水利水电工程(1-2).ppt

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1、第四章 水利水电工程Water Conservancy and Hydroelectric Power Engineering,第四章 水利水电工程,第一节 水利水电工程概述第二节 水库工程第三节 重力坝第四节 拱坝第五节 土石坝第六节 其他水利工程,引言,在人类生活和工农业生产中，水是一刻也离不开的宝贵资源，称水资源。这里指的水是指由大气降水补给，存在于河流、湖泊、土壤和地下的淡水。对水资源，主要是从水量和水晶两个方面进行估量和统计。水量一般是用体积(亿方)表示。水能是水体重量和它的落差高度的乘积，但通常用功率，即单位时间所产生的能量来表示，其单位为千瓦.在我国，据统计流域面积在1000km

2、2以上的河流1598条，总流域面积有667*104km2；正常年份径流量约27800亿方，地下水资源估计有6000亿方。水能资源蕴藏量达6.8l08kw，其中可开发利用的有3.7108kw。我国水资源总量与世界各国相比，位于巴西、苏联、加拿大、美国、印度尼西亚之后，居第六位；按人口平均，每人有量约为2500m3，是世界人均占有量的20-25，属于水资源不丰富的国家。,三峡工程（效果图）,2002年的三峡（the three Gorges）,都江堰,南水北调工程线路示意图,水库溢流与跌水,第四章 水利水电工程第一节 水利水电工程概述,本节内容提要一、水利水电工程概念二、水工建筑物三、水力发电,1

3、、水利水电工程1）定义水利工程；是指采取工程措施，在河流等水资源地带的适当地段，修建各种水工建筑物，有意识、有组织控制和支配水资源的生产活动和工程技术。水电工程；是指在河流的适当位置修建挡水建筑物，以抬高水头增加水势能，利用水势能转化为动能的过程中带动水能机发电，这种采取工程措施依靠水能获取电能的生产活动或工程技术称为水电工程。2）水利工程分类（1）按水利工程的功能分类,第四章 第一节 水利水电工程概述一、水利水电工程概念,防洪工程；在多雨季出现河川流量过大、水位过高、堤防决口、河水泛滥成灾，淹没农田、矿山，威胁城市安全，成为洪水灾害；为防止洪灾而建造的工程称为防洪工程，主要有分洪闸和水库；农

4、田水利工程，农田水利化主要是用水水闸工程、沟渠工程和抽取地下水的打井工程等；水力发电工程；利用河道坡度，建立高坝，集中落差，开发水能资源用于发电；供水排水工程；城市人民生活用水、工矿企业生产用水都要靠建设水原地取水工程和输水工程等来保证，城市入口的生活弃水和工厂企业的生产废水都要通过排水工程、废水处理工程排至容泄区；航运工程；内河航运要有河道工程、运河工程、码头工程等予以配合保证，才能顺利实施。海洋运输也要有港口工程和海岸工程等；,环境水利工程；如湿地，拦渣排污等；不同的用水部门有不同的用水方式。灌溉、给水是耗用水量，水力发电是利用水能，电之后的水流仍然可以用于灌溉和养殖等事业。可见水资源可以

5、重复、综合利用。（2）按具体水利枢纽中所起的主要作用分类：档水建筑物：坝、闸和堤防等蓄水工程 泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等排水工程 输水建筑物：输水洞、引水管、渠道 取水建筑物：输水建筑物的首部建筑物：进水闸、杨水站 专门建筑物：电站厂、船闸、升船机、鱼道、筏道 整治建筑物：用来整治河道、改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。水质净化相污水处理工程。,（3）按筑坝材料来分类 土石坝、混凝土坝、浆砌石坝等。（4）按构造特点来分类 重力坝、拱坝、支墩坝等。（5）按是否泄水来分类 非溢流坝、溢流坝。,城市防洪与城市景观结合,排砂闸,新疆某乡村排灌水渠,新农村、新气象,一项工程同时兼有几种

6、任务的，称为综合利用水利工程，即水利枢纽(详见后面2，)。大库容：1000亿以上的7座 乌干达的欧文瀑布总库容2048亿m3 丹江口水利枢纽总库容209亿立方米 大装机容量：巴西与巴拉合建的伊泰1260万kw 葛州坝271.5万kw 二滩556=330 万kw 三峡7026=1820万kw 高坝：目前世界上坝高120m的高坝已超过200座。世界第一高坝瑞士大迪克桑斯坝 二滩电站拱坝245m,二滩水电站,高坝瑞士大迪克桑斯坝,水力大坝,防洪堤,3）水利水电工程的特点 水利工程与一般土建工程相比，除了工程量大。投资多、工期长之外，还有以下几个方面的特点：（1）工作条件复杂地形、地质、水文、施工等条

