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 馮曉波 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院,教育經(jīng)歷,工作經(jīng)歷,個人簡歷,.,例題、習(xí)題等網(wǎng)址 李典慶個人主頁： 水利水電學(xué)院 教師 水利工程系,基本要求,個人簡歷,水工建筑物,水工建筑物課程的重要性,課程定位 港口海岸及治河工程專業(yè)重最要的專業(yè)課之一 必修課（研究生復(fù)試內(nèi)容之一）,課程內(nèi)容 主要講授水工建筑物設(shè)計的基本理論和方法 以及水工建筑物規(guī)劃、施工和管理等方面的基本知識,水工建筑物,水庫潰壩事故,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

2、，美國愛達河州蛇 河支流提堂河,29個縣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)濟損失約百億元,工程開發(fā)費4000萬美元 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,水工建筑物,青海省溝后壩潰壩1993年,1993 年8 月27日大壩潰決失事,當時庫水位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,國外水電站事故,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

3、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個月（68月）的時間內(nèi)，即所謂的梅雨季節(jié),特點二：年內(nèi)年際分配不均，旱澇災(zāi)害頻繁,須建水

4、庫增強調(diào)控能力,降雨量時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,2013 東北遼寧撫順洪水,特點三：地區(qū)分布不均，水土資源不相匹配,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16002000mm，幾乎是降雨量4倍 甘肅

5、、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,特點四：我國自然水分蒸發(fā)強烈,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個月的降雨量十分接近。正因為經(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

6、 發(fā)量1/4，遠低于發(fā)達國家 60的平均水平,美國82；日本84 歐洲是72%以上 瑞士達到100%以上,2012年1-5月份,.,目前，發(fā)達國家大部分技術(shù)及經(jīng)濟可行的水電資源都得到了開發(fā)，發(fā)展中國家水電開發(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)時報采訪時說：從全世界的發(fā)展看，建設(shè)水庫大壩是應(yīng)對氣候變化、促進人水和諧的關(guān)鍵。但大壩建設(shè)有一個認識及技術(shù)問題，還有一個利益協(xié)調(diào)問題，而把認識統(tǒng)一到科學(xué)發(fā)展觀又是困難之最,特點一：總量豐富，開發(fā)不足,.,金沙江干流：規(guī)劃20個梯級 雅礱江干流：規(guī)劃21個梯級 大

7、渡河干流：規(guī)劃22個梯級,特點一：總量豐富，開發(fā)不足,特點二：地區(qū)分布不均，與經(jīng)濟發(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,特點三：江河來水量時間分布不均,今后1015年是水利水電建設(shè)的 良好機遇期,四、機遇？,防汛抗旱、糧食安全、城鄉(xiāng)供水、生態(tài) 保護等需求 西部大開發(fā)戰(zhàn)略的機遇 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）等一系列嚴峻問題 水能源方面：開發(fā)率低、地區(qū)分布極

8、不不均勻,1949年以來，水庫大壩86000多座 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）；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,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?shù)攸c，為了一種或多種目的 而集中布置若干個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，也叫水庫樞

9、紐 作用：抬高上游水位對河道天然流量進行年調(diào)節(jié)或 多年調(diào)節(jié)（調(diào)洪作用）,適用條件：當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，水流不能進入渠道或管道。引水樞紐無需對河道天然流量進行調(diào)節(jié)，擋水建筑物高度不

10、大，庫容也不大,建筑物組成：進水閘、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，達到灌溉、排澇、 發(fā)電（抽水蓄能電站）、航運等目的 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。,江都電排站 世界上最大的泵站樞紐,分類標準

11、： 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、護岸等）,臨時性建筑物： 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分級,修建的水利工程應(yīng)保證其可靠性（安全

12、性、適用性、耐久性）同時又要保證其經(jīng)濟性。然而安全度與經(jīng)濟性是相互矛盾的，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準,幾點說明： （1）如果按表中分等指標分屬幾個不同等別時， 整 個工程的等別應(yīng)以其中最高的等別為準（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)計面積（不是實際） （4）表中防洪分等指標，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，是要劃分級別 依據(jù)： 工程等別 使用年限（永久建筑物或臨時建筑物） 重要性（主要建筑物或次要建筑物） 水工建筑物可劃分為5個級別,永久性水工

13、建筑物,幾點說明： （1）損失后果巨大或影響十分嚴重的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，但是洪水標準不提高 （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)計標準的依據(jù),洪水標準（洪水頻率） 擋水建筑物的安全超高 結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的安全系數(shù) 建筑材料的品種、標號 設(shè)計方法的選擇 級別低的小型或臨時建筑物采用簡化計算方法 重大建筑物采用比較精確的計算方法（FEA）， 甚至做模型試驗,第三節(jié) 水利工程的設(shè)計程序,項目建議書 項

14、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)某項工程的建議性文件 要求政府部門將該項工程 列入中長期計劃,可行性研究 在項目建議書的基礎(chǔ)上，對擬建工程進行技術(shù)、 經(jīng)濟論證,初步設(shè)計 在可行性研究的基礎(chǔ)上，對工程進行的基本設(shè)計。 包括進一步論證在指定地點和規(guī)定期限內(nèi)進行工 程建設(shè)的可行性和合理性,招標設(shè)計 招標設(shè)計是為水利工程招標而編制的設(shè)計。它是編制 施工招標文件和施工計劃的基礎(chǔ)，招標設(shè)計屬于水利 施工和招投標課程教學(xué)內(nèi)容,施工詳圖 施工詳圖是在初步設(shè)計和招標設(shè)計的基礎(chǔ)上，繪制具 體施工圖的設(shè)計，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)計合并，單一的小型建筑物也無需招標設(shè)計,（1）水工建筑物可靠度設(shè)計理論（2）水工建筑物有限單元法計算理論（3）水工建筑物優(yōu)化設(shè)計理論,第四節(jié) 有關(guān)水工建筑物設(shè)計的幾個問題,增加這些內(nèi)容當然是必要的，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)計基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)可靠度理論，本科專業(yè) 培養(yǎng)計劃（NO），難度實在太大