水利基础概念.ppt

1、水利基本概念概述,1、降水,概念： 降水是指液态或固态的水汽凝结物从天空降落到地面上的 现象，如雨、雪、霰、雹、露、霜等，其中以雨、雪为主。 降水量就是指从天空降落到地面上的液态和固态(经融化后)降水，没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。它的单位是毫米。降水量是衡量一个地区在某段时间内降水多少的数据。,1、降水,分类 在气象上用降水量来区分降水的强度。可分为：小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、 特大暴雨，小雪、中雪、大雪和暴雪等。,1、降水,分类 小雨：雨滴下降清晰可辨；下地不四溅；地面全湿，但无积水或积水形成很慢。屋上雨声微弱，屋檐只有滴水；12小时内 降水量小于 5mm或24小时

2、内降水量小于10mm的降雨 过程。 中雨：雨落如线，雨滴不易分辨；落硬地四溅；洼地积水 较快；屋顶有沙沙雨声；12小时内降水量 515mm 或24小时内降水量1025mm的降雨过程。 大雨 ：雨降如倾盆，模糊成片；洼地积水极快；屋顶有哗哗雨声,开窗说话时，声音受雨声干扰而听不清楚；积水形成特快，下水道往往来不及排泄，常有外溢现象。 12小时内降水量1530mm或24小时内降水 量2550mm的降雨过程。,1、降水,分类 凡24小时内降水量超过50mm的降雨过程统称为暴雨。根据暴雨的强度可分为：暴雨、大暴雨、特大暴雨 三种。 暴 雨：12小时内降水量3070mm或24小时内降水量 50100mm

3、的降雨过程。 大暴雨： 12小时内降水量70140 mm或24小时内降 水量100250mm的降雨过程。 特大暴雨：12小时内降水量大于140 mm或24小时内 降水量大于250mm的降雨过程。,1、降水,分类 小雪：12小时内降雪量小于1.0mm(折合为融化后的雨水量， 下同)或24小时内降雪量小于2.5mm的降雪过程。 中雪：12小时内降雪量1.03.0mm或24小时内降雪量 2.5 5.0mm或积雪深度达3cm的降雪过程。 大雪：12小时内降雪量3.06.0mm或24小时内降雪量 5.0 10.0mm或积雪深度达5cm的降雪过程。 暴雪：12小时内降雪量大于6.0 mm或24小时内降雪量

4、大于 10.0mm或积雪深度达8cm的降雪过程。,2、河流,概念： 降落到地面的雨水，除下渗、蒸发等损失外，在重力的作用下沿着一定方向和路径流动，这种水流称为地面径流。地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集成河流。河流流经的谷地称为河谷，河谷底部有水流的部分称为河床或河槽。,2、河流,河流的组成 一条河流沿水流方向，自高向低可分为河源、上游、中游、下游和河口五段。河源是河流的发源地，多为泉水、溪涧、冰川、湖泊和沼泽等。河口是河流的终点，即河流注入海洋或内陆湖泊的地方。注入海洋的河流为外流河，注入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流，称为内流河或内陆河。,2、河流,上中下游的确定 上游上接河

5、源，多处于深山峡谷中，坡陡流急，常有急滩或瀑布；中游河段坡度渐缓，河槽变宽，河床较稳定。下游一般处于平原区，河床坡度和流速较小，淤积明显，浅滩和河湾较多。上中游分界线一般是最后一条大支流的汇入地点，中下游分界线一般是地势低平地区的边缘。,2、河流,河 流 等 级 划 分 河流按照保护面积大小划分为大、中、小三种类型。 保护面积大于30万亩的为大型河流； 保护面积在1 30万亩之间的中型河流； 流保护面积小于1万亩的小型河。 中国河流 (按照水系分类) 七大江河水系： 松花江 - 辽河 - 海河 - 淮河 - 黄河 - 长江 - 珠江,2、河流,河道级别划分 河道的次序级别则是将在水系网中位于顶

