水利水电工程基本概念

第一章:我国水资源和水利电力建设概况1）按照所承担的任务，水利工程的分类河道整治与防洪工程2）农田水利工程3）水力发电工程4）供水和排水工程5）航运工程1.我国水资源的特点以及解决我国水资源面临问题的途径2.水资源特点：1）水资源总量丰富，人均占有量少2）水资源在空间上分布不平衡3）水资源在时间上分布不平衡4）水资源分布与人口、耕地布局不相适应5）水土流失严重6）水资源利用效率低解决途径：修建水利工程，在时间上重新分配水资源，在空间上调配水资源，并且拦截水土。

修建农田水利工程，提高水资源的利用效率。

3.解决水资源时间和空间分布不均匀的工程措施兴建水库，跨流域调水第二章水库、水利枢纽和水工建筑物1.水工建筑物的特点1）工作条件的复杂性水工建筑物工作条件的复杂性主要由于水的作用。

水工建筑物要抵抗静水压力、浪压力、冰压力、动水压力，还要解决防渗和渗流控制的问题，除此外，还要解决高速水流可能带来的问题，做好消能防冲设计。

2）施工建造的艰巨性施工导流的问题，开挖地基和地基处理，工期较长遇到洪水期的问题，大体积混凝土温度控制的问题。

3）设计选型的独特性水工建筑物的型式、构造和尺寸与建筑物所在地的地形、地址、水文条件密切相关。

4）工程效益的显著性5）环境影响的多面性6）实施后果的严重性2.不同级别水工建筑物的不同要求主要体现在水利水电工程的等别，根据其工程规模、效益以及工程在国民经济中的重要性分，主要体现在防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，拦河闸工程还根据其过闸流量的大小确定工程等别；灌溉、排水泵站的等别，应根据其装机流量和装机功率确定。

3.水利水电工程的等级综合利用的水电枢纽工程，当其水库总库容、装机容量分属不同的等别时，工程等别应取其中最高的等别。

1）永久性建筑物：主要建筑物：坝、泄洪建筑物、输水建筑物、电站厂房次要建筑物：挡土墙、导流墙、工作桥2）临时性建筑物：导流建筑物工程等别主要建筑物次要建筑物Ⅰ 1 3Ⅱ 2 3Ⅲ 3 4Ⅳ 4 5Ⅴ 5 54.水库的特征水位与库容的意义和关系特征水位：1）正常蓄水位：（正常高水位、兴利水位、设计蓄水位）意义：水利在正常运用情况下，为了满足兴利要求在开始供水时应该蓄到的水位，它是决定水工建筑物的尺寸、投资、淹没、水电站出力等指标的重要因素。

2）防洪限制水位（汛前限制水位）意义：水库在汛期允许行李蓄水的上限水位，也是水库在汛期防洪运用使得起调水位。

3）设计洪水位意义：水库遇到大坝的的设计洪水时，在坝前达到的最高洪水位。

4）校核洪水位意义：水库遇到大坝的校核洪水时，在坝前达到的最高水位，是水库在正常运用的情况下，允许临时达到的最高洪水位、5）防洪高水位意义：是指水库遇下有保护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。

6）死水位意义：水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位。

特征库容：1）总库容：最高水位以下的水库经库容，一般指校核水位一下的水库容积，表示水库工程规模的代表性指标，可最为跨分水库等级、确定工程安全标准的重要依据。

2）防洪库容：防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积，用以控制洪水，满足水库下游防护对象的防洪要求。

3）调洪库容：校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。

4）兴利库容（有效库容）：正常蓄水位至死水位之间的水库容积。

5）公用库容（重复利用库容）：当防洪限制水位低于正常蓄水位时，正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积6）死库容：死水位以下的水库容积。

第三章挡水建筑物1.重力坝、拱坝和土石坝的工作原理和作用荷载1）重力坝工作原理：重力坝利用坝身自重在坝基面上产生摩擦阻力来抵抗水压力，满足抗滑稳定要求；依靠坝体自重在水平界面上产生的压应力来抵消有水压力引起的拉应力，满足强度要求。

