辽大水利工程设计导论课件01水利工程设计的基本知识和标准

《水利工程设计导论》

讲授目录第一讲水利工程设计的基本知识和标准第二讲重力坝设计第三讲土石坝设计第四讲水闸设计第五讲渡槽设计

第一讲水利工程设计的基本知识本讲学习主要内容对学员的学习要求授课内容摘要本讲学习主要内容：1、水利工程设计的基本知识、程序、依据和标准；2、水利枢纽的布置；3、工程建设标准强制性条文(水利工程部分)简介。4、设计成果及要求1、理解水利工程设计的基本知识、程序、依据和标准；2、掌握水利枢纽的布置；3、了解工程建设标准强制性条文(水利工程部分)及相应规范的重要性。对学员学习的要求：授课内容摘要:

1.1水利工程设计的基本知识、程序、依据和标准

1.1.1水利工程设计的基本知识

为了防治水害和开发利用水资源，以满足人类生活、生产、交通运输、能源供应、环境保护和生态等各方面建设的需要，就要因地制宜地修建各种水利设施。现代水利工程具有以下特点：①受自然条件制约，工作条件复杂多变；②施工难度大，对自然和环境的影响也大；③社会经济效益高，与经济系统联系密切；④工程失事后果严重。这就要求水利工程技术人员必须广泛深入地掌握科学技术知识，在工程设计中以高度的责任心，深入实际，多方借鉴，反复比较，全面论证，才能圆满地做好设计工作。

1.1.1.1水利技术工作

水利枢纽的开发建设，要根据经济发展的要求，在流域规划的基础上进行。一般要经过勘测、规划、设计、施工等阶段，才能最后建成。水利工程技术人员的工作按其任务侧重点分为：

(1)勘测。勘测工作包括：库区和枢纽附近的地形；河道的水位、流量、洪水、泥沙等水文资料；库区及枢纽附近的气温、降雨、风向、风速等气象资料；岩层分布、地质构造、地震等工程地质资料，岩石和土壤的物理力学性质以及天然建筑材料的特性及储量等。

（2）规划。

规划是在社会经济调查和充分掌握的勘测资料的基础上，对流域开发作出各种方案的综合分析，以确定河流梯级开发方案。然后根据规划所确定的枢纽任务、规模、建设先后，分别进行水利枢纽的设计。

1.1.1.2水利工程设计及其特点

水利工程建设的全过程是一个系统活动,受到社会、经济、政治和自然环境的制约和影响。社会经济条件决定了水利工程的功能要求及资金、人力的投入量；自然环境条件将影响可能动用的物力资源、结构形式及工作特点。水利工程建设是多环节协作完成的，经过勘测、规划、设计、施工运行管理等各阶段的工作，才能最终达到兴利除害的目标。设计是水利工程建设过程中的一个环节，是一个系统的设计，要遵循一般系统设计工作的过程，设计时要有全而后观点，做到统筹安排，使工程建设达到全局最优。其特点为：

①个性突出；②工程规模一般较大，风险也较大；③重视规程规范的指导作用；④在施工过程中不可能以避让的方式摆脱外界的影响。

1.1.2水利工程项目建设管理程序与设计阶段的划分；

水利工程建设应当遵守国家规定的基本建设程序，即设计前期工作、编制设计文件、工程施工和竣工验收等阶段进行。水利枢纽设计则贯穿在设计前期工作和编制设计文件两个阶段中。

水利工程设计分为：可行性研究报告、初步设计、招标设计和施工图四个阶段（对重要的或技术条件复杂的大型工程，还要在初步设计与施工图之间，再增加一个技术设计阶段）。其工作顺序是：

1、根据流域规划编制拟建工程项目建议书（这是设计前期工作的第一步）；

2、项目建议书经审查批准后，由上级主管部门或业主委托设计单位进行可行性研究并编写研究报告（这项工作是设计前期工作的重要组成部分）；

3、依据批准的可行性研究报告进行初步设计；

4、初步设计经批准后，即可编制招标文件，组织招标、投标和评标；

5、待确定施工单位、签订承包合同后，由施工单位负责进行施工图设计。近年来，我国电力行业结合水电建设的特点，对设计阶段任务如下的调整：

1、增加预可行性研究报告阶段；

2、将上述可行性研究报告和初步设计两阶段合并，统称为可行性研究报告阶段，取消原初步设计阶段。调整后的水电工程设计分为：预可行性研究报告、可行性研究报告、招标设计和施工图四个阶段，现正予以试行。

以下简要介绍各个设计阶段的主要内容。

1、可行性研究报告阶段。本阶段的主要任务是，论证拟建工程在技术上的可行性、经济上的合理性，以及开发次序上的迫切性。研究报告包括以下内容：初拟主要水文参数，查清主要地质问题，选定工程地址；估算淹没补偿和对环境的影响；初定工程等别、建筑物级别，主要建筑物的型式、轮廓尺寸和枢纽布置方案，以及装机容量和机型；估算主要工程量，初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度；估算工程总投资，进行经济分析和评价，阐明工程效益等。