6、端，上游无进一步分支的河道称为一级河道，两条一级河道汇合后的河道称为二级河道，依此类推。所以一段支流的支流级别越高，其河道级别越低。每一级河道与更高一级河道数量之比称为级序分叉比或河系分叉比。一般来说，此比例大的情况相对于河流狭长、水流平稳。,2、河流,支流级别 在同一个水系中，把直接汇入干流的河流称为一级支流，直接汇入一级支流的称为二级支流，依此类推。 从源头最小支流开始，称为一级河流，以后把二条一级河流汇合后的河段称为二级河流，以此类推到更高级别的河流，。,3、流域,一个水系的干流和支流所流过的整个地区，由分水线所包围的河流集水区，分地面集水区和地下集水区两类。如果地面集水区和地下集水区相

7、重合，称为闭合流域；如果不重合，则称为非闭合流域。平时所称的流域，一般都指地面集水区。,3、流域,流域面积：流域地面分水线和出口断面所包围的面积，在水文上又称集水面积，单位是平方公里。这是河流的重要特征之一，其大小直接影响河流和水量大小及径流的形成过程。,3、流域,每条河流都有自己的流域，一个大流域可以按照水系等级分成数个小流域，小流域又可以分成更小的流域等。另外，也可以截取河道的一段，单独划分为一个流域。,3、流域,流域之间的分水地带称为分水岭，分水岭上最高点的连线为分水线，即集水区的边界线。处于分水岭最高处的大气降水，以分水线为界分别流向相邻的河系或水系。例如，中国秦岭以南的地面水流向长江

8、水系，秦岭以北的地面水流向黄河水系。分水岭有的是山岭，有的是高原，也可能是平原或湖泊。山区或丘陵地区的分水岭明显，在地形图上容易勾绘出分水线。平原地区分水岭不显著，仅利用地形图勾绘分水线有困难，有时需要进行实地调查确定。,3、流域,中 国 七 大 流 域 长 江 流 域、 黄 河 流 域 淮 河 流 域、 海 河 流 域 太 湖 流 域、 松 辽 流 域 珠 江 流 域,4、渠道灌溉,灌区分类： 根据我国水利行业的标准规定，控制面积在20000hm2以上的灌区为大型灌区，控制面积在66720000hm2以上的灌区为中型灌区，控制面积在667hm2以下的为小型灌区。目前，我国有大型灌区402处、

9、中型灌区5200多处、小型灌区l000多万处。,4、渠道灌溉,灌溉渠道分类： 通常分为干、支、斗、农、毛五类。 干渠：从灌溉水源取水或从总干渠分水，向支渠供水的渠道。 支渠：从干渠取水，担负配水任务的二级或三级渠道。 斗渠：灌溉系统中，由支渠引水到毛渠或灌区的渠道。从支渠取水，担负配水任务的三级或四级渠道。 农渠：从斗渠取水并分配到田间的最末一级固定渠道。 毛渠：从农渠取水并向畦、沟供水的田间临时渠道。,5、渠系建筑物,1、拦河闸等级划分 拦河闸等级是按照过闸流量大小划分的。大型拦河闸过闸流量大于1000m3/s； 中型拦河闸过闸流量大于100m3/s而小于或等于1000m3/s； 小型拦河闸

10、过闸流量大于或等于10m3/s而小于100m3/s；,5、渠系建筑物,2、渡槽： 渠道跨越其他水道、洼地、道路和铁路等修建的桥式交叉建筑物。输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽。普遍用于灌溉输水，也用于排洪、排沙等，大型渡槽还可以通航。渡槽主要用砌石、混凝土及钢筋混凝土等材料建成。 渡槽又称高架渠、输水桥，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。通常架设于山谷、洼地、河流之上，用于通水、通行和通航。用来把远处的水引到水量不足的城镇、农村以供饮用和灌溉。,5、渠系建筑物,2、渡槽 南水北调工程中，40余座引水跨越山谷和江河的渡槽，将成为世界最大的引水渡槽。日前，由武汉大学王长德教授带

