水利枢纽与建筑物讲义

§2

水库、水利枢纽、水工建筑物一、水库—reservoir1.作用

调节作用：把来水按用水要求在时间和数量上重新分配。

其他作用：利用大量的蓄水和抬高了的水头来满足发电、航运以及水产等其他用水部门的需要。

按调节周期分：日调节水库，如葛洲坝、富春江年调节水库，如三峡（不完全的）、九甸峡（完全）多年调节水库，如新安江、龙羊峡、丰满水库与径流调节水库调节及分类水库调节兴利调节防洪调节日（周）调节年调节多年调节调节周期：由库空到库满再到库空，循环一次所经历的时间。水库运用1水库控制运用水库调度任务：制定合理的水库运用方案，对入库天然径流进行控制蓄泄，最大限度发挥水资源综合效益。依据（编方案）：根据承担任务、河川径流变化、各部门用水要求，保证水库安全内容：拟定各项水利任务的控制运用方式；编制调度规程、调度图、当年调度计划；制定面临时段（月、旬）的水库蓄泄方案；进行水库水量调度运用的实时操作等。主要技术指标实时调度依据、原则：上级批准或有关协议水库泥沙淤积及其防治1水库泥沙冲淤现象和规律1.1库区水流形态和输沙流态壅水：指因水流受阻而产生的水位升高现象。如在河流中建造闸坝或桥墩。库区水流形态：壅水流态和均匀流态均匀流态挟沙数量沿程不变，当来沙量大于挟沙量时，发生沿程淤积或冲刷。壅水流态下三种输沙流态：1）浑水扩散到全断面，流速沿程递减，水流挟沙数量沿程递减；2）浑水沿库底运动，形成异重流输沙流态（高含沙水流进入库区遭遇清水后，由于挟沙水流的比重大于清水而在适当的位置潜入水库底部向前运行的现象）。3）异重流在坝前清水下面滞蓄。1.2水库泥沙冲刷溯源冲刷：库水位下降时，产生的向上游发展的冲刷。沿程冲刷：水沙条件改变后，原河床与之不相适应，为了调整河床适应变化了的水沙而发生的冲刷。壅水冲刷：开启底孔闸门发生的冲刷。1.3库区泥沙淤积形态纵剖面形态：三角洲淤积锥体淤积带状淤积横断面形态：全断面淤积主槽淤积沿湿周淤积三角洲淤积：发生在库容较大，库水位变幅较小的水库。挟沙水流进入回水末端以后，水流流速逐渐减小，挟沙能力沿程减小。椎体淤积：发生在库容较小，库水位变幅较大的水库。含沙水流将大量泥沙带到坝前。带状淤积:发生在库水位变动较大的河道型水库。1.4水库泥沙冲淤规律冲淤平衡趋向性规律：冲淤结果是达到不冲不淤的平衡状态（水沙平衡）。淤积一大片：挟沙浑水到哪，哪里发生淤积。冲刷一条带：水库泄流较大时，冲刷河槽，拉出一条深槽。死滩：指滩地不能通过冲刷来降低滩面，只能淤不能冲刷。活槽：指河槽能冲淤交替。2水库淤积防止措施2.1减少泥沙入库（加强水土保持）：植树造林、种草绿化荒山、耕种梯田。2.2减少水库淤积引洪放淤蓄清排浑异重流排沙2.3清除水库淤积人工排沙法机械清淤法虹吸清淤法高渠泄水冲淤法水库对环境的影响1对自然环境影响1.1对地质的影响水库蓄水后，水体压重引起地壳应力增加；水渗入断层，导致断层间润滑度增加；增加岩层中空隙水压力，诱发地震。水库蓄水后水位升高，岸坡土体抗剪强度降低，易发生山体滑坡。水库蓄水后，库区周围地下水位上升，引起低洼地带沼泽化、土壤盐碱化、建筑物地基沉陷。1.2对土壤的影响浸没沼泽化潜育化盐碱化潜育化：指土壤长期滞水，严重缺氧。2.特征水位—characteristicwaterlevel(1)正常高水位—normalhighwaterlevel(2)设计洪水位—designfloodlevel(3)校核洪水位—checkfloodlevel(4)汛前限制水位—prefloodlimitw.l.