水电基础知识培训(一)

水利水电基础知识学习(一)

水利水电工程概论(一至四章)

(重点介绍水电方面的基础知识)

第一章绪论第二章水利水电基本知识第三章水利水电枢纽第四章挡水建筑物和泄水建筑物目录

水资源及水能资源

第一章绪论一、什么是水资源？水是一种资源，就如煤、铁、铜矿……地球上（地表、地下和空气中）用于满足人类生活和生产需要的水源统称为水资源。狭义上的水资源主要指在地球上能够满足人类需求的“可利用”水及其属性。(不包括海水资源13.86亿千立方,其可利用的水资源数量是有限的,0.35亿千立方-----),绪论水资源及水能资源二、我国现有的水资源状况

现状1:水资源总量丰富我国的水资源从绝对数量上而言是相当丰富的。（详见表1-1）绪论水资源及水能资源

中国主要河流的径流特征值按径流总量排序江河流域名称注入海（湖）域流域面积（Km²）年平均流量

（m³/s）年径流总量（亿m³）径流深度（mm）1长江东海18085003093397555392珠江南海4536901065433607413黑龙江鄂霍次克海1620170860027091674雅鲁藏布江孟加拉湾240480524516546885澜沧江南海16746824107604546怒江孟加拉湾13781822297035107闽江台湾海峡60992199562910318淮河黄海26928319376112279黄河渤海75244317855637510钱塘江东海421561154364863绪论水资源及水能资源现状2:水资源均量相对不足

我国的水资源总量是丰富的。但是，由于我国人口众多，按人均和亩均计算，水资源相对贫乏。我国的人均年水量不足2200m³，约为世界人均年水量（10930m³/人）的五分之一。绪论水资源及水能资源现状3:时空分布不均

我国东南、西南及东北地区有充足的降水量。我国的地下水资源同样具有南方丰富、北方贫乏的特征。这是我国为什么要南水北调……绪论水资源及水能资源三、我国的水能资源及开发状况

介绍:水能资源(水力资源)

水能资源由太阳能转变而来

是以位能、压能、动能等形式存在于水体中的能量资源，亦称为“水力资源”。广义:包括河流落差水能、海洋潮汐水能、波浪水能、海洋潮流水能和深海温差能源等。水能资源是一种取之不尽用之不竭的能源。同时，水能是一种清洁能源。水能相对于石油、煤炭等不可再生、易产生污染的化石能源，具有不可比拟的优势。----可再生能源循环能源:水电\风电\光伏..

一次性能源不可再生能源:煤电\天然气发电\核电..

滚滚江河向东流,流的都是煤和油!

绪论水资源及水能资源我国大陆的水能蕴藏量为676000MW(即:6.76亿KW,此数据有新的认识!)，年发电量为5.92万亿kW·h

。大陆的可开发装机为378530MW(有新认识!)，年发电量为19233亿kW·h

。我国的地形特征为西高东低，主要河流多发源于西南高原。目前,全国（不含台湾地区）水电装机容量已过200000MW(即:2亿KW)。水电装机容量和发电量均跃居世界首位。水电装机容量占全国电力总装机的20.%左右。比起发达的巴西\挪威等国家相差很远.

绪论水资源及水能资源0表1-2中国大陆水能资源按水系分布表(此表随时间推移有变化)水系理论蕴藏量（MW）可开发容量年发电量（亿kW·h）所占比例（%）长江26802019724010274.9853.4黄河40550280001169.916.1珠江33480248501124.785.8海河、滦河2940213051.680.3淮河144066018.940.1东北诸河1531013700439.422.3东南沿海诸河2067013900547.412.9西南沿海诸河96900376802098.6810.9雅鲁藏布江及西藏其他河有新的认识,要多得多!)2969.5815.4北方内陆及新疆诸河349909970538.662.8全国67604037853019233.04100.0绪论水资源及水能资源表1-3

