大坝管理基本概念

1、大坝管理基本概念,江西省大坝安全管理中心 2015年9月,一、水文,降水，指从大气中降落到地面的雨、雪、雹等以及由水汽凝结成的露、霜等。其主要特性包括降水量、降水历时和降水强度。 （1）降水量，指一定时段内降落在某一面积上的降水深度，以mm为单位。通常，水文常用的是日降水量，指一日（24h）内的降水深度。,（2）降水历时，指一次降水所经历的时间，以分钟、小时、日为单位。 （3）降水强度，指单位时段内的降水量，以mm/分或mm/时计。,一、水文,（控制）流域面积又称受水面积或集水面积，指流域地面分水线和出口断面所包围的面积，单位是km2。,一、水文,水系是地表径流对地表土的漫长侵蚀以后，逐渐从面

2、蚀到沟蚀、槽蚀以至发展到由若干条大小支流和干流所构成的河流系统。水系通常以干流的河名命名，江西省赣江、抚河、信江、饶河、修水均可单独为水系，同时五条河汇入鄱阳湖，又称为鄱阳湖水系。 所在河流指主坝坝址坐落的水系。应至少往上溯源3级。 例如：,一、水文,重现期，指不小于（不大于）一定量级的水文要素值出现一次的平均间隔年数。 通常我们说的100年一遇的大洪水、50年一遇的暴雨就是表达洪水、暴雨的重现期，即100年才出现一次的洪水、50年才出现一次的暴雨。 需要说明的是，重现期表示的是某种水文变量大于或等于某一指定值，每出现一次平均所需的时间间隔数，并不是说正好100年就会出现一次大洪水或者50年就

3、会出现一次暴雨。,一、水文,汛期:指江河中由于流域内季节性或周期性降雨、融冰、化雪而引起的水位流量上涨时期。 江西省实施中华人民共和国防洪法办法规定：汛期为每年4月1日至8月31日，特殊情况下，省人民政府防汛指挥机构可宣布提前进入或者延长防汛期。,一、水文,防洪标准:又叫洪水标准，指水工建筑物所能防御洪水的能力，用重现期来表示。,GB50201-2014防洪标准,小型水库,一、水文,（1）正常蓄水位，也称正常高水位，指水库在正常运用情况下，允许为兴利蓄到的上限水位。它是水库最重要的特征水位，决定着水库的规模与效益，也在很大程度上决定着水工建筑物的尺寸。 注意：正常蓄水位一旦确定，不允许随意或擅

4、自修改，如要修改，必须经原审批单位论证后批复修改。,一、水文,情况一：溢洪道无闸门控制，溢洪道的底高程（或堰顶高程）就是正常蓄水位。,一、水文,情况二：溢洪道上设有闸门，水库的正常蓄水位一般是闸门关闭时的门顶高程（或稍低一些）。,一、水文,（2）设计洪水位，指大坝遭遇设计洪水时，水库（坝前）达到的最高洪水位。它是水库在正常运用情况下允许达到的最高洪水位。 （3）校核洪水位，指大坝遭遇校核洪水时，水库（坝前）达到的最高洪水位。它是水库在非常运用情况下，允许临时达到的最高洪水位，是确定坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。,一、水文,（4）死水位，指水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位。死水

5、位关系到水库的兴利调节，所以死水位的确定至关重要。 多数情况，以最低的坝下涵管的进口底高程作为死水位。 （5）防洪限制水位，也称做汛前限制水位，简称汛限水位，指水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，通常根据流域洪水特性及防洪要求分期拟定。,一、水文,（1）总库容，指校核洪水位以下的水库容积。 （2）兴利库容，指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。 （3）调洪库容，指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。 （4）防洪库容，指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。 （5）死库容，指死水位以下的水库容积。,库容曲线：反映水库蓄水能力的图表。,水位,库容,二、大坝,坝的类型很多，主要按筑坝材料来划分，也

6、有少数按结构性质、施工方法、防渗体形式进行划分。 按建筑材料分类：可分为土坝、混凝土坝、砌石坝、橡胶坝、钢坝、木坝和土石混合坝等类型。 按结构性质分类：面板堆石坝 按施工方法分类：碾压混凝土坝、抛填式堆石坝 按防渗体形式分类：粘土心墙坝、混凝土心墙坝,注意:大坝坝型不应局部的变化而进行改变。例如均值土坝增设了混凝土心墙，其坝型仍然是均质土坝，不能变为混凝土心墙坝。,二、大坝,（1）均质坝：坝体的绝大部分由均一的透水性较弱的粘性土填筑而成；整个坝体起防渗作用。 （2）心墙坝：土质防渗体设在坝体中部或稍向上游倾斜，心墙上下游为坝壳。 （3）斜墙坝：土质防渗体设在坝体上游面或接近上游面，斜墙下游为坝