(5)死水位—deadw.l.正常蓄水位是水库和水电站最重要的设计参数之一，是确定拦河坝高度、水库容积、利用水头和发电能力的基本依据；对水工建筑物的工程量、水库调节性能和水头的利用,关系极大;对水库和水电站的建设工期、投资、动能经济效益以及水库淹没损失等均有重要影响。水位的设定依据当水电站除发电外，尚有其他综合利用任务时，则正常蓄水位选择应统筹考虑水力发电、防洪、灌溉、航运、供水等综合用水部门的要求，进行多方案比较。一般应研究如下方面：①地区国民经济发展对电力需求的增长情况；②综合用水部门对水资源开发利用的要求；③坝址及水库区地形地质条件的限制和河流年径流量的大小及分布；④水库区淹没移民的许可程度，特别应注意重要城镇、铁路、公路及贵重矿藏资源提出的高程限制，其他如粮棉基地、旅游风景区以及重要名胜古迹等也应予考虑；⑤在各种边界河流上修建的水库和水电站，应对上下游、左右岸的要求进行协调，使确定的正常蓄水位能为各方面接受。在选择正常蓄水位时应根据各方面要求先确定其上限和下限，在此范围内再拟定若干方案，进行水利、动能和经济方面的计算分析，然后作政治、技术经济综合比较，并进行环境影响的评价，择优选定。在确定梯级水电站和水电站群正常蓄水位时，还应考虑其上下游水位间的合理联接和相互补偿调节的需要。(1)正常高水位—normalhighwaterlevel水库在正常运用情况下，允许经常保持的最高水位。为保证各兴利部门枯水期正常用水，水库在丰水期末需要达到的水位。它是确定水工建筑物尺寸、投资、淹没、电站出力等指标的最重要的参数。(2)设计洪水位—designfloodlevel水库在正常运用情况下，当发生设计洪水时，水库达到的最高水位。水工建筑物必须按这种水位进行设计。(3)校核洪水位—checkfloodlevel水库在非常运用情况下，当发生校核洪水时，水库达到的最高水位。水工建筑物必须按这种水位进行校核。(4)汛前限制水位—prefloodlimitw.l.在汛期来临之前，预先把水库放空一部分，以腾出库容多蓄洪水，这时消落下来的水位。也称为汛期限制水位或防洪限制水位。(5)死水位—deadwaterlevel水库在正常运用情况下，允许消落的最低水位。为满足淤沙或灌溉、发电、航运、供水、养殖、旅游等需要，水库必须保持的最低水位。通常由发电最小水头和灌溉最低水位决定。三峡三峡水电站的限制洪水位145米，145米以下都应该是死水位。设计蓄水位175米，正常蓄水位175米，校核蓄水位加10%。什么情况下正常蓄水位比设计洪水位高?设计洪水位比正常蓄水位低，是不是会影响水电站经济效益？设计洪水位是在泄洪设施全开时通过设计洪水流量情况下的水位。电站运行时可通过闸门控制水位满足发电需要。一般来说设计洪水位小于正常蓄水位是可减少工程投资和减少洪水淹没损失的。如果设计洪水位高于正常蓄水位，那么校核洪水位将更高，挡水建筑将加高，淹没也会加大，不经济。尤其是城市景观河道，为了蓄水形成景观水面，通常会出现正常蓄水位高于设计洪水位，蓄水高取决于挡水建筑物的拦蓄水位

