水利水电1.docx

1、水利水电1水利水电基础知识一、水利水电工程等级划分：根据其工程规模、效益以及在国民经济中的重要性，划分为、五等。工程等别水库防洪治涝灌溉供水水电站等别工程规模总库容(108m3)城镇及工矿企业的重要性保护农田(万亩)治涝面积(万亩)灌溉面积(万亩)城镇及工矿企业的重要性装机容量(104kw)大(1)型10特别重要500200150特别重要120大(2)型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.1中等100306015505中等305小(1)型0.100.01一般30515350.5一般51小(2)型0.010.001530.51注:总库容系指校核水位以下的水

2、库静库容 灌溉面积系指设计灌溉面积。 二、水工建筑物级别划分：工程等别永久性建筑级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55注:永久性建筑物。系指枢纽工程运行期间使用的建筑物,根据其重要性分为:主要建筑物, 系指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物,例如坝、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等；次要建筑物，系指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物，例如失事后不影响主要建筑物和设备运行的挡上墙、导流墙、工作桥及护岸等；临时性建筑物。系指枢纽工程施工期间所使用的建筑物，例如导流建筑物等。1、永久性水工建筑物正常运行的洪水标准：建筑物

3、级别12345洪水重现期(年)5001005030202、堤防工程分类标准：防护对象项 目堤防工程的级别12345城镇重要程度特别重要城市重要城市中等城市一般城市-非农业人口(万人)15015050502020-乡村防护区耕地面积(万亩)5005003003001001003030防护区人口(万人)25025015015050502020工矿企业主要厂区(车间)特大型大型中型中型小型辅助厂区(车间)-特大型大型中、小型生活区3、堤防工程的防洪标准：堤防工程的级别12345防洪标准重型期（年）10010050503030202010三、水闸分等标准：根据水闸技术管理规程，按校核过闸流量(无校核过

4、闸流量则以设计过闸流量为准)划分为: 大型水闸:l000m3s及以上。 中型水闸:l00m3s及以上，不足1000m3s。 小型水闸:l0m3s及以上，不足100m3s。 四、水工建筑物的分类及作用（一）按作用分类 1挡水建筑物，如各种坝和水闸以及沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 2泄水建筑物，如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道等。 3输水建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。 4取(进)水建筑物，如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首和供水用的扬水站等。 5整治建筑物，是用以改善河流的水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道以及为防护河流、水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如顺

5、坝、丁坝、导流堤、护底和护岸等。 6专门建筑物，是为灌溉、发电、过坝等需要兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉砂池、冲砂闸；专为过坝用的升船机、船闸、鱼道、过木道等。（二）按用途分类 1一般性水工建筑物具有通用性。 2专门性水工建筑物，只实现其特定的用途。如水电站建筑物、水运建筑物、农田水利建筑物、给水排水建筑物、过鱼建筑物等。（三）按时间长短分类1.永久性建筑物2.临时性建筑物五、水库的特征水位1. 校核洪水位：水库遇到大坝的校核洪水时坝前允许达到的最高库水位。该水位也是设计考虑最不利水文条件下的最高库水位。是确定坝高的依据。2. 设计洪水位：水库

6、遇到大坝设计洪水时坝前允许达到的最高库水位；3. 防洪高水位：水库或其他水工建筑物遇到下游保护对象设防洪水时，在坝前或建筑物前达到的最高水位。4. 正常蓄水位：水库在正常运用情况下，为满足设计的兴利要求，允许达到的最高水位。（正常高水位、设计蓄水位、兴利水位）5. 防洪限制水位（汛前限制水位）：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，也是水库在汛期防洪运用时的起调水位。6. 死水位：水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位。在取水口之上并保证取水口有一定的淹没深度。六、堤防工程特征水位 设防（防汛）水位：开始组织人员防汛的水位； 警戒水位 保证水位水工建筑物一、土石坝1. 概念：土石坝泛指由当地土

7、料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝、以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。2. 分类： 土石坝按坝高可分为：低坝（30m以下）、中坝（3070m）和高坝（超过70m）。 土石坝按其施工方法可分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。应用最为广泛的是碾压式土石坝。3. 碾压式土石坝分类： 均质坝：坝体断面不分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。 土质防渗体分区坝：即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体