2、初步设计阶段。报告包括以下内容：确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别；选定各种特征水位；选定坝址、输水线路、主要建筑物的型式、轮廓尺寸及枢纽布置方案；确定装机容量，选择机组型号和其他机电设备；确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施；提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量；编制工程概算；论证对环境的影响及环境保护；进行经济分析，阐明工程效益等。

3、招标设计阶段。在编制招标文件之前，要解决好初步设计阶段未能妥善解决的问题。招标文件由合同文件和工程文件两部分组成，招标文件包括投标者须知和合同条款、合同格式和投标书格式等；工程文件包括技术规范和图纸。要做到投标者能根据图纸、技术革新规范和工程量表确定投标报价。

4、施工图阶段。施工图一般包括：建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。在我国，施工图由业主委托的设计单位提供，按照国际惯例，施工图应由施工单位或业主委托的咨询公司负责。上述各个阶段的具体内容和深度，可根据工程具体情况进行适当的调整和增减。

1.1.3水利工程设计依据和标准

1.1.3.1设计依据

我国有关管理部门规定,大中型水利工程建设项目必须纳入国家经济计划,遵守先勘测、再设计,后施工的必要程序。工程设计需要有以下资料或设计依据：

1）工程建设单位的设计委托书及工程勘察设计合同，说明工程设计的范围、标准和要求。

2）经国家或行业主管部门批准的设计任务书。

3）规划部门、国土部门划准的建设用地红线图。

4）地质部门提供的地质勘察资料，对工程建设地区的地质构造、岩土介质的物理力学特性等加以描述与说明。

5）其他自然条件资料，如工程所在地的水文、气象条件和地理条件等。

6）工程建设单位提供的有关使用要求和生产工艺等资料。

7）国家或行业的有关设计规范和标准。

1.1.3.2设计标准

为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性有机地统一起来,水利枢纽及其组成建筑物要分等分级,即按工程规模、效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后将枢纽中的建筑物按其作用和重要性进行分级。设计水工建筑物均需根据规范规定，按建筑物的重要性、级别、结构类型、运用条件等，采用一定的洪水标准，保证遇设计标准以内的洪水时建筑物安全。

对于综合利用的工程，如按规范规定的指标分属几个不同等别时，整个枢纽的等别应以其中的最高等别为准。确定水工建筑物级别时，如该建筑物同时具有几种用途，应按最高级别考虑，仅有一种用途时则按该项用途所属级别考虑。对于二至五等工程，在下述情况下经过论证可考虑提高其主要建筑物级别：一是水库大坝高度较高时提高一级；二是建筑物的工程地质条件特别复杂，或采用缺少实践经验的新坝型新结构时提高警惕一级；三是综合利用工程如果按库容和不同用途的分等指标有两项接近同一等别的下限时，其共用的主要建筑物提高警惕一级；对二临时性水工建筑物，如果其失事后果对下游城镇、工矿区或其他国民经济部门造成严重灾害或严重影响工程施工时，视其重要性或影响程度，应提高一级或两级。对于低水头工程或失事损失不大的工程，其水工建筑物级别经论证可适当降低。

1.2水利枢纽的布置

1.2.1水利工程及水利枢纽的基本概念

1.2.1.1水利工程的概念

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,以达到除水害和兴水利目的的而修建的工程。在时间上重新分配水资源，做到蓄洪补枯，以防止洪涝灾害和发展灌溉、发电、供水等事业；改善水域环境，疏浚航道，建造码头，以利于水上运输；为防止水质污染，维护生态平衡，需要因地制宜地修建一系列的水利工程。

水利工程按其承担的任务可分为防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水与排水工程、航运及港口工程，环境水利工程等，一项工程同时兼有几种任务时称为综合利用水利工程。按其对水的作用分为蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。

1.2.1.2水利枢纽

由若干种不同类型的水工建筑物组成的建筑物综合体称为水利枢纽,一般由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物和专门性建筑物组成。一个水利枢纽的建筑物组成是由该枢纽承担的任务来确定的。

1.2.2水利枢纽的布置

枢纽布置主要研究和确定枢纽中各种建筑物的相互位置，该项工作涉及泄洪、通航、发电、供水、施工导流等各项任务，并与枢纽建筑物地址、类型密切相关，需要统筹兼顾，全面安排、认真分析，全面论证。最后通过综合比较，从若干方案中选出最优的枢纽布置方案。

枢纽布置的原则：

1、枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都有能正常运行，避免相互干扰。

2、在满足建筑物的强度和稳定，满足安全运行的前提下，使建筑物的总造价和年运行费用最低。尽可能采用当地材料以及新材料、新工艺、新技术。

3、尽量使一个建筑物发挥多种效益，如枢纽布置时考虑与施工导流配合。在某种情况下还可使部分建筑物提前发挥效益，缩短工期。

4、枢纽布置与周边自然环境相协，因地制宜地将人工环境与自然环境有机地结合起来，尽量注意美观。

5、考虑远景规划，应对远期扩大效益创造条件，留有余地。在布置时应考虑分期开发的条件，满足高坝规划、低坝施工的要求。

1.2.3各类水工建筑物对布置的要求除拱坝外，挡水建筑物通常布置成直线，这样可使坝轴线最短，坝身体积最小。

泄水建筑物如采用溢流坝，应使溢流前缘与上游来水主流方向垂直，下游出口方向最好与原河道的主河槽水流方向一致。溢流坝应尽可能位于坚硬的岩基上，这样可以较好地解决下泄水流的消能防冲问题。溢流坝与土石坝相邻时，要防止坝前水流淘刷土石坝坝坡。

