1、水工建筑物,專業(yè)：港口海岸及治河工程 任課老師：李典慶 李長城 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院,.,個(gè)人簡介,李典慶 1975年 湖北竹溪 ,水工建筑物,水工建筑物課程的重要性,課程內(nèi)容 主要講授水工建筑物設(shè)計(jì)的基本理論和方法 以及水工建筑物規(guī)劃、施工和管理等方面的基本知識,國內(nèi)： 75.8 事故 1975年8月河南省中部一場特大暴雨造成板橋、石漫灘兩座大型水庫及58座中小型水庫潰壩。,國外：美國提堂土 石壩潰壩 1976年，美國愛達(dá)河州蛇河支流提堂河上,水庫潰壩事故,29個(gè)縣12000km2 土地受淹 1700萬畝耕地 1100萬人受災(zāi) 2.6萬人死亡 直接經(jīng)濟(jì)損失約百億元,工程開發(fā)費(fèi)4000萬美元

2、780km2地區(qū)受淹、 14人死亡 2.5萬人無家可歸 52km鐵路遭破壞 40萬畝農(nóng)田受淹,青海省溝后壩潰壩1993年,1993 年8 月27日大壩潰決失事,當(dāng)時(shí)庫水位3277m ,沖毀部分為壩體的50 %?；炷撩姘宓[石壩,溝后壩潰決后下游拍攝全景,水工建筑物,俄羅斯最大的水電站薩彥-舒申斯克水電站2009年8月17日發(fā)生事故，死亡75人,水工建筑物,緒 論,第一章 重力壩,第二章 拱 壩,第三章 土石壩,緒 論,第一節(jié) 水資源與水利水電工程建設(shè),一、世界水資源概況 地球上的水總量很大，約為15億km3，但絕大部分是海洋中的咸水； 人類可以利用的淡水總量約為0.38億km3 ，僅占全球總水

3、量的2.5%，這其中有80%左右的淡水儲藏在極地和冰山、冰川，還有一部分藏于地下； 對人類起著特別重要作用的地表水，全球約為47萬億m3，人均約9000m3 。,二、我國水資源狀況,建設(shè)節(jié)水型社會是必然的選擇,特點(diǎn)一：總量并不豐富，人均占有量更低,降雨主要集中在汛期； 常有連續(xù)豐水或干旱年。 大多數(shù)省份年降水量集中在23個(gè)月（68月）的時(shí)間內(nèi)，即所謂的梅雨季節(jié)。,特點(diǎn)二：年內(nèi)年際分配不均，旱澇災(zāi)害頻繁,須建水庫增強(qiáng)調(diào)控能力。,降雨量時(shí)間分布不勻的后果是梅雨季節(jié)多余的降水形成洪水，并且造成洪澇災(zāi)害、水土流失，而其余多數(shù)月份降水不能滿足用水需要；,2006廣西梧州,特點(diǎn)三：地區(qū)分布不均，水土資源不

4、相匹配,須建調(diào)水工程，提高水資源配置能力。,廣西、海南的多年平均降雨量超過1800mm 寧夏、甘肅的多年平均降水量小于300mm。,我國除東北地區(qū)、內(nèi)陸部分高寒山區(qū)及沿海個(gè)別地區(qū)之外，絕大多數(shù)地區(qū)的多年平均蒸發(fā)量大于多年平均降雨量 氣溫高或氣候干燥。 山西省多年平均降水量400630mm，與西歐一些高原地區(qū)接近，不算太小。但是山西多年平均蒸發(fā)量高達(dá)16002000mm，幾乎是降雨量4倍。 甘肅、寧夏一些地方的多年平均蒸發(fā)量甚至是多年平均降雨量的1020多倍。,特點(diǎn)四：我國自然水分蒸發(fā)強(qiáng)烈,所以，水資源是否短缺不僅要看降水量，還要看蒸發(fā)量。,法國大巴黎地區(qū)屬于溫帶平原和淺丘陵地區(qū)，多年平均降雨量

