水利工程基础知识

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洪水
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洪水
洪水的频率、重现期
– 例：50年一遇的洪水，其频率为2%，重现期为50 年； 20年一遇的洪水，其频率为5%，重现期为20 年；
– 50年一遇的洪水规模大于20年一遇的洪水。 – 频率、重现期为统计定义，不确定。
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水利工程
典型工程：葛洲坝水利枢纽工程
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水工建筑物的工作特点
工作条件复杂。 受自然条件制约，施工难度大。 效益大，对环境影响大。 失事后果严重。
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水工建筑物的分类
按作用——
1. 挡水建筑物：拦截江河，形成水库。
重力坝、土石坝、拱坝、水闸等
2. 泄水建筑物：宣泄洪水，保证水库安全。
三、水力发电（发电效益）
坝式 引水 混合
典型工程：丰满水电站
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水利工程的作用
四、给排水（供水效益）
城市供水 污水处理
典型工程：石头口门水库
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水利工程的作用
五、航运（航运效益）
调整天然河道水流条件和水深，改善通航条件。 修建通航建筑物。 开挖运河。
2 500~100
3 100~50
4
5
50~30 30~20
非常运用（校核洪水）
不同坝型的枢纽工程
土坝、堆石坝、干砌石坝 混凝土坝、浆砌石坝
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建筑物级别
1
2
3
4
5
洪水重现期（年）
10000 2000 1000 500 300
5000 1000 500 300 200
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我国《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》规定， 水利水电枢纽工程划分为五等，所属建筑物划分为5 级。
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水利枢纽的分等
水利水电枢纽工程划分为五等
分 等 方 法
拦河闸工程按过闸流量分等。 灌溉、排水泵站按装机流量、功率分别分等，并选取高等别。
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水工建筑物的分级
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河川径流的产生
流域
– 河流所汇集雨水的区域。 – 相邻两流域的界线称为分水线。 – 常以地面分水线索控制的面积为流域面积（集水
面积）。 – 集水面积越大，汇集的水量越多。
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河川径流的产生
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河川径流的水文要素
水位
– 水体的自由水面相对于某一固定基准面的高程。 – 基准面采用1985国家高程基准（黄海零点） – 水位观测设备为水尺或自己水位计。水位变化不
的洪水时水库最高水位。 – 汛期限制水位与设计、校核洪水位之间的库容称
防洪库容。
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水库
特征水位与库容
– 校核洪水位以下的库容为总库容。 – 正常蓄水位与汛期限制水位之间的库容为重复库
容。
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水利工程的作用
一、河道整治与防洪（防洪效益）
采用“上拦下排，两岸分滞”的工程体系
永久性水工建筑物根据其所属工程等别及其在工程中的作用和 重要性分5级，临时性水工建筑物根据保护对象的重要性、失事 后果、使用年限和规模分3级。
工程等别
一 二 三 四 五
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永久性建筑物级别
主要建筑物 1 2 3 4 5
次要建筑物 3 3 4 5 5
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水工建筑物的提级
水库的大坝，高度超过规定者，可提高一级，但洪水标准不提。
为了控制、利用水资源，达到除害兴利的目的， 必须采取各种工程措施和非工程措施，采取的工程 措施就是水利工程，工程中的建筑物称为水利工程 建筑物，简称水工建筑物。
几种不同类型的水工建筑物集合在一起，形成 一个综合体，用来支配、控制水流，此综合体称为 水利枢纽，其中蓄水枢纽称为水库。
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水利工程基础知识
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主要内容
一、水文水资源知识、水库 二、水利工程的作用及特点 三、水工建筑物的分类 四、常见的水工建筑物 五、水利枢纽的分等与水工建筑物的分级