7、件对坝址选择、枢纽布置和水工建筑物型式选择关系极大；每一个工程都有其自身的特定条件，因而枢纽布置和水工建筑物都有一定的特殊性。在有代表性、一致性和可靠性资料基础上合理分析，作出正确的估计。水工建筑物的地基，可以是岩基，有时是土基；岩基中经常遇到节理、裂隙、断层、碎裂带、软弱夹层等地质构造；土基中可能遇到压缩性大的土层或流动性较大的细砂层。水文条件变化多样，坝基和坝体渗透压力较大，降低了大坝的稳定性；,（2）受自然条件制约，施工难度大；施工导流、截流、施工技术复杂、水下地下工程量大、交通运输困难（3）效益大，对附近地区影响大；效益如：防洪、发电、灌溉、养殖；影响如：库区淹没、地下水位升高、水质水

8、文变化、诱发地震；（4）失事后果严重大型蓄水工程，一般是库大、坝高，作为枢纽中关键工程的大坝，一旦失事，将会给下游人民的生命财产和国家建设带来巨大灾难。因此，在进行枢纽规划、设计、施工和管理过程中，必须要以高度负责的精神，认真对待工作，实事求是按科学规律办事，在确保工程安全的前提下，尽量降低工程造价、缩短工程和发挥工程效益。,2、水利枢纽（1）基本概念 定义 为了满足防洪要求，获得发电，灌溉、供水等方面的效益，在河流的适宜河段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流，这些不同类型水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。作用可以满足防洪、发电、灌溉等部门对水的不同要求。如城市供水和航运部门要求均匀供

9、水，而灌溉和发电需要按指定时间放水；工农业及生活用水需要消耗水量，而发电则只是利用水的能量；又如防洪部门希望尽量加大防洪库容以便能够存蓄更多的洪水，而兴利部门则总是希望扩大兴利库容。,基本原则 为了协调上述各部门蓄泄之间的矛盾，在制订流域规划时必须遵循综合利用水资源这样一项基本原则-综合利用；所谓综合利用就是根据河流的自然条件，结合近期与远期国民经济发展的需要，统筹规划，全面安排，做到以最少的投资、最合理地利用水资源、最大限度地满足国民经济各个部门的需要。（2）水利水电枢纽工程的分级先按枢纽按其规模、效益及其在国民经济中的重要性分级；然后，再将枢纽中的不同建筑物按其作用和重要性分级。建筑物的级

10、别不同，对它们的设计和施工要求也不同；级别高的要求高级别低的则可适当降低要求。水利水电枢纽工程根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性划分为五等，等别按表7-l确定。,水利水电枢纽工程的分级,（3）水利枢纽的设计原则(1)坝址、坝型选择和枢纽布置应与施工导流、施工方法和施工期限结合考虑，在较顺利的施工条件下尽可能缩短工期；（综合考虑原则）(2)枢纽布置要满足各个建筑物在布置上的要求，要求各建筑物在任何工作条件下都能正常工作；（正常工作原则）(3)在满足建筑物的强度和稳定条件下，做到枢纽总造价和年运转费用都低；（低费用原则）(4)集中安排枢纽中同工种建筑物；减少联接建筑；（集中建筑原则）(5)

11、尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产，提前产生效益；（效益原则）(6)枢纽的外观应与周围环境相协调，在可能条件下注意美观。（环境协调原则）,（4）水利枢纽设计的主要内容坝址(闸址)、坝型选择和枢纽布置是水利枢纽设计的重要内容，三者是相互联系的；对同一条坝轴线，还可以考虑几种不同坝型和枢纽布置方案。（A）坝址和坝型选择在可行性研究报告阶段，主要是根据地质、地形、施工及建筑材料等条件，初选几个坝段和坝轴线以及与其相适应的坝型，经过论证，找出其中最有利的坝段和一两条比较有利的坝轴线；也可对各坝段内有代表性的坝轴线进行比较，从中选定一两条最有利的坝轴线，并进行枢纽布置。在初步设计阶段，随着地质、水文和试

12、验资料等的进一步深入和充实，通过比较，选定最有利的坝轴线、坝及其他主要建筑物的形式和相应曲枢纽布置方案。,(a)地质条件 坝址选择中要注意以下几个方面的问题：断层破碎带、软弱夹层；要查明其产状、宽度(厚度)、充填物和胶结情况，对垂直水流方向的陡倾角断层应尽量避开，对具有规模较大的垂直水流方向的断层或附近有活断层存在的河段，均不应选作坝址；顺向河谷(指岩层走向与河流方向一致)；总有一岸是与岩层倾向一致的顺向坡当岩层倾角小于地形坡角，岩层中又有软弱结构面时在地形上存在临空面，这种岸坡极易发生滑坡，应当注意；岩溶地区；要掌握岩溶发育规律，待别要注意潜伏溶洞、暗河、溶沟相溶槽，必须查明岩溶对水库库水和