11、头的该项目通过专家评审，成功解决了在我国建设世界最大渡槽的技术难关。,5、渠系建筑物,2、渡槽的组成 渡槽由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。槽身置于支承结构上，槽身重及槽中水重通过支承结构传给基础，再传至地基。 渡槽一般适用于渠道跨越深宽河谷且洪水流量较大、渠道跨越广阔滩地或洼地等情况。它比倒虹吸管水头损失小，便利通航，管理运用方便，是交叉建筑物中采用最多的一种型式 。,5、渠系建筑物,2、渡槽的组成 进出口：包括进出口渐变段、与两岸渠道连接的槽台、挡土墙等。其作用是使槽内水流与渠道水流平顺衔接，减小水头损失并防止冲刷。,5、渠系建筑物,2、渡槽的组成 槽身:主要起输水作用,对于

12、梁式、拱上结构为排架式的拱式渡槽，槽身还起纵向梁的作用。槽身横断面形式有矩形、梯形、U形、半椭圆形和抛物线形等,常用矩形与 U形。横断面的形式与尺寸主要根据水力计算、材料、施工方法及支承结构形式等条件选定。也有的渡槽将槽身与支承结构结合为一体。,5、渠系建筑物,2、渡槽的组成 支承结构：其作用是将支承结构以上的荷载通过它传给基础，再传至地基。按支承结构形式的不同,可将渡槽分为梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱（或梁）式以及斜拉式等。梁式渡槽的支承结构有重力式槽墩、钢筋混凝土排架（图a）及桩柱式排架等。拱式渡槽的支承结构由墩台、主拱圈及拱上结构组成。槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台

13、。根据拱上结构形式的不同，拱式渡槽又可分为实腹式及空腹式两类。桁架拱式渡槽按结构特征和槽身在桁架拱上位置的不同，可分为上承式、下承式、中承式和复拱式四种。斜拉式渡槽支承结构由塔架与塔墩（或承台）组成，并由固定在塔架上的斜拉索悬吊槽身。 基础：为渡槽下部结构，其作用是将渡槽全部重量传给地基。,5、渠系建筑物,2、渡槽的分类 渡槽根据其支承结构的情况，分为梁式（简支、双悬臂、单悬臂）渡槽和拱式渡槽两大类。,5、渠系建筑物,2、渡槽的分类 按支承结构形式的不同,可将渡槽分为梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱（或梁）式以及斜拉式等。 梁式渡槽的支承结构有重力式槽墩、钢筋混凝土排架及桩柱式排架等。 拱式渡槽

14、的支承结构由墩台、主拱圈及拱上结构组成。槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台。根据拱上结构形式的不同，拱式渡槽又可分为实腹式及空腹式两类。 桁架拱式渡槽按结构特征和槽身在桁架拱上位置的不同，可分为上承式、下承式、中承式和复拱式四种。 斜拉式渡槽支承结构由塔架与塔墩（或承台）组成，并由固定在塔架上的斜拉索悬吊槽身。,5、渠系建筑物,3、隧洞 概念： 在水利工程中为了输水或泄洪，常穿山开挖建成封闭式的输水道，称为水工隧洞。 分类： 按其担负任务的不同，可分为放水隧洞和泄水隧洞。放水隧洞用来由水库放出用于灌溉、发电和给水等所需的水量；泄水隧洞可以用于配合溢洪道宣泄部分洪水，泄放水电站尾

15、水、为检修枢纽建筑物或因战备等的需要而放空水库以及排沙等。,5、渠系建筑物,3、隧洞 组成： 隧洞由进口段、洞身段、出口段组成 隧洞由进、出口的布置主要包括：进、出口和洞身及闸门的布置。,5、渠系建筑物,3、隧洞 水工隧洞的类型 1.按用途分类 （1）泄洪洞：配合溢洪道宣泄洪水，保证安全。 （2）引水洞：引水发电、灌溉或供水。 （3）排沙洞：排放水库泥沙，延长水库的使用年限，有利于水电站的正常运行。 （4）放空洞：在必要的情况下放空水库。 （5）导流洞：在水利枢纽的施工期用来施工导流。 在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量考虑一洞多用，以降低工程造价。如施工导流洞与永久隧洞相结合，枢纽

