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水工建筑物专业：港口海岸及治河工程武汉大学水利水电学院.个人简介李典庆1975年湖北竹溪dianqing@whu.edu.cn2008,12－至今武汉大学教授博导2005,07-2008,11武汉大学副教授2007,11-2008,01香港科技大学访问学者2004,01-2005,06香港科技大学博士后2001,03-2003,12上海交通大学博士1998,09-2001,02河海大学硕士1994,09-1998,07河海大学本科例题及考题网址基本要求国家重点实验室专家主页水工建筑物安全、健康诊断及寿命预测水工建筑物水工建筑物课程的重要性课程定位港口海岸及治河工程专业重最要的专业课之一必修课课程内容主要讲授水工建筑物设计的基本理论和方法以及水工建筑物规划、施工和管理等方面的基本知识课程意义通过本课程的学习，使学生具备进行水工建筑物设计的基本技能，并能运用所学知识来解决工程实际问题，为毕业后在水利、水电等部门从事相关的规划、设计、施工和管理等工作打下一定的基础后果国内：75.8事故1975年8月河南省中部一场特大暴雨造成板桥、石漫滩两座大型水库及58座中小型水库溃坝。国外：美国提堂土石坝溃坝1976年，美国爱达河州蛇河支流提堂河上水库溃坝事故•29个县12000km2土地受淹•1700万亩耕地•1100万人受灾•2.6万人死亡•直接经济损失约百亿元•工程开发费4000万美元•780km2地区受淹、•14人死亡•2.5万人无家可归•52km铁路遭破坏•40万亩农田受淹青海省沟后坝溃坝1993年1993年8月27日大坝溃决失事,当时库水位3277m,冲毁部分为坝体的50%。混凝土面板砾石坝沟后坝溃决后下游拍摄全景水工建筑物俄罗斯最大的水电站萨彦-舒申斯克水电站2009年8月17日发生事故，死亡75人水工建筑物绪论1第一章重力坝1第二章拱坝20第三章土石坝3绪论第一节水资源与水利水电工程建设一、世界水资源概况地球上的水总量很大，约为15亿km3，但绝大部分是海洋中的咸水；人类可以利用的淡水总量约为0.38亿km3，仅占全球总水量的2.5%，这其中有80%左右的淡水储藏在极地和冰山、冰川，还有一部分藏于地下；对人类起着特别重要作用的地表水，全球约为47万亿m3，人均约9000m3。淡水总量：2.8万亿m3地下水：1000亿m3地表水：2.7万亿m3河川径流地下水二、我国水资源状况建设节水型社会是必然的选择人均占有量010002000300040005000600070008000缺水警戒线734222001760世界目前人均我国目前人均m3/P我国2030年人均1700特点一：总量并不丰富，人均占有量更低降雨主要集中在汛期；常有连续丰水或干旱年。大多数省份年降水量集中在2～3个月（6－8月）的时间内，即所谓的梅雨季节。汛期70%30%非汛期特点二：年内年际分配不均，旱涝灾害频繁须建水库增强调控能力。降雨量时间分布不匀的后果是梅雨季节多余的降水形成洪水，并且造成洪涝灾害、水土流失，而其余多数月份降水不能满足用水需要；2006广西梧州长江及以南长江以北水土地020406080100%81%19%38%62%水土资源分布年降雨量特点三：地区分布不均，水土资源不相匹配须建调水工程，提高水资源配置能力。广西、海南的多年平均降雨量超过1800mm宁夏、甘肃的多年平均降水量小于300mm。我国除东北地区、内陆部分高寒山区及沿海个别地区之外，绝大多数地区的多年平均蒸发量大于多年平均降雨量气温高或气候干燥。山西省多年平均降水量400～630mm，与西欧一些高原地区接近，不算太小。但是山西多年平均蒸发量高达1600～2000mm，几乎是降雨量4倍。甘肃、宁夏一些地方的多年平均蒸发量甚至是多年平均降雨量的10－20多倍。特点四：我国自然水分蒸发强烈所以，水资源是否短缺不仅要看降水量，还要看蒸发量。