8、的坝。包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。 非土料防渗体坝：防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝。按其位置也可分为心墙坝和面板坝。4. 土石坝的构造及作用 坝顶构造：1）坝顶宽度：类型坝高（米）坝顶宽度（米）高坝超过70m1015m中坝3070m510m低坝低于30m510m 2）护面：材料：用碎石、砌石、沥青或混凝土。级以下的坝下游可采用青草护面。 作用：保护坝顶不受破坏； 坡度采用2%3%。 3）防浪墙：高度为1.01.2m；材料为混凝土或浆砌石；墙基与

9、坝体防渗体可靠的连接起来。 防渗体作用为减少通过坝体和坝基的渗流量；降低浸润线，增加下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降，防止渗透变形。（黏性心墙和斜墙顶部水平厚度一般不小于3米） 护坡形式有草皮、抛石、干砌石、浆砌石、混凝土或钢筋混凝土、沥青混凝土、水泥土等。 坝坡排水（坝面是干砌石或堆石的时候，可不设坝面排水；坝较长时，应沿坝轴线方向每隔50100m左右设一横向排水沟） 土石坝的排水设施（贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、管式排水、综合排水）作用：降低坝体浸润线及孔隙水压力，防止坝坡土冻胀破坏。1） 贴坡排水:（12层堆石或砌石紧贴下游坝坡的表面设置）构造简单，节省材料，便于维修，但不能降低浸润线，

10、且易因冰冻而失效；常用于中小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中等高度坝。2） 棱体排水:可降低浸润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷；多用于河床部分有水的下游坝脚处。（棱体顶宽不得小于1米）3） 反滤层：因避免渗透系数和材料级配的突变而设置的。材料粒径沿渗流方向由小到大排列。二、堤防 堤防的构造和作用与土石坝类似。（坝顶、防渗体、护坡、坝坡排水、坝体排水等）； 堤高超过6米，设戗台，宽度不小于1.5米；风浪大的海堤、湖堤临水侧设消浪平台，宽度为波高的12倍，但不小于3米。三、水闸1. 类型 按其所承担的主要任务，可分为：节制闸、 进水闸、 冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等

11、； 按闸室的结构形式，可分为：开敞式、胸墙式和涵洞式（图1）；2. 组成部分及作用1） 闸室（底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、连接桥等）2） 上游连接段（铺盖、护底、护坡、上游翼墙） 铺盖（黏土、混凝土、钢筋混凝土），具有不透水性，同时兼有防冲功能；作用为延长渗径长度以达到防渗目的； 护底与护坡：防冲刷功能，长度为35倍堰顶水头； 上游翼墙：改善水流条件，挡土，防冲，防渗等；（重力式翼墙：地基承载力较高、高度在56米以下的情况，在中小型水闸中运用很广/悬臂式翼墙：适用于高度69米左右、地质条件较好的情况/扶壁式翼墙：适用于高度在89米以上、地质条件较好的情况/空箱式翼墙：适用于高度较高，地质条

12、件较差的情况） 3）下游连接段（护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙与护坡等） 护坦（消力池）应有足够的重量、强度和抗冲耐磨能力；用混凝土或浆砌块石。 海漫：表面粗糙，能够消除余能；透水性好，利于渗流顺利排出；具有一定的柔性，能够适应河床变形；采用砌石或干砌块石。 下游翼墙的总扩散角在1524度之间。四、混凝土坝（重力坝、拱坝、支墩坝）-熟悉（一）重力坝1.概念：主要依靠坝体自重保持强度和稳定的坝。（垂直于坝轴线的横缝将坝体分成若干段）2.重力坝的类型：重力坝按高度分高坝中坝低坝按材料分混凝土重力坝浆砌石重力坝按泄水条件分溢流重力坝非溢流重力坝按结构分实体重力坝空腹重力坝宽缝重力坝按施工方法分浇筑

13、混凝土重力坝碾压混凝土重力坝3. 重力坝的构造和作用 坝顶构造1） 非溢流坝段：坝顶设挡浪墙，高度一般为1.2米，坝顶最小宽度为3米，碾压混凝土为5米。2） 溢流坝段 重力坝的防渗与排水设施1） 防渗设施：坝体上游面和下游面水位以下部门，采用一层具有防渗、抗冻和抗侵蚀的混凝土。厚度一般为1/201/10水头，但不小于2米。2） 排水设施：靠近上游坝面设置排水管幕，与上游坝面距离为作用水头的1/151/25，且不小于2米，排水管间距为23米。 重力坝的分缝和止水1） 横缝:与坝轴线垂直，将坝体分为若干段，间距一般为1520米。永久性横缝可兼做沉降缝和温度缝，缝面为平面。不均匀沉降较大时，留缝宽1

