水利工程概论.课件

1、 第四章 防洪治河工程 学习目标：1.了解洪水的基本知识及主要防洪建筑物的布置；2.熟悉防洪工程措施及河道整治的基本方法；3.掌握提防工程、分（蓄、滞）洪工程，河道整治建筑物的基本概念、类型及作用。 4.1洪水的基本知识及防洪措施洪水：河湖在较短时间内发生的流量急剧增加，水位明显上升的水流现象。洪水的主要特征： （1）涨落变化（2）汛期（3）年内和年际变化大特征洪水： （1）暴雨洪水（2）融雪洪水（3）冰棱洪水（4）山洪（5）溃坝洪水4.1.2洪水特征值 定量描述洪水的指标有洪水流量、洪峰水位、洪水过程线、洪水总量（洪量)、洪水频率等。1.洪峰流量：指一次洪水从涨水至退水过程中通过某一断面的瞬

2、时最大流量值，以m3/s。2.洪峰水位：洪水工程中洪峰流量相应的最高水位，以m为单位。3.洪水工程线：以时间为横坐标，以江河的水位或流量为纵坐标，绘制洪水从起涨至峰顶至回落的整个过程曲线。4.洪水总量：一次洪水过程通过河川某断面的洪水总量，以m3为单位。5.洪水频率：某一洪水在几年内出现的几率为洪水频率。4.2防洪治河工程措施工程防洪措施主要通过控制洪水、改变洪水特性达到防洪减灾的目的，其内容包括水土保持工程、水库工程、提防工程、分蓄洪工程、河道整治工程等。从性质上来说课概括为：“拦、蓄、分、泄”四个方面。非工程措施是通过行政、法律、经济和现代化技术等手段，调整洪水威胁地区的开发利用方式，加强

3、防洪管理，以适应洪水的天然特征，减轻灾害损失，节省防洪基建基金和工程维护管理。4.3“拦、蓄、分、泄”工程措施“拦”指通过在河流中上游地区采取水土保持措施，控制水土流失，拦截径流和泥沙，消减河道洪峰流量。主要包括工程措施、生物措施和蓄水保土耕作措施。“蓄”指通过在河道上游干支流修建控制性骨干水库工程，拦蓄洪水，消减洪峰。“分”也就是分洪工程指在河流适当位置修建分洪闸，开辟分洪道，将超过河道安全泄量的一部分洪水泄入分滞洪区，待河道洪水水位下降以后再将滞洪区洪水排入河道。“泄”指充分发挥河道的宣泄能力，将洪水泄往下游。4.2堤防工程堤防是沿河流、湖泊、海洋的岸边或 蓄洪区、水库库区的周边修建的挡水

4、建筑物。堤防工程的分类： 按堤防所处的位置分为河堤、湖堤、海堤、围堤和水库堤等；按堤防的功能可分为防洪堤、防涝堤、防坡堤等；按堤防所在河流的级别分为干堤、支堤；按建筑材料分为土堤、钢筋混凝土。4.2.1河堤的分类河堤按作用不同分为遥堤、缕堤、格堤、月堤等；4.2.2堤防工程的养护1.工程管理养护 主要包括：水沟浪窝的填垫，铺道、堤身的补残，堤顶的平整夯实。2.隐患查除 常见的隐患有：人为洞穴、动物洞穴、腐木空穴等；还有可能因修堤质量不合格留下的界缝、裂隙等。植树造林 堤坡种草，外滩营造防浪林，堤内种植经济作物或过木林，是用生物措施将护堤整险同美化环境结合的方式。 4.3 分（蓄、滞）洪工程分蓄

5、洪区是利用与江河相通的湖泊、洼地等修筑围堤，用来分蓄河道超额洪水的区域。分洪工程一般包括进洪设施（进洪闸、溢流坝等）、分洪道、分（蓄）洪区及其安全避洪设施，以及排洪设施。根据分洪工程布局的而不同，可分为：1.以分洪道为主体构成的分洪工程。2.以分（蓄、滞）区为主体构成的分洪工程。4.3.1水工建筑物的布置分洪工程的水工建筑物主要有：进洪闸、泄洪闸、围堤工程及主河道防护工程。进洪闸的位置一般布置在被保护堤段上游，并尽量靠近分蓄洪区。泄洪闸的位置硬选在分蓄洪区的下部高程最低出处，一般能泄空渍水。围堤的高度有最大需洪量相应的水位并考虑风浪影响作用而定，断面设计要求与河道堤防相同。4.4河道整治的基本

