水电工程的教案

水电工程的教案第1页/共75页第三章水利枢纽——绪论

水利枢纽1

水工建筑物2

枢纽布置2第2页/共75页3.1水利枢纽

所谓水利工程，是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。为了综合利用水利资源达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，需要修几种不同类型的水工建设物，例如：挡水、泄水、输水或其它专门建筑物等，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这些建设物称为水工建筑物，水工建筑物的综合体称为水利枢纽。第3页/共75页按承担的任务分类:防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水与排水工程、航道及港口工程、环境水利工程。按其对水的作用分类:提水工程、取水工程、壅水工程、蓄水工程、排水工程、输水工程、水质净化和污水处理工程等3.1水利枢纽

位置集中、互相配合、共同工作的水工建筑物的综合体第4页/共75页

水利枢纽按其所在地区的地貌形态可分为：平原地区水利枢纽和山区(包括丘陵地区)水利枢纽。也可按承受水头大小，分为：高、中、低水头水利枢纽。按水利枢纽的作用，可分为：蓄水枢纽、取水枢纽等。水利枢纽分类第5页/共75页第6页/共75页第7页/共75页我国水电建设从解放初期装机16万千瓦，发展到2002年底装机8607万千瓦，尽管在发展进程中曾数度遭遇困难和挫折，但是仍然顽强地发展，从弱到强，由小到大。在不同的历史时期，我国水电事业曾受到不同因素的制约，先后经历了技术制约、投资制约、市场制约和生态制约四个发展阶段。我国水利发展历史进程第8页/共75页1.技术制约阶段新中国成立初期，我国水电事业受建筑材料和技术等因素制约，发展速度缓慢。由于缺乏科学的筑坝技术和现代化的建筑材料、施工机械，修建大坝主要靠人扛肩挑，机械化水平极低，制约了水电事业的发展。如今技术制约阶段早已成为过去，中国目前有能力设计、修建任何类型的大坝。第9页/共75页2.投资制约阶段在电力短缺的情况下，国家急需发展火电和水电。为加快电力建设，国家制定了各种优惠政策鼓励水电发展。

譬如采用“两分钱”政策，每度电附加两分钱，调动各地的办电积极性。修建三峡工程，也采用了全国每度电加四厘钱的办法。这一时期只要能筹集到资金，电站就可以建，反之则难以建设。由于水电建设的投资相对较大，回报周期较长，在相当长的一段时间内，我国水电发展主要受着资金的制约。第10页/共75页3.市场制约阶段改革开放以后，我国经济实力逐步增强，中央水电投资的增加，极大地缓解了水电建设的资金困难。随着水电事业的进一步发展，我国电力出现相对富余的局面，水电面临新的发展格局，同时也遇到了新的困难——市场成为影响水电发展和电力布局的主要制约因素。

有了市场，电站就可以建；没有市场，项目就上不了。决定电站建与不建、电力往哪里送，市场是主要的制约因素。如广东等地对电力的需求就为西南一批水电项目的开工建设提供了必要的市场。

第11页/共75页4.生态制约阶段水电事业在走出技术、资金、市场等因素的困扰后，又面临新的问题，即如何看待水电开发对生态带来的影响。当前，社会各界围绕这一问题展开了激烈的讨论，如怒江该不该开发水电，都江堰的杨柳湖电站该不该建等等；有关三门峡大坝的争论本质也是这个问题。这些争论都是大坝与生态问题在实践层面上引发的，焦点都是生态问题。第12页/共75页三门峡大坝三门峡大坝出水口处的水质污染十分严重第13页/共75页4.生态制约阶段经济社会的快速发展，电力紧缺矛盾日益加剧，发展水电是重要措施。修建大坝带来的生态问题将成为水电发展新的制约因素。