3.特征库容—characteristicreservoircapacity(1)死库容—死水位以下的水库库容，不能用于水量调节，可用于泥沙淤积(2)兴利库容—死水位与正常高水位之间的水库库容(3)设计调洪库容—设计洪水位与汛前限制水位之间的水库库容(4)校核调洪库容—校核洪水位与汛前限制水位之间的水库库容(5)共用库容—正常高水位与汛前限制水位之间的水库库容，兴利和调洪公用的库容特征水位与特征库容兴利库容—死水位与正常高水位之间的水库库容共用库容—正常高水位与汛前限制水位之间的水库库容，兴利和调洪公用的库容二、水利枢纽—waterproject一个水利工程究竟要包括哪些组成建筑物，由河流综合利用规划中提出的任务来确定。例如：为满足防洪、发电及灌溉的要求，需要在河流适宜地点修建拦河坝，用以抬高水位形成水库，调节河道的天然流量，把河道丰水期的水储蓄在水库中，供枯水期引用。即把洪水期河道不能容纳的部分洪水，存蓄在水库里，以便削减河道的洪水流量，防止洪水灾害的发生。另外，在运行过程中还可能会遇到水库容纳不下的洪水，这就需要建造一个宣泄洪水的通道，叫做溢洪道或泄洪隧洞，当用拦河坝的一段兼作溢洪道时称为溢流坝。为了引用库中蓄水以供农田灌溉和城市供水或进行水力发电等，还要建造通过坝身的引水管道或穿过岸边山体的引水隧洞，为了发电、供电，还要建水电站、开关站等等。水利渴枢纽桐分为蛾：高水本头—大多池修建希在山唇区峡逢谷河狂流上低水茂头—大多修厅建在平谱原河流模上三峡水赏利枢纽颗工程平寺面布置溜图（实登体重力喊坝）新安喊江水咏电站赞平面融布置威图（衬宽缝劳重力践坝）二滩携水电冰站枢热纽平赞面布互置图矿（拱贞坝）小浪问底水拼利枢桂纽工胁程平接面布满置图孝（土忙坝）葛洲津坝水学利枢木纽长江漠在该锐处原刮有两呀个江唤心洲椒（葛师洲坝长和西励坝）桐，分证江流漠为三阀，从材右到具左依城次称咽大江度、二认江、回三江贱，枢寻纽横叙跨长步江及道其两粒洲，克施工权比较体方便灾，这意是一德座低悦水头舱大流到量的滔水利侧枢纽您。1躺—左岸土驱石坝；2努—傻3号船陡闸；3—三江哀冲沙和闸；4—三江菠混凝骄土坝衫段；5隶—睬2号船烤闸；6腰—黄草多坝混爽凝土订坝段喝；7—二江蝴电站饿；8—左导墙效；9耐—二江泄捧水闸；10围—右导墙悬；11疗—大江纲电站胃；12门—沟1号船姻闸13—大江冲奖沙闸；14—右岸定土石如坝；15—22屋0k补V开关俭站；16—500埋kV开关诸站；17—三江防皆淤堤；18—大江防凳淤堤；19、20—导沙坏坝富春江虫水电站图枢纽布事置图淮河辈入海源水道楚漫水她闸枢凭纽工粉程淮河入澡海道淮沸安枢纽灿工程水利伏枢纽犁布置一沉坝址和鄙坝型的智选择坝址孔、坝袄型的塌选择庸和水仰利枢胆纽布平置是驼水利愉枢纽阵设计涉的重衣要内摸容，化二者粥相互达联系坐，不棉同的奖坝址军可选曾用不伶同的蜓坝型恭和枢而纽布套置。衬例如寨：当絮河谷柳狭窄收、地距形条里件良田好时米，适苦合修陡建拱狡坝；剪河谷窄宽阔贡，地政质条慰件较证好，锻可以炒修建睬重力抵坝；解河谷魂宽阔视，河杏床覆泡盖层小深厚嗓，地景质条淋件较言差又哭有适振宜土仪石料有时，桥可以爸选用霸土石凳坝。端不同揪的坝搞址选庭择不桃同的祸建筑斤物形填式以赠及相备应的快枢纽胞布置消方案猫，在悠选择印坝址月、坝躁型片和布德置时尿，不否仅要观考虑肢枢纽校附近系的自嫁然条负件，埋还需只考虑摇枢纽栗的施评工条燃件、殃运行兰条件牵、综货合效谷益、宾投资宅指标娇以及牙长远钩规划脉等。（一）承地印质条件地质条块件是坝泻址、坝否型选择秆的重要盼条件。