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文档简介
1、水工建筑物,专业:港口海岸及治河工程 任课老师:李典庆 冯晓波 武汉大学水利水电学院,教育经历,工作经历,个人简历,.,例题、习题等网址 李典庆个人主页: 水利水电学院 教师 水利工程系,基本要求,个人简历,水工建筑物,水工建筑物课程的重要性,课程定位 港口海岸及治河工程专业重最要的专业课之一 必修课(研究生复试内容之一),课程内容 主要讲授水工建筑物设计的基本理论和方法 以及水工建筑物规划、施工和管理等方面的基本知识,水工建筑物,水库溃坝事故,国内: 75.8 事故 1975年8月河南省中部一场特大暴雨造成板桥、石漫滩两座大型水库及58座中小型水库溃坝,国外:美国提堂土石坝 溃坝 1976年
2、,美国爱达河州蛇 河支流提堂河,29个县12000km2 土地受淹 1700万亩耕地 1100万人受灾 2.6万人死亡 直接经济损失约百亿元,工程开发费4000万美元 780km2地区受淹、 14人死亡 2.5万人无家可归 52km铁路遭破坏 40万亩农田受淹,水工建筑物,青海省沟后坝溃坝1993年,1993 年8 月27日大坝溃决失事,当时库水位3277m ,冲毁部分为坝体的50 %。混凝土面板砾石坝,沟后坝溃决后 下游拍摄全景,水工建筑物,国外水电站事故,俄罗斯最大的水电站萨彦-舒申斯克水电站2009年8月17日发生事故,死亡75人,水工建筑物,绪 论,第一章 重力坝,第二章 拱 坝,第三
3、章 土石坝,绪 论,第一节 水资源与水利水电工程建设,一、世界水资源概况 地球上的水总量很大,约为15亿km3,但绝大部分是海洋中的咸水 人类可以利用的淡水总量约为0.38亿km3 ,仅占全球总水量的2.5%,这其中有80%左右的淡水储藏在极地和冰山、冰川,还有一部分藏于地下 对人类起着特别重要作用的地表水,全球约为47万亿m3,人均约9000m3,二、我国水资源状况,建设节水型社会是必然的选择,特点一:总量并不丰富,人均占有量更低,降雨主要集中在汛期; 常有连续丰水或干旱年。 大多数省份年降水量集中在23个月(68月)的时间内,即所谓的梅雨季节,特点二:年内年际分配不均,旱涝灾害频繁,须建水
4、库增强调控能力,降雨量时间分布不匀的后果是梅雨季节多余的降水形成洪水,并且造成洪涝灾害、水土流失,而其余多数月份降水不能满足用水需要,2006广西梧州,2013 东北辽宁抚顺洪水,特点三:地区分布不均,水土资源不相匹配,须建调水工程,提高水资源配置能力,广西、海南的多年平均降雨量超过1800mm 宁夏、甘肃的多年平均降水量小于300mm,我国除东北地区、内陆部分高寒山区及沿海个别地区之外,绝大多数地区的多年平均蒸发量大于多年平均降雨量 气温高或气候干燥 山西省多年平均降水量400630mm,与西欧一些高原地区接近,不算太小。但是山西多年平均蒸发量高达16002000mm,几乎是降雨量4倍 甘肃
5、、宁夏一些地方的多年平均蒸发量甚至是多年平均降雨量的1020多倍,特点四:我国自然水分蒸发强烈,所以,水资源是否短缺不仅要看降水量,还要看蒸发量,法国大巴黎地区属于温带平原和浅丘陵地区,多年平均降雨量只有619mm,可是该地区主要农作物基本不需灌溉 降雨年内分布均匀,一年之内12个月的降雨量十分接近。正因为经常降雨,空气湿度大,加上气候温和,所以蒸发量很小。西欧地区很少发生洪水和干旱,三、我国水能源状况,我国的人均水资源并不丰富。我国可用于发电的水能资源十分丰富 从青藏高原到海平面之间的巨大落差,特点一:总量丰富,开发不足,可开发总量世界第一,占世界 总量16.7 到2004年,开发量仅占可开
