水工建筑学课件

水工建筑学第一讲

HydraulicStructures清华大学水利水电工程系讲课教师：金峰办公室电话:

Email：2023/5/231水工建筑学教材与教学参考书《水工建筑学》

张楚汉，王光纶，金峰主编，清华大学出版社《水工建筑物》

麦家煊主编清华大学出版社《水工建筑物》

吴媚玲编清华大学出版社《水工建筑物》

祁庆和主编水利电力出版社《水工建筑物》

张光斗、王光纶著水利电力出版社《水工建筑物》习题集清华大学水利系《HydraulicStructures》Novak,Moffat&Nalluri,SponPress2023/5/232水工建筑学本课程的要求上课：不迟到，关手机，鼓励提问作业：按时完成，不得抄袭，被发现抄袭作业者作业成绩记0分(零容忍)。考试：闭卷成绩：考试60％＋作业20％＋课堂10％＋小论文10％2023/5/233水工建筑学课程目的介绍水工建筑物的知识：

重力坝、拱坝、土坝、溢洪道、隧洞、水闸、闸门、边坡培养工程师的基本修养思考问题的方式：全面，实际注重社会、经济的影响加强对可持续发展的重视适应不断变化的能力2023/5/234水工建筑学课程特点专业课：知识点多，重视实际应用能力工程课：理论联系实际综合运用知识：基础课、专业基础课、其他专业课2023/5/235水工建筑学教学大纲第一章绪论Introduction:金峰

3学时第二章重力坝GravityDam: 周元德

12学时第三章拱坝ArchDam:金峰

6学时第四章

土石坝EmbankmentDam:刘耀儒

9学时第五章

河岸溢洪道ChuteSpillway:刘耀儒3学时第六章

水工隧洞Tunnel:周元德

3学时第七章

土基上的水闸SluiceonSoil:刘耀儒

3学时第八章

边坡Slope:周元德

3学时专题:金峰 3学时2023/5/236水工建筑学第一章绪论

Chapter1Introduction§1水利工程的历史§2水资源概况与当前的水利水电建设§3水工建筑物的分类分级与基本要求§4水工建筑物的设计2023/5/237水工建筑学§1水利工程的历史防洪灌溉航运城市供水和排水水力发电2023/5/238水工建筑学水利工程的历史－防洪约BC3400：古埃及尼罗河左岸大堤约BC2000：中亚美索不达米亚地区堤防约BC2000：大禹治水（传说）战国时期BC475－BC221：堤防系统2023/5/239水工建筑学水利工程的历史－灌溉BC4000：古埃及用尼罗河灌溉BC2900：尼罗河流域开始灌溉系统BC2500：古印度开始灌溉BC1000：秘鲁开始有灌溉系统文字记载：战国时期：郑国渠、白渠：60万亩战国时期BC256：历时14年，都江堰工程，100多万亩到现在超过1000万亩西汉时期：引黄灌区，100多万亩郑国渠2023/5/2310水工建筑学都江堰鱼嘴飞沙堰宝瓶口鱼嘴鱼嘴宝瓶口2023/5/2311水工建筑学水利工程的历史－航运BC486邗沟BC361鸿沟BC216灵渠AD67莱茵河－默兹河隋朝京杭大运河现代基尔运河：英吉利海峡－波罗地海苏伊士运河：地中海－红海巴拿马运河：大西洋－太平洋灵渠京杭大运河2023/5/2312水工建筑学水利工程的历史－城市供水BC2900古埃及孟菲斯城BC2500－BC1700古印度两座城市BC700耶路撒冷输水隧洞BC312－AD226古罗马我国古代的长安(八水饶长安)，洛阳，北京，开封(清明上河图)、杭州、南京等2023/5/2313水工建筑学古罗马的PontDuGard桥与渡槽渡槽有衬砌(熟石灰与火山渣混合的水泥)2023/5/2314水工建筑学水利工程的历史－水力发电1878年，法国建成世界第一座水电站1882年，美国第一座水电站建于美国威斯康辛州阿普尔顿的福克斯河上，由一台水车带动两台直流发电机组成，装机容量25kW。1885年，欧洲第一座商业性水电站是意大利的特沃意水电站建成，装机容量65KW。1895年，尼亚加拉瀑布处建造了一座大型水轮机驱动的3750kW水电站。

