水利与港口工程学习讲义T配图丰富

项目八水利与港口工程熟悉我国古代水利工程；了解我国古代治水技术；了解西半球的运河；熟悉现代水利水电工程；熟悉港口工程；熟悉我国港口工程建设；任务一中国古代水利工程一、中国主要水系的形势及影响中国水患历史悠久。据历史记载，由公元前200年至公元1949年之间，中国各地共发生了大水灾1194次。中国水灾频繁的基本原因在于中国的自然地理布局及气候条件。中国的地形是个“三台阶”的布局，见图8一1。由西向东，第一个台阶是地势较高的青藏高原，海拔平均四五千米，大江大河多发源于此。第二个台阶是海拔一两千米的云贵高原、黄土高原。第三个台阶是平原地区。任务一中国古代水利工程任务一中国古代水利工程二、中国古代水利灌溉的典范—都江堰工程任务一中国古代水利工程二、中国古代水利灌溉的典范—都江堰工程宝瓶口飞沙堰鱼嘴任务一中国古代水利工程三、漕运制度与运河的开凿汉代时期，我国历史上出现了一项重要的政治经济制度—槽运。隋场帝杨广不恤民情、为政暴虐，很快就断送了隋朝。但是他主张修建的大运河却留给后代一份丰厚的遗产，对国家统一、经济发展、促进沿河城镇的发展、便利交通运输、繁荣社会文化都起到重大作用。任务一中国古代水利工程四、运河维修管理的痛楚与衰败运河之水来自其穿越的各条自然河流，河水中的泥沙也被带入运河，尤其是历次黄河泛滥和改道，更易使运河浅梗。上述的许多古代沟渠，诸如鸿沟等，即因年久失修导致河床淤积而逐渐废止。当黄河河床抬高、形成对运河的倒灌之势后，不得不在运河河口修筑土坝，槽船到此卸运空载，空船用绞盘拖过土坝后再重新上载。清咸丰五年，黄河在河南铜瓦厢决口，从此结束了其长达700年的“夺淮入海”的历史，在今山东阳谷县张秋镇将运河拦腰截断，从而也截断了张秋以北到临清河的水源，槽运受阻。后京津、京浦铁路的兴修，从根本上动摇了大运河作为中国南北交通大动脉的地位。至光绪二十七年清政府下令停止了历时千年的大运河槽运。任务二中国古代治水技术一、重疏导、轻填堵的治水思想堤堰自动调节水量的思想是中国古代治水技术的一大创造。都江堰和灵渠皆采用之。都江堰治水“三字经”中还有“深淘滩，低作堰”六字诀。“深淘滩”指为防河床奎塞而定期掏挖河床;“低作堰”乃用以减低水之阻力，因势利导，以杀水势，所用“竹笼石”法就地取材，经济简易，便被后人普遍采用。淘滩又有铁板为准则，据传古为石马，今为明万历年间所埋卧铁，见“铁”则深浅适度。这些都是治水千年经验所积成，至今沿用，所谓“循之则治，失之则乱”。任务二中国古代治水技术二、明、清两朝的治理黄河之策针对黄河入海口呈现出河口淤积的现象，明嘉靖、万历年间总理河道的潘季驯提出采用“束水攻沙”的措施，即黄河下游两岸修筑系统大堤，提高河水流速，并引其他河流的清水入黄河。他认为这不仅能刷深河道，而且可冲开河口示。康熙十六年(1677年)，靳辅出任河道总督，他在继承潘氏“束水攻沙”方略的同时又有所发展，提出了疏浚河口的主张。他认为，束水攻沙虽然是治河良策，但河身淤土有新老之分，三年以内新淤之土，筑堤刷沙之策可以奏效，久淤之土则必须辅以人力疏浚。因而主张在淤积河床内顺流开浚三道小河，谓之川字河，以所起之土修筑两岸大堤。任务二中国古代治水技术三、古人的测量技术高程测量是治水的基础。因为必须以河渠各点的高程控制水的流向，古代中国从治理水患、发展水利起，就已经使用原始的测量工具。早在文字记载之前，城市建筑中即采用了水准测量。考古发现在河北莫城商代中期建筑遗址的基槽壁上有用云母粉画出的水平线，这可能是用作基础整平的标志线。可以推测当时使用了类似水准仪的工具。