第14页/共75页案例—广西龙滩电站技术、投资、市场等制约因素解决后，又赶上了西部大开发的机遇，但该工程现在面临着一个很复杂的问题，即坝高到底多少，修高坝还是低坝？争论很激烈。从工程效益角度和各项经济技术指标出发，几乎所有的水电专家都认为应该修高坝。但是这个方案会增加淹没区移民人数，而且是在少数民族聚居区，移民问题就成为确定工程建设方案的最重要因素。第15页/共75页案例—广西龙滩电站“山下一条红水河，河里一道大坝，岸边一片碧绿洲”第16页/共75页小结综上所述，我国水电事业在发展进程中遇到的各种困难和技术、投资、市场、生态等方面的制约，是在一定历史阶段产生的，与经济社会发展程度密切相关。当前，必须高度重视水电发展中的生态问题，正确认识水电开发与生态的关系，科学评价大坝可能导致的生态环境问题，用科学发展观和人与自然和谐相处的理念正确认识并妥善处理现阶段遇到的问题，确保我国水电事业快速健康地发展。第17页/共75页

人类兴建各类水利工程而引发的水域生态环境（包括水量、水质、水温、水面积、水深、流速、小气候、水生物、湿地环境、地下水位变化等）及其周边生态环境、生物群落动态变化，具有交叉性、复合性、因果性和得失双重性的特点。它既可以抗御灾害，发展经济，改善人类生态环境、居住条件、生活质量，也可以对自然原生态和地形、地貌、植被、径流造成强烈干扰和破坏。下面我们从对环境和人类的影响分别看一下。水利枢纽生态影响综述第18页/共75页水利工程的建设会使原有的平衡失调，特别是高坝大库的修建和运用。（一）物理的影响1、淤积和冲刷：由于水库形成后，流速减低，造成泥沙淤积，水库库容减少，并影响水库的使用年限，高坝高速水流，会造成下游河床的冲刷。2、水文状态的变化：水库蓄水造成上游地下水位的抬高，下游地下水位下降。水利枢纽对生态环境的影响第19页/共75页3、水质的变化：一般水库都有使水质改善的效果。但是由于库区水面面积大，大量的水被蒸发，土壤盐碱化使土壤中的盐分及化学残留物增加，从而使地下水受到污染，提高了下游河水的含盐量。水利枢纽对生态环境的影响第20页/共75页

4、对大气的影响在南美洲的阿根廷、巴西、委内瑞拉等国，在北美洲，以及俄罗斯的西伯利亚，一些大型水电站的水库淹没了大片森林，水库蓄水前，又没有能力大规模砍伐清库，林木便长期浸泡在水中，经水浸泡腐烂后便会产生一些有害气体和温室气体，对大气造成污染。此外，水库蓄水后，随着水面的扩大，蒸发量的增加，水汽、水雾就会增多，库区小气候可能发生显著改变。水利枢纽对生态环境的影响第21页/共75页5、地震的影响：兴建水库可能会诱发地震，增加库区及附近地区地震发生的频率。山区的水库由于两岸山体下部未来长期处于浸泡之中，发生山体滑坡、塌方和泥石流的频率会有所增加。还有研究者指出，由于全世界的水库蓄水量过高而导致的地壳重量的重新分布，可能会对地球的自转速度、轴的倾斜以及引力场形状产生影响。水利枢纽对生态环境的影响第22页/共75页（二）生物的影响水库对渔业有利，但对鱼的回游是个主要障碍，对血吸虫等疾病增加了传染的危险性。当前社会上极为关注的是大坝建设对洄游鱼类造成的影响。世界各国在建坝中解决鱼类洄游问题通常采取两种办法：一种是采取工程措施，建鱼梯、鱼道；另一种是对洄游鱼类进行人工繁殖。在不同的地区、不同的河流上建坝，对鱼类和生物物种的影响是不同的，要对具体的河流进行具体的分析，不能一概而论。水利枢纽对生态环境的影响第23页/共75页

（三）对河岸带及三角洲的影响水生和陆生环境的沉积物、营养元素、生物等内部物质交换和能量流动可能因水坝对洪水的控制作用而减少或受到限制，而下游洪水泛滥规模受到限制后，直接导致下游冲积平原和河口三角洲的生产力的下降。水利枢纽对生态环境的影响第24页/共75页（四）对人类的影响国民经济影响巨大；投资巨大、影响国家经济发展；防洪、供水、发电等关系到国计民生大事;