16、中的泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。,5、渠系建筑物,3、隧洞 水工隧洞的类型 2.按洞内水流状态分类 （1）有压洞：工作闸门布置在隧洞出口，洞身全断面被水流充满，隧洞内壁承受较大的内水压力。 （2）无压洞：工作闸门布置在隧洞的进口，水流没有充满全断面，有自由水面。,5、渠系建筑物,4、涵洞 概念： 涵洞是公路或铁路与沟渠相交的地方使水从路下流过的通道，作用与桥相同，但一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等。此外，涵洞还是一种洞穴式水利设施，有闸门以调节水量。 组成： 涵洞是设于路基下的排水孔道，通常由洞身、洞口建筑两大部分组成。,5、渠系建筑物,4、涵洞 分类： 按照构造形式，涵洞可分为圆管涵

17、、拱涵、盖板涵、箱涵。 按照填土情况不同分类，涵洞可以分为明涵和暗涵。 按建筑材料分类，涵洞可分为砖涵、石涵、混凝土涵及钢筋混凝土涵等。 按水力性能分类，涵洞可分为无压力式涵洞、半压力式涵洞、压力式涵洞。,5、渠系建筑物,4、涵洞,5、渠系建筑物,4、涵洞,5、渠系建筑物,4、涵洞,5、渠系建筑物,4、涵洞 作用 涵洞是用来跨越河流、灌溉渠、道路等障碍物的建筑物，主要功能是上面行车、行人，下面可供排洪、灌溉、立交等正常运行。涵洞在公路工程中占较大比例，是公路工程的重要组成部分，主要表现在工程数量和工程造价上。据有关资料介绍：涵洞工程数量约占桥涵总数的60 一70，平原地区，每公里约有13座；山

18、岭重丘区，每公里平均约有46座。涵洞工程造价约占到桥涵总额的40左右。,5、渠系建筑物,4、涵洞 涵洞与桥 涵洞与桥技术上是以跨径为划分标准的。一般5米（不含）以上称桥，以下就称涵洞。但圆管涵和箱涵不论孔径、跨径多少都称涵洞。 但实际上，涵洞与桥梁的主要区别是在于，一般涵洞上有填土，而桥上就直接铺轨道（但仍有道碴）。从侧面看，涵洞就象在路基上挖的孔，而路基在桥梁处就断开了。,5、渠系建筑物,5、桥 按跨径大小和多跨总长分为：特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞。 其中： 特大桥：多孔跨径总长500米， 单孔跨径100 米 大桥：多孔跨径总长100米，单孔跨径40 米 中桥：30米多孔跨径总长100米

19、， 20单孔跨径40 米 小桥：8米多孔跨径总长300米， 5单孔跨径20米 涵洞：多孔跨径总长8米， 单孔跨5米,5、渠系建筑物,5、桥 按使用性分：公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等。 按行车道位置分为：上承式桥、中承式桥、下承式桥。 按承重构件受力情况可分为：梁桥、板桥、拱桥、钢结构桥、吊桥、组合体系桥（斜拉桥、悬索桥）。 按使用年限可分为：永久性桥、半永久性桥、临时桥。 按材料类型分为：木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 概念： 倒虹吸管是设置在渠道与河流、山沟、谷地、道路等相交处的压力输水建筑物。它与渡槽相比，具有造价低、施工方便的优点，但

20、水头损失较大，运行管理不如渡槽方便。,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 结构：,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 组成： 由进口段、管身段、出口段组成。 （1）进口段的形式和布置 进口段包括进水口、拦污栅、闸门、启闭台、进口渐变段及沉沙池等。进口段的结构型式，应保证通过不同流量时管道进口处于淹没状态，以防止水流在进口段发生跌落、产生水跃而使管身引起振动。进口具有平顺的轮廓，以减小水头损失，并应满足稳定、防冲和防渗等要求。,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 组成： （2）出口段的形式和布置 出口段包括出水口、闸门、消力池、渐变段等。其布置形式与进口段相似。为使出口与下游渠道平顺连接，一般设渐变段，其长度常用用46