13、对建筑物的影响；土石坝；应尽量避开细砂、软粘土、淤泥、分散性土和湿陷性黄土等地基。,(b)地形条件在高山峡谷地区，应尽量减少高边坡开挖。坝址选在峡谷地段，坝轴线短，坝体工程量小，但不利于泄水建筑物等的布置，因此，需要综合考虑，权衡利弊。选用土石坝时，应注意库区有无哑口可供布置岸边溢洪道，上、下游有无开阔地区，可供布置施工场地。对于多泥沙及有漂木要求的河道，还应注意河流的水流形态在选择坝址时应当考虑如何防止泥沙和漂木进入取水建筑物。对于有通航要求的枢纽，还应注意通航建筑物与河道的连接。(c)施工条件要便于施工导流，坝址附近持别是其下游应有较开阔的地形，以便布置施工场地交通干线较近便于施工运输，可

14、与永久电网连接，解决施工用电问题。,(d)建筑材料坝址附近应有足够数量符合质量要求的天然建筑材料。对于料场分布、度、开采条件以及施工期淹没等问题均应认真考虑。(e)综合效益对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、航运等(f)其他在选择坝址和坝型时。还应考虑利用主体建筑物开挖料直接上坝的可能性与合理性。例如；国外有的工程，尽管基岩坚硬、完整，适于修建拱坝或重力坝，但经论证比较，最终选用了混凝土面板堆石坝，理由是后者利用主体建筑物开挖料直接上坝，可以缩短工朗，降低造价。这种经验值得借鉴。,（B）水工建筑物（后面再讲）；大坝：重力坝、拱坝、土石坝、面板坝等；厂房：电站厂房、输送电设备、升压配电房等；取

15、水管道：输水压力管道、进水通道等；消能池等；（C）附属建筑物；电站生活区建筑辅助区配电输送交通,（5）水利枢纽设计方案的分析比较水利枢纽设计需要通过论证比较，选出最优方案。所谓最优方案，应当是技术上先进和可能，投资少，工期短，运行可靠，管理方便。分析比较的内容有：主要工程量。如：土石方工程、温凝土相钢筋混凝土工程、金属结构帐幕灌浆、砌石工程等。主要建筑材料用量。如：钢筋、钢材、水泥、砂石、木材、炸药等；施工条件。包括：施工导流、施工场地布置、施工工期、发电日期、施工难易程度、施工机械化水平等。运行管理条件。如：发电、通航、泄洪等有无干扰，建筑物检查准馅是否方便闸门及启闭设备是否便于控制运用对外

16、交通是否便利等。经济指标。计算工程总投资、总造价、枢纽年运转费用、电站单位干瓦投资、电能；,第四章 第一节 水利水电工程概述二、水工建筑物1、概念为了满足防洪要求，获得发电，灌溉、供水等方面的效益，需要在河流的适宜河段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流，这些建筑物通称为水工建筑物。2、水工建筑物的分类 水工建筑物按其用途可分为一般性建筑物与专门性建筑物。（1）一般性建筑物不只为其一项水利事业服务的水工建筑物称为一般性建筑物。根据它们的功能、以其在枢纽中所起的作用又可分为如下几种：挡水建筑物；用以拦截河流，形成水库或壅高水位。,挡水建筑物；用以拦截河流，形成水库或壅高水位。泄水建筑物；水闸

17、以及为抗洪水用的堤防等。用以在供水期间或其它情况下渲泄水库(或渠道)的多余水量，以保证坝(或渠道)安全的建筑物。如各种溢流坝、溢洪道、泄洪隧洞和泄洪涵管等。输水建筑物；为灌溉和发电、供水等，从水库(或河道)向库外(或下游)输水用的建筑物，如引水隧洞、引水扬管、渠道和渡槽等。取水建筑物；是输水建筑物的首部建筑如为灌溉、整治建筑物；用以改善河流的水流条件、调整水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊波浪和水流对岸坡的冲刷而修筑的建筑物，如丁坝、顺坡、导流堤、护底和护岸等。,（2）专门性建筑物仅仅为项水利事业服务的水工建筑物称为专门性建筑物，根据其服务的对象，为如下几种，水电站建筑物；包括水电站的

18、压力管道、压力前池、调压塔和电站厂房等；灌溉、排水建筑物；包括灌溉渠道上的节制闸、分水闸和渠道上的建筑物等；水运建筑物；为保证河泊通航及浮运木材而修建的建筑物，如船闸、开船机、筏道和码头；给水、排水建筑物；包括自来水厂的抽水站、滤水池和水塔，以及排除污水的下水道等；渔业建筑物；为了使河施中的鱼类通过闸坝而修建的鱼道、开鱼机等。,应当指出的所有些水工建筑物在枢纽中所起的作用并不是单一的。例如各种溢流坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物；水闸既可挡水，又可泄水还能作为灌溉、发电及供水用的取水建筑物。3、水工建筑物的特点(1)水的作用使建筑物的工作条件复杂化；(2)水工建筑物具有较大的个别性；(3)施工条