6、方法河道整治是按照河道演变规律，因势利导，调整、稳定河道主流位置，改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位，扩大过水断面等，以适应防洪、航运、供水、排水等国民经济部门要求的工程措施。河道整治的基本方法: 平原河道按其河流平面形态特征和演变特性不同，可分为蜿蜒型河段、游荡型河段、分汊型河道和顺直型河道四大类型。4.4.1蜿蜒型河道整治措施按河道形式分为：1.稳定现状：当河湾发展至适度弯曲的河段时，对弯道凹岸应加以保护，以防止继续发展和恶化。2改变现状：因势利导，通过裁湾工程将纡回曲折的河道改变为有适度弯曲度的连续河湾，再将河势稳定下来，获得防洪、通航和满足沿河国民经济建设需求的综合效益。4.4.1.2人

7、工裁湾工程裁湾工程包括：1.引河设计2.引河开挖施工设计3.新河控制工程、新河护岸工程和上下游河势控制工程。1.引河定线：引河设计是裁湾工程的关键。要求是：引河能顺利冲开，并满足枯水通航的要求；引河与拟裁湾道的上下游河段形成比较平顺而又顺乎自然发展的河势。引河的形式有内裁和外裁两种。2.断面设计:保证引河能及时冲开，力求土方量尽量小。3.护岸工程。4.4.1.2人工裁湾工程121内裁2外裁4.4.2游荡型河段整治治理游荡型河段采取“上拦下排，两岸分滞”控制洪水，“拦、排、放、调、挖”处理和利用泥沙。整治工程主要包括险工和控导工程。在经常临水的危险堤段，为防止水流淘刷堤防，依托大堤修建的丁坝、剁

8、坝、护岸工程叫险工。为保护滩岸，控导有利河势，在滩岸上修建的丁坝、垛坝、护岸工程称为控导护滩工程。4.4.3分汊型和顺直型河道整治分汊型河道由于流量分散，往往水深较浅，不利于航运，并且影响河岸稳定。应稳定上游河势，利用工程措施调整水流，或采用工程措施，稳定主、支汊分流比，采用堵汊并流，塞支强干等各种方式。顺直河道并非稳定河道，其交错边滩在水流作用下，不断平行下移，滩槽移位，主流则随边滩位移变化。稳定边滩所采用淹没式丁坝群，坝顶高程均在枯水位以下，且一般为正挑式或上挑式，这样有利于坝档落淤，促使边滩的生长。4.5河道整治建筑物河道整治建筑物是为整治河道，稳定和改善河势，调整和控导水流而修建的 水

9、工建筑物，又称河工建筑物。按照建筑物外形和作用不同，可分为丁坝、垛坝、沉排、顺坝、锁坝等。丁坝是坝根与河岸连接，坝轴线与流向呈某一交角，坝头伸至整治线，在平面上与岸线构成丁字形的河道整治建筑物。丁坝由坝头、坝身和坝根三部分组成。4.5丁坝的类型和作用按坝轴线和水流交角分为上挑坝、正挑坝和下挑坝，按坝身形式分为一般挑水坝、人字坝、月牙坝、雁翅坝、磨盘坝；按平面布置形状分为普通丁坝、勾头丁坝、丁顺坝；按透水性能分为透水坝和不透水坝。丁坝作用：有缩窄河床、导水归槽、调整流向、改变流速、冲刷浅滩、导引泥沙等作用。平原河流航道整治，常用丁坝保护河岸，固定边滩，束水归槽，增大流速，刷深航道。山区河流航道整

10、治常用丁坝调整岸线，壅高水位，改变比降，降低流速，增加航深。4.5.1顺坝的类型和作用顺坝是一种与水流方向大致平行，顺流向布置的河道整治建筑物。其坝根和河岸相连接，坝头一般向下游延伸，坝轴线大都在航道整治线上。顺坝有普通顺坝、丁顺坝和洲尾坝等。顺坝的主要作用是导流，且具束水归槽、改变水流方向、增大航道流速或调整水流比降、壅高水位、改善流态的作用。第五章 取水枢纽工程 学习目标：1.了解有坝和无坝取水枢纽的组成、位置的选择及布置形式；2.掌握水闸的类型、特点、组成及作用。3.掌握水闸的消能防冲和防渗排水设施。 4.了解闸室稳定分析的方法和内容；5.熟悉地基处理的方法；6.理解水闸两岸连接建筑物的