21、倍的渠道设计水深。同时渐变段下游35m长度内的渠道还应护砌，以防止水流对下游渠道冲刷。渐娈段的底部常设消力池。消力池长度一般为渠道设计水深的56倍。消力池深度可按下式估算：T0.5D+30（ ）。,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 组成： （3）管身及镇墩的形式与构造 管身：倒吸管的材料应根据压力大小及流量的多少、就地取材、施工方便、经久耐用等原则综合分析选择。常用的材料主要有混凝土、钢筋混凝土、铸铁和钢材等。 为防止温度、冰冻、耕作等不利因素影响，管道应埋设在耕作层以下；在冰冻区，管顶应布置在冰冻层以下；在穿越河道时，管顶应布置在冲刷线以下0.5m；穿越公路时，为改善管身的受力条件，管顶应埋设在路

22、面以下1.0m左右。 为了防止管道因地基不均匀沉陷及温度过低产生较大的纵向应力，使管身发生横向裂缝，管身应设置伸缩缝，缝内设止水。缝的间距应根据地基、管材、施工、气温等条件确定。伸缩缝的型式主要有平接、套接、企口接以及预制管的承插式接头等。缝的宽度一般为12，缝中堵塞沥青麻绒、沥青麻绳、柏油杉板或胶泥等。,5、渠系建筑物,6、倒虹吸 组成： （3）管身及镇墩的形式与构造 镇墩。在倒吸管的变坡及转弯处都应设置镇墩，其主要作用是连接和固定管道。在斜坡段若坡度陡，长度大，为防止管身下滑，保证管身稳定，也应在斜坡段设置镇墩，其设置个数视地形、地质条件而定。镇墩的材料主要为砌石、混凝土或钢筋混凝土。砌石

23、镇墩多用于小型倒虹吸工程。在岩基上的镇墩，可加锚杆与岩基连结，以增加管身的稳定性。 镇墩承受管身传来的荷载及水流产生的荷载，以及填土压力、自身重力等，为了保持稳定，镇墩一般是重力式的。 镇墩与管盖的连接形式有两种：刚性连接和柔性连接。,6、堤防,堤防的分类与堤防工程的级别 按建筑材料，堤防可分为土堤、砂堤、石堤、混凝土堤等四种。 （1）土堤：由粘土、壤土筑成，主要建在平原地区江河沿岸、海岸、湖泊四周、排灌沟渠沿岸及水库周边。 （2）砂堤：由沙土或砂砾石筑成，主要建在山区、丘陵区江河沿岸，水库周边、海岸。 （3）石堤：由块石或条石筑成，主要建在海岸、取土困难的江河沿岸及城区河段沿岸。 （4）混凝

24、土堤：由混凝土或钢筋混凝土筑成，主要用于城区河段沿岸。 按所在位置，堤防可分为河（江）堤、海堤、湖堤、水库堤及渠（沟）堤等五种。,6、堤防,堤防工程的级别 堤防工程的级别依据堤防工程的防洪标准确定，依据堤防工程设计规范（GB502861998），堤防工程分为5级 。,6、堤防,险情的鉴别与抢护： 常见的堤防险情有：漫溢、渗水、漏洞、滑坡、管涌、风浪、坍塌、裂缝等。 漫溢 抢护原则：水涨堤高 抢护方法：纯土子埝、土袋子埝、护坡子埝。 渗水 抢护原则：临河截渗，背河导渗。 抢护方法：临河帮戗、开沟导渗等。,6、堤防,漏洞 抢护原则：临河截堵断流，背河反滤导渗， 临背并举。 抢护方法：抛袋堵漏，反滤设备。 滑坡 抢护原则：消除渗透压力，恢复堤身稳定。 抢护方法：开沟导渗，滤水还坡。,6、堤防,管涌 抢护原则：反滤导渗，制止涌水带出泥沙。 抢护方法：减压围井，反滤铺盖。 风浪 抢护原则：破浪固堤。 抢护方法：土袋防浪，桩柳固堤。,6、堤防,坍塌 抢护原则：护岸固基，缓流落淤。 抢护方法：护脚防冲，沉柳护脚。 裂缝 抢护原则：消除成因，固堤、填缝。 抢护方法：开挖回填，灌堵缝口。,7、干旱,概念： 干旱是因长期少雨而空气干燥、土壤缺水的气候现象。 等级划分： 小旱：连续无降雨天数，春季达16-30天、夏季16-25天、秋冬季31-50天。 中旱：连续无降雨天数，