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同学们好

本节课我们重点学习

水利工程建筑物的特点、分类、等级划分

以及水利工程设计阶段的划分等内容

要发挥一项水利工程的效益

必须修建各种建筑物

为了满足水利工程的目标

如防洪、发电、灌溉、供水、航运等要求

需要修建的各类建筑物

统称为水工建筑物

比如一座大坝、一条隧洞

一条渠道、一座电站等

都属于水工建筑物

通常

需要将不同类型的水工建筑物组成综合体

不同的水工建筑物发挥各自不同的功能

以实现水利工程的目标

这个综合体称为水利枢纽

一个水利枢纽的功能可以是单一的

比如防洪、发电、灌溉、引水等

但更多的是兼有多种功能

称为综合利用水利枢纽

比如三峡水利枢纽工程

主要水工建筑物有混凝土重力坝

左、右岸坝后式厂房和右岸地下厂房

左岸永久船闸和升船机

上、下游引航道

以及其他一些附属和临时性水工建筑物

通过这些不同水工建筑物各自作用的发挥

使得三峡工程具有防洪

发电、航运、抗旱、旅游等多种功能

所以

水工建筑物可以按照作用和功能分为6类

1、挡水建筑物

用以拦截江河

壅高水位

比如坝、闸、堤等

2、泄水建筑物

用以宣泄多余水量、排沙、水库放空等

比如各种溢流坝、泄水孔、溢洪道

泄洪洞等

3、输水建筑物

从上游向下游输水

以满足灌溉、发电、供水等需要的建筑物

比如引水隧洞、渠道

涵洞、渡槽等

4、取水建筑物

用于从水库取水

后部连接输水建筑物的首部建筑

比如进水闸

扬水泵站等

5、整治建筑物

主要用以改善河流的水流条件

防护和降低水流冲刷

比如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等

6、专门建筑物

这类水工建筑物是为灌溉

发电、过坝等需要而专门修建的

比如专为发电之用的电站厂房

专为灌溉之用的沉沙池

专为过坝之用的船闸、升船机、鱼道等

值得一提的是

有些水工建筑物功能也非单一

难以严格分类

比如

溢流坝既可以挡水

也可以泄水

既是挡水建筑物

也是泄水建筑物

而水闸

既可以挡水

又可以泄水

有时还可以作为取水建筑物

那么

水利工程都有哪些特点呢

和一般土建工程类似

水利工程也具有工程量大

投资多、工期长等特点

除此之外

水工建筑物还具有以下几个方面自身的特点

1、设计选型及布置的独特性

任何一项水利工程

及水工建筑物都是

修建在不同的地形、地质条件之中

也受到当地水文气象条件

建筑材料、施工条件

水库淹没和移民

社会经济条件等多方面的制约

在坝址选择、枢纽布置方案

水工建筑物的型式、隧洞洞线选择

电站厂房位置等方面都有其个性

因此

每一项水利工程都是一件独特的艺术品

比如三峡水利工程

就是一件世界上独一无二的大型艺术品

其坝址和枢纽布置格局的选择

就考虑了超大装机容量

和大型厂房所需空间

大型船队的通航问题

以及大流量条件下的施工导流难度等多个方面

而混凝土重力坝坝型、坝高

坝段布置的选择又需要考虑防洪

泄水、库区大范围淹没移民等多方面的制约

再比如

本人有幸曾参与设计研究的

澜沧江上的糯扎渡水电站

巧妙地利用垭口来布置

大型开敞式溢洪道

及地下大型厂房和泄洪洞

根据坝址区具有

大量良好粘性土的建筑材料

条件选择粘土心墙堆石坝

以及结合上、下游冲沟的分布

进行施工道路和场地布置

使得该水利工程称为一件成功的匠心之作

荣获国际里程碑工程奖

中国土木工程詹天佑奖等多项大奖

水利工程的第二个特点是工作条件复杂

一方面表现为上述各种复杂外在条件的制约

另一方面

则在于水工建筑物承受的复杂的水的作用

比如图示这座重力坝

由于水库蓄水

上游水位抬高

坝体上游就会承担相当大的水压力

坝体的抗滑稳定、混凝土材料的抗压

抗拉安全都会发生变化

同时

库水从坝体、坝基及两岸

向下游渗透所形成的渗透力

会对坝体的稳定和强度产生不利

也可能产生坝基渗透破坏进而影响大坝安全

还有

坝体泄洪时

高速集中下泄的水流对过流坝面

下游河床和岸坡等都会产生很强的冲刷作用