骄拱坝和培重力坝滨（低的番溢流坝灭重力坝笨除外）你，需要四建在岩顶基上；察土石坝响对地质河要求较招低，岩矮基、土如基均可口；二水骗闸多是恶建在土睬基上。贿但天然欧地基总射是存在环这样或轧那样的演缺陷。曾如：断关层破碎加带、软移弱地基筹、淤泥旋、细沙适层等。筐在工程称设计中愧应通过圣勘测研类究，了晃解地质井情况，智采取不镰同的地雷基处理以方法，将使其满么足要求煌。（二希）改地帆形条涛件不同的良坝型对禁地形的突要求不把一样。劣在高山矿峡谷地棋区不住活水利枢棒纽，尽棉量减少博高边坡邀开挖。熔坝址选钞在峡谷化地段，廊坝轴线钞短，坝浸体工程掏量小，油但对布京置泄水阅、发电然等建筑溜物以及游施工导炼流均有舟困难。疑选用土盟石坝坝割型时，部应注意勾库区内撞有无天晨然垭口习或天然件冲沟可绸布置岸烈边溢洪务道，上苦下游是脑否便于索布置施峡工场地将。因此爬，经济陵与否由玻枢纽的仙总造价鸽、总工训期来衡茫量。对膨于多泥礼沙及有光漂木要首求的河烘道，还水应注意离河流的朋流态，称在坝址庄选择时骗，要注悄意坝址赛的位置光是否对做取水防匹沙及漂更木有利背。对有锡通航要薯求的水腿利枢纽怠还应注明意上下期游河道链与船闸伤、伐道纺等过坝差建筑物自的连接瓜。此外业还希望麦坝轴线趁上游山胁谷开阔诸，在淹骡没没有铸损失尽亦可能小委的情况扫下，能地获得较形大的库罚容。（三）去建筑材称料坝址董附近返应有家足够驳数量高符合扁要求纳的建欲筑材某料。肌采用还混凝底土坝狡时，才要求助有可粘作骨疗料用罢的沙愁卵石甜或碎下石场蔽。采趁用土述石坝貌时，符应在霞距坝约址不混远处禾有足屈够数葛量的剪土石小料场劝。对帜于料念场分扇布、砍储量戏、埋健深、除开采韵运输棉及施悟工期财淹没勇等问敌题均超应认睬真考星虑。（四饼）部施工堂条件要便齿于施淋工导之流，诉坝址择附近柴应有币开阔逝的地蜂形，罚便于翠布置哗施工且场地记；距晨交通神干线畅较近惊，便坝于交捎通运按输。谋在同具一坝些区范视围内桂，施棕工条栏件往隔往是砍决定逼坝址仁的重厉要因警素，雪但施舞工的歇困难坑是暂活时的精，工偿程运太输管亲理方呼便则起是长仿久的舰。应烛从长虽远利扫益出惨发，壤正确棵对待架施工伐条件毙的问狐题。（五）际综合效助益对不范同的孕坝址俊就是视合理廉的安疗排枢免纽中印各种亡建筑婆物的稀相应册位置淹。在此布置若时应偿从设士计、荣施工测运用词、管闹理、敢技术子经济蓝等方宋面进漫行综栏合比瓣较，舒选定非最优畅方案螺。二远水利枢珠纽布置枢纽碑布置梁就是需合理悟安排赌枢纽晴中各追建筑看物的谊相互界位置县。在释布置叙时应栋从设构计、劳施工独、应私用、娱管理今、技不术经顽济等畏方面量进行扎综合赠比较何，选漆定最患优方避案。（一税）钞枢纽联布置丽的一翼般原贝则（1）枢锄纽布约置应独保证列各建晌筑物宽在任双何情唐况下回都能馋正常汽工作盼。（2）在满险足建筑尺物的强订度和稳歉定的条呈件下，哪使枢纽英总造价漠和年运病费降低浆。尽量婶采用当物地材料头，节约煎钢材、时木材、泥水泥等辱基建用情料。采巩用新技目术、新弃材料等帆设备是吴降低工颂程造价圈的主要但措施。（3）枢哀纽布叶置应袖考虑隙施工纽奉导流记、施焰工方语法和适施工猜进度莫等，畏应使校施工谨方便电、工林期短削、造夸价低虎。（4）枢纽宣中各建鉴筑布置晶紧凑，集尽量将孕统一工需种布置炊在一起叛；尽量屿使一个滩建筑物砌发挥多垮种用途词，充分贝发挥枢姥纽的综喘合效益认。（5）尽院可能踏使枢后纽中娘的部岁分建侄筑物小早日陕投产默，提狱前受脉益。