中国大陆水能资源按地区分布表(此表随时间推移有变化)地区理论蕴藏量（MW）可开发容量（MW）年发电量（亿kW·h）所占比例（%）华北123006920232.251.2东北1212011990383.912.0华东3005017900687.943.6中南64080674302973.6515.5西南47331023234013050.3667.8西北84180419401904.939.9全国67604037853019233.04100.0绪论水资源及水能资源

蕴藏量---可开发量---经济开发量水力发电就是利用蓄藏在江河、湖泊、海洋的水能发电。现代技术，主要是利用大坝拦蓄水流，形成水库，抬高水位，依靠落差产生的位能发电。水力发电基本原理:

势能---动能---机械能---电能

后面将介绍:P=AQH绪论水资源及水能资源.

第一节水文学及水力学第二章水利水电基本知识水文学是研究自然界各种水体变化规律的学科，是研究水资源的基础学科。-----经验科学

混沌理论\漂浮理论……水文学的分支有海洋水文学、陆地水文学、河川水文学、工程水文学等。在水利水电工程中，重点研究对象是工程水文学。水文资料水电工程设计中最基础的资料.

下面介绍一些最基础的名称和概念水利水电基本知识水文及水力学河流和流域

地表上较大的天然水流称为河流。我国最长的河流是长江，其河源发源于青海的唐古拉山。

在水利水电枢纽工程中，为了便于工作，习惯上以面向河流下游为准，左手侧河岸成为左岸，右手侧称为右岸。水利水电基本知识水文及水力学我国的主要河流中，多数流入太平洋，如长江、黄河、珠江等。少数流入印度洋（怒江、雅鲁藏布江）和北冰洋。直接流入海洋或内陆湖的河流称为干流，流入干流的河流为一级支流，流入一级支流的河流为二级支流，以此类推。一个水系的干流及其支流的全部集水区域称为流域。如:大渡河……金沙江……

莫曲河…..

那曲河…….略溪河….水利水电基本知识水文及水力学河（渠）道的水文学和水力学指标1、河（渠）道横断面：天然河道的横断面形状多种多样，常见的有V形、U形、复式等。（详见图2-1）2、河道纵断面：沿河道纵向最大水深线切取的断面。3、水位Z：河道水面在某一时刻的高程，即相对于海平面的高度差。我国目前采用黄海海平面作为基准海平面。4、河流长度L：河流自河源开始，沿河道最大水深线至河口的距离。5、落差ΔZ：河流两个过水段面之间的水位差。6、纵比降i：水面落差与此段河流长度之比，i=ΔZ/

ΔL7、流量Q：单位时间内通过某一河道（渠道、管道）的水体体积，单位m³/s。分解Q=V*S,Q=L*q=L*h*Vq—单宽流量8、水头H：水中某一点相对于另一水平参照面所具有的水能。(包括位子水头\压强水头\流速水头…)

评价指标….水库—U\V,装机—Q和H,现场考察关注流速\比降….水利水电基本知识水文及水力学图2-1水利水电基本知识水文及水力学河川径流

径流是指河川中流动的水流量。

在我国，河川径流多由降雨所形成。河川径流形成的过程是指自降水开始，到河水从海口断面流出的整个过程。这个过程非常复杂，一般要经历降水、蓄渗（入渗）、产流和汇流几个阶段。水利水电基本知识水文及水力学河流的泥沙

1、

河流中常挟带着泥沙，是水流冲蚀流域地表所形成。泥沙在河道或渠道中游两种运动方式——悬移质、推移质。

2、描述河流泥沙的特征值有以下几个：（1）含沙量：单位水体中所含泥沙重量，单位㎏/m³。

（2）输沙量：一定时间内通过某一过水断面的泥沙重量，一般以年输沙量衡量一条河流的含沙量。

（3）起动流速Vc：使泥沙颗粒从静止变为运动的水流流速。

水利水电基本知识水文及水力学水力学有别于工科三大力学,是一门经验科学(俗称“无理论”学科),是多年来水电工作者在水利水电的设计和建设过程中实践\试验\推断出的诸多经验理论(方法和经验公式),但每个水电项目特别是大型工程还须根据其自身特点进行各阶段(如截流\蓄水…)和重要过水建筑物的水力学模型试验.如:三峡工程\葛州坝工程\二滩\瀑布沟等的大江截流\导流\泄洪\蓄水...等在全国很多水电学院和设计研究院进行水工模型试验,以帮助和指导工程建设…绪论水资源及水能资源水力学模型及试验