必须采取适当的消能和防护措施

其他

还要考虑泥沙淤积、地震等复杂作用的影响

以上这些

都使得水利工程和水工建筑物的工作条件复杂

第三个特点是

施工建造的难度较大

水利工程的建设大多

需要考虑施工导流截流

雨季安全度汛等问题

需要抢时间、争进度

对工程的施工进度安排

施工能力和施工质量控制等方面

都提出了更高的要求

另外

复杂地质条件带来的施工技术难度大

高山峡谷地区的物料设备运输困难等

都进一步加大了施工建造的难度

水利工程的第四个特点是

失事后果的严重性

水利工程一旦跨坝失事

伴随发生的大量洪水下泄

将会给下游带来重大损失伤亡

比如

法国60m高的马尔帕赛大坝

1959年溃坝

造成下游约500人死亡

意大利高262m的瓦依昂拱坝

1963年因库区山体大滑坡

引起超过坝顶260m的巨型涌浪

造成下游2600多人死亡

水库淤积报废

1975年8月

淮河上游、一天最大降水量

1005毫米的特大暴雨

导致板桥、石漫滩等26座水库垮坝

使得下游驻马店几乎所有村庄

在几个小时之内消失殆尽

540万人受灾

103万人遭受毁灭性打击

生产、生活资料全部冲光

京广铁路中断

9万多人死亡

经济损失达35亿元

1995年

青海沟后水库垮坝

管理人员骑着摩托车到有关部门报告

耽误了下游人员转移时间

造成下游重大损失

死亡320余人

这样的失事案例还有很多

个个惨烈悲痛、触目惊心

因此

保证工程安全是水利工程建设的首要任务

另外

新的时期

我们还需要关注水利工程的

反恐安全、生态和环境安全

对于一项水利工程

由于规模和承担任务的不同

其设计建造的标准和要求也不同

比如长江上的大三峡

和一条小河上仅有几米高的一个小水闸

其防护的对象

以及失事可能产生的后果有很大差别

如此就可以采用不同的设计和安全标准

而水利工程的分等及建筑物分级的意图

就在于将工程的安全可靠性

和经济合理性进行统筹考虑

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》

水利水电工程根据工程规模

效益及其重要性分为五等

分别为大（1）型、大（2）型

中型、小（1）型和小（2）型

主要根据水库库容、防洪或供水对象的重要性

治涝或灌溉面积以及水电站装机容量等综合确定

工程等别确定后

需进行水工建筑物的分级

在工程运行期间永久使用的永久性建筑物

分为失事后果严重的较为重要的

主要建筑物如大坝、水闸、厂房等

和失事后影响不大的次要建筑物如挡墙、护岸等

前者主要建筑物对应于工程等别分为1-5级

后者次要建筑物分为3-5级

另外还有些工程施工期间

使用的建筑物如导流洞

施工围堰等临时性水工建筑物

则根据其保护对象、失事后果

使用年限等因素

分为3-5级

工程等别及建筑物级别的确定

也是确定建筑物设计基准期

防洪和抗震标准和要求的基础

设计基准期是指建筑物

在设计荷载条件下

具有正常使用功能

并具有正常耐久性的年限

对于1级挡水建筑物应采用100年

其他永久性建筑物一般采用50年

对于防洪标准

越重要、级别越高的建筑物

能抵御洪水的能力更强、标准更高

比如1级大坝

设计洪水标准需达到

500~1000年一遇的标准

而校核洪水对于土石坝需达

5000-10000年一遇的标准

而对于3级大坝

洪水标准大幅降低

最后简要介绍一下水利工程设计阶段的划分

首先根据社会经济的发展和需要

统筹安排

确定流域的综合开发规划和河流梯级布局

在此基础上开展勘测、设计和施工建设

对于水利工程设计

可分为项目建议书

可行性研究、初步设计

招标设计和施工图5个阶段

水电建设根据自身特点调整

分为预可行性研究、可行性研究

招标设计和施工图4个阶段

以上阶段的勘测设计工作遵循由浅到深

由粗略到细致、逐步精确深入的原则进行

另外

一项水利工程的建设

应当遵照国家规定的基本建设程序

要避免出现

边勘测 边设计 边施工 的

三边工程

以及 先施工 后招标

先施工、后审批核准 等

违反基本建设程序的问题

这是我们今后从事水利工程建设需要注意的