14、2米，缝间用沥青油毡隔开，缝内设止水/临时性横缝缝面设键槽，埋设灌浆系统。2） 纵缝：平行于坝轴线的缝，间距为1530米，缝面设三角形键槽，布设灌浆系统，缝宽大0.5毫米时灌浆。作用为适应混凝土的浇筑能力、散热和减小施工期的温度应力。（进浆管压力：0.350.45MPa/回浆管压力：0.20.25 MPa）3） 水平施工缝：新老混凝土的水平结合面。每层厚度约为1.54.0米，基岩表面约0.751.0米，以利散热；相邻水平施工缝，高程错开，上下块浇筑之间常歇37天；浇筑前，清除老混凝土面浮碴，凿毛，压力水冲洗，再铺一层23厘米的水泥砂浆，然后浇筑。 坝内廊道1） 基础灌浆廊道：城门洞形，宽度一般

15、为2.53.0米；高度一般为3.03.5米；设在上游坝踵处，上游侧距上游坝面约为0.050.1倍水头，不小于45米，距基岩面不小于1.5倍廊道宽度。2） 坝体检修和排水廊道：靠近坝体上游面沿高度每隔1530米设一检查兼作排水用的廊道；各层间用竖井连通；廊道最小宽度为1.2米，高度为2.2米。（二）拱坝的结构特点和类型在平面上呈拱形，外荷载主要通过拱的作用传递至两山岩体的坝。拱坝的类型：定圆心等半径拱坝、等中心角变半径拱坝、变圆心变半径双曲拱坝。（三）支墩坝的结构特点和类型 平板坝：适用于40米以下的中低坝； 连拱坝：适用于气候温和地区和良好的基岩上； 大头坝：对地基的适用性好，受气候条件影响小

16、，适应性广。五、泵站的布置及水泵的分类-熟悉（一）叶片泵的分类：1.离心泵（单级单吸式、单级双吸式、多级式、自吸式）2.轴流泵（立式泵、卧式泵、斜式泵；固定式、半调节式、全调节式）3.混流泵（蜗壳式、导叶式）（二）叶片泵抽水装置 1.离心泵抽水装置：启动前泵壳和进水管必须充满水，充水方式有：真空泵、高位水箱和人工等； 2.轴流泵抽水装置：立式的安装在进水池最低水位以下，无需充水设备。（三）叶片泵的性能和参数（流量、扬程、功率、效率、允许吸上真空高度或必须气蚀余量、转速等） 1.设计扬程（工作扬程） 实际扬程；2.水泵的能量损失：水力损失、容积损失、机械损失。（四）泵站进出水建筑物 引水渠（自动

17、调节引水渠、非自动调节引水渠） 沉砂及冲砂建筑物。（进水口设置拦砂设施，还增设沉砂池，冲砂口门） 前池（衔接引渠和进水池的建筑物，分正向进水池和侧向进水池） 进水池(布置在泵房下面，水泵直接吸水的地方) 出水池（正向出水池、侧向出水池） 压力水箱（正向出水、侧向出水） 出水管道（明式铺设、暗式铺设）（五）泵房的结构形式 移动式（囤船式、缆车型）；固定式（分基型、干室型、湿式型、块基型）六、水电站的组成及作用-熟悉（一）进水口 有压进水口（竖井式进水口、墙式进水口、塔式进水口和坝式进水口）：进水口高程在水库死水位以下；主要设备有拦污栅、闸门、启闭机、通气孔、充水阀等。 无压进水口：一般设在河流的

18、凹岸，由进水闸、冲砂闸、挡水坝和沉砂池组成。（二）引水建筑物 动力渠道：分非自动调节渠道和自动调节渠道，自动调节渠道工作量大，一般用于引水较短的情况。 引水涵洞：分有压引水涵洞和无压引水涵洞；涵洞转弯时，弯曲半径一般大于5倍洞径，且转角应小于60度。 压力管道：有钢管、钢筋混凝土管和钢衬钢筋混凝土管三种；明管设镇墩和支墩，进口设闸门，末端设阀门。（三）平水建筑物 压力前池：连接无压引水系统和压力管道；由前池、进水室、及设备、泄水建筑物、放水及冲砂设备、拦冰及排冰设备组成。 调压室：尽量靠近厂房以缩短压力管道的长度；有自由水面和足够的底面积以充分反射水击波；有足够的断面积使调压室水体的波动迅速衰