第二节水利水电规划(重点介绍水电规划)一.水电站在电网中的作用

首先要了解水电站有以下工作特征：

1、发电能力和发电量随天然径流情况变化(靠天吃饭)。

2、发电机组开停灵活、迅速…

3、建设周期长、运行费用低廉…..水利水电基本知识水利水电规划

水电站这些特征决定了它在电力系统中的作用:

具有较大库容的水库调节天然径流的能力强，能够将多余的储存在水库中，供符合增加或来水减少时使用，这种水电站在电网担任日负荷的峰荷，成为调峰电站。

如:我省内已经建成的二滩\宝珠寺\瀑布沟\大桥……水利水电基本知识水利水电规划

没有调节能力或调节能力差的水电站则担任电力系统中的基荷或腰荷。夏季，河道天然来水充足，电力系统应该充分利用廉价的水能资源发电，以避免因发电量不足而发生弃水，浪费水能资源。此时，水电站也承担部分腰荷和基荷。

水电站还可以利用调节迅捷、方便的特点，调节电网频率，改善电力质量，这种电站称为调频电站。水利水电基本知识水利水电规划二.水能利用和开发方式

水力发电是利用河流的水能发电。水电站的功能就是将这些水的机械能转变为电能。实际是:势—动---机—电

某段河流的水蕴藏量取决于河道流量Q和水位落差H。水利水电基本知识水利水电规划

实际发电功率为：P=ηγQH=AQH(出力)

(单位推理:千牛/立米*立米/秒*米=千牛.米/秒=千瓦)

年发电量为：E=P·T

公式中：γ为水的容量(9.8千牛/立米)，T为年利用小时(指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间。它是衡量水电站经济效益的重要指标，小水电站年利用小时要求达到4500小时以上)。；η为发电综合效率，包括水力效率（由漏水等产生）、机械转动效率（由机械摩擦产生）、发电效率、变电效率（由变压器特性决定）、配电效率。在大中型水电站中A≈8，小型水电站中A≈6.5~7.5。举例介绍:经过我们现场踏勘**电站,其在流域梯级中该段河流的年平均流量约有120立米/秒(可以凭V和S经验判断),水位落差有220米,则该电站撞击装机估计在21万KW左右.水利水电基本知识水利水电规划

从上式中可见，流量和落差是水力发电的两个主要因素。

水能开发方式按调节流量的方式，可分为蓄水式、径流式。水能开发方式按集中落差的方式，可分为坝式、引水式和混合式。坝式分坝后式和河床式

例如:三峡---蓄水式\坝式\坝后式

葛州坝--蓄水式\坝式\河床式

小金河关州电站--径流式\引水式

城头电站----蓄水式\混合式水利水电基本知识水利水电规划三.径流调节

径流调节按其调节周期（水库库空——库满——库空的整个蓄放全过程的时间）的长短可分为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节。分别举例介绍例如:……….水利水电基本知识水利水电规划

设计保证率：是指能够使用水部门按设计保持正常工作而不受到破坏的几率。(只做简单介绍)