11、作用及结构形式。5.1无坝取水枢纽无坝取水枢纽的概念无坝取水位置的选择：1.取水位置要达到自流引水或供水的要求。2.取水位置要达到计划用水、满足引水流量的要求。3.取水位置应满足进入引区的泥沙含量量最少的要求。4.取水位置应选择在河岸坚固的河段上。5.取水枢纽位置应考虑施工方便，造价合理的要求。5.1.1无坝取水枢纽的组成及布置形式无坝取水枢纽一般由拦砂坎、引水渠、进水闸和沉沙设施组成，常见位于弯道凹岸和导流堤式枢纽布置两种。位于弯道凹岸无坝取水枢纽的位置：1.取水口：一般布置在弯道顶点以下水深较大、环流作用较强的地方。2.拦沙坎：一般沿取水口岸边布置，用以防止底部泥沙入渠。3.引水渠：引水渠

12、的中心线与河道水流方向所成的夹角一般为锐角。4.进水闸5.沉沙池：一般布置在进水闸下游适当位置上，通常将干渠加深拓宽而成。5.2有坝取水枢纽的布置1.有坝取水枢纽概念2.有坝取水枢纽组成：壅水坝、进水闸以及各种排沙设施。3.有坝取水枢纽布置形式;（1）设有冲沙闸的有坝取水枢纽（2）底部设有冲沙底孔的有坝取水枢纽（3）设有沉沙池的有坝引水枢纽5.3水闸 水闸是一种既能挡水又能泄水的低水头建筑物，其作用是控制水位和调节流量。水闸多建在平原地区，其功能是兼顾防洪、取水、排水、航运和发电，是综合水利工程。5.3.1水闸的类型及工作特点 按水闸的规模： 大型水闸、中型水闸、小型水闸。按类型及位置：进水闸

13、、拦河闸、分洪闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸、冲沙闸。按闸室的结构分类：开敞式水闸、胸墙式水闸、封闭式水闸。5.3.1水闸的组成部分及工作特点水闸由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成。（1）上游连接段是引导水流平顺进入闸室，保护上游河床及岸坡免于冲刷，并有防渗作用。（2）闸室段主要是安装闸门和启闭机械，进行控制水流。（3）下游连接段主要消能、防冲。建在软基上的水闸有以下特点：1.水闸的抗滑稳定2.水闸的闸基渗流3.水闸的消能防冲4.水闸的地基沉陷5.3.2闸室的布置和构造闸室是水闸的主体部分，它由闸底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥和交通桥组成。闸底板：闸室承受的所有载荷都是通过闸底板传给地基的

14、，同事利用地板与地基之间的摩擦力来维持闸室的稳定。闸墩：是分隔闸孔、支撑胸墙和闸门，并作为工作桥和交通桥的支撑。胸墙：是室孔口上部的挡水结构，设置胸墙是为了减少闸门高度。闸门是水工建筑物的孔口上用来调节流量、控制上下游的活动结构。工作桥是为了安装闸门启闭设备及工作人员操作的需要。交通桥是有公路时，按公路标准设置公路桥。5.3.3水闸的消能防冲水闸开闸泄水时，下游河道都会被冲刷，其原因很多：1.过闸水流经过闸孔被缩窄，水流流速增大，加大了冲刷的条件。2.水闸流量比较集中，单宽流量加大，在上下游有较大水差的情况下，过闸水流有较大的功能，加大了河道冲刷。3.平原河道的河床土质较差，容易被水流冲刷。4

15、.水闸设计总体平面布置不合理或闸门操作控制不当引起水流有害的冲刷。水流的主要特征有波状水流和折冲水流，其对河道冲刷严重。5.3.3.1水闸的消能防冲要求要选择合理的消能防冲措施，并与下游河道有良好的衔接，满足在各种水力情况下消散动能与均匀扩散水流的要求。合理布置水闸总体平面，以利于水流扩散，避免或减轻回流的影响。制定合理的闸门操作调度制度，杜绝人为不当操作。5.3.3.2水闸的消能防冲措施水闸的消能防冲措施包括：选择合适的过闸单宽流量；选择合理的消能方式及措施，采取必要的防冲措施。水闸的消能防冲措施主要由建在闸室下游的消力池、辅助消能工、海漫、防冲漕及下游翼墙组成。1.水闸的消能方式：底流消能