19、减；正常运行时水流过调压室底部造成的水头损失要小。（基本类型：简单圆筒式、阻抗式、双室式、差动式、溢流式、气垫式）（四） 厂区枢纽 主厂房：机组段和安装间组成； 副厂房：由机修间、蓄电池室和中央控制室组成； 主变压器场 高压开关站七、渠水建筑物的构造和作用-熟悉（一）渡槽的构造和作用 分类：梁式、拱式、桁架式、斜拉桥式、吊索桥式； 梁式渡槽，简支矩形槽身适应跨度为815米；U型的为1520米。（二）涵洞的构造和作用1. 涵洞的洞身断面形式： 圆形管涵：水力条件和受力条件好，多由混凝土和钢筋混凝土建造，适用于有压涵洞或无压涵洞。（基础采用浆砌石或混凝土管座，包角为90135度） 箱形涵洞：四边封

20、闭的钢筋混凝土结构，适用于现场浇筑的大中型有压或无压涵洞。（基础采用C15素混凝土垫层） 盖板涵洞：由底板、边墙和盖板组成，适用于小型无压涵洞。 拱涵：由底板、边墙和拱圈组成，适用于填土高、跨度较大的无压涵洞。（基础采用C15素混凝土垫层）2. 洞身构造 基础 沉降缝：间距不大于10米，且不小于13倍洞高；有压涵洞，缝中要设止水。 截水环或涵衣：对于有压涵洞，洞身四周设若干截水环或黏土包裹形成的涵衣，以防止洞身外围产生集中渗流。（三）倒虹吸管的构造和作用 进口段的形式：包括进水口、拦污栅、闸门、渐变段及沉砂池； 出口段的形式：包括出水口、渐变段、和消力池等； 管身构造：水头在46米采用混凝土；

21、水头在30米以内用钢筋混凝土；水头在30米以上的采用铸铁或钢管。设沉降缝，缝内设止水。现浇钢筋混凝土在土基上缝距1520米，在岩基上缝距为1015米。路面以下的，管顶在路面以下1米左右。 镇墩和支墩：支墩设置镇墩中间，镇墩附近的伸缩缝设在下游侧。水利水电工程勘察与测量一、 掌握水利水电工程施工放样1. 土坝的施工放样1) 坝轴线测设：直线型坝坝顶中心线为坝轴线；中小型土坝的坝轴线放样，由工程设计人员和勘察人员现场选定。坝轴线的两端点应埋设永久性标志。（坝轴线放样方法：交汇法或极坐标法）2) 坝身控制测量：（平面控制测量：平行于坝轴线和垂直于坝轴线控制线的测设/高程控制测量）3) 清基开挖线放样

22、：采用“套绘断面法”或“经纬仪扫描法”4) 坡脚线放样：清基后进行5) 坝体边坡放样：坡脚线放出后，在坡脚线范围内分层上料，碾压，每层填土约0.5米，及时测定每层上料边界。采用“轴距杆法”和“坡度尺法”6) 修坡桩测设：常用水准仪或经纬仪测设；7) 护坡桩测设：坝面修整以后，需用草皮或石块进行护坡，需使坡面符合设计要求，需标定护坡桩的位置。（护坡桩从坝脚线开始，沿坝坡面高差每隔5米布设一排，同排间距为10米）2. 水闸的施工放样1) 水闸主轴线放样：在施工现场标定轴线端点的位置。主轴线即水闸中线和水闸中心轴线。2) 闸底板的放样3) 闸墩的放样：先放出闸墩中线，再以中线为依据放样闸墩的轮廓线。

23、二、 掌握测量仪器的使用1. 常用测量仪器及其作用1) 水准仪： 分类：按精度不同分为“普通水准仪”和“精密水准仪”。工程测量中一般用DS3型的，D,S分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，3表示精度，即每公里往返测量高差中数的偶然误差为“正负3毫米”； 作用：水准仪用于水准测量。 微倾水准仪使用步骤：安置水准仪和粗平-调焦和照准-精平-读数。 自动安平水准仪和数字水准仪使用步骤：粗平-照准-读书。2) 经纬仪： 功能：测量角度的仪器 操作步骤：对中、整平、照准、读数。3) 电磁波测距仪： 功能：测量两点之间的距离 操作步骤：安置经纬仪、对中整平、安置测距仪、安置反射器、瞄准反射