7、壳。,二、大坝,（4）护坡：上游护坡的型式有：堆石护坡、砌石护坡、混凝土或钢筋混凝土护坡、沥青混凝土护坡；下游护坡的型式有：砌石、堆石、碎石和草皮护坡等。,护坡覆盖的范围，上游由坝顶护至水库最低水位以下一定距离，一般在最低水位以下2.5m。下游面则由坝顶护至排水棱体，无排水棱体时则护至坝脚。 护坡损坏要及时修复。 草皮护坡长太高了要修剪。 下游坝坡上不能种树。,二、大坝,（5）排水设施：排水设备是土石坝的一个重要组成部分。主要目的是：防止渗流逸出处的渗透变形；降低坝体浸润线及孔隙压力，改变渗流方向，增加坝体稳定；保护坝坡，防止冻胀破坏。 坝体排水设备须保证充分的排水能力，不能堵塞，能自由地向下

8、游排出全部渗水，同时应按排水反滤原则，保证坝体及地基土不发生渗透破坏。一般有棱体排水、贴坡排水、褥垫排水和综合式排水等 注意：排水设施不是指排水沟。,二、大坝,（1）重力坝：以自身重量承受上游水、冰、淤泥压力 和坝基扬压力保持稳定的挡水坝。,三种基本结构型式：重力坝、支墩坝和拱坝。,非溢流坝,溢流坝,帷幕,廊道,基本断面型式,二、大坝,（2）支墩坝：由支墩承受上游来的推力的坝，藉其本身的重量及水重维持稳定。,三种基本结构型式：重力坝、支墩坝和拱坝。,二、大坝,（3）拱坝：通过拱作用将荷载传给峡谷两壁（坝肩）而保持其稳定的挡水坝。 拱坝在平面上向上游弯曲，呈曲线形。体型较小，是一种经济性和安全性

9、都很好的坝型。,三种基本结构型式：重力坝、支墩坝和拱坝。,基本断面型式,按最大高度处的坝底厚度和坝高的比值可分为薄拱坝、中厚拱坝和重力拱坝；按体形可分为单曲拱坝和双曲拱坝。,二、大坝,（1）最大坝高：坝的最低建基面到坝顶面的最大高差。,二、大坝,（2）坝长：沿着坝轴线从坝顶的一端到另一端的长度。 坝轴线是直线，坝长就是直线的长度； 坝轴线是折线，坝长就是各段折线长度的和； 坝轴线是曲线，坝长就是曲线的长度，不能简单量取曲线两端端点间的直线距离。,二、大坝,（3）坡比：坡的垂直高度与水平宽度的比值。 上游坡和下游坡的坡比应分开计算。 坡分成了N段，每一段都要分别计算坡比。,二、大坝,坝面坡度取决

10、于坝高、筑坝材料性质、运用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。 一般中、低高度的土石坝坡比在1：2.01:4.0，平均坡比约为1：3 ，上游坡比下游坡要缓； 重力坝下游坡的坡比在1：0.51：1.0，平均坡比为1：0.7。,三、溢洪道,用来宣泄超过水库调蓄能力洪水及泥沙等的水工建筑物。 按位置分有河床式和河岸式两种。 河床式溢洪道多用于混凝土坝，与溢流坝相结合，在溢流坝顶建泄洪闸门（也有不建闸门的），通过坝顶泄洪。 河岸式溢洪道一般在河道一侧马鞍形的山凹部（垭口处），有正槽式、侧槽式、井式和虹吸式等四种形式。一般进口位于水流顺畅处，且与土石坝保持一定距离，避免横流对坝的冲刷。,四种基本型式,