由《四库全书》收录的、唐代李签《太白阴经》中记载的古代水平仪，是目前所能见到的中国最早的水平仪图形。它主要由三部分组成:水平、照板和度竿。任务二中中国古代代治水技术术任务二中中国古代代治水技术术四、筑堤堵堵水的材料料与方法竹笼是战国时成成都平原已已经开始使使用的筑堤堤堵水材料料，就是使使用竹编的的笼子装盛盛河道中的的卵石，其其刚柔相济济、用途广广泛，除了了鱼嘴、堤堤堰外，堵堵口、施工工截流等都都能用上。。杩搓是由三根木木桩绑扎而而成的三脚脚。若干个个杩搓相互互交叉紧靠靠，加上土土木石料等等辅助材料料就形成了了临时性的的挡水工程程。杩搓的的挡水功能能与竹笼类类似。特点点是可以随随时回收，，所以在临临时性应急急需求时往往往选用杩杩搓。任务二中中国古代代治水技术术任务务二二中中国国古古代代治治水水技技术术四、、筑筑堤堤堵堵水水的的材材料料与与方方法法羊圈圈是用用于于急急流流处处的的阻阻水水构构筑筑物物。。其其做做法法是是用用木木桩桩构构成成的的框框架架，，内内填填大大粒粒径径的的卵卵石石，，可可以以做做基基础础丁丁程程，，也也可可以以修修筑筑堤堤防防和和溢溢流流堰堰，，比比竹竹笼笼工工程程更更稳稳固固、、耐耐久久。。我我国国古古代代重重要要河河工工和和引引水水工工程程中中皆皆采采用用之之。。任务二中中国国古代治治水技术术任务三西西半半球的运运河一、从陆陆地通向向海洋古美索不不达米亚亚人和古罗马人人都曾经建建造运河。中世纪之之后欧洲各国国纷纷重重启运河河建造。。16世纪至18世纪是欧洲运运河大发发展的时时期。法国于1642年建成了布里亚尔尔运河，把卢瓦瓦尔河与与塞纳河河连接在在一起。。这条运运河沿线线建有40座船闸。。1681年完成的的朗格多多克运河河长250千米，把把比斯开开湾和地地中海连连接在一一起。在美洲，美国于1825年完成581千米长的的伊利运河河，沿河建建造了82座船闸，，从而促促进了中中西部大大草原地地区的开开发。1829年，加拿大兴建了韦兰运河河，其长44千米，建建成后使使南方的的伊利湖湖和北方方的安大大略湖之之间能通通航大船船。任务三三西西半半球的的运河河美国伊伊利运运河是第一一条提提供美国东海岸岸与西西部内陆的快速速运输输工具具，这这比当当时最最常用用的以以动物物拉动动的拖拖车还还快许许多。。任务三三西西半半球的的运河河二、从从海洋洋通向向海洋洋苏伊士士运河河是世界界上三三大海海运河河中的的第一一条，，位于于埃及及境内内，连连接亚、非非两洲洲的苏伊伊士地地峡上上，如如果它它能够够沟通通地中海海和红红海，就可可大大大缩短短从欧欧洲和和北美美洲通通往印印度洋洋沿岸岸各国国的航航程。。基尔运运河是世界界上三三大海海运河河中建建成的的第二二条。。该河河又名名北海一一波罗罗的海海运河河(Nord一OStSPP一一Ka-nal)，，其位位于德德国北北部，，西起起北海海畔易易北河河口，，向东东到达达波罗罗的海海的基基尔湾湾，全全长98.7千米米，一一般通通过运运河只只需7-9小时时，是是一条条极重重要的的水道道，参参见图图8一一14左图图。其其建成成后，，北海海到波波罗的的海的的航程程缩短短了756千米米之多多。任务三三西西半半球的的运河河苏伊士士运河河基尔运运河任务四四现现代代水利利水电电工程程一、现现代水水利工工程的的功能能与组组成1878年，世世界第一座座水电电站建成于于法国国，从从此以以后，，在现现代水水利工工程中中，除除了以以堤、、坝、、引水水渠等等工程程构筑筑物完完成防防洪、、航运运、灌灌溉等等功能能外，，水利利发电电也成成为重重要组组成部部分。。