19、件复杂；(4)对国民经济和附近地区自然条件的影响大。,4、主要水工建筑物坝坝是主要的水工建筑物，而且是第一位重要的水工建筑物，是形成水库结构基础，发生破坏失事带来的后果将特别严重。（1）混凝土重力坝混凝土重力坝是指用混凝土筑成的大体积坝。它的主要特点是：它有巨大的体重。正是利用自身重量的作用维持细体的稳定。具体地讲，它依托自身重量在地基上产生的摩擦力来抵抗坝前的水推力的作用，使之既不会滑动也不会被水推力所倾覆。因为要适应温度和地基等情况的变化，大体积混凝土必须用缝分开，整个坝长要分成若干坝段。每个坝段都要独立地保持稳定。由于混凝土的抗拉强度低，抗压强度高，要求断面型式能保证在满负荷条件下，坝体

20、内不出现拉应力或者不出现不容许的拉应力值。,（2）混凝土拱坝拱坝和重力坝不同，它并不是依靠自身的重量来抵抗水的推力以维持平衡。拱坝是一个空间壳体结构。在平面上是拱向上游的拱圈。坝体所承受的水压力及泥沙压力等荷裁，大部分部通过拱的作用，压向两岸基岩。也正因如此，拱坝的稳定主要依赖于两岸山体的稳定。大量工程实捆表明，若两岸岩体坚实，拱坝的可靠性是很高的。此外，拱坝坝体薄，泥凝土用量少。（3）支墩坝支墩坝是由一定间距的支墩及其所支撑的挡水盖板组成。水压力由盖板传给支墩，再由支墩传给地基。由于盖板是向上游倾斜，所以它受到的水压力有水平分量和垂直分量（水重）。后一种分量有助于坝体的抗,滑稳定性，所以这种

21、坝型的工程量比重力坝的工程量小。由于挡水盖板的型式又可分为：平板坝；挡水盖板采用钢筋混凝土平板；连拱坝；在平面上，挡水盖板采用凸向 上游的拱圈；大头坝；不加挡水 盖板，而由支墩的 上游部位加大加厚，做成弧形或多边形 的头部，连接起来挡水。,（4）土石坝 利用土石科填筑压实而成的坝称为土石坝，主要优点是：筑坝材料就地取用，能大量节约钢材、水泥和木材；对地形、地质条件的要求相对较低；构造简单，施工技术易于掌握；工作可靠，管理简便。,浆砌石重力坝,欧阳海水库大坝（拱坝）,80米高的面板坝,5、水工建筑物工程管理（1）水工建筑物工程管理的根本任务 利用工程措施对天然径流进行实时的时空再分配，即合理调度

22、以适应人类生产和生活的需求。（2）水工建筑物管理的目的 保持建筑物和设备经常处于良好的技术状况正确使用工程设施，调度水资源，充分发挥工程效益，防止工程事故。水工建筑物管理是水利水电工程管理的一部分。（3）水工建筑物管理特点 具有综合性、整体性、随机性和复杂性的特点。原因是由于水工建筑物种类繁客，功能和作用又不尽相同，所处客观环境也不一样；（4）管理工作的中心和重点通过国内外积数十年现代管理之经验，大坝安全是管理工作的中心和重点。,（5）水工建筑物管理的主要工作是：检查与观测。通过管理人员现场观察和仪器的测验，监视工程的状况和工作情况，掌握其变化规律，为正确管理运用提供科学依据，及时发现不正常迹

23、象，采用正确措施，防止事故发生，保证工程安全运用；养护修理。对水工建筑物、机电设备、管理设施以及其他附属工程等进行经常性养护，并定期检修，以保持工程完整，设备完好。养护修理一般可分为经常性的养护维修、岁修和抢修。调度运用。制订调度运用方案，根据已批准的调度运用计划和运用指标，结合工程实际情况相管理经验，参照近期气象水文预报情况，进行优比调度。水利管理自动化系统的运用。主要项目有：大坝安全自动监控系统，防洪调度自动化系统，调度通信和警报系统，供水调度自动化系统。,科学实验研究。针对已经投入运行的工程，为保证安全。提高社会经济效益，延长工程设施的使用年限，降低运行管理费用以及在水利：工程个采用新技