16、是一种通过在闸下产生一定淹没度的水跃来保护河床免遭冲刷的消能方式。2.消力池：消力池的作用是增加下游水深，保证水流形成淹没式水跃，以达到消能的目的。3.辅助消能工：除设消力池外，在消力池中还可设消力齿、消力墩等辅助消能工。5.3.3.2水闸的消能防冲措施4.海漫 紧接消力池后，应设海漫护底，并进一步消减余能，使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床免受冲刷。5.防冲漕及防冲墙：为了保护河漫，防止冲刷向上游扩张，常在海漫末端设置防冲漕或是防冲墙加固。6.护底与护坡：在上下游连接段多采用砌石护底、护坡。7.波状水跃、折冲水跃水流的防治措施。8.闸门控制调度方案：设计工程师设计水闸，要根据水力设计调试

17、结果或水工模型试验成果，制定闸门方式，规定闸门的启闭顺序和开度，严格操作。5.3.4水闸的防渗排水设施水闸的防渗排水设施。水闸的防渗设施主要是指在水闸中起到防渗作用的水平防渗体（如铺盖）、垂直防渗体（如板桩、防渗墙和齿墙）等，排水设施主要是指铺设在下游护坦、浆砌石海漫底部或闸室板下游段起导渗（反滤、排水）作用的沙砾石层。防渗排水设施的布置形式，都是以承受单向水流的水闸来进行布置的。对于平原地区的排水闸及海边的挡潮闸，一般是双向过水的水闸，应以水位差较大的一向为主进行双向防渗排水设施。5.3.4.1水闸的防渗设施1.水平铺盖：铺盖是工程中最常见的水平防渗设施，一般是平铺布置在紧靠闸室上游的河床上

18、，它不能阻止渗流在闸基下通过，但它可以延长渗径，用以降低渗透压力和渗流坡降，同时具有防冲作用。2.板桩：板桩是垂直防渗的措施之一，一般设置在闸底板的上游端，将板桩并排打入闸基形成一道防渗墙，在垂直方向延长渗径。垂直防渗的效果比水平防渗效果好。5.3.4.1水闸的防渗设施3.地下防渗墙：是一种不用模板在地下建造的防渗墙，具有截水、防渗、承重和挡土的多种作用，其优点是整体性好，防渗效果好、适用各种地质条件、对沉降及变位易于控制，缺点是挖槽的废泥浆污染环境，可能引起槽壁坍塌、造价高。4.齿墙：齿墙一般设置在闸室底板的上、下游端，齿墙深度一般为0.52.0m。上游齿墙的作用是降低在闸底板上的渗透压力，

19、下游端齿墙是减少出逸坡降，有助于防止地基土产生渗透变形。5.垂直土工膜：是一种垂直防渗的设施之一。5.3.4.2水闸的排水设施排水的目的是将闸室的渗水有计划地安全引向下游，以减小闸底板的渗透压力，并防止地基土发生渗透破坏。一般有平铺式排水和垂直式排水。1.平铺式排水：是铺设在地基中透水性很强的垫层，一般平铺在设有竖向排水孔的消力池地板下面和海漫首端。2.垂直式排水：一般是在消力池底板的下游段设置竖向排水孔，并与平铺式排水层连接。3.反滤层：为防止渗流出口处的土体发生渗流破坏，常在该处设置反滤层。反滤层的作用是 排除渗流，阻止基土流失。5.3.5闸室稳定性分析与地基处理闸室的要求：1.满足抗滑性