以发电为主的工程，设计保证率根据其在电网中的地位确定，一般P=65%~90%。

水利水电基本知识水利水电规划

四.水库的特征水位及其库容（一）正常蓄水位

设计枯水年（或枯水期）开始供水时应蓄到的水位，又称正常高水位，或设计兴利水位。正常蓄水位是水库设计中非常重要的参数。

正常蓄水位是水库在正常运行时，允许长期维持的最高水位。在没有设置闸门水库，泄水建筑物的正常蓄水位等于溢流堰顶(用图说明)。在梯级开发的河流上，正常蓄水位要考虑与上一级水电站的尾水位相衔接，最大限度地利用水能资源。水利水电基本知识水利水电规划绪论水资源及水能资源.（二）死水位与死库容

死水位是允许库水位消落的最低水位。死水位以下的库容称为死库容V死，死水位以上的静库容称为有效库容V效。

死水位的选定与各兴利部门利益密切相关。灌溉和给水部门一般要求死水位相对低些，可获得更多的水量。发电部门常常要求有较高的死水位，以获得较多的年发电量(用图说明)。有航运要求的水库，要考虑死水位时库首回水区域能够保持足够的航运水深。在多泥沙河流上，还要考虑泥沙淤积的影响。发电取水口---死水位—防洪限制水位—正常蓄水位—防洪高水位---设计洪水位—校核洪水位(用图说明)水利水电基本知识水利水电规划（三）兴利库容

兴利库容V兴是正常蓄水位与死水位之间的库容，又称为调节库容。正常蓄水位与死水位之间的水库水位差称为水库消落深度。

举例说明:（四）防洪限制水位

水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，也称汛期限制水位。防洪限制水位至正常蓄水位之间的库容为重叠库容。水利水电基本知识水利水电规划（五）防洪高水位和防洪库容（六）设计洪水位和拦洪库容（七）校核洪水位和总库容水利水电基本知识水利水电规划五.河流规划

河流规划的任务是综合考虑各用水部门的需求，合理地、充分地综合利用水资源，在国民经济发展的大框架内统筹安排，避免浪费人力、财力和水资源。水利水电规划应该贯彻“全面规划、统筹兼顾、综合利用、讲求效益”的原则。

(下面重点介绍水电规划)水利水电基本知识水利水电规划

以大渡河和莫曲河流域为例介绍水电规划

在河流上进行水电开发一般采用梯级形式，首尾相接。即，上一级水电站的尾水位与下一级水库的正常蓄水位相接，充分利用水能资源。

清水不下河\生态流量\开发方式…..

在梯级开发的上游常建设大库容水库，成为龙头水库。龙头水库有很好的调蓄作用，有利于下游各梯级水电站发挥效益。

年利用小时要求\规模\上网要求…..水利水电基本知识水利水电规划

第三节工程地质

(了解内容)

工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学。在水利水电工程建设中，必须查明工程建筑地区的工程地质基本条件。是一个水电站设计和建设的基础.

(本节系专业性内容只做了解---名称\名词)水利水电基本知识工程地质一、岩石的形成（一）岩浆岩：又称为火成岩-----主要有花岗岩\火山灰岩\正长岩…（二）沉积岩---主要有所砂岩\页岩\石灰岩…（三）变质岩---主要有片岩\板岩\石英岩\大理岩…水利水电基本知识工程地质二、地质构造和地质现象

在地球演变的过程中，地壳在地球内部动力地质作用下不断地运动、发展和变化，称为构造运动。地壳运动形成的地壳构造变化称为地质构造。水利水电基本知识工程地质（一）层面和节理(即裂隙)----图例（二）风化（三）岩溶—石林\溶洞(岩溶地貌有称喀斯特地貌),岩溶现象是水电设计建设过程中必须规避的敌人（四）地震---重力加速度,不能建在高发区不能因建电站诱发地震,如….（五）断层-----图例（六）地下水水利水电基本知识工程地质

第一节水利水电枢纽的组成和类型

------到底有些什么建筑物构成一个水电站?第三章水利水电枢纽一、组成：水利水电枢纽一般由下列水工建筑组成

1、挡水建筑物…..如拦河坝\闸…

2、泄水建筑物…如泄水闸\表孔\泄洪洞…

3、进水建筑物----如进水塔….取水口-----(我们通常称前三部分为”首部枢纽”)