24、术、新材料、新工艺等方面进行试验研究。积累、分析、应用技术资料，建立技术档案。我国已颁布中华人民共和国水法，国务院又颁布大坝安全管理等一系列条例、规范，这是水工建筑物管理的依据。,第四章 第一节 水利水电工程概述三、水力发水1、水力发电的概念 利用水能转化为电能的一种方法。水力发电突出的优点是以水为能源，水可周而复始地循环供应，是永不会枯竭的能源。更重要的是水力发电不会污染环境，成本要比火力发电的成本低得多。世界各国都尽量开发本国的水能资源。2、水力发电的条件流量Q，足够的水源；集中落差（水头）H。而天然的集中落差只有在个别地方才有，那就是瀑布。例如我国贵州省的黄果树瀑布、黄河的壶口瀑布等。地

25、形地质、经济技术等条件。,3、我国利用水力发电的前景我国西南地区的水能蕴藏量最多，主要分布在长江上游、金沙江、通天河及长江支流嘉陵江、岷江、乌江等；西藏的雅鲁藏布江；云南的怒江、澜沧江等。西北地区水能蕴藏量仅次于西南，主要分布在长江及其支流；洞庭湖水系的湘、资、沅、澧等河流；汉江、赣江及珠江等。华东地区水能蕴藏量主要集中在闽、浙两省，亦可向潮汐电站发展。东北地区已开发的水能资源比较多，主要在松花江、嫩江、鸭绿江和镜泊湖等，华北地区多为平原河流，水能蕴藏量不多，主要在滦河和海河水系中。4、集中落差形成方式坝式和引水式是水电站最基本的开发方式。（1）坝式开发主要是用坝来集中落差H。坝不仅可以集中落

26、差H，而且还可以利用坝所形成的水库，调节流量Q。坝式开发方式需要修建工程量庞大的水库。,坝式水电站厂房根据坝式开发方式的水电站厂房与拦河坝或溢流坝的相对位置，可分为河床式、坝后式、溢流式或混合式等水电站厂房。河床式水电站厂房 特点是厂房作为挡水建筑物的一部分，厂房的高度受水头所限，如新丰江水电站、葛洲坝水利枢纽等。坝后式水电站厂房特点是厂房布置在坝后或其邻近。因此厂房结构不受水头所限，水头取决于坝高。这种形式的厂房比较普遍采用，例如黄河上的刘家峡和三门峡水电站厂房、湖北丹江口水电站厂房等。溢流式水电站厂房通常采取两种办法：一是将厂房布置在河岸的地下洞室内；,二是设法把溢流坝厂房结合起来，即从厂

27、房上溢流或从厂房泄水，即溢流式或泄水式厂房，以后又进一步发展成不直接在水电站厂房顶上溢流，而直接把洪水水流挑越厂房顶，直接挑流到下游河床，成为“挑越式厂房”。泄水式厂房亦称为混合式厂房，泄水式厂房按泄水孔的位置不同分为两类：在尾水管上泄洪和在蜗壳上泄洪。目前采用的多是尾水管上泄水形式。葛洲坝水电站厂房就是采用这种形式。由于具有泄水底孔，不仅能部分或全部担任泄洪的任务，而且还可以起到导沙、冲沙、排沙的作用，减少水库淤沙和减轻泥沙磨损水轮机的作用。又由于泄水孔射出大量的水流，驱冲尾水水体，而使厂房下游紧邻尾水管出口处的尾水位有所降低，即水电厂的水头有所增加，从而增大了机组出力，这称为射流增差效益。

28、,新丰江水电站,三门峡水利枢纽,葛洲坝水利枢纽,（2）引水式开发主要是用引水道（明渠、隧洞、水管）来集中落差H。无压引水式电站，用低溢流坝拦阻河流水流，使其进入明渠，由于明渠断面平整光滑，所以底坡降可以造得很小，因此在渠道末端的水位高于河流水位，其差即为水头H。有压隧洞的引水道水电站。有时也可以是有压引水管。在山区河流坡度很陡而流量又不大的情况下，建造引水式水电站是经济和合理的。因为只要建造一定长度的引水道就可获得相当大的水头。引水式水电站中，愈来愈多地兴建地下水电站厂房。水电站地下厂房可以有如下的三种布置方式：,1）首部式地下厂房不建引水隧洞，只建尾水隧洞，尾水隧洞比引水隧洞所受的压力要小得

29、多，如下游水位变化不大，还可建造无压尾水隧洞。这种型式往往是最经济的，即投资少、工程量较小和施工期较短。由于厂房靠近水库，需要解决防渗、防潮和通风等问题。2）尾部式地下厂房这种厂房位于引水道尾部，靠近地面，尾水隧洞往往建有调压井。这种布置形式对厂房洞室的布置及施工较为有利。3）中部式地下厂房如地形、地质、施工和运行等条件适用于将水电站厂房布置在引水系统的中部，则可采用这种布置形式。其特点是厂房上游侧的引水道和下游侧的尾水道均比较长。,5、抽水蓄能电站坝式和引水式水电站都可以作为抽水蓄能电站，一般说来，装有可逆式机组的抽水蓄能电站厂房的布置和结构设计，与一般形式的水电站厂房相同。抽水蓄能电站可以