为了减小下泄水流对其他建筑物正常运行的影响，有时需在溢流坝与发电、通航等建筑物之间布置导墙，以减少干扰。

河岸式溢洪道应尽量布置在高程较低的垭口处。进口水流应平顺，一般条件下应优先考虑正堰式溢流堰、直线式泄槽的布置方案。溢洪道出口水流应尽量减小对其他建筑物的影响及干扰。泄洪隧洞的布置主要取决于地质条件，进口应力求水流平顺，出口要注意消能和对其他建筑物的影响。

输水、取水建筑物的布置，除了考虑地形、地质的要求外，关键是要保证运用可靠。例如对于低闸取水或无坝取水，其进水口布置应保证引入足够流量，并防止泥沙进入。如取水口在库水面下较深处，取水水温较低对作物生长不利时，可采用分层取水口，取用水库表层水。

电站布置主要应保证电站运用可靠，水头损失较小，因此要求进口水流顺直，尾水能通畅排出。坝后厂房应尽可能靠近坝体，当河谷狭窄不能并列布置溢流坝和厂房时，可以考虑采用坝内厂房、厂房顶溢流布置，必要时还可设置引水道式电站或地下电站。通航、壶鱼、过木等建筑物的布置，均应分别满足其运用的要求。

1、三峡水利枢纽

1.3《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）简介

1.3.1综述

《工程建设标准强制性条文》是根据建设部31号文件的要求，由建设部会同各有关主管部门组织各方面专家共同编制，经各有关主管部门分别审查，由建设部审定发布。该《强制性条文》中包括城乡规划、城市建设、工业建筑、水利工程、电力工程、信息工程、水运工程、公路工程、铁道工程、石油和化工建设工程、矿山工程、人防工程、广播电影电视工程和民航机场工程等部分，覆盖了工程建设的主要领域。为了规范水利工程建设，保证和提高水利工程建设质量，根据国务院《建设工程质量管理条例》，建设部会同水利部共同编制了《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分），并于2000年10月由建设部批准发布。

该文水利工程部分主要是根据工程建设现行国家标准和行业标准中直接涉及人民生命财产安全、人身健康、环境保护和其他大众利益的条文，同时考虑提高经济效益和社会效益等方面的要求而摘录的，突出了强制性条文和一般性的区别，吸收以往强制性标准的经验和教训，目标明确，可操作性强。

《工程建设标准强制性条文》是从技术上保证水利建设工程质量的关键，是参与建设活动各方必须执行的技术内容，是政府对工程建设实施监督检查的主要技术依据，也是我国加入WTO后，与国际惯例接轨的一个重大举措。凡是列入强制性条文的条款都必须严格执行，任何违反强制性技术标准的行为都属违法行为，都将根据违反强制性标准所造成后果的严重程度，对有关的建设、设计、施工和监理单位给予相应的处罚。

1.3.2《工程建设标准强制性条文》(水利工程部分)简介。

该条文由6篇组成，即：水利工程勘测；水利工程规划；水利工程设计；水利工程施工；水利机械与金属结构以及水环境影响评价与监测。该文是执行国务院《建设工程质量管理条例》的一个配套文件，是参与建设活动各方执行工程建设强制性标准和政府机构对执行情况实施监督的依据。

1.3.3《工程建设强制性条文》修订及完善

根据国家标准和水利行业标准的制定和修订的现状，为了适应社会主义市场经济体制的要求，规范水利工程建设市场秩序，提高水利工程建设质量，2002年，水利部组织专家对该《强制性条文》进行了修订、补充。

1.4设计成果及要求

设计成果包括设计说明书、设计计算书和设计图纸。

1.4.1设计说明书

说明书是设计的解释与说明文件，可按下述原则编写：

1、按章节叙述。要先拟好提纲，然后编写。

2、包括基本资料和基本数据。

3、说明设计标准、设计情况及依据。

4、阐述设计思想、原则及方法（包括所采用基本理论及公式说明、采用条件及原因，以及考虑问题的条件及因素）。

5、对具体设计要说明设计的前提，设计原理、方法、主要过程及阶段成果，最后成果（不必把详细的计算内容、过程写入，成果尽量能以表格形式给出）。

6、对成果的分析及结论。对成果一定要有分析谁和判断，予以评价，分析存在问题的原因和改进措施。

7、要求简明扼要，叙述清楚，字迹工整。

1.4.2设计计算书

计算书的主要内容是写出设计