2023/5/2315水工建筑学中国第一座水电站

—石龙坝水电站1912年，昆明石龙坝：德国西门子发电机，2台共480千瓦，耀龙电灯股份有限公司，25万银元1923年，2台240千瓦发电机组，于1926年投产发电，不久，又增加一台448千瓦机组。1931年，公司又向德国西门子公司再次购得一台720千瓦机组，替换了那两台240千瓦机组，解放前夕，总装机容量达2920千瓦。1950年8月扩建四机房，同年向瑞士购买3000千瓦发电机组一台，于1954年12月31日投产发电。1957年又添置一台3000千瓦国产机组，1958年6月30日投产发电。石龙坝电站装机容量曾扩大到7040千瓦。2023/5/2316水工建筑学中国古代著名坝工芍陂：BC598－591，草、土坝都江堰：BC276－251，竹笼、干砌卵石天平坝：BC219，砌石坝马仁陂：BC34，16m高土坝2023/5/2317水工建筑学世界八大水电站国家名称装机(万千瓦)年发电量(亿度)中国三峡1820846.8巴西/巴拉圭伊泰普1260750美国大古力1083203委内瑞拉古里1030510巴西图库鲁伊800324加拿大拉格兰德二级732.6358俄罗斯萨扬舒申斯克640237俄罗斯克拉斯诺雅斯克6002042023/5/2318水工建筑学§2水资源概况

与当前的水利水电建设全球水量：1.386×1019m3淡水资源约：411万亿m3可以利用的水资源：50万亿m3我国约2.8万亿m3

：水资源短缺我国北方水少：空间分布不均我国洪涝干旱灾害严重：时间分布不均我国水体污染严重：2023/5/2319水工建筑学全国水资源分区图2023/5/2320水工建筑学多年平均降水量图2023/5/2321水工建筑学我国的河流

概况—长江年平均径流量：

9800亿m3长江流域已建坝：

4万多座总库容：

1500亿m3已建电站装机容量：

2500万千瓦2023/5/2322水工建筑学我国的河流

概况—黄河年平均径流量：

580亿m3黄河流域已建坝：

3000多座总库容：

500亿m3已建电站装机容量：

949.6万千瓦2023/5/2323水工建筑学洪灾与旱灾严重2023/5/2324水工建筑学中国水资源污染状况——

全国主要城镇污染分布图2023/5/2325水工建筑学中国水电基地分布2023/5/2326水工建筑学西电东送与高坝建设2023/5/2327水工建筑学南水北调2023/5/2328水工建筑学东线工程最大可调水量

145亿m3供水范围：天津，安徽，山东，河北等沿线工业发达，污染严重2023/5/2329水工建筑学中线工程最大可调水量

145亿m3供水范围：北京,天津,河北,河南,山西交叉水工建筑物多可调水量减少2023/5/2330水工建筑学西线工程最大可调水量

200亿m3供水范围:青海,甘肃,宁夏,陕西内蒙古,山西2023/5/2331水工建筑学中国的高坝建设的实例小浪底高心墙土石坝三峡混凝土重力坝二滩、溪洛渡、小湾混凝土拱坝石门子碾压混凝土拱坝龙滩碾压混凝土重力坝天生桥、水布垭混凝土面板堆石坝2023/5/2332水工建筑学小浪底

高心墙土石坝已建坝高大于100m的心墙堆石坝:4座石头河、碧口、鲁布革、小浪底2023/5/2333水工建筑学混凝土重力坝：三峡工程世界上最大的实体重力坝：三峡大坝高：181m

