水利水电工程基本概念.docx

1、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

2、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

3、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工苗零纵4?供水J堪水库 总辭 （iZ保护城眼 工旷企业的亠 重要和保护 农盼 （万亩“治济 面籾 （万亩L面积p（万亩）*重要矢（万 kmI*大型Q10500200p150p特别重爲120A大型500-100*200150少中型卩中隼100-30.60-1550-5P中条30-5小（1）型卩0.U01P-般Q15-35-0.55-1P小（2）型誤0.01-0.00K

4、* 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

5、、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）（

6、 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

7、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1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；2.由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；3严重的渗漏将造成大量的水量损失；4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

8、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

9、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。但当标准定得太低而来水较大时，就有可能危及标准施工的安全， 一旦发生事故就要拖延工期， 造成不应有的损失。 所以在选择导流标准时， 要认 真分析河流的水文特性、 导流建筑物的使命及其特点、 工程各施工阶段与导流的 矛盾、从实际出发，区别对待。2.施工导流建筑物的分类 & 3. 不同导流建筑物的适用条件一、围堰 （一种临时挡水建筑物）分类： 按材料分：土石围堰、草土围堰、木笼围堰、混凝土围堰。 按位置分：横向

10、围堰、纵向围堰。按过水分：过水围堰、不过水围堰。（1）土石围堰 斜墙式：当地有足够防渗料，基岩河床，用于基础透水性小的地方。 斜墙带水平铺盖式：当地有足够防渗料，河床覆盖层不厚，用于厚度不大的 覆盖层基础。垂直防渗墙式、灌浆帷幕式 : 当地没有足够防渗料、河床覆盖层较厚钢板桩截水墙：当覆盖层的粗粒粒径不大，又无较大的孤石。（2）草土围堰（用于软基河床）使用草捆和土料堆积而成。 优点：施工简单、就地取材、造价低、防渗较好、适应沉陷。 （软基河床） 缺点：使用期短，抗冲性弱。（3）混凝土围堰 优点：抗冲、防渗性好，挡水水头高，断面尺寸小，易于和永久性混凝 土建筑物相连接，必要时还可过水。缺点：成本

11、较高，拆除困难。（4）其它型式围堰 钢板桩围堰：格形（圆筒、扇形、花瓣形） 木笼围堰：木笼填石沉底 竹笼围堰、浆砌石围堰二、施工泄水道（1）隧洞适用范围：山区岩质河岸，河床狭窄、河岸陡峭 缺点：造价高，施工困难，工期长 一洞多用（兼做泄洪、取水、放空、发电） 。（2）明渠 一般适用于水流不大、土质、平坦河道，截弯取直。是在河岸和河滩上 开挖的渠道。（3）涵管适用于土石坝施工导流。缺点：若管与坝结合不好，接触面易漏水，地基沉陷易破坏涵管（4）渡槽适用于工期短、河床窄、流量小的工程第六章：防洪1、 防洪措施的种类和特点一. 筑堤防洪 防洪堤的主要作用：保护河流两岸平原洼地的农村和城市，使它们不受

12、洪水淹没，防洪堤一方面扩大了河床断面， 另一方面也增加了河道蓄水容积 且有约束水流，稳定河床的作用。二. 泄洪 扩大河道过水能力，使洪水能畅通下泄所采取的措施。如1. 疏浚拓宽河道2.截弯取直3.护岸工程4.消除障碍3.分洪 分洪工程是在河流的某一处或者某几处分泄一部分洪水直接入海，或如 其他河流，或入附近湖泊，或入预筑的分洪区，以削减通过河流的流量，减 轻洪水对堤防的威胁。1. 分流入海2. 分流入其它河流3.分流入泛洪区并绕泄至下游4.蓄洪 利用山谷水库和湖泊洼地来调蓄调期洪水，防止洪水灾害的措施1.利用上游水库拦蓄洪水。优点：综合效益大 缺点：工程量大、投资大、淹没广、移民多、技术难、工

13、期长2. 利用中下游湖泊、洼地拦蓄洪水。 优点：工程简单、收效快 缺点：四周堤线长、防汛负担重5.滞洪 洪峰来时、开闸引水；洪峰过后、开闸放水 蓄洪：河道穿过湖泊、洼地，在出口处建闸，兼施蓄泄 滞洪：河道在湖泊、洼地旁，在其间建一个闸，先蓄后泄利用分洪、滞洪、蓄洪湖泊的滩地，小水年垦殖，大水年废田还湖。 一方面可以增加农业产量，另一方面把湖水排干了搞一旱一水种地，还可治 理钉螺，防治血吸虫病。七.水土保持水土保持在防洪上的作用：（1） 就地蓄水、减少底面径流（2） 增加地面糙率，增加流程（3） 减少河流中的泥沙，减少河道、水库、湖泊的淤积（4） 保护地表肥土不流失，有利于农林发展2、防汛中堤防