水库移民问题复杂，影响深远。如规划、设计不当，很难改正。由于兴建水库导致库区的风景名胜和文物古迹被淹没，需要进行搬迁、复原等。水库大坝失事：对国民经济、下游人民群众生命、财产造成极大损失。水利枢纽对生态环境的影响第25页/共75页移民问题

水库移民涉及众多领域，是一项庞大复杂的系统工程，关系到人的生存权和居住权的调整，是当今世界性的难题。在中国，移民问题是大坝建设带来的生态影响中最值得关注的问题。新中国成立以来，我国修建了8万多座水库，移民人数达1500多万，许多移民至今仍未摆脱贫困，生产发展和生活问题没能得到很好的解决。仅三峡工程就涉及移民110万。

水利枢纽对人类的影响第26页/共75页大坝对生态人类的影响——案例阿斯旺大坝河口地区的沙丁鱼捕获量减少97%；下游大量农田失去了尼罗河中的淤泥肥源而变得贫瘠；沿河土壤的盐碱不能流失掉，土地年复一年地盐碱化；海水入侵，沿岸侵蚀加重，地下水的水质变坏；增加了血吸虫病的传播；从埃及和苏丹的努比亚地区迁出了10万人。第27页/共75页以上归纳的水利枢纽对生态的影响，是普遍意义上的。对中国而言，要高度重视移民问题和建坝对泥沙与河道的影响问题。在不同的河流、不同的河段、不同的坝址上建坝，可能带来的生态问题并不相同，一定要根据当地的实际情况，针对具体项目进行具体分析。一个项目带来的生态问题是什么，项目该不该上，该怎样进行控制管理，要作具体分析，而不能一提建坝就指责生态的所有问题，否定一切大坝建设。

水利枢纽生态问题小结第28页/共75页1、社会舆论对大坝与生态问题的关注是社会进步的表现

关注生态，是经济社会高度发展后人们思想认识的升华所带来的必然结果。作为水利水电工作者，我们的一项重要任务就是保护生态，促进人与自然和谐相处。因此，我们应该比以往、也应该比任何人都更加重视生态和环境问题。对社会各界关于大坝和水利水电工程的不同看法，我们应持欢迎态度。但同时，对偏激的、全盘否定大坝的错误观点也决不能苟同。水利枢纽生态问题几点认识第29页/共75页2、发展不同阶段的国家对大坝建设看法不同，是经济社会的客观反映一般而言，国际上对大坝问题的看法主要有两种观点：发达国家不同意修大坝，认为大坝建设将对生态造成影响；发展中国家主张修大坝，认为不修大坝经济无法发展。我国是发展中国家，我们赞成建坝，并在赞成修大坝的同时提出要十分注意生态问题。水利枢纽生态问题几点认识第30页/共75页具体问题具体分析，不要一概否定建坝。

在不同的河流、不同的河段、不同的坝址上建坝，带来的生态问题是不同的。在对每一条河、每一个大坝进行规划设计时，都要十分慎重地对待生态问题，认真做好生态环境评估报告。只有充分重视每一座大坝的生态问题，才能实现水电大发展的宏伟目标。水利枢纽生态问题几点认识第31页/共75页修大坝要慎重，拆大坝同样要十分慎重如果认为修建大坝就能解决一切问题的主张是沿用了“人定胜天”的思想，那么认为拆掉大坝就能恢复原来生态的观点同样也是一种“人定胜天”的思想。因为拆掉大坝也有可能破坏既成的、现实的生态系统，带来新的生态问题。因此，建大坝要慎重，拆大坝同样要慎重；建大坝有一整套严格的批准程序，拆大坝也同样需要有一整套严格的批准程序。当前应逐步建立大坝报废退出机制，完善配套法规，严格程序管理。水利枢纽生态问题几点认识第32页/共75页水利水电工作者要勇于挑起大坝建设与生态保护两副重担