5、只有619mm，可是該地區(qū)主要農(nóng)作物基本不需灌溉 降雨年內(nèi)分布均勻，一年之內(nèi)12個(gè)月的降雨量十分接近。正因?yàn)榻?jīng)常降雨，空氣濕度大，加上氣候溫和，所以蒸發(fā)量很小。西歐地區(qū)很少發(fā)生洪水和干旱。,三、我國水能源狀況,我國的人均水資源并不豐富。我國可用于發(fā)電的水能資源十分豐富 從青藏高原到海平面之間的巨大落差。,特點(diǎn)一：總量豐富，開發(fā)不足,可開發(fā)總量世界第一，占世界 總量16.7 到2004年，開發(fā)量僅占可開 發(fā)量1/4，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家 60的平均水平,美國82；日本84 歐洲是72%以上 瑞士達(dá)到100%以上,.,三、我國水能源狀況,目前，發(fā)達(dá)國家大部分技術(shù)及經(jīng)濟(jì)可行的水電資源都得到了開發(fā)，發(fā)展中國

6、家水電開發(fā)率還很低，尤其非洲，開發(fā)率還不到8%。中國水電勞務(wù)輸出（就業(yè)機(jī)會）,作為首位在國際大壩委員會擔(dān)任主席的中國科學(xué)家，賈金生在接受科學(xué)時(shí)報(bào)采訪時(shí)說：從全世界的發(fā)展看，建設(shè)水庫大壩是應(yīng)對氣候變化、促進(jìn)人水和諧的關(guān)鍵。但大壩建設(shè)有一個(gè)認(rèn)識及技術(shù)問題，還有一個(gè)利益協(xié)調(diào)問題，而把認(rèn)識統(tǒng)一到科學(xué)發(fā)展觀又是困難之最,.,金沙江干流：規(guī)劃20個(gè)梯級 雅礱江干流：規(guī)劃21個(gè)梯級 大渡河干流：規(guī)劃22個(gè)梯級,三、我國水能源狀況,二灘水電站（中國已建最高拱壩） （壩高240m，裝機(jī)330萬千瓦）,溪洛渡水電站(裝機(jī)泄洪僅次于三峽) （壩高272m，裝機(jī)1260萬千瓦）,.,三、我國水能源狀況,特點(diǎn)二：地區(qū)分

7、布不均，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配,78水能資源集中于西部，東部僅6； 51用電量在東部。,雅魯藏布江,西電東送,年內(nèi)降雨集中在汛期； 年際間江河來水量變化大。,須建設(shè)（年調(diào)節(jié)、多年 調(diào)節(jié)）大型水庫。,特點(diǎn)三：江河來水量時(shí)間分布不均,今后1520年是水利水電建設(shè)的 良好機(jī)遇期,四、機(jī)遇？,防汛抗旱、糧食安全、城鄉(xiāng)供水、生態(tài) 保護(hù)等需求； 西部大開發(fā)戰(zhàn)略的機(jī)遇 東部：水能資源占6，開發(fā)率大于50； 西部：水能資源占78%，開發(fā)率僅8。,水資源方面： 我國目前面臨著水多（洪澇災(zāi)害）水少（干旱）水臟（水污染）等一系列嚴(yán)峻問題； 水能源方面：開發(fā)率低、地區(qū)分布極不不均勻；,1949年以來，水庫大壩86000多座

8、； 江河堤防長度170000km； 灌溉面積面積10000畝以上的灌區(qū)2500多處 ； 水電裝機(jī)容量。,NO. 1,三峽工程基本建成南水北調(diào)工程已經(jīng)開工（中線工程干線已基本貫通，3月底將具備通水）；東線工程每年調(diào)水150億m3,三峽水利樞紐,都江堰水利樞紐,都江堰寶瓶口,都江堰飛沙堰,一、基本概念 水工建筑物: 水利水電工程中采用的各種建筑物；,第二節(jié) 水利樞紐和水工建筑物,水利樞紐:在水域的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，為了一種或多種目的 而集中布置若干個(gè)不同類型的水工建筑物，各自發(fā) 揮不同作用并協(xié)調(diào)工作，構(gòu)成一有機(jī)綜合體，稱為 水利樞紐。,蓄水樞紐 蓄水樞紐是在擋水建筑物（擋水壩）上游形成較大庫 容的水利樞紐