法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区，多年平均降雨量只有619mm，可是该地区主要农作物基本不需灌溉降雨年内分布均匀，一年之内12个月的降雨量十分接近。正因为经常降雨，空气湿度大，加上气候温和，所以蒸发量很小。西欧地区很少发生洪水和干旱。以上三个方面因素我国水资源短缺的主要自然因素＋人为因素（水体污染＋用水需求急剧增加）正在加剧水资源危机。三、我国水能源状况我国的人均水资源并不丰富。我国可用于发电的水能资源十分丰富从青藏高原到海平面之间的巨大落差。总量6.76亿kW可开发量3.78亿kW年发电量9200亿kWh人均约700度/年计算机375W杨房沟特点一：总量丰富，开发不足可开发总量世界第一，占世界总量16.7％到2004年，开发量仅占可开发量1/4，远低于发达国家60％的平均水平美国82％；日本84％欧洲是72%以上瑞士达到100%以上大有可为！2008年：火电约占76%,水电约占22%,核电只接近2%,其余为风力等其他电力.三、我国水能源状况目前，发达国家大部分技术及经济可行的水电资源都得到了开发，发展中国家水电开发率还很低，尤其非洲，开发率还不到8%。中国水电劳务输出（就业机会）作为首位在国际大坝委员会担任主席的中国科学家，贾金生在接受《科学时报》采访时说：从全世界的发展看，建设水库大坝是应对气候变化、促进人水和谐的关键。但大坝建设有一个认识及技术问题，还有一个利益协调问题，而把认识统一到科学发展观又是困难之最.攀枝花宜宾乐山二滩电站金沙江金沙江岷江大渡河长江雅砻江YibingPanzhihuaLeshang成都昆明宜宾大理乐山攀枝花丽江澜沧江金沙江雅砻江大渡河岷江白鹤滩小湾糯扎渡溪洛渡向家坝锦屏一级乌东德金沙江干流：规划20个梯级雅砻江干流：规划21个梯级大渡河干流：规划22个梯级库坝稳定与安全水电开发与保护工程移民与安置高效运行与管理挑战性问题三、我国水能源状况二滩水电站（中国已建最高拱坝）（坝高240m，装机330万千瓦）溪洛渡水电站(装机泄洪仅次于三峡)（坝高272m，装机1260万千瓦）.三、我国水能源状况特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配78％水能资源集中于西部，东部仅6％；51％用电量在东部。雅鲁藏布江西电东送年内降雨集中在汛期；年际间江河来水量变化大。汛期70%30%非汛期须建设（年调节、多年调节）大型水库。特点三：江河来水量时间分布不均今后15－20年是水利水电建设的良好机遇期四、机遇？防汛抗旱、粮食安全、城乡供水、生态保护等需求；西部大开发战略的机遇东部：水能资源占6％，开发率大于50％；西部：水能资源占78%，开发率仅8％。水资源方面：我国目前面临着水多（洪涝灾害）＋水少（干旱）＋水脏（水污染）等一系列严峻问题；水能源方面：开发率低、地区分布极不不均匀；HOW？必须修建各项工程设施，对天然来水进行合理的调配和利用，这些工程措施统称为水利水电工程。按照工程开发目标可分为治河防洪工程、农业水利工程、水力发电工程、航道与港口工程、给排水工程和综合利用水利工程。1949年以来，水库大坝86000多座；江河堤防长度170000km；灌溉面积面积10000亩以上的灌区2500多处；水电装机容量。NO.1三峡工程基本建成＋南水北调工程已经开工（中线工程干线已基本贯通，3月底将具备通水）；东线工程每年调水150亿m3三峡水利枢纽都江堰水利枢纽都江堰宝瓶口都江堰飞沙堰一、基本概念水工建筑物:水利水电工程中采用的各种建筑物；第二节水利枢纽和水工建筑物水利枢纽:在水域的适当地点，为了一种或多种目的而集中布置若干个不同类型的水工建筑物，各自发挥不同作用并协调工作，构成一有机综合体，称为水利枢纽。水利枢纽的作用不同蓄水枢纽引水枢纽泵站枢纽蓄水枢纽蓄水枢纽是在挡水建筑物（挡水坝）上游形成较大库容的水利枢纽，也叫水库枢纽。作用：抬高上游水位＋对河道天然流量进行年调节或多年调节（调洪作用）。