在以往的工作中，水利水电工作者考虑较多的是如何建设，对相关的生态问题考虑得不够。应该认识到，任何水利水电工程，从本质上说都是生态工程。如果在水利水电建设中对生态问题不能正确地对待、科学地处理，很可能会影响到整个国家的经济社会发展。水利枢纽生态问题几点认识第33页/共75页为了综合利用水利资源达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，需要修几种不同类型的水工建设物，例如：挡水、泄水、输水或其它专门建筑物等，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这些建设物称为水工建筑物。1.2水工建筑物

第34页/共75页水工建筑物分类按具体水利枢纽中所起的作用分类：1、挡水建筑物2、泄水建筑物3、输水建筑物4、取水建筑物5、整治建筑物6、专门建筑物第35页/共75页1、挡水建筑物：为拦截江河、渠道等水流以壅高水位，以及为防御洪水而沿河湖、海岸修建的水工建筑物。它们主要借自重或结构作用以抵御水及其他外荷载。常见的挡水建筑物有坝、水闸、堤、海塘等。拦河修建的船闸和河床式水电站等，除为专用建筑物外，也可视为挡水建筑物。有些挡水建筑物，既有挡水作用,同时又具有其他功能，如水闸及设有泄水孔或溢流孔的坝同时具有挡水及泄水的功能。水工建筑物分类第36页/共75页（1）挡水建筑物—坝水工建筑物分类第37页/共75页水工建筑物分类（1）挡水建筑物—坝第38页/共75页水闸是一种低水头的水工建筑物，它具有挡水和泄水双重的作用。能够调节水位、控制流量。水工建筑物分类第39页/共75页（1）挡水建筑物—水闸第40页/共75页

1988年我国建成的葛洲坝二江泄洪闸，共27孔，闸室33m，最大泄量达83900m3／s，位居全国之首，运行情况良好。目前世界上最高和规模最大的荷兰东斯海尔德挡潮闸，共63孔，闸高53m，闸身：总长3000m，连同两端的海堤，全长4425m，被誉为海上长城。水工建筑物分类第41页/共75页河床式水电站

当水头较小，厂房本身能承受水压力，与坝并排建在河道中，而成为挡水建筑物的一部分。工程实例：葛洲坝水电站，富春江水电站。水工建筑物分类第42页/共75页2、泄水建筑物：用以排放多余水量、泥沙和冰凌等的水工建筑物。泄水建筑物具有安全排洪，放空水库的功能。对于水库、江河、渠道或前池等的运行起太平门的作用，也可用于施工导流。溢洪道、溢流坝、泄水孔、泄水隧洞等是泄水建筑物的主要形式。和坝结合在一起的称坝体泄水建筑物；设在坝身以外的常统称为岸边泄水建筑物。水工建筑物分类第43页/共75页水布垭面板堆石坝水工建筑物分类第44页/共75页岩滩水电站溢流坝采用7扇宽15m、高22.5m特大型弧形门水工建筑物分类第45页/共75页水工建筑物分类第46页/共75页水工建筑物分类第47页/共75页3、输水建筑物：向用水部门送水的建筑物。输水建筑物包括:引(供)水隧洞、输水管道、渠道、渡槽及涵洞等，是灌溉、水力发电、城镇供水、排水及环保等工程中的重要组成部分。输水建筑物除洞身外，一般还需包括进口和出口两个部分(发电引水隧洞在洞身后接压力水管)。有时受地形条件限制，在进口前或出口后还需增设引水渠或尾水渠。渠道线路上的输水隧洞或通航隧道，只有洞身段，但前后洞脸部分需增加护砌。水工建筑物分类第48页/共75页水工建筑物分类

渡槽又称高架渠，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉。世界上最早的渡槽诞生于中东和西亚地区。公元前700余年，亚美尼亚已有渡槽。第49页/共75页险峰渡槽位于磁县白土镇张二庄东南，像一道天上的彩虹横跨高家脑与跑马山之间，它是跃峰渠的重点工程之一。横跨在都党河沟上。1975年11月动工，1976年9月底完工。该渡槽在当时是华北地区跨度最大的砌石拱形渡槽。全长212米，主拱跨106米，地面距拱顶底部28.70米。主拱卷上有12个腹拱，槽身两侧顶部设有1米宽人行道。水工建筑物分类第50页/共75页