30、说是一种特殊作用的水电站，它并不利用河流水能来发电，而仅仅是在时间上把能量重新分配，一般在后半夜当电力系统负荷处于低谷时，利用火电站，特别是原子能电站富裕（多余）的电能，以抽水蓄能的方式把能量蓄存在水库中，即机组以水泵方式运行，将水自下游抽入水库。在电力系统高峰负荷时将蓄存的水量进行发电，即机组以水轮机方式运行，将蓄存的水能转化为电能。由于能量转换有损耗，大体上用4度电抽水可发出3度电。,6、潮汐电站利用涨潮落潮时的潮位差（水头）发电的。这种潮汐电站都是河床式或贯流式机组的厂房；厂房作为挡水建筑物的一部分，与闸坝共同把海湾隔开，利用涨潮和落潮时的水位差（水头）来发电,7、电站建筑物（1）水电站

31、建筑物的布置河床式水电站建筑物的布置适用于较低水头，一般在3040m以下，多修建在河流的中下游河床坡降较平缓的地段或灌溉渠道上。其特点是厂房与坝并列建造于河床中，厂房成为挡水结构的一部分。我国最大的低水头水电站是长江葛洲坝水电站，属于河床式水电站类型。水电站厂房是挡水建筑物的一部分。该水利枢纽布置见下图。坝后式水电站建筑物的布置当水头较高，一般超过2540m时，由于压力大，厂房本身的重量不足以维持其稳定。因此，厂房位于拦河坝的下游侧，不受上游水压力。,引水式水电站建筑物的布置水流通过进水口进入有压隧洞，通过调压室到压力水管，然后引向厂房内的水轮机。引水式地下水电站建筑物的布置水流从进水口流入有

32、压隧洞，然后进入埋藏式压力管道，引向厂房内的水轮机。水流从水轮机流出后，进入尾水隧洞，在尾水管出口处，建有尾水调压室。（2）水电站建筑物的作用水电站通常具有下列几类建筑物，其作用如下：挡水建筑物一般为坝或闸，用以截断河流，集中落差，形成水库。泄水建筑物 用来下泄多余的洪水或放水以降低水库水位，如溢洪道、泄洪隧洞、放水孔或泄水孔等。,水电站进水建筑物又称进水口或取水口，是将水引入引水道的进口。水电站引水建筑物用来把水库的水引入水轮机。可以采用明渠、隧洞、管道。有时引水道中还包括沉沙池、渡槽、涵洞、倒虹吸管和桥梁等交叉建筑物及将水流自水轮机泄向下游的尾水建筑物。水电站平水建筑物当水电站负荷变化时，

33、用来平衡引水建筑物（引水道或尾水道）中的压力和流速的变化，如有压引水道中的调压室及无压引水道中的压力前池等。发电、变电和配电建筑物包括安装水轮发电机组及其控制设备的厂房，安装变压器的变压器场和安装高压开关的开关站。它们集中在一起，常称为厂房枢纽。,升压站,三峡水电站简介,三峡水利枢纽位于中国湖北省宜昌县三斗坪、长江三峡的西陵峡中，距下游宜昌市约40km。坝顶高程185m，正常蓄水位175m,总库容393亿立方米初期运用水位156m混凝土重力坝，最大坝高175m，总库容393亿m3。防洪限制水位145m，相应库容171.5m3，防洪库容221.5亿m3。枯季消落低水位155m，库容228亿m3，

34、调节库容165亿m3。1993年开始施工准备，1998年截流，2003年6月水库开始蓄水，2009年全部建成。坝址以上流域面积100万km2，多年平均径流量4510亿m3，多年平均输沙量5.3亿t。混凝土重力坝，主要建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水加10%校核，相应洪峰流量分别为98800m3/s和124300m3/s，相应水位为175m和180.4m（库容为450亿m3）,水电站将安装26台单机容量为70万千瓦的水轮发电机组，总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿度；三峡水电站将以500千伏交流输电线向华中、重庆供电，以600千伏直流向华东送电，并将与华北和华南联网。泄洪坝