14、的常见险情和相应措施1） 水位不断上涨可能漫顶：必须做到水涨堤高，把堤顶近挡水处的硬土、杂草锄松，沿堤开沟，然后填土夯实。2） 堤内坡潮湿渗水：前堵后导。前堵是沿迎水坡倾倒粘土，使土粒随渗水 带入堤身而阻塞渗水，后导是在堤内开沟导渗，让渗水集中在沟内流走， 以稳定险情3） 堤内坡漏洞冒浑水：外赌为主。说明土体被渗水带走，此时由于洞口一 般都在迎水坡，应以外堵为主。4） 堤内坡有弧形裂缝：滤水加固。办法是将塌坡处松土削成斜坡后挖沟， 沟内放砂石砖渣，先消除已滑动堤坡中的渗水，然后在削坡上填砂石等 透水材料，再取土做撑稳定塌坡。5） 堤上建筑物与堤结合部位比较薄弱：临时作坝，形成三级水位较小渗压,

15、 或直接堵塞涵闸。3、汛期的种类 桃汛：清明至其后 20d伏汛（大汛）：立秋前 20d 秋汛：立秋至霜降 凌汛：农历 2 月至次年 2 月，北方河流还有凌汛、 沿海各海口还受潮汛影响。4、防汛的特征水位1.设防（防汛）水位：组织群众进行巡逻检查，筹备器材，迎接洪水到来2.警戒水位：此时，防洪堤随时可能出现，防汛大军赶往前线， 准备抢险3.保证水位（设计水位） ：设计频率洪水能到达的最高水位，保证堤不溃决 第七章：农田水利1、 灌溉取水的方式。 P78（1）水库、湖泊 直接引水：通过水库大坝的引水涵管（或湖堤上的涵闸）引水灌溉； 间接引水：利用水库的水电站发电尾水进行灌溉（青弋江灌溉区）（2）河

16、流 无坝取水（河水位高，流量大） 有坝取水（河水位低，地形、经济宜建坝） 、 抽水站（河水位低，地形、经济不宜建坝）2、 灌排系统的组成。 P77（1） 灌溉水源及取水枢纽（河、湖、水库、当地地面径流、地下水） ，为 了从水源适时适量地取水灌溉， 就需要修建用以拦蓄来水、 调节水量、 获得水头以及控制曲水流量的壅水、 取水建筑物（坝、涵闸、抽水站）。（2）输水、配水系统：各级固定渠道 （干、支、斗、农渠），渠上建筑物（涵 闸、渡槽、跌水、沉沙池） ，其任务是将渠首取来的水，有计划地输送 并分配到田间灌溉调节系统和各耕作田块去。（3）田间灌排调节系统：包括灌水和排水。灌水的有临时毛渠、灌水沟；

17、排水的有排水毛沟、地下集水管道，用于排除由于降雨或灌水过多造 成的田面积水，或降低地下水。（4）排水（泄水）系统：排水沟（干、支、斗、农） ，沟上建筑物，任务是 将田间排水系统汇集的水排往容泄区。（5）容泄区（河、湖、洼地）、排水枢纽（排水闸、抽水站）第八章：内河航运1.过坝建筑物的种类过船建筑物（又分船闸、升船机），过木、过鱼建筑物、2.船闸的分类PPT （不确定）单级船闸（水头小于30米）：葛洲坝船闸多级船闸（每个闸室水头小，总长度长、通过时间长）：三峡船闸总水头113米，闸室总长度1621米，通过时间平均3.25小时。3.船闸的组成部分。组成：闸室，闸首（包括上闸首和下闸首），引航道（上