4、引水建筑物---引水渠\引水洞\压力管道…

5、平水建筑物---调压井\压力前池6、发、变和配电建筑物—主.副厂房\开关站\GIS

7、其他建筑物(如:过坝建筑\防冲沙…)水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型二、类型：水电站可按不同方法分类。按其装机容量可分为:大型（>250MW）、中型（50~250MW）、小型（<50MW）。按其厂房位置与拦河坝之间的关系可分为:堤坝式(坝后式、河床式)、引水式和混合式。水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型（一）坝后式水电站：如湖北长江三峡水电站水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型（二）河床式水电站：如湖北长江葛洲坝水电站水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型（三）引水式水电站水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型（四）混合式水电站水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型三、水利水电枢纽的等别

水利水电工程分等指标表水利水电枢纽水利水电枢纽的组成和类型工程等别工程规模水库总库容（×10^8m³）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田（×10^4亩）治涝面积（×10^4亩）灌溉面积（×10^4亩）供水对象

重要性装机容量（×10^4KW）Ⅰ大（1）型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大（2）型10~1.0重要500~100200~60150~50重要120~30Ⅲ中型1.0~0.10中等100~3060~1550~5中等30~5Ⅳ小（1）型0.10~0.01一般30~515~35~0.5一般5~1Ⅴ小（2）型0.01~0.001＜5＜3＜0.5＜1

第二节水工建筑物

水工建筑物是为了达到防洪、发电、灌溉、供水、航运等目的，用以控制和支配水流的建筑物。

一、水工建筑物的特点（一）受自然条件约束

（二）受水的影响大

（三）施工复杂（四）失事后果严重水利水电枢纽水工建筑物二、水工建筑物的分类

（一）按其作用分类

1、挡水建筑物

2、泄水建筑物

3、取水、输水建筑物

4、专门建筑物水利水电枢纽水工建筑物

（二）按其使用时间长短分类

1、永久性建筑物

2、临时性建筑物

水利水电枢纽水工建筑物三、水工建筑物的分级

永久性水工建筑物级别表水利水电枢纽水工建筑物工程等别ⅠⅡⅢⅣⅤ主要建筑物12345次要建筑物33455

大库大坝梯级指标表水利水电枢纽水工建筑物级别23坝型土石坝混凝土坝、浆砌石坝土石坝混凝土坝、浆砌石坝坝高9013070100第三节枢纽布置

枢纽布置着重研究枢纽中各个水工建筑物之间的相互位置。广义的枢纽布置包括坝址选择、坝型选择和枢纽布置。坝址选择、坝型选择.河枢纽布置三者之间是相互联系的。不同的坝址适用于不同的坝型，因而具有不同的枢纽布置。由于水文、地质、地形条件的各不相同，水利水电枢纽工程中水工建筑物组成不同，每个枢纽的布置也是各有特点。……水利水电枢纽枢纽布置

枢纽布置没有固定模式，一般需遵从以下布置原则和要求。

（1）在一个枢纽中，为各兴利部门修建的水工建筑物有其不同的要求，枢纽布置的任务是将它们有机地组合在一起，共同完成各自自身的任务。

（2）在满足建筑物稳定和强度的前提下，使工程总造价和年运转费最省。水利水电枢纽枢纽布置

（3）枢纽布置应考虑建筑材料、施工导流、施工方法、施工工期等因素的影响。

（4）尽可能使枢纽在尚未完全建成的情况下，使部分建筑物提前发挥效益，如提前发电。水利水电枢纽枢纽布置挡水建筑物的主要作用是拦截和阻挡水流，抬高上游水位，形成水库。能够形成水库的挡水建筑物主要有拦河坝、拦河闸等。拦河坝有重力坝、拱坝、土石坝和支墩坝等坝型(重点介绍前三者的区别和建坝条件…)。泄水建筑物的主要作用是渲泄多余的洪水，确保大把安全；分河床式(兼顾挡水,如河床宽的三峡…等)和河岸式(如河床窄的二滩等…)两种布置方式…第四章挡水建筑物和泄水建筑物第一节重力坝一、重力坝的特点和类型