35、段长383m，分为23个坝块，每个坝块长21m。共设23个7m9m(宽高)的深孔和22个净宽8m的表孔。深孔布置在坝块的中部，进水口底部高程90m。表孔在2个坝块之间跨缝，堰顶高程158m。电站厂房为坝后式包括导流工程量在内的主体工程建筑物基础土石方开挖达10259万立方米，混凝土浇筑总量达2715万立方米，土石方填筑总量达2933万立方米，金属结构安装总量达28.08万吨。,三峡水利枢纽大坝为混凝土重力式，挡水前沿总长为2345米，最大坝高175米，坝体混凝土总浇筑量为1486万立方米，三峡工程梯级船闸是世界总水头最高（113米）、级级最多（五级）的内河船闸、其单级闸室有效尺寸（长280米，

36、宽34米，槛上水深5米）及过船吨位（万吨级船队），船闸最大工作水头49.5米，最大充泄水量26万立方米，边坡开挖最大高度170米，峡水利枢纽升船机承船厢有效尺寸120183.5米，总重11800吨，最大提升高度113米，过船吨位3000吨，水位宽幅上游30米、下游12米等指标 三峡水库淹没陆地面积632平方千米，据1992年调查，淹没线以下有耕地（含柑桔地）35.94万亩，居住人口84.41万人，规划最终需搬迁安置的人口可能达113万人。,地质方面：坝址地形开阔，河谷宽达1000余m，右侧有中堡岛顺江分布，两岸谷坡平缓。基岩主要为前震旦纪斜长花岗岩，岩性均一、完整、力学强度高。微风化与新鲜基岩

37、饱和抗压强度100MPa，变形模量3040GPa，纵波速度大于5000m/s。岩体透水性微弱，单位吸水量一般小于0.01L/(minmm)。坝区有两组断裂构造，一组走向北北西，一组走向北北东，倾角在60以上。断层规模不大，岩石胶结良好。花岗岩体的风化层分为全、强、弱、微4个风化带。风化壳的厚度(指全、强、弱3个带)在两岸山体地地段较大，可达2040m，漫滩地段较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度较小。库区和坝区地壳稳定，地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。水库建成后，可能产生的水库诱发地震，估计最高震级为5.5级。水库库岸总体稳定条件较好。,第四章 水利水电工程第二节 水库工程,一、水库工

38、程概述二、水库的特征参数 三、水库工程设计要点四、水库工程与环境的关系,第四章 第二节水库工程一、水库工程概述1、水库概念；定义：reservoir水库是在河流的适当位置人工采取工程措施拦蓄河川水流的各种挡水建筑物和构筑物。水库的作用(1)拦蓄洪水以防止水涝灾害；(2)按用水部门需要，有计划地分配径流；(3)拾高水位为有关部门(发电、航运、灌溉)服务。水库的总库容是划分水利枢纽工程等次的最重要指标。几个相关概念：径流、水位、流量、含砂量,密云水库,丹江口水利枢纽,梅山水库,岳城水库,磨子潭水库,典型水库前苏联的库容为1694亿立方米的的布拉茨克水库埃及的库容为1,694亿立方米的阿斯旺高坝乌干

39、达的库容为2,048亿的欧文瀑布水库等均为世界特大型水库。中国的龙羊峡水电站水库（247亿立方米）新安江水电站水库（220亿立方米）丹江口水利枢纽水库（209亿立方米）三峡水利枢纽水库（393亿立方米）葛洲坝水利枢纽水库（15.8亿立方米）,三峡水电站的光瀑现象,2、水库的分类；按水库调节周期的长短分类（1）日调节水库；这是指在一日之内或一周之内按用水量调节一次的水库。（2）年调节水库；水库在汛前空到一定高程，汛期蓄存一部分洪水或者多余水量，以提高同年枯水期的河川流量，进行一年内的水量重新分配。大多数中、小型水库均属于此种类型。当水库已蓄水而河川来水量仍大于用水量时，将发生弃水。（3）多年调节

40、水库；是将丰水年的多余水量蓄存起来，以补枯水年水量的不足，进行多年内的水量重新分配的水库。例如永定河上的官厅水库、黄河上的三门峡水库及丹江口水库等均为多年调节水库。这类水库同时也可进行年、周或日调节。,第四章 第二节水库工程二、水库的特征参数 1、水库的面积曲线与容积曲线水库面积曲线与容积曲线是指水库面积、水库容积与水库水位之间的关系曲线。水库的工作能力、水库的淹没范围、拦河坝的高度这些重大问题是彼此牵连、相互制约的，水库面积曲线与容积曲线就成为解决这类复杂问题的必不可少的设计资料。(1)水库面积曲线在已有库区地形因的情况下，多用水平断面法绘制水库面积曲线。具体方法是将库容分成许多水平民每层的