（6）考洲虑枢国纽的扮远景丛规划叠，应捕对远斑期扩泡大装筋机容眠量、扣大坝乒加高陶、扩麻建等提留有吼余地狗。（7）枢插纽的浙外观弯与周副围环直境要缸协调家，在芳可能委情况熔下尽页量美要观。（二郑）睁枢止纽布软置方猎案的伏选择在遵达循枢刷纽布秒置一占般原吹则的银前提馋下，电从若绩干个醉具有逢代表相性的粉枢纽荒布置酒方案海中选枪择一慌个技赠术可影行、施经济牺合理唤、运疮用安兴全、森施工年期短货、管凝理维桑修方辽便的厦最优岁方案萝是一棋个反想复优穗化的公过程则。需翼要对弄各方妥案进潮行具级体分结析、诉全面蛛论证胡、综晶合比蛙较而嗽定。进行详方案尸比较嚼时，咳通常禁对以睬下项裳目进苦行比任较：（1）主要观工程量顽。如钢罪筋混凝呆土和混盈凝土、土石喜方、印金属妻结构撞、机陈电安路装、运帷幕均灌浆骄、砌除石等届各项升工程扣量。（2）主枝要建吓筑物粪材料浊用量熔。如珠钢筋束、钢产材、貌水泥祝、木用材、锹沙石届、沥油青、嚷炸药抹等材夏料的已用量送。（3）施工注条件。爱主要是警包括施异工期、梅发电日盛期、机归械化程营度、劳孤动力状旗况、物完资供应好、料场湾位置、核交通运须输条件惊。（4）运溜用管拍理条予件。叫发电老、通禁航、哈泄洪牛、灌鹿溉是龟否相壁互干毯扰，医建筑貌物和唯设备洞的检漏查、近维修分和操骂作运棒用、浸对外鼻交通县是否产方便恐，人给防条乖件是吸否具折备等（5）建筑繁物位置汇与自然泛界的适竭应情况调。如地怜基是否塔可靠，脊河床抗膀冲能力考与下游蓝的消能碑方式是硬否适应福，地形浪是否便启于泄水陪建筑物轮的进、合出口的够布置和皮取水建月筑物进士口的布荐置等。（6）经济镇指标。糠主要比贡较总投疗资、总俩造价、朽年运费劝、淹没设损失、牺电站单滑位千瓦烛投资、哪电能成庙本、灌宜溉单位甚面积投脖资以及紧能力航不运。鲁布味革枢骄纽布袭置三、之水盟工建闪筑物—h闭yd连ra抄ul洽ic偷s须tr普uc毫tu畅re(1)挡水厌建筑告物—wa应te特r倘re躬ta汽in酒in分g发st装ru川ct甘ur攀e(2)泄水券建筑息物—wat慎er概rel苏eas唱es坡tru通ctu翁re(3)引水建虾筑物—wa赏te液r渠di缺ve牌rs便io缎n交st企ru肝ct多ur哈e(4)整治弊建筑益物—re抖gu煌la爹ti北ng载s马tr继uc支tu揉re(5)专门航建筑朵物—sp偏ec砌ia肯l眯hy湾dr俗au斑li示c爪st改ru屋ct睬ur包e引水建判筑物包忆括取水焰建筑物处和输水腊建筑物扇。1.分类(1坑)挡水蜜建筑摧物—w附at拖er佣r寒et煌ai映ni雪ng筝s党tr凳uc布tu祸re用以饶拦截白河流淘，形醋成水算库或户雍高睡水位买。如绍坝、以闸、度堤等撕。(2逮)泄水弟建筑稻物—wat仅er像rel饿eas演es境tru页ctu隐re用以酸宣泄笑水库岸（或乏渠道此）在乱洪水肌期间甜或其轿他情长况下低的多舅余水花量，责以保管证坝混（或嚷渠）遵的安雹全。水如溢户流坝豪、河反岸溢和洪道腿、泄灰洪隧错洞和均泄水福涵洞欠等。(3汤)引水建叼筑物—wa赚te肆r爷di献ve格rs岔io消n怠st只ru陈ct构ur王e用以从友水库（陵或河道限）向库农外（或懂下游）号引水，朝以满足微灌溉、贤发电、除供水等本要求。棋如引水剑隧洞、尸引水涵躬管、渠仁道等。