作用荷载：（1）自重：包括建筑物及其附属设备的重量（2）水压力：包括静水压力、动水压力、浪压力、扬压力（3）冰压力：包括经静压力与动压力（4）土压力：主动土压力、被动土压力、泥沙压力（5）地震力：包括建筑物惯性力和水的激荡力（6）温度变化2）拱坝工作原理：水平拱系统和竖直梁系统共同作用，拱坝利用筑坝材料的抗压强度和两岸拱座的反力来维持稳定。

作用荷载：1）自重荷载：薄拱坝不考虑自重荷载，不考虑扬压力；中厚拱坝和重力拱坝要考虑自重，考虑扬压力；2）水平径向荷载：静水压力；泥沙压力、浪压力、冰压力3）温度荷载3）土石坝工作原理：土石坝利用坝身自重在坝基面上产生摩擦阻力来抵抗水压力，满足抗滑稳定要求；依靠坝体自重在水平界面上产生的压应力来抵消有水压力引起的拉应力，满足强度要求。

利用防渗体来满足防渗、构造、施工和防裂等方面的要求；利用排水设备和反滤层降低浸润线，使坝体下游经常处于干燥的状态，增加坝体的稳定性，防止下游坝坡及地基土壤产生管涌和流土等现象。

作用荷载：1)自重荷载2)水平径向荷载：静水压力，动水压力，浪压力，冰压力，泥沙压力2.重力坝的两项设计要求1）在任何一个截面上，必须满足抗滑稳定的要求2）坝内各点，一般地说，均应满足强度要求3.重力坝地基处理的措施1）坝基开挖和清理将坝体置于坚固、稳定的地基上2）坝基加固处理固结灌浆：提高坝基的整体性和强度，降低低级的透水性，减少变形断层破碎带处理：软弱夹层的处理：设置混凝土塞、设混凝土深齿墙、钢筋混凝土抗滑桩3）坝基防渗和排水帷幕灌浆：降低渗透水压力，减少渗流量，防止坝基产生机械或化学管涌坝基排水：一般在防渗帷幕后设置排水孔帷幕和辅助排水孔幕4.拱坝的地基处理措施1）坝基开挖高坝开挖至新鲜或微风化岩体，中底坝开挖至微风化或弱风化岩体，整个坝基利用岩基面的纵坡平顺无突变。

2）固结灌浆坝基进行全面的固结灌浆，提高基岩的整体性和强度3）接触灌浆提高接触面上的抗剪强度，防止接触面渗漏。

4）帷幕灌浆防止渗漏损失5）坝基排水设坝基排水孔和排水廊道，充分降低两岸岩体内的地下水位和坝基扬压力。

6）断层破碎带处理开挖回填、混凝土塞或传力强等工程措施7）垫座设置在坝体岩基间，坝体更规则5.土石坝防渗排水的基本原则前堵后排（上游堵下游排），减小扬压力6.土石坝的基本坝型1）均质坝绝大部分由俊逸的透水性较弱的黏土填筑而成2）土质心墙坝和斜墙坝防渗体采用渗透性较弱的粘性土料，坝壳采用透水性较强的砂石料。