41、高度与库区等高线一致，用求积仪或透明方格纸等方法，量计不同等高线和坝轴线所包围的面巩最后以水位为纵坐标，面积为按坐标，绘制水库面积曲线。,(2)水库容积曲线以水库水位为纵坐标以相应的水库容积为核坐标，所绘制的曲线称水库容积曲线。其方法同样是先将库容分为许多水平薄面然后由谷底向上逐层计算各层的容积，依次累加，即可得出与各高程的水位相应的库容。水库水面是水平的，并称为水库的静水 特性，所得库容为 静库容。水库蓄水后，库尾 水位要比坝前水位 高，库水面形成回 水曲线，这种库容 称为动库容。,2、水库的特征水位与特征库容,第四章 第二节水库工程三、水库工程设计要点1、水库设计低水位的选择；设计低水位应

42、以用水部门正常运用所必须的水位高程及泥抄淤积在使用年限内可能达到的高程作为依据。显然设计低水位应高于泥沙淤积高程。以灌溉为主的水库，设计死水位主要取决于灌溉引水控制高程，即渠首设计引水高程。以发电为主的水库设计死水位则主要取决于发电所需的最小工作水头。对于综合利用的水库，设计死水位(即低水位)就要在考虑满足泥沙淤积高程的条件下，还要满足灌溉、供水、发电、航运、养殖、环境卫生等各方面水位的最低要免进行全面衡量后砌足。其中，泥沙淤积库容及相应的淤积高程，可按先计算淤积的体积，即库容，后求淤积高程的方法解决。,2、水库兴利库容与正常高水位的确定法,具体的计算多采用列表法：首先以一年为计算时间，分别按

43、上述原则求出天然河道来水量和用水量过程线，再计算各月的来水量与用水量之差，对余水量和缺水量分栏填写；求出连续缺水月份的缺水量之和及单个月的缺水量，其中最大的缺水量即为水库应蓄的水量，以此水量作为兴利库容。按库容与水位的关系曲线，即可定出正常高水位(设计蓄水位)。多余的来水作为弃水下泄。水库的正常高水位是一项重要的设计指标它关系到水库的效益、淹没范围和投资多少。,3、调节库容与设计洪水位1）设计洪水(1)洪水河水流量激增，水位猛涨并具有一定危害性的大水称为洪水。在我国，造成洪水的原因多为夏、秋季发生暴雨或大面积降雨引起。所以，绝大部分河流灾害都由雨水引起。此外，由于春季迅速融雪、冬季冰凌塞流也常

44、造成灾害性洪水。一切水工建筑物在运用期间都可能遭到洪水的袭击。排水工程中泄水建筑物结构尺寸、取水工程中建筑物的设置高度、水库设计、堤防工程部必须掌握河段的洪水情势。因此，洪水的水文计算也是工程设计中很重要课题。一次实际发生的洪水情况可由实测得到，并以洪水过程线表示。,(2)设计洪水考虑到水工建筑物在运用期间防御洪水的需要和可能发生的洪水情况，常需拟定一个适当的洪水作为设计水工建筑物的依据和标形，这种设计中预计的洪水称为水工建筑物的设计洪水。设计洪水的分析计算主要有三个问题，即洪峰流量的大小、洪水流量适时变化情况(简称洪水过程线)及一定时段内的洪水总量，统称设计洪水三要素。（3)设计洪水的推算方

45、法设计洪水的推算方法随实测资料情况而异，主要是两大类，一是由实测流量资料推求；二是由暴雨资料推求，也可采用经验公式或利用各地水文手册中有关图表和等值线图进行估算。4、水库的削洪作用与防洪库容,第四章 第二节水库工程四、水库工程与环境的关系1、水库引起的环境变化库区主要有：（1）淹没；壅高回水淹没耕地、矿藏、名胜等，城镇、公里、铁路等迁移；（2）滑坡、崩塌；（3）水库淤积；（4）水文变化；地下水位抬高（5）水质变化；（6）气象变化；（7）诱发地震；（8）卫生条件；盐碱化、沼泽化、污染、微生物等,水库下游：（1）河道冲刷（2）河道水量变化（3）河道水文（4）河道水质2、水库垮坝水库垮坝后果严重是众

46、所周知的，例如：1975年河南大水，洪涝成灾，加之板桥、石漫滩两座大型水库、两座中型水库和58座小型水库垮坝，大大加重了灾情，致使29个县市1100万百农田遭受毁灭性灾害，冲毁铁路l02km，直接经济损失100亿元，死亡人数达9万人。1963年海河大水，5座中型水库垮坝，死亡达1000多人；,垮坝的主要原因有如下几个方面：(1)自然灾害。如：大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪崩、故障。(2)老化。建筑物材料宅化(开裂、冲蚀、腐蚀、风化等)，由于时间推移地基失效坡损坏、坡面失稳、设备失灵。(3)人为原因。设计、施工错误，运行维护中失误，人为破坏等。,刘家峡水库,龙羊峡水库,青铜峡水库,西津水电站,孟达天池,白蚁破坏后的大坝,白蚁甬道,