长：2335m

砼：2715万m32023/5/2334水工建筑学混凝土拱坝：二滩拱坝98年底，已建成的30m以上的拱坝521座100m以上的拱坝10座其中，二滩拱坝坝高240m2023/5/2335水工建筑学混凝土拱坝：溪洛渡(在建)坝高：278m2023/5/2336水工建筑学混凝土拱坝：小湾(在建)坝高：292m2023/5/2337水工建筑学碾压混凝土坝部分已建超过100m的碾压混凝土坝：广西岩滩湖南江垭新疆石门子在建：云南大朝山、云南棉花滩、四川沙牌溪柄拱坝石门子拱坝2023/5/2338水工建筑学碾压混凝土坝：龙滩电站

红水河龙滩一期工程坝高：192m，世界最高2023/5/2339水工建筑学混凝土面板堆石坝:天生桥一级天生桥一级178m已建最高面板堆石坝2023/5/2340水工建筑学混凝土面板堆石坝:水布垭在建，坝高232m，世界最高2023/5/2341水工建筑学§3水工建筑物的

分类分级与基本要求水工建筑物的特点水工建筑物的分类水工建筑物的分级水工建筑物的基本要求2023/5/2342水工建筑学水工建筑物的特点工作条件复杂性：由于水的作用造成：静水压、扬水压、渗水作用、泄水冲刷等。设计选型独特性：按当地地形、地质条件设计，因此找不到两个完全相同的坝。施工建造的艰巨性：除自然环境条件外，尚有水的作用，要解决导流问题，施工进度与洪水“赛跑”问题。失事后果的严重性：失事后，水头急泄、人民财产损坏严重。2023/5/2343水工建筑学水工建筑物的分类功能分类建筑材料的分类构造特点的分类2023/5/2344水工建筑学水工建筑物的功能分类挡水建筑物：坝、闸、堤…泄水建筑物：溢洪道、溢洪洞…输水建筑物：引水隧洞、渠道、涵洞…取水建筑物：进水闸、扬水站…整治建筑物：丁坝、顺坝、导流堤…专门建筑物：电站、船闸、升船机…仅供参考，并无标准答案！！！2023/5/2345水工建筑学按建筑材料分类混凝土结构钢筋混凝土结构土石结构浆砌石结构木结构钢结构2023/5/2346水工建筑学按构造特点分类坝：重力坝拱坝支墩坝大头坝连拱坝土石坝2023/5/2347水工建筑学水利枢纽为了综合运用水利资源，达到防洪、灌溉、发电、给水、航运等目的，需要修建几种不同类型的水工建筑物，例如，挡水、泄水、输水或其他专门的水工建筑物，以控制和支配水流，满足国民经济的需要，这些建筑物称为水工建筑物，水工建筑物的综合体叫做水利枢纽2023/5/2348水工建筑学水利枢纽工程的分等水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵区部分）SDJ12-78强制标准2023/5/2349水工建筑学水利水电工程等级划分

及洪水标准》SL252-2000强制标准工程等别工程规模总库容(108m3)防洪治涝灌溉供水发电重要性农田(104亩)面积(104亩)面积(104亩)重要性装机(104kW)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<12023/5/2350水工建筑学水工建筑物的分级建筑物的级别决定于工程的级别永久建筑物：指枢纽工程运行期间使用的建筑物主要建筑物：系指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物次要建筑物：指失事后不致造成下游灾害或工程效益影响不大并易于修复的建筑物临时性建筑物：指枢纽工程施工期间所使用的建筑物强制标准2023/5/2351水工建筑学重要水工建筑物的要求抗御洪水标准强度、稳定性要求建筑材料的耐久性运行可靠性意外情况的考虑分级：安全度定性：现代定量方法2023/5/2352水工建筑学水利工程对环境的影响社会环境淹没土地：移民航运、渔业、农业、自来水…自然环境径流变化、地下水位泥沙淤积与冲刷库岸和河岸崩塌、促发地震气候水质生物和生态2023/5/2353水工建筑学§4水工建筑物的设计设计阶段的划分设计方法2023/5/2354水工建筑学水利工程规划设计阶段流域规划项目建议书/预可行性研究可行性研究/初步设计招标设计施工详图设计2023/5/2355水工建筑学设计方法传统的安全系数法基于可靠度的设计方法设计需要考虑足够的安全储备