适用条件：当天然来水量在各年之间或一年内有较大变化，但径流总量可满足要求的情况下，一般需修建较高的坝，以形成水库、抬高上游水位，并用水库的库容调节来水流量。建筑物组成：挡水建筑物（大坝）＋泄水建筑物＋取水建筑物，俗称“水库三大件”。根据水库的开发目的不同，如水电站和通航船闸。葛洲坝水利枢纽平面布置图丹江口水利枢纽平面图引水枢纽以引水为主要目标的低水头水利枢纽。作用：雍高上游水位，控制引水流量，满足用水需要。适用条件：河道天然流量充沛，但水位较低，水流不能进入渠道或管道。引水枢纽无需对河道天然流量进行调节，挡水建筑物高度不大，库容也不大。建筑物组成：进水闸、雍水坝（或拦河闸）、冲沙闸等建筑物组成。如果是综合利用的引水枢纽，还需建专门建筑物，如水电站和通航船闸。以泵站为主体的水工建筑物综合体。作用：把低处的水抽送到高处，达到灌溉、排涝、发电（抽水蓄能电站）、航运等目的。建筑物组成：最常见的配套建筑物通常有引水闸（灌溉泵站）、排水闸（排涝泵站）、通航船闸（兼有排洪、航运功能的河道）。泵站枢纽不属于本课程教学内容，在泵及泵站课程中讲授泵站枢纽“南水北调”的东线工程，即从江都引水，通过13级抽水台阶和黄河河底隧道，将长江之水引到天津及河北地区，每年调水150亿立方米。江都电排站世界上最大的泵站枢纽分类标准：按作用分类：挡水建筑物（拦河坝、堤防，施工围堰）泄水建筑物（溢洪道、泄水闸、泄水隧洞）取水建筑物（取水口、进水闸、泵站）输水建筑物（渡槽、输水隧洞等）整治建筑物（丁坝、导流堤、护岸等）专门建筑物（船闸、鱼道、筏道等）二、水工建筑物分类按使用期限分类：永久性建筑物：工程运用期使用的建筑物；按在工程发挥的作用＋失事后造成的影响程度（1）主要建筑物（坝、水闸、泄洪建筑物、水电站厂房等）；（2）次要建筑物（挡土墙、导流堤、护岸等）。临时性建筑物：工程施工期使用的建筑物（导流建筑物、施工围堰等）三、水利水电枢纽工程分等＋水工建筑物分级修建的水利工程应保证其可靠度（安全性、适用性、耐久性）同时又要保证其经济性。然而安全度与经济性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投资也越大。反之，则相反。目的：使工程具有足够的、但又不是过分的可靠度，即可靠又经济（优化问题）为此，根据水利工程的重要性对水利枢纽分等和对其水工建筑物分级SL252－2000《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》工程等别工程规模库容（亿m3）防洪灌溉发电保护城镇及工矿区保护农田面积（104亩）灌溉面积（104亩）装机容量（104KW）一大（1）型≥10特别重要≥500≥150≥120二大（2）型10~1.0重要500~100150~50120～30三中型1.0~0.1中等100~3050~530～5四小（1）型0.1~0.01一般30~55~0.55～1五小（2）型0.01~0.00150.51几点说明：（1）如果按表中分等指标分属几个不同等别时，整个工程的等别应以其中最高的等别为准。（2）水库总库容为水库最高水位（校核洪水位）以下的静库容。（3）治涝和灌溉面积为设计面积（不是实际）。（4）表中防洪分等指标，对于城市和工矿企业参考表0－4确定（P5）。工程等别ⅠⅡⅢⅣⅤ主要建筑物12345次要建筑物33455对水工建筑物而言，是要划分级别依据：工程等别使用年限（永久建筑物或临时建筑物）重要性（主要建筑物或次要建筑物）水工建筑物可划分为5个级别永久性水工建筑物几点说明：（1）损失后果巨大或影响十分严重的2－5级主要永久性水工建筑物，级别可提高1级；（2）对于高土石坝也可提高1级。（3）建筑物基础工程地质条件复杂或新型结构，可提高1级；（4）永久性主要建筑物在特殊情况下，建筑物级别可提高1级，但是洪水标准不提高。（5）失事后损失后果不大的可以降低1级。等级划分是确定以下设计标准的依据洪水标准（洪水频率）挡水建筑物的安全超高结构强度和稳定性的安全系数建筑材料的品种、标号设计方法的选择级别