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结 束2
我国的水资源
水资源
水量：水的数量。全球水量为淡水资源中的动态储 备，也就是水循环的总量。
水质：水的质量。
6. 专门建筑物：完成某一专门任务的建筑。
电站厂房、冲沙闸、船闸、升船机等
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水工建筑物的分类
按使用期限——
1. 永久性建筑物：在工程运用中长期使用的建筑物， 如大坝、溢洪道等。按其在枢纽中的重要性又可 分为：
主要建筑物 次要建筑物
2. 临时性建筑物：仅在施工中使用的建筑物，如围 堰、导流建筑物等。
坝的原级别
2
3
4
5
坝高 土坝、堆石坝、干砌石坝 90 70 50 30 （M） 混凝土坝、浆砌石坝 130 100 70 40
地质条件特别复杂或实践较少的新型结构，可提一级，洪水标准 不提。
综合利用的水利枢纽工程，如按不同的分等指标，其中两项接近 同一级别上限，其共用建筑物提高一级。
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降水
降雨等级划分
– 小雨：24小时雨量在10毫米以下的降水。 – 中雨：24小时雨量在10～25毫米的降水。 – 大雨：24小时雨量在25～50毫米的降水。 – 暴雨：24小时雨量在50～100毫米的降水。 – 大暴雨：24小时雨量在100～250毫米的降水。 – 特大暴雨：24小时雨量在250毫米以上的降水。
溢流坝、泄水孔、溢洪道、泄水隧洞等
3. 输水建筑物：从上游向下游输送水流。
引水隧洞、渠道、引水涵管等
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水工建筑物的分类
按作用—— 4. 取水建筑物：输水建筑物的首部建筑。
进水建筑物、进水闸、扬水站、渠首建筑物等
5. 整治建筑物：改善水流条件，保护河床。
丁坝、顺坝、导流堤、护岸、护底等
上拦：在上游进行水土保持，修建水库拦蓄洪水。 下排：疏浚河道，修堤筑防，提高河道泄洪能力。 两岸分滞：设置分洪区。
典型工程：三峡水利枢纽工程
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水利工程的作用
二、农田水利（灌溉效益）
取水工程 输水配水工程 排水工程
典型工程：二龙山水库
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水利工程的作用
大时早晚8点观测两次；汛期加测。
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河川径流的水文要素
流量Q
– 单位时间通过某断面的水量。 – 流量Q为断面面积与平均流速乘积。
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洪水
洪水过程线
– 一次洪水的流量随时间的变化曲线。 – 流量最大值为洪峰流量。 – 发生时间为洪水历时。 – 洪水总量为洪量。
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常见的水工建筑物
重力坝 拱坝 土石坝 渠系建筑物
水闸 溢洪道 隧洞与涵管
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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分等分级的必要性
为使工程的安全性和经济性合理的统一起来，将水利 工程及其所属建筑物按工程规模、效益大小及其在国 民经济中的重要性划分为不同的等级，并采取不同的 设计标准。
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对不同级别建筑物的不同要求
抗御洪水的能力
如：洪水标准、坝顶超高。
安全性
如：强度、稳定安全度。
建筑材料
如：材料的品种、质量、耐久性。
运行可靠性
如：建筑物的供水、供电、通航的保证率，闸门 等设备的可用性。
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洪水标准的确定
正常运用（设计洪水）
建筑物级别
1
洪水重现期（年） 2000~500
水能：水所蕴含的机械能。
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我国的水资源
我国的水资源分布
总量多，人均少。 时空分布不均。
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降水
雨量
– 一定时段内降雨在没有流失、渗润和蒸发的情况 下，累积的厚度，以毫米为单位。按规定，一般 降雨，以上午8点作为日分界，以本日8点到次日8 点的24小时内所有降水量为本日降水量；如遇暴 雨、大暴雨，一般按2小时或3小时加测；如降冰 雹，应在冰雹停止时测报。
水库
水位
– 水库的水面高程。
库容
– 水位以下的蓄水容积。
水位库容关系曲线
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水库
特征水位与库容
– 死水位：正常运用允许的最低水位。以下的库容 为死库容。
– 正常蓄水位：最高的兴利水位。与死水位之间的 库容为兴利库容。
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水库
特征水位与库容
– 汛期限制水位：汛期允许蓄水的上限水位。 – 设计、校核洪水位：水库遇设计标准或校核标准