重力坝一般建在岩基上，采用混凝土(砼)或浆砌石材料。重力坝应是应用广泛的一种坝型，数十年来积累了丰富的建坝经验。

挡水建筑物和泄水建筑物重力坝

重力坝常用的形式有：

实体重力坝、宽缝重力坝(丹江口\新安江\潘家口,横缝扩宽排渗透水以降低扬压力,减少砼10%左右)、空腹重力坝(纵向空腔,广东枫树坝)。图式….

挡水建筑物和泄水建筑物重力坝二、重力坝的材料

重力坝的建筑材料主要是混凝土，中小型工程也有用浆砌石的。

（一）混凝土的形成

混凝土是由水泥、水、沙子和石子四种主要材料所组成。砂和石子构成混凝土的骨料，水泥是润滑剂和胶结剂。

有时适量掺粉煤灰…挡水建筑物和泄水建筑物重力坝（二）混凝土的强度和标号（三）重力坝对材料的要求

水工混凝土对材料除了有强度要求外，还具有以下几项要求：

（1）抗渗性（2）低热性（3）抗磨性（4）抗冻性（5）抗侵蚀性（6）耐久性挡水建筑物和泄水建筑物重力坝三、重力坝的构造（一）分缝（二）止水（三）坝体排水（四）廊道系统挡水建筑物和泄水建筑物重力坝四、重力坝的地基处理

重力坝需要建筑在坚硬的岩石基础上。重力坝对地基的要求：①有足够的强度；②整体性和均一性好；③防渗性强；④耐久性好。挡水建筑物和泄水建筑物重力坝常用的处理方法有以下几种：（一）开挖和清理（二）基础灌浆：

基础灌浆的类型：帷幕灌浆和固结灌浆两种。（三）坝基排水（四）断层破碎带和软弱夹层的处理

挡水建筑物和泄水建筑物重力坝五、混泥土坝施工

混泥土坝的施工程序是：原材料的准备，混凝土的制备，混凝土运输，大坝浇筑和养护。

挡水建筑物和泄水建筑物重力坝六、碾压混凝土重力坝

碾压混凝土筑坝技术的研究和试建开始于20世纪60年代初期，日本和美国先后建成碾压混凝土坝。我国于1983年开始将碾压混凝土技术应用于筑坝。1986年5月，完成了第一座高56.8m的福建坑口碾压混凝土重力坝。挡水建筑物和泄水建筑物重力坝第二节拱坝一、拱坝的工作特点

拱坝的水平截面为弧形拱圈。拱圈的两端支承在两岸岩体上。拱坝的垂直截面为一直立或弧形，底部一般浇接在岩石基础上。拱坝的整体外形呈一个向上游凸出的空间壳体结构。

挡水建筑物和泄水建筑物拱坝已建的最高拱坝是格鲁吉亚共和国的英古里双曲拱坝，坝高271.5m。我国在建的锦屏一级水电站，坝高305m，将是(目前在建)世界上最高的双曲拱坝。（下图为拱坝示意图）挡水建筑物和泄水建筑物拱坝第三节支墩坝

支墩坝是由一系列支墩和盖板组成。盖板形成挡水面，将水压力传递给支墩。支墩沿坝轴线排列，支撑在岩基上。支墩坝按其结构形式可分为：平板坝、大头坝和连拱坝。（下图为支墩坝示意图）挡水建筑物和泄水建筑物支墩坝第四节土石坝

土石坝是土坝、堆石坝和土石混合坝的总称。分别介绍几种不同类型的土石坝:碧口\瀑布沟\紫坪铺\龙头石\双江口….

(

以简单图说明……)坝体材料以土料和砂砾料为主的