离市中心不远的古渡槽是格雷塔罗的标志性建筑。它始建于1726年，建成于1735年，全长1280米，有74个拱，最高处23米，是当时向全城供应饮水的惟一设施，现在成为该城最重要的古遗址和旅游景点。由于悠久的历史和丰富的文化遗存，格雷塔罗被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。

墨西哥格雷塔罗古渡槽水工建筑物分类第51页/共75页涵洞：在水渠通过公路的地方，为了不妨碍交通，修筑于路面下的过路涵洞，让水从公路的下面流过再翻到地面上来，形状有管形、箱形及拱形等。它是根据连通器的原理，常用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料筑成。水工建筑物分类青藏铁路路基下的涵洞

第52页/共75页4、取水建筑物：是输水建筑物的首部建筑。如引水隧洞的进口段、灌溉渠首和供水用的水塔、进水闸、扬水站等。

水工建筑物分类第53页/共75页进水口示意图水工建筑物分类第54页/共75页5、整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件的建筑物。如导流堤、丁坝、顺坝、护岸等。导流堤布置在河口拦门沙航道的一侧或两侧，用以集中与规顺水流，增大水流输沙能力，刷深航槽，并能防止外海漂沙进入河口。

水工建筑物分类第55页/共75页水工建筑物分类丁坝指布置与岸线大致垂直，底端与堤岸相接呈“T”字形的保护堤岸水土的建筑物。其主要功能为保护河岩不受来流直接冲蚀而产生掏刷破坏。顺坝布置与岸线或水流大致平行，用以引导与规顺水流，冲刷航槽。顺坝也常和丁坝共同使用。

第56页/共75页6、专门建筑物：有为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物，如船闸、升船机、鱼道、筏道等；也有专为发电用的压力前池、调压室、电站厂房等。水工建筑物分类葛洲坝水利枢纽二号船闸下闸首人字闸门，中国最大的人字闸门，单扇19.7m×34.5m第57页/共75页岩滩水电站通航建筑物(1×250t级垂直升船机)水工建筑物分类第58页/共75页贺江合面狮水电站,装机4台,总容量60.8MW,年发电量3.6亿kW.h,自流灌溉10.3万亩，斜面升船过坝能力为50t

水工建筑物分类第59页/共75页水工建筑物的特点

1、工作条件的复杂性：自重、风雪压力、地震作用、水压力、风浪等

3、工程效益大，对环境影响大

4、失事后果严重2、受自然条件制约，施工难度大野外施工：深山老林、无路无水无电、生活难解决河道来水：导流、截流、地下水等地基处理：岩石开挖、洞挖、地基的复杂性规模宏伟：工程量大、工期长、受气候影响第60页/共75页水利枢纽分等和水工建筑物分级首先按水利枢纽工程的规模、效益及其在国民经济中的作用进行分等，分五等，然后再对各组成建筑物按其所属枢纽的等别、建筑物在枢纽中所起的作用和重要性进行分级，分五级。

第61页/共75页工程等级工程规模分等指标水库总库容(亿立方米)防洪灌溉面积(万亩)水电站装机容量(万KW)保护城镇及工矿区保护农田面积(万亩)一大(1)型>10特别重要>500>150>75二大(2)型10～1重要500～100150～5075～25三中型1～0.1中等100～3050～525～2.5四小(1)型0.1～0.01一般<305～0.52.5～0.05五小(1)型0.01～0.001<0.5<0.05水利枢纽分等和水工建筑物分级第62页/共75页工程等级永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55水利枢纽分等和水工建筑物分级第63页/共75页水工建筑物的结构安全级别水工建筑物的级别水工建筑物的结构安全级别1Ⅰ2、3Ⅱ4、5Ⅲ第64页/共75页不同级别水工建筑物在以下四方面有所不同：抗御洪水能力强度和稳定安全度建筑材料运行可靠性水利枢纽分等和水工建筑物分级第65页/共75页项目建议书可行性研究初步设计阶段技术设计阶段施工详图设计阶段后评价水利工程设计第