6、 发量1/4,远低于发达国家 60的平均水平,美国82;日本84 欧洲是72%以上 瑞士达到100%以上,2012年1-5月份,.,目前,发达国家大部分技术及经济可行的水电资源都得到了开发,发展中国家水电开发率还很低,尤其非洲,开发率还不到8%。中国水电劳务输出(就业机会),作为首位在国际大坝委员会担任主席的中国科学家,贾金生在接受科学时报采访时说:从全世界的发展看,建设水库大坝是应对气候变化、促进人水和谐的关键。但大坝建设有一个认识及技术问题,还有一个利益协调问题,而把认识统一到科学发展观又是困难之最,特点一:总量丰富,开发不足,.,金沙江干流:规划20个梯级 雅砻江干流:规划21个梯级 大
7、渡河干流:规划22个梯级,特点一:总量丰富,开发不足,特点二:地区分布不均,与经济发展不匹配,78水能资源集中于西部,东部仅6 51用电量在东部,雅鲁藏布江,西电东送,年内降雨集中在汛期 年际间江河来水量变化大,须建设(年调节、多年 调节)大型水库,特点三:江河来水量时间分布不均,今后1015年是水利水电建设的 良好机遇期,四、机遇?,防汛抗旱、粮食安全、城乡供水、生态 保护等需求 西部大开发战略的机遇 东部:水能资源占6,开发率大于50 西部:水能资源占78%,开发率仅8,水资源方面: 我国目前面临着水多(洪涝灾害)水少(干旱)水脏(水污染)等一系列严峻问题 水能源方面:开发率低、地区分布极
8、不不均匀,1949年以来,水库大坝86000多座 江河堤防长度170000km 灌溉面积面积10000亩以上的灌区2500多处 水电装机容量,NO. 1,三峡工程基本建成南水北调工程已经开工(中线工程干线已基本贯通);东线工程每年调水150亿m3,三峡水利枢纽,都江堰水利枢纽,一、基本概念 水工建筑物: 水利水电工程中采用的各种建筑物,第二节 水利枢纽和水工建筑物,水利枢纽:在水域的适当地点,为了一种或多种目的 而集中布置若干个不同类型的水工建筑物,各自发 挥不同作用并协调工作,构成一有机综合体,称为 水利枢纽,蓄水枢纽 蓄水枢纽是在挡水建筑物(挡水坝)上游形成较大库 容的水利枢纽,也叫水库枢
9、纽 作用:抬高上游水位对河道天然流量进行年调节或 多年调节(调洪作用),适用条件:当天然来水量在各年之间或一年内有较大变化,但径流总量可满足要求的情况下,一般需修建较高的坝,以形成水库、抬高上游水位,并用水库的库容调节来水流量,建筑物组成:挡水建筑物(大坝)泄水建筑物取水建筑物,俗称“水库三大件”。根据水库的开发目的不同,如水电站和通航船闸,葛洲坝水利枢纽平面布置图,丹江口水利枢纽平面图,引水枢纽 以引水为主要目标的低水头水利枢纽 作用:雍高上游水位,控制引水流量,满足用水需要,适用条件:河道天然流量充沛,但水位较低,水流不能进入渠道或管道。引水枢纽无需对河道天然流量进行调节,挡水建筑物高度不
10、大,库容也不大,建筑物组成:进水闸、雍水坝(或拦河闸)、冲沙闸等建筑物组成。如果是综合利用的引水枢纽,还需建专门建筑物,如水电站和通航船闸,以泵站为主体的水工建筑物综合体 作用:把低处的水抽送到高处,达到灌溉、排涝、 发电(抽水蓄能电站)、航运等目的 建筑物组成:最常见的配套建筑物通常有引水闸(灌溉泵站)、排水闸(排涝泵站)、通航船闸(兼有排洪、航运功能的河道) 泵站枢纽不属于本课程教学内容, 在泵及泵站课程中讲授,泵站枢纽,“南水北调”的东线工程,即从江都引水,通过13级抽水台阶和黄河河底隧道,将长江之水引到天津及河北地区,每年调水150亿立方米。,江都电排站 世界上最大的泵站枢纽,分类标准
