩基稳定则抗震性能比较好。缺点：对地形地质条件要求较高。拱坝四川二滩双曲拱坝——最大坝高240m，拱冠顶部厚度11m，拱冠梁底部厚度56.74m，拱端最大厚度58.51m，拱圈最大中心角91.5。，拱顶弧长774.69m，为中国已建成的最高坝。锦屏水电站——2005年11月12日开工，还未完工。采用的形式为混凝土双曲拱坝，建成后坝高将为305m。将为世界第一高拱坝。总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，具有年调节性能,装机容量360万千瓦。意大利瓦依昂坝(高262m)1963年10月9日，库岸3亿立方米的岩体高速下滑，冲入水库，将5000万立方米的水体挤出，毁灭了一座城市和几个村镇，死亡约3000人，成为世界上最大的滑坡事件之一。工程触发地质灾害，灾害致使工程失效原因分析：河谷左岸倾向河床的岩层层面与卸荷裂隙、断层及古滑坡面共同形成了一个大范围的不稳定岩体；石灰岩地区岩溶发育，与断层、裂隙相连形成地下水补给区，增大滑动区扬压力和下滑力，降低抗滑区的阻滑力；水库水位升高至710m水平，又骤降700m，造成内水外渗，加上连续降雨，滑坡体完全饱和，触发了滑坡的发生。意大利Vajont坝第五章水利工程概论（3）土石坝土石坝是一种古老的坝型，目前仍是数量最多的坝型，它由土和石等当地材料建成的坝。优点：可以就地取材、结构简单、便于维修、对地形地质条件要求较低、施工简单。缺点：不可坝顶溢流、要另设溢洪道。昌马水库土石坝黄河小浪底土石坝——坝高154m，长1667米，总填筑量5185万立方米。总装机容量为180万千瓦。是我过迄今为止最大的土石坝，该工程可控制流域面积69.4万平方公里，占黄河流域总面积的92.3%，控制黄河输沙量的100%，为国家发展和经济建设起到了极大的促进作用。6.4.2河道整治工程、分洪工程1、河道整治包括控制和调整河势，裁弯取直，河道展宽和疏浚。2、分洪是当河道洪水位将超过保证水位或流量将超过安全泄量时，为保障保护区安全，而采取的分泄超额洪水的措施。6.5给水排水工程定义：给水排水工程是指用于水的供给、废水排放及水质改善的工程。给水排水工程是土木工程的一个分支，但是在学科特征上与房屋、铁路、桥梁工程有所差异：（1）用水文地质学的原理解决从水源取水和排水的有关问题；（2）用水力学原理解决水的输送问题；（3）用化学和微生物学原理进行水质处理和检验。给排水分类给水处理厂建筑物污水处理厂建筑小区（室外）给水排水工程城市给水工程城市排水工程输水管网配水管网水表井室外给水管网建筑物阀门井引入管排出管建筑物外第一个污水检查井室外污水排水管道室外污水检查井碰头井城市污水排水管网城市给排水工程（市政工程）绿色※建筑给排水工程（建筑安装工程）※室内室外给水范围：红色排水范围：浅蓝色给水范围：排水范围：6.5.1城市给水系统组成：取水工程、输水工程、水处理工程和配水管网工程。设计准则：（1）保证供应城市的需要水量；（2）保证供水水质符合国家规定的卫生标准；（3）保证不间断地供水、提供规定的服务水压和满足城市的消防要求。分类：统一给水、分质给水、分压给水、分区给水等。分质给水系统：针对不同的用水要求，分别供给不同水质标准的水。分质给水系统分压给水系统分压给水系统：当城市中民用和工业用水大户要求的水压差别很大时，可以采用分压给水系统。6.5.2建筑给水系统分类：按所在部位分：建筑内部给水系统居住小区给水系统按用途分：消防给水系统生活给水系统建筑室内给水系统图建筑给水系统分类直接给水系统设水箱的给水系统建筑给水系统分类设水泵的给水方式分区给水方式分质给水方式建筑给水系统分类分类：（1）雨污分流（2）雨污合流建筑排水系统示意图6.5.3建筑排水系统6.5.4城市排水系统城市排水系统由收集（管渠）、处理（污水厂）两方面的设施组成。城镇排水系统6.5.5中水系统定义：将各类建筑或建筑小区使用后的排水，经处理达到中水水质要求后，回用于厕所便器冲洗、绿化、洗车、清扫等各杂用水用水点的一整套工程设施。组成：中水原水系统、处理系统及给水系统。作用：既节省了水资源，又使污水无害化。在环保，缓解水资源不足方面起到了重要作用。高层建筑用水量一般均较大，设置中水系统具有很大的现实意义。