9、，也叫水庫樞紐。 作用：抬高上游水位對河道天然流量進(jìn)行年調(diào)節(jié)或 多年調(diào)節(jié)（調(diào)洪作用）。,適用條件：當(dāng)天然來水量在各年之間或一年內(nèi)有較大變化，但徑流總量可滿足要求的情況下，一般需修建較高的壩，以形成水庫、抬高上游水位，并用水庫的庫容調(diào)節(jié)來水流量。,建筑物組成：擋水建筑物（大壩）泄水建筑物取水建筑物，俗稱“水庫三大件”。根據(jù)水庫的開發(fā)目的不同，如水電站和通航船閘。,葛洲壩水利樞紐平面布置圖,丹江口水利樞紐平面圖,引水樞紐 以引水為主要目標(biāo)的低水頭水利樞紐。 作用：雍高上游水位，控制引水流量，滿足用水需要。,適用條件：河道天然流量充沛，但水位較低，水流不能進(jìn)入渠道或管道。引水樞紐無需對河道天然流量進(jìn)

10、行調(diào)節(jié)，擋水建筑物高度不大，庫容也不大。,建筑物組成：進(jìn)水閘、雍水壩（或攔河閘）、沖沙閘等建筑物組成。如果是綜合利用的引水樞紐，還需建專門建筑物，如水電站和通航船閘。,以泵站為主體的水工建筑物綜合體。 作用：把低處的水抽送到高處，達(dá)到灌溉、排澇、 發(fā)電（抽水蓄能電站）、航運(yùn)等目的。 建筑物組成：最常見的配套建筑物通常有引水閘（灌溉泵站）、排水閘（排澇泵站）、通航船閘（兼有排洪、航運(yùn)功能的河道）。 泵站樞紐不屬于本課程教學(xué)內(nèi)容， 在泵及泵站課程中講授,泵站樞紐,“南水北調(diào)”的東線工程，即從江都引水，通過13級抽水臺階和黃河河底隧道，將長江之水引到天津及河北地區(qū)，每年調(diào)水150億立方米。,江都電排

11、站 世界上最大的泵站樞紐,分類標(biāo)準(zhǔn)： 按作用分類： 擋水建筑物 （攔河壩、堤防，施工圍堰） 泄水建筑物（溢洪道、泄水閘、泄水隧洞） 取水建筑物（取水口、進(jìn)水閘、泵站 ） 輸水建筑物（渡槽、輸水隧洞等） 整治建筑物（丁壩、導(dǎo)流堤、護(hù)岸等） 專門建筑物（船閘、魚道、筏道等）,二、水工建筑物分類,按使用期限分類： 永久性建筑物：工程運(yùn)用期使用的建筑物； 按在工程發(fā)揮的作用失事后造成的影響程度 （1）主要建筑物（壩、水閘、泄洪建筑物、 水電站廠房等）； （2）次要建筑物（擋土墻、導(dǎo)流堤、護(hù)岸等）。,臨時(shí)性建筑物： 工程施工期使用的建筑物 （導(dǎo)流建筑物、施工圍堰等）,三、水利水電樞紐工程分等 水工建筑物