24、器、测量。4) 全站仪： 定义：是一种集自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能一体的自动化、数字化及智能化的三维坐标测量与定位系统。 操作步骤：选择数据采集文件、选择坐标数据文件、设置测站点、设置后视点，确定方位角、输入所需的放样坐标，开始放样。5) 全球定位系统（GPS）6) 水准尺： 国家一二等水准测量为精密水准测量； 国家三四等水准测量为普通水准测量，一般长约34米，用干燥木材或玻璃纤维合成材料制成，注字常倒写。2. 测量误差1) 误差产生的原因：人的原因、仪器的原因、外界环境的原因。2) 误差的分类： 系统误差 偶然误差 粗差3) 误差处理原则：舍弃粗差，重新观测。三、 了解工程

25、地质和水文地质的条件与分析1. 水工建筑物的工程地质和水文地质条件1) 地质构造： 产状：有三个要素“走向”、“倾向”、“倾角”。 褶皱的构造 断裂构造：分为“节理”、“断层”两种类型；节理也称“裂隙”，断层分“正断层”、“逆断层”、“平移断层”。2) 地形地貌条件 地形：一般指地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被、以及人工建筑物分布等，常以地形图予以综合反映。 地貌：主要指形态的成因、类型，以及发育程度等。3) 水文地质条件 地下水的类型（如：上层滞水、潜水、承压水等） 含水层与隔水层的埋藏深度、厚度、组合关系、空间分布规律及特征。 岩（土）层的水理特征：容水性、给水性、透

26、水性等； 地下水的运动特征：流向、流速、流量等； 地下水的动态特征：包括水位、水温、水质随时间的变化规律。 地下水的水质：水的物理性质、化学性质、水质评价标准等。2. 水利水电工程地质问题分析1) 坝基岩体的工程地质问题分析 坝基稳定问题：渗透稳定、沉降稳定、抗滑稳定 坝区渗透问题：坝基渗漏、绕坝渗漏2) 边坡的工程地质问题分析 边坡变形破坏的类型：松弛张裂、蠕动变形、崩塌、滑坡。 影响边坡稳定的因素：地形地貌条件影响、岩土类型和性质的影响、地质构造和岩体结构的影响、水的影响、其他因素（风化因素、人工挖掘、振动、地震等）。3） 软土基坑工程地质问题分析 土质边坡稳定 基坑降排水（软土基坑开挖的

27、排降水有两种方法：明排法和人工降水。）人工降水采用：轻型井点或管井井点两种方式。4） 渗透变形（管涌、流土、接触冲刷、接触管涌或接触流土等类型） 水利水电工程建筑材料一、 掌握建筑材料的类型和特性1. 建筑材料的分类1) 按材料的化学成分分： 无机材料 金属材料：黑色金属，如合金钢、碳钢、铁等；有色金属，如铝、锌等及其合金。 非金属材料：如天然石材、烧土制品、玻璃及其制品、水泥、石灰、混凝土、砂浆等。 有机材料 植物材料：如木材、竹材、植物纤维及其制品等。 合成高分子材料：如塑料、涂料、胶黏剂等。 沥青材料：如石油沥青及煤沥青、沥青制品。 复合材料： 无机非金属材料与有机材料复合：如玻璃纤维增

28、强塑料、聚合物混凝土、沥青混凝土、水泥刨花板等； 金属材料与非金属材料复合：如钢筋混凝土、钢丝网混凝土、塑铝混凝土等； 其他复合材料：如水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板、人造大理石、人造花岗岩等。2) 按材料来源分类 天然建筑材料：如土料、砂、石料、木材等。 人工建筑材料：如石灰、水泥、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物等。3) 按材料功能用途分类 结构材料：如混凝土、型钢、木材等； 防水材料：如防水砂浆、防水混凝土、紫铜止水片、膨胀水泥防水混凝土等； 胶凝材料：如石膏、石灰、水玻璃、水泥、沥青等； 装饰材料：如天然石材、建筑陶瓷制品、装饰玻璃制品、装饰砂浆、装饰水泥、塑料制品等； 防护材料：如钢材覆面、码头护木等； 隔热保温材料：如石棉板、矿渣棉、泡沫混凝土、泡沫玻璃、纤维板等。2. 建筑材料的基本性质1) 表观密度和堆积密度 表观密度：是指材料在自然状态下，单位体积的质量。 堆积密度：是指粉状、颗粒状或纤维状态材料在堆积状态下，单位体积的质量。2) 密实度和孔隙率 密实度：是指材料体积内被固体物质所充实的程度。 孔隙率：是指材料中空隙体积所占的百分比。3) 填充率和空隙率填充率：是指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，被其颗粒填充的程度。空隙率：是指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例