水利枢标纽“三大弱件”：挡水建就筑物、和泄水建赞筑物、镜引水建纷筑物(4)整治建皇筑物—reg锐ula设tin蓄gs歉tru闸ctu葱re用以改疗善河流期的水流串条件，采调整水疯流对河昂床及河求岸的作旬用，防脚止水库跨、湖泊既中的波震浪和水蹲流对岸诊坡的冲蛋刷。如盖丁坝、缺顺坝、系导流堤举、护岸肤、护底拦等。(5)专门煤建筑扮物—sp届ec脸ia乘l端hy盆dr该au彩li意c缺st学ru奇ct粱ur捆e为实现麻某一水奇利事业土而修建钻的建筑肝物。如趟水电站暑厂房、买船闸、纸升船机蝴、鱼道恢、鱼闸乌、过木忧筏道、劳过竹筏地道等。2.水工建搞筑物的恨特点（1）由殊于水浪的作房诚用，扁建筑蛮物的蚊工作程条件愿复杂（2）设耍计独仁特性自然叶地形啊、地喝质条蹦件千扎差万包别，相因此房诚，设荣计只泳能按察各自蜻的特誉征进或行。间除非图规模川很小石，一缝般不扶能采枯用定注型设就计。但某些谊部件可斯以标准落化，如末：水工净闸门。（3）施银工条偿件复遇杂解决景施工延导流逢问题君；气温、萝雨季的率影响，弟如：浇楚筑混凝刻土、填更筑土坝溪；洪水帖威胁伶，要扬求在鱼汛期划前填茧筑到域足够喝高程匠；工程量姑大，工炼期长，漫要求施云工机械怠先进、戒管理科强学现状（3）Tet坟on分区豆土石威坝（雪美國爸，197扶6）Tet夫on坝位捉于美税国Id京ah拼o州的Tet患on河上蔑，是崖一座锤防洪作、发舒电、萌旅游优、灌础溉等烘综合印利用老工程糕。大头坝为兄土质领肥心隶墙坝捏。最旬大坝常高93议m役(至心墙昆齿槽底126听.5m棒)。坝顶钱高程16池25错m，坝顶哀长945犹m。土基尾坝段坝剩上游坡话：上部己为1:2恩.5，下陷部为1:辣3.改5。坝级下游宰坡：暖上部恰为：1:指2.挣0，下部明为1:3胖.0。左岸储为发电哲厂房，偿装机16搞MW。右岸访布置有3孔槽般式溢晓洪道脱。该津坝于19迟72年2月动动工兴客建，197疼5年建成六。节理肉流纹端岩地扮基上喉的大喝坝典递型剖使面§3河川水胁利枢纽谱对环境邀的影响一、竹物理习影响1.淤积捆和冲巡寿刷上游：原流速降氏低，泥桃沙淤积下游滚：清嚼水下数泄，锄加大毒冲刷2.气候朵变化劲、诱欣发地奴震、驳边坡童失稳雾天增娘多高坝：闻坝高超棉过10捎0m，库容恩超过10×段108m3，达17%二、陡生态帖影响1.水库冷养鱼爱，但弱阻碍眉回游2.调蓄路水量摄，但厘水温特不一藏定适饥应作崖物生揪长3.增加了城传播疾具病有利丢条件（爬钉螺、惜疟蚊）4.库水兴化学拖成分职改变宝，影扬响生劝物5.大库钞影响持气候误变化6.大量淹姿没生态问才题涉及庙范围很弃广，需哲研究。言如：为了势正确返处理我水利贝工程银安全芽和经马济之脆间的浸矛盾眨，必身须把权水利应工程摩及其疑水工忽建筑踏物按孙其在肚国民堆经济促中的重要性紫、工程惯规模、数效益划分查成不挑同的着等级逗，以洪此确嗽定（1）勘绍测工连作的借精度屋和广敢度（2）工程助的设计摧标准（3）结构折计算中盘采用的点强度和唐稳定安锐全系数（4）挡邪水建帖筑物浪应有案的超错高（5）应采持用的建热筑材料水利迎工程负等级之指标舟和水拣工建到筑物胳级别倘，是饶根据素国家尤的方针肿、政腿策和荡水利卫科学芬技术沫的发绿展水妹平制定兔的。§4她.水利枢补纽分等兔和水工丸建筑物敲分级一、升水利工枢纽吃分等水利部《水利水哪电枢纽爆工程等麦级划分守及设计扬标准》规定陵，水省利水混电枢晚纽工类程分蝴为五罩等。山区纺、丘铸陵区巴部分划分依磨据为（1）总库异容：校湾