18、游引航道和下游引航道）4.船只过单级船闸的过程（旧书 P92,新书P126）船舶上行时，先关闭上闸门和上游输水阀门，再打开下游输水阀门，使闸室 内水位与下游水位齐平，然后打开下闸门，待船舶驶入闸室后再关闭下闸门及下 游输水阀门，然后打开上游输水阀门并向闸室灌水， 待闸室内水位与上游水位齐 平后，打开上闸门，船舶便可驶入闸室而进入上游引航道。 船舶下行，程序相反。5.鱼道的几种形式低水头枢纽鱼道主要型式：槽式、池式、隔板式。（图见P97）高水头枢纽采用鱼闸（原理同船闸）或举鱼机（原理同升船机、也有垂直的 和斜面的）。图二20水池式鱼道示意图（a）平面图；（b）纵剖面圏上游水位5/*水位(b)2

19、2 5c)图7. 22 隔板式鱼道示意图(a)纵剖面* (b)平而fth (c)横剖面1 水池)2横馬墙$ 3纵向墙；4_苗护门 5游入孔in 7.21 人 I 加(fPVh m)5)纵MiMffli(M mwmwi e)rwm6鱼道设计时应考虑的因素鱼道在枢纽中的布置应注意：（1）下游进口处流速比原河道流速略大；（2）下游防止其它泄水建筑物水流的干扰（设鱼网和鱼栅） ；（3）上游出口处与其它泄水建筑物进水口保持距离。第九章：水力发电1. 水能资源的两大要素径流量、落差2、决定水电开发的因素 P99（ 1）取得水流落差和造成淹没的关系： 一般都需要修建拦河大坝， 坝修得越高，水库越大，水头越高

20、、灌溉越大、淹没越大（2）防洪与发电的关系：库容的大小要兼顾防洪和发电两个方面，在一定的淹没条件下，下游对 防洪要求愈高，防洪库容就愈大，发电库容越小 。（3） 发电与航运、灌溉、用水的关系： 兼顾 灌溉、航运、工业及民用供水等综合利用的要求，合理实行水库调度。（4）投资和修建速度的关系：分期装机，以电养电。其它间接效益：水库养殖、调节气候、节约燃料、发展旅游3、水电站的主要建筑物组成 P104挡水建筑物（坝、闸） 、泄水建筑物：进水建筑物：坝式进水口：引水段短，孔前设施拦污栅岸式进水口：进水口布置在库岸，没有拦污栅前池进水口：前池前有一段引水明渠，前池后为进水口，其后为压力水管水工闸门：引水

21、建筑物：动力渠道：足够输水能力，防冲，防淤，减少渗流损失隧洞调压室压力水管厂房：主厂房、副厂房、变电站4、堤坝式水电站的分类及其适用条件 P103按大坝和电站位置分类：（1）河床式：水头较低，厂房和坝体并列（2）坝后式：厂房靠着坝体下游（3）溢流式：河谷狭窄，机组较多，厂房在泄洪建筑物之下（4）坝内式：河谷狭窄，泄洪量大，厂房在坝体空腹内（5）地下式：河谷和坝内不适合布置厂房5、调压室的主要作用 P107调压室的主要作用是减小水流惯性力和缩短压力管道。当水电站的负荷 突然发生变化时，通过调压室能均匀及时地作出相应的水量调节；当突然切 断水流时，亦可借助调压室缓冲水流，减少水锤压力，防治水锤向压

22、力隧洞 扩散。（调压井，调压塔）6、不同型式水轮机的优缺点反击式水轮机：1.混流式水轮机：幅向流入、轴向流出，经尾水管排入下游水头范围：20500米容量：几十KV几十万KW效率较高。2.轴流式水轮机：轴向流入、轴向流出定浆式：水轮机叶片固定、结构简单、效率较低 转浆式：水轮机叶片可改变角度、结构复杂、效率较高，造价较高3.斜流式水轮机：斜向流入、斜向流出可以适应较大的负荷变化，性能稳定，高效率范围宽，在 80120米水 头范围内效率最高，且抗气蚀性能好。4.贯流式水轮机：无蜗壳，引水管、导叶、转轮、泄水管在同一直线上。 水流直线运动，效率较高。厂房高度可降低，土建工程量省，但发电机在水下运行，止水密封要求 高，通风散热条件差，结构复杂。冲击式水轮机:利用喷嘴将高压水流喷射在水轮机的轮叶上， 推动水轮机转动，将动能转化为机械能。适用范围：高水头、小流量，引水式和混合式水电站。 最大水头可达1760米。1.水斗式水轮机识图2.斜击式水轮机 识图3.双击式水轮机识图7、堤坝式、引水式、混合式电站类型的特点和适用条件电站类型运行特点投资建设特点适用条件堤坝式水头取决于坝高，引用流量大