为达达到此此口的的，需需要借借助上上述工工程构构筑物物于山山谷、、河道道或低低洼地地区提提升水水位，，形成成人工工水域域，称称之为为水库。水库的的作用用是:积蓄上上游水水量，，利用用水库库的防防洪库库容调调蓄洪洪水、、拦蓄蓄洪峰峰或错错峰，，以减减免下下游洪洪灾损损失，，并利利用库库容保保证水水库附附近地地区枯枯水期期的灌灌溉用用水;水库的水位位提升后与与河流下游游之间产生生很大的水水落差，蕴蕴含了巨大大的水势能能，电能就就是从这势势能转化而而来。水电站阻断断河道，为为保证航运运，需与船船闸等配合合，这样可可形成水利枢纽。任务四现现代水利利水电工程程二、水坝的的分类坝是建筑在河河谷或河流流中拦截水水流的挡水水结构，用用以抬高水水位，积蓄蓄水量，在在上游形成成水库以满满足防洪、灌溉溉、航运、、发电、给给水等需要。坝体按结构特点和和所用材料分为重力坝、拱坝、双曲曲拱坝、重重力拱坝、支支墩坝、连连拱坝、橡胶胶坝等。重力坝按照材料区区分，可以分为土土石坝、混混凝土坝。双曲拱坝任务四现现代水利利水电工程程橡胶坝任务四现现代水利利水电工程程三、特殊的的荷载水工结构与与一般工程程结构显著著不同之一一是渗透水水对结构的的影响很大大。一方面面如果渗透透水在坝基基形成渗水水通道，将将使坝基内内土石不断断通过通道道被渗透水水冲刷而出出，通道越越来越大形形成所谓管管涌，坝基基稳定性受受到破坏;另一方面面渗透水在在坝基内对对坝基形成成所谓的扬压力。扬压力可以以这样来理理解:就像船只只在水中受受到向上的的浮力，坝坝体底部也也受到地基基内渗透水水的浮力，，而水库内内水位增高高会使得地地基内的渗渗透水压提提高，而扬扬压力就是是指地基内内的渗透水水对建筑物物的浮托力与渗透压力之和。与重重力方向相相反的扬压压力抵消了了部分重力力作用。重重力坝的稳稳定非常依依赖坝体的的重力。在在坝基安排排防水帷幕幕可以拉长长渗透水抵抵达坝底的的距离，从从而减小扬扬压力。任务四现现代水利利水电工程程四、坝体所所用的材料料坝体体混混凝凝土土也也对对坝坝体体安安全全性性有有影影响响，，因因为为坝坝的的体体积积非非常常大大，，水水泥泥与与水水反反应应放放出出的的热热量量(称水化热)大、不易散发，，容易在混凝凝土中形成温度裂缝。轻者影响坝坝体的抗渗透透性，严重的的影响坝体整整体性。故在在现代水利工工程中，对坝坝体混凝土的的配合比有特特殊考虑，一一般掺入大量量粉煤灰等矿物物外掺料替代部分水泥泥用量，可以以减少水化热热。任务四现现代水利水电电工程五、水坝的修修筑技术修筑大坝需要要截断河流，，而截断河流流期间又需要要保证河水下下泄，故可以以在坝的上下游分期修修筑围堰阻水水，在围堰内分段修筑大坝坝。有的河流还还要在筑坝期期间保证航运运，故筑坝期期间设置临时时船闸和升船船机以免航运运中断，例如如三峡大坝就是采用这种种方法施工的的。有的大型型桥梁的桥墩墩也是采用这这种分段修围堰的方法施工的的。任务四现现代水利水电电工程六、水利水电电工程对环境境的影响进入20世纪后10年，人们开始关关注到水利工工程对河流生生态环境所产产生的一些不不利影响。首首先是一些大大型水利工程程易引发地质灾害;有的水库蓄蓄水后，库区区沿岸产生滑滑坡，有的导导致周边地区区地震频发。1963年10月9日，意大利阿尔卑斯山脉脉托克山山体体崩塌，山下是瓦扬扬特(Vajont）水水坝形成的水水库;顷刻间间，数百万吨吨泥土石冲入入水库，水溢溢出大坝，下下游数个村庄庄被激流横扫扫，死亡两千千余人，皆因因坝址错误设设置在山体不不稳处致有此此祸，这是工工程引发地质质灾害的一个个典型实例。。