防渗体设在中央或稍偏向上游；上游面或近上游面3）人工防渗材料心墙坝和斜墙坝防渗体采用沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料其余部分土石料构成4）多种土质坝5）土石混合坝7.土石坝的设计原则和要求1）不允许水流漫顶，要求坝体有一定的超高；2）满足渗流控制要求：渗流量大，影响水库效益，还引起渗透变形3）坝体坝基稳定可靠：确保抗震破坏能力4）抵抗其他自然界的破坏作用，避免有害裂缝5）安全使用前提下，力求经济美观8.支墩坝的分类平板坝（平面盖板）、连拱坝（拱形盖板）、大头坝（支墩头部扩大）9.面板堆石坝的组成部分堆石体、面板、底座（趾板）、垫层、过渡层、下游护坡10.不同坝型的超载能力拱坝> 重力坝> 面板堆石坝> 土石坝11.重力坝拱坝分缝的异同点1）相同点：由于温度控制和施工的需要都设置了横缝和纵缝2）不同点：重力坝：横缝有永久缝和临时缝两种，纵缝都是临时缝，温度正常后要进行接缝灌浆；拱坝：横缝和纵缝都是临时缝，当坝体混凝土冷却到稳定温度用水泥浆将伸缩缝封填，保证坝体的整体性12.碾压混凝土坝的优缺点优点：1）运输浇筑均可实现机械化2）单位水泥用量及用水量少3）水化热、温升及干缩率小4）采用普通薄层浇筑，一般不设纵缝，节约模板、接缝灌浆费用5）工程造价低缺点：1）含砂率高2）防渗、抗冻、抗裂性差，易形成渗流薄弱环节3）要求剖面结构尽可能简化13.渗流、管涌、流土的概念1）渗流：土石坝挡水后，在上下游水位差作用下，水流将通过坝体、坝基和两岸坝肩自高水位侧向低水位侧运动，形成渗流场；2）管涌：渗透坡降足够大时，坝体或坝基中的无粘性土细颗粒被渗透水流带走并形成渗流通道的现象3）流土：渗透坡降足够大时，在渗流作用下产生的土体浮动或流失的现象。

第四章：泄水建筑物1.泄水建筑物的分类和适用条件泄水建筑物的按功用分类：（1）泄洪建筑物。

用来宣泄水库容纳不下的洪水，（溢洪道、泄洪隧洞）（2）泄水孔（或放水孔）。

用来放泄一定的流量供给下游的需要；检修枢纽建筑物时放空水库；在洪水期兼泄一部分洪水，同时还可以冲淤，（中孔、深孔）（3）施工泄水道。

用来宣泄施工期的流量，（泄洪隧洞、深孔）2.泄水建筑物主要消能型式消能方式：1）底流消能：在坝趾下游设置一定长度的混凝土护坦，过坝水流在护坦上发生水跃，形成旋滚，使高速水流的能量通过掺气、水分子相互撞击、摩擦而消能。

（消力池、）2）面流消能：在坝趾处设置鼻坎将水流挑向水面，挑向水面的主流形成波浪并逐步扩散，在坎后的主流下部产生负向旋滚消能。

3）挑流消能：利用设在坝趾的挑流鼻坎把下泄的高速水流向下游空中挑射，在下游较远处落入河床，水流在挑射过程中经扩散、掺气消能。

4）戽流消能：在坝趾设置一戽斗，下泄水流部分形成“三滚一浪”，戽内戽滚，戽后底滚，主浪涌浪及其后面滚。

利用旋滚和涌浪，产生强烈的掺混和紊动消能。

3.水闸闸基渗流的危害和防渗措施1）．闸基渗流的主要危害⒈沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力，减轻建筑物有效重量，降低闸身抗滑稳定性，沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力；⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失；⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。

3）防渗措施：1.在闸底板的上游布置防渗设备（水平铺盖或铅直木桩）用来延长地板上游的神经，减少闸底板上的渗透压力，降低神流畅的平均渗透坡降；2.在闸底板的下游布置排水和反滤层，减少闸底板上的渗透压力，防止渗透变形。

4.水闸的消能方式和设施消能方式一般采用底流消能（底流式水跃消能），其工程措施通常采用挖深的办法形成消力池。

设施：底流式的主要消能结构是消力池，在池中利用水跃进行消能。

消力池后面紧接海漫，在海漫上继续消除水流的剩余动能，是水流扩散并调整流速分布，以减少底部流速，保护河床免受冲刷。

还蛮末端需设置防冲槽或防冲齿墙。

措施：（1）选用合适的单宽流量；（2）合理进行平面布置，以利于水流扩散，避免或减轻回流的影响；（3）消除水流的多余能量，采用合适的消能防冲设施，保护河床和岸坡；（4）拟定合理的运行方式，严格按照规定操作。

第五章：水利枢纽的施工导流1.施工导流标准确定的重要性施工导流的设计标准简称导流标准，它是确定施工导流设计流量的依据。

导流标准的高低直接影响导流建筑物的工程量，造价和工期，如果定高了导流设计流量就大，导流工程量也大，从而延长了工期，提高造价；反之设计量就小，工程量也小。