11、: 按作用分类: 挡水建筑物 (拦河坝、堤防,施工围堰) 泄水建筑物(溢洪道、泄水闸、泄水隧洞) 取水建筑物(取水口、进水闸、泵站 ) 输水建筑物(渡槽、输水隧洞等) 整治建筑物(丁坝、导流堤、护岸等) 专门建筑物(船闸、鱼道、筏道等),二、水工建筑物分类,按使用期限分类: 永久性建筑物:工程运用期使用的建筑物 按在工程发挥的作用失事后造成的影响程度 (1)主要建筑物(坝、水闸、泄洪建筑物、 水电站厂房等); (2)次要建筑物(挡土墙、导流堤、护岸等),临时性建筑物: 工程施工期使用的建筑物 (导流建筑物、施工围堰等),三、水利水电枢纽工程分等水工建筑物分级,修建的水利工程应保证其可靠性(安全
12、性、适用性、耐久性)同时又要保证其经济性。然而安全度与经济性是相互矛盾的,工程的安全度越高,投资也越大。反之,则相反,SL2522000水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准,几点说明: (1)如果按表中分等指标分属几个不同等别时, 整 个工程的等别应以其中最高的等别为准(2)水库总库容为水库最高水位(校核洪水位) 以下的静库容 (3)治涝和灌溉面积为设计面积(不是实际) (4)表中防洪分等指标,对于城市和工矿企业参 考表04确定(P 5),对水工建筑物而言,是要划分级别 依据: 工程等别 使用年限(永久建筑物或临时建筑物) 重要性(主要建筑物或次要建筑物) 水工建筑物可划分为5个级别,永久性水工
13、建筑物,几点说明: (1)损失后果巨大或影响十分严重的25级主要 永久性水工建筑物,级别可提高1级 (2)对于高土石坝也可提高1级 (3)建筑物基础工程地质条件复杂或新型结构, 可提高1级 (4)永久性主要建筑物在特殊情况下,建筑物 级别可提高1级,但是洪水标准不提高 (5)失事后损失后果不大的可以降低1级,等级划分是确定以下设计标准的依据,洪水标准(洪水频率) 挡水建筑物的安全超高 结构强度和稳定性的安全系数 建筑材料的品种、标号 设计方法的选择 级别低的小型或临时建筑物采用简化计算方法 重大建筑物采用比较精确的计算方法(FEA), 甚至做模型试验,第三节 水利工程的设计程序,项目建议书 项
14、目建议书是在流域规划、区域规划的基础上编制的要求建设某项工程的建议性文件 要求政府部门将该项工程 列入中长期计划,可行性研究 在项目建议书的基础上,对拟建工程进行技术、 经济论证,初步设计 在可行性研究的基础上,对工程进行的基本设计。 包括进一步论证在指定地点和规定期限内进行工 程建设的可行性和合理性,招标设计 招标设计是为水利工程招标而编制的设计。它是编制 施工招标文件和施工计划的基础,招标设计属于水利 施工和招投标课程教学内容,施工详图 施工详图是在初步设计和招标设计的基础上,绘制具 体施工图的设计,是现场建筑物施工和设备安装的依 据。如建筑物基础开挖图、地基处理图等等,注意: 对于规模小、重要性低的工程,上述设计阶段可以 减少、合并。例如:小型工程可将可行性研究和初 步设计合并,单一的小型建筑物也无需招标设计,(1)水工建筑物可靠度设计理论(2)水工建筑物有限单元法计算理论(3)水工建筑物优化设计理论,第四节 有关水工建筑物设计的几个问题,增加这些内容当然是必要的,问题是这些内容 学习难度大,要求其它先修课程作为基础。 可靠度设计基础:结构可靠度理论,本科专业 培养计划(NO),难度实在太大
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