20、要求2.基底应力不大于地基允许承载力要求。3.基底应力的最大值和最小值不大于规定的允许要求。加固地基的方法:1.换土垫层法 2. 强夯法 3 桩基法 4沉井基础 5.振冲法 6搅拌桩基础5.3.6水闸与两岸连接建筑物水闸的岸墙和翼墙通常称为两岸连接建筑物。当水闸与河岸或土坝等连接时，需设置这种专门的连接建筑物。直接挡住河道两岸坡填土的挡土墙叫翼墙，在水闸边墩之后的挡土墙叫岸墙。其作用如下：1.挡住两岸坡的填土，保证河岸填土的稳定及免遭受河流的冲刷。2.引导水流平顺进闸，并使出闸水流均匀扩散。3.控制绕过闸室两侧的渗流，防止两岸土壤或土坝发生渗流变形。4.软弱地基上的岸墙可以减少两岸地基沉降对闸

21、室结构的不利影响。第六章灌排工程学习目标：1.了解灌排水工程的基本任务；2.理解灌排水工程规划、设计、施工的原理和方法；3.掌握调节农田分水状况的基本措施，并能运用。灌溉工程的基本任务是通过各种水利工程技术措施，改变地区水情，调节农田水分状况，以充分利用水土资源，提高土壤肥力，消除洪、涝、渍、碱等自然灾害，为农业稳定、高产和提高粮食品质创造条件。6.1灌排制度灌溉制度是为作物高产及节约用水而制定的适时适量的灌水方案。灌溉制度的内容包括灌水定额、灌水时间、灌溉次数和灌溉定额。单位面积上一次灌入的水量叫灌水定额，各次灌水定额的总和叫灌溉定额。灌溉制度是灌区规划设计和灌区用水管理的重要依据，它随作物

22、因素和水文气象、土壤、水文地质、农业技术措施、灌水方法等因素的变化而变化。6.1.1排水制度排水制度的具体内容包括为排水次数、排水时间、排水定额和排水总定额。排水制度的制定应在流域规划、地区水利规划和排水区域自然社会经济条件、水土利用现状的基础上，根据农业可持续发展、环境保护以及旱、洪、涝、渍、盐总和治理的要求，确定排水任务和排水标准。6.2灌溉系统及布置灌溉系统是指从水源取水，并将其输送、分配到田间的水利工程设施。完整的灌溉系统包括渠首取水建筑物，各级输水、配水渠道，渠系建筑物和田间工程等。山丘区型灌区布置山区地形复杂，一般从河流上游较远处引水灌溉，山区渠道多环山布置，位置较高，渠线较长，渠

23、道田填挖方量较大，渠系建筑物多，工程量大。一般有两种布置形式：1.干渠沿等高线布置。2干渠垂直等高线布置。6.2灌溉系统及布置平原型灌区布置：1.对山麓平原型灌,灌区靠近山麓，地势高，排水通畅，但易干旱。2.对冲积平原型灌区,多位于河流中、下游，地面坡度平缓，地下水位较高，有涝、渍危害。3.对低洼平原或平原坡地型灌区，要结合河系对应布置。6.2.1排水沟道的布置山区丘陵区，常把河溪或天然冲沟作为排水干沟，只修建必要的交叉建筑物和对河沟进行整治。平原灌区，除尽量利用原河沟外，确定排水沟布置时，还应考虑行政区规划和选择有利的排水出口。圩垸6.3渠道断面及其形式土质渠道的横断面形式一般有挖方渠道、填

24、方渠道和半挖半填渠道。根据渠道水力计算，确定各级渠道纵坡。在地面坡度较大、含沙量较多时，干渠可采用较大的纵坡，避免渠道淤积。但自水库引水灌溉时，为避免冲刷，干渠的纵坡不宜过陡。6.4.渠系建筑物渠系建筑物的类型主要有：控制水位和调节流量的节制闸、分水闸等配水建筑物；测定流量的量水设施，如量水堰、量水槽等建筑物；渠道与河渠、道路、沟谷相交时修建的渡槽、倒虹吸管、涵洞等交叉建筑物，渠道通过坡度较陡或有集中落差的地段所需的跌水、陡坡等落差建筑物；保证渠道安全的泄水闸或退水闸，沉积和排除泥沙的沉沙池、排沙闸等防洪冲沙建筑物；穿过山岗的输水隧洞。6.4.1渡槽的组成及类型渡槽是输送渠道水留跨越沟谷、道路、河渠等的架空输水建筑物。它一般由进出口连接段、槽身、支承结构及基础四部分组成。适用于渠道跨越深款何故且流量较大、跨越较广阔的洼地地区，它与倒虹吸管相比，水头损失想少，便于通航，管理。其类型按支承