11、宽顶堰,实用堰,驼峰堰,折线形堰,三、溢洪道,三、溢洪道,溢流净宽：一般指溢洪道控制断面的实际过水宽度。,最大下泄流量：指校核洪水位时溢洪道能够下泄洪水的最大流量，可通过泄流曲线获得。 泄流曲线：又叫水位流量关系曲线，是反映溢洪道过水能力的图表。,无闸控制,有闸控制,三、溢洪道,三、溢洪道,为什么要消能？ * 建坝后的水头增加,下泄水流的流速增大，即流速高； * 建坝时，为节省工程造价，使泄水建筑物的泄水宽度比原河床 宽度小，使泄水时的单宽流量加大，即水流集中。 * 所以，泄水时形成的高速集中水流，破坏性大，对下游河床具 有较大的破坏力。,消能原理：从加强水流的紊动出发，在建筑物下游采取一定的

12、工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动以达到消能的目的。,底流消能 挑流消能 面流消能,葛洲坝底流消能 新安江挑流消能 富春江面流消能,三种消能方式,（1）底流消能 就是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以达到消能的目的。 实质：水跃 特点：主流位于底部 消能机理：通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动来消能。 应用：各种地质条件的泄水建筑物,（2）挑流消能 利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。,（3）面流消能 当下游水深较大而且比较稳定时，可采

13、取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。,四、坝下涵管（隧洞）,按建筑材料分，早期涵管有浆砌石、陶瓷、砖、素混凝土，现在涵管有钢筋混凝土、钢管、PVC管、PE管等。 隧洞，一般设在大坝两岸的山体中，混凝土坝也会设在坝的下部坝体中。隧洞岩石的强度较差时，需要进行混凝土衬护。 按断面型式分，可分为圆形、拱形、矩形、梯形。 按构造型式分，可分为圆管涵、拱涵、箱涵、盖板涵。 按运行方式分，可分为有无压运行和有压运行两种方式。 注意：无压运行的涵洞绝对不允许有

14、压运行。,四、坝下涵管（隧洞）,进口段根据地形状况进行布置，主要有分级卧管式、塔式、竖井式和斜坡式四种结构型式。,分级卧管式进水口斜卧在坝前或山体的斜坡上，每隔一定的高程设置一个进水口，也称为斜涵管。分级卧管结构简单，施工方便，引取水库表层水。 进水口控制设施形式多样，有混凝土塞、木塞、木板压重等。,斜坡式沿库区山坡或上游坝面斜坡布置，在斜坡上设置闸门轨道，进水口在斜坡底部，启闭机安装在山坡平台上或坝顶，一般采用拍门、闸门进行控制。 这种布置方式结构简单、操作方便、造价小、启闭力小；缺点是闸门不易关闭、检修困难。,布置在山坡上,布置在坝坡上,竖井式在进水口所在的山体中开凿出竖井，内设闸门，竖井

15、口设操纵平台和启闭机。,塔式在涵洞进口所在的山体外部竖立的塔状建筑物，塔底部设有闸门，以控制水流，塔顶设操纵平台和启闭机，用工作桥与岸相连。,五、金属结构,按闸门的工作性质分，可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。 按门叶的外观形状分，可分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、拱形闸门、球形闸门和圆筒闸门等。 按制造门叶的材料分，可分为钢闸门、铸铁闸门、木闸门、钢筋混凝土闸门和组合材料闸门。,五、金属结构,（1）型式 按类型分，可分为液压式启闭机，卷扬式启闭机，螺杆式启闭机。 按操作方式分，可分为手动式、电动式、手电两用式,液压式启闭机,卷扬式启闭机,螺杆式启闭机,五、金属结构,（2）型号 液压式启闭

16、机QPPY 卷扬式启闭机QPQ 螺杆式启闭机QL （3）启闭机容量 （在铭牌上看的到） 启闭机容量，指启闭机最大能达到的启门力。 单位是KN,如50KN、100KN，也常用T表示，如10T、15T。 例如：QPQ-6表示单吊点卷扬式启闭机的启门力为6T QPQ-26表示双吊点卷扬式启闭机的启门力为12T,六、安全管理,大坝安全状况分为三类： 一类坝实际抗御洪水标准达到GB50201-2014防洪标准规定，大坝工作状态正常，工程无重大质量问题，能按设计正常运行的大坝。 二类坝实际抗御洪水标准不低于近期非常运行洪水标准，但达不到GB50201-2014防洪标准规定，大坝工作状态基本正常，在一定控制运用条件下能安全运行的大坝。 三类坝实际抗御洪水标准低于近期非常运行洪水标准，或者工程存在较严重的安全隐患，不能按设计