12、分級,修建的水利工程應(yīng)保證其可靠度（安全性、適用性、耐久性）同時(shí)又要保證其經(jīng)濟(jì)性。然而安全度與經(jīng)濟(jì)性是相互矛盾的，工程的安全度越高，投資也越大。反之，則相反。,SL2522000水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn),幾點(diǎn)說明： （1）如果按表中分等指標(biāo)分屬幾個(gè)不同等別時(shí)， 整 個(gè)工程的等別應(yīng)以其中最高的等別為準(zhǔn)。（2）水庫總庫容為水庫最高水位（校核洪水位） 以下的靜庫容。 （3）治澇和灌溉面積為設(shè)計(jì)面積（不是實(shí)際）。 （4）表中防洪分等指標(biāo)，對于城市和工礦企業(yè)參 考表04確定（P 5）。,對水工建筑物而言，是要?jiǎng)澐旨墑e 依據(jù)： 工程等別 使用年限（永久建筑物或臨時(shí)建筑物） 重要性（主要建筑物或次

13、要建筑物） 水工建筑物可劃分為5個(gè)級別,永久性水工建筑物,幾點(diǎn)說明： （1）損失后果巨大或影響十分嚴(yán)重的25級主要 永久性水工建筑物，級別可提高1級； （2）對于高土石壩也可提高1級。 （3）建筑物基礎(chǔ)工程地質(zhì)條件復(fù)雜或新型結(jié)構(gòu)， 可提高1級； （4）永久性主要建筑物在特殊情況下，建筑物 級別可提高1級，但是洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高。 （5）失事后損失后果不大的可以降低1級。,等級劃分是確定以下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù),洪水標(biāo)準(zhǔn)（洪水頻率） 擋水建筑物的安全超高 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的安全系數(shù) 建筑材料的品種、標(biāo)號 設(shè)計(jì)方法的選擇 級別低的小型或臨時(shí)建筑物采用簡化計(jì)算方法； 重大建筑物采用比較精確的計(jì)算方法（FEA）

14、， 甚至做模型試驗(yàn)。,第三節(jié) 水利工程的設(shè)計(jì)程序,項(xiàng)目建議書 項(xiàng)目建議書是在流域規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃的基礎(chǔ)上編制的要求建設(shè)某項(xiàng)工程的建議性文件 要求政府部門將該項(xiàng)工程 列入中長期計(jì)劃。,可行性研究 在項(xiàng)目建議書的基礎(chǔ)上，對擬建工程進(jìn)行技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)論證。,初步設(shè)計(jì) 在可行性研究的基礎(chǔ)上，對工程進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)。 包括進(jìn)一步論證在指定地點(diǎn)和規(guī)定期限內(nèi)進(jìn)行工 程建設(shè)的可行性和合理性。,招標(biāo)設(shè)計(jì) 招標(biāo)設(shè)計(jì)是為水利工程招標(biāo)而編制的設(shè)計(jì)。它是編制 施工招標(biāo)文件和施工計(jì)劃的基礎(chǔ)，招標(biāo)設(shè)計(jì)屬于水利 施工和招投標(biāo)課程教學(xué)內(nèi)容。,施工詳圖 施工詳圖是在初步設(shè)計(jì)和招標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，繪制具 體施工圖的設(shè)計(jì)，是現(xiàn)場建筑物施工和設(shè)備安裝的依 據(jù)。如建筑物基礎(chǔ)開挖圖、地基處理圖等等。,注意： 對于規(guī)模小、重要性低的工程，上述設(shè)計(jì)階段可以 減少、合并。例如：小型工程可將可行性研究和初 步設(shè)計(jì)合并，單一的小型建筑物也無需招標(biāo)設(shè)計(jì)。,（1）水工建筑物可靠度設(shè)計(jì)理論（2）水工建筑物有限單元法計(jì)算理論（3）水工建筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,第四節(jié) 有關(guān)水工建筑物設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題,增加這些內(nèi)容當(dāng)然是必要的，問題是這些內(nèi)容 學(xué)習(xí)難度大，要求其它先修課程作為基礎(chǔ)。 可靠度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)可靠度理論，本科專業(yè) 培養(yǎng)計(jì)劃（NO），難度實(shí)在太大，課時(shí)又少 （3 VS 4.5）。因此，在緒論部