我们需要认识识到:虽然水利工程程对环境造成成了一些不利利影响，但是是，这只是人人类为自身发发展而从事的的诸多活动中中的一种，水水利工程的利利弊需要客观分析。任务四现现代水利水电电工程三峡大大坝任务五五港港口口工程程一、港港口及及其组组成港口是具有有水陆陆联运运设备备和条条件、、供船船舶安安全进进出和和停泊泊的运输枢枢纽;对于于在内内停泊泊的船船舶，，港口口要具具有保保证其其免遭自自然的的风、、浪损损坏之之能力力。亚历山山大大大帝曾曾经对对现属属于埃埃及的的亚历山山大港港进行人人工改改造，，用砌砌筑工工艺修修建了了举世世闻名名的灯灯塔，，塔高高200余余米，，伴有有供马马拉柴柴草至至塔顶顶的坡坡道。。。在公元元1世世纪中中期，罗马马皇帝帝克劳狄狄乌斯斯在罗马马的外外港奥奥斯提提(Ostia)港港北面面3千千米，，建了了一个个人工工海港港—Portus港港。码头是港口口中的的重要要组成成，是是港口口中供供船舶舶停靠靠、装装卸货货物、、上下下旅客客、补补充给给养的的水工工建筑筑物。。一般般情况况下，，防波堤堤和码头各自独独立存存在，，完成成自己己的实实用功功能，，但在在某些些情况况下二二者合合二为为一，，防波堤堤面向大大海的的外侧侧发挥防防浪作作用，面向向港内内的一一侧发挥码码头的作用用。加拿大大港口口码头港池仓库货场道路任务五五港港口口工程程任务五五港港口口工程程二、码码头的的分类类与布布置码头结结构形形式有有重力式式、高高桩式式和板板桩式式。主要根根据使使用要要求、、自然然条件件和施施工条条件综综合考考虑确确定。。重力式式码头头依靠建建筑物物自重重和结结构范范围的的填料料重量量保持持稳定定，结构整整体性性好，坚固耐耐用，损坏坏后易于修修复。高桩码码头由基桩桩和上上部结结构组组成，，桩的的下部部打入入土中中，上上部高高出水水面，，上部部结构构有梁梁板式式、无无梁大大板式式、框框架式式和承承台式式等。。高桩桩码头头属透透空结结构，，波浪浪和水水流可可在码码头平平面以以下通通过，，对波波浪不不发生生反射射，不不影响响泄洪洪，并并可减减少淤淤积，，适用于于软土土地基基。码头布布置形形式：：顺岸式式、突突堤式式和挖挖入式式三种种基本本形式式码头布置顺岸式式优点点：：陆陆域域宽宽阔阔、、疏疏运运交交通通方方便便、、工工程程量量小小。。顺岸岸式式－重重庆庆朝朝天天门门码码头头码头头布置置凸堤堤式式优点：一一定水域域建设较较多的泊泊位。缺点：凸凸堤宽度有限，，每泊位位的平均库库场面积积较小，作作业不方方便。码头布置突堤式码头－宁宁波港挖入式优点：满满足现代代码头要要求有较较大陆域域纵深（（集装箱箱码头纵纵深达350～400m）和库场场面积。。新建码码头纵深深有加宽宽趋势，，天津新新港东突突堤的平平均宽度度达650m。码头布置挖入式－加拿大大港口随着船舶舶大型化化和高效效率装卸卸设备的的发展，，外海开开敞式码码头逐步步被推广广。开敞式－天津港集装装箱码头任务五港港口工程干船坞码头任务六中中国港口工程程建设一、古代的辉辉煌春秋战国时期，水上运运输已十分频频繁，港口应应运而生，当当时已有渤海海沿岸的竭石石港(今秦皇皇岛港)。至至秦代，秦始皇遣徐徐福携三千童童男童女出海海求仙;船队队出发地有河河北秦皇岛和和黄哗说。汉代的广州港以及及徐闻、合浦浦港，已与国国外有频繁的的海上通商活活动。宋、元崇商，对外贸易发发达，广州、、泉州、杭州州、明州(今今宁波)是当当时的四大海海港。尤其是是泉州，是著著名的“海上上丝绸之路””的起点。到到明代郑和下