水利工程概论复习

《水利工程概论》复习资料第一章绪论一、地球上及我国水资源的总量地球上138.6×108亿m³；我国2.77万亿m³二、我国水资源的特点1、水资源总量丰富，人均占有量低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、耕地布局不相适应三、水利工程的分类河道整治与防洪工程；农田水利工程；水力发电工程；供水和排水工程；航运工程四、水力发电工程的两个基本要素落差、流量第二章水库、水利枢纽、水工建筑物一、水库的概念及分类（按库容，径流调节周期）水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。按库容大小水库分为：大（1）型水库库容不小于10×108m3；大（2）型水库库容为（1.0~10）×108m3；中型水库库容为（0.10~1.0）×108m3；小（1）型水库库容为（0.01~0.10）×108m3；小（2）型水库库容为（0.001~0.01）×108m3。按径流调节周期长短分为：无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节水库。二、水库的径流调节水库的径流调节是指利用水库的蓄泄功能有计划地对河川径流在时间上和数量上进行控制和分配。三、水库的特征水位和特征库容的概念特征水位：水库工程为完成不同任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。特征库容：相应于水库的特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。四、水工建筑物的分类1、挡水建筑物2、泄水建筑物3、输水建筑物4、取水建筑物5、整治建筑物6、专门性水工建筑物五、水利枢纽布置水利枢纽布置是水利工程设计研究首要的主要内容。在选择水利枢纽布置方案时，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，还要便于施工布置，有利于节省投资和缩短工期，因此应在保证运行方便和安全可靠地前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期。一般应进行多方案比较，优选技术经济效益最佳的方案。在进行水利枢纽布置时，应全面考虑设计、施工、运用、管理、技术经济、环境等方面的要求。第三章挡水建筑物一、重力坝的特点及分类特点：①筑坝材料抗冲击能力强，工作安全，运行可靠。②对地形、地质条件适应性强。③泄洪布置方便，施工导流容易。④施工方便，运行维护简单。⑤结构受力明确，构造简单。缺点：①坝体剖面尺寸大，材料用量多，内部压应力小，材料的强度不能得到充分发挥；②坝基面面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利；③坝体体积大，水泥用量大，水化热高，散热差，需要采取严格的温度控制措施。按泄水条件分：溢流重力坝、非溢流重力坝；按坝体结构形式分：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹（孔腹）重力坝；按筑坝材料分：混凝土重力坝、浆砌石重力坝。二、提高重力坝抗滑稳定的工程措施除了增加坝体自重外，提高坝体抗滑稳定的工程措施，主要按照增加阻滑力、减少滑动力的原则，通过多方案技术经济比较，确定最佳方案组合。常用的工程措施有：①利用水重；②采用有利的坝基开挖轮廓线；③设置齿墙；④防渗排水措施；⑤加固地基；⑥横缝灌浆；⑦预加应力措施；⑧空腹抛石。三、重力坝应力分析的方法重力坝的应力分析主要有模型试验和理论分析两种方法，后者包括材料力学法、弹性力学法和有限单元法等。设计规范推荐采用材料力学法，但是，对于高坝，必须采用有限单元法进行分析复核。【材料力学法：沿坝轴线取单位长度的坝体作为固接在地基上的变截面悬臂梁，按平面形变问题考虑，并假定坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，按材料力学的偏心受压公式计算。该法计算结果在坝体上部2/3~3/4坝高范围内较为准确，靠近坝基部分不能反映地基对坝体应力的影响，复杂部位也不能反映真实的应力状态。有限元法：可以较好地反映复杂边界、坝体和坝基的材料不均匀性、材料应力应变的非线性、坝基断层破碎带的影响等，还可以考虑温度应力、地震作用等。】四、重力坝地基加固处理的目的①提高基岩的整体性和弹性模量；②减少基岩受力后的不均匀变形；③提高基岩的抗压、抗剪强度；④降低坝基的渗透性。五、拱坝的特点①受力条件好；②坝体的体积小；③超载能力强，安全度高；④抗震性能好；⑤施工技术要求高。六、拱坝的分类按坝体厚高比可分为：厚拱坝或重力拱坝（T/H0.35）、中厚拱坝、薄拱坝(T/H0.2)；按其坝体形态可分为：单曲拱坝、双曲拱坝。七、拱坝的体形设计当坝高已定时，坝体待定的基本尺寸主要是：拱圈的平面形式及各层拱圈轴线的半径和中心角，拱冠梁上下游面的形式以及各高程的厚度。首先要拟定的是平面拱圈的形式及其中心角、半径和厚度，以及拱冠梁的尺寸。八、拱坝稳定分析的内容1、局部稳定分析，即取任一高程单位高度的拱圈，分析其稳定性；2、拱座整体沿滑动面向下游滑动的整体稳定分析，即由拱座上游裂开面、侧裂面、底裂面等构造面和临空面组成“楔形体”，分析其稳定性；3、坝体绕一岸旋转滑动的整体稳定分析，即当河谷两岸地质情况差异较大时，分析坝体可能绕另一岸旋转滑动稳定性。九、拱坝应力分析的方法①圆筒法②纯拱法③拱梁分载法④壳体理论计算方法⑤有限单元法十、土石坝的分类按施工方法分为：碾压式土石坝、水力冲填坝、水坠坝、水中填土坝或水中倒土坝、土中灌水坝、定向爆破堆石坝。按坝体材料和防渗结构分：碾压式土石坝可分为均质坝和分区坝（如心墙坝、斜墙坝、斜心墙坝、土石混合坝、面板坝等）十一、土石坝的设计要求1.不允许水流漫顶2.满足渗流控制要求3.坝体坝基稳定可靠4.抵抗其他自然界的破坏作用十二、土石坝的防渗体①土质心墙②土质斜墙③人工材料防渗体十三、土石坝的排水设施①贴坡排水②棱体排水③褥垫排水④管式排水⑤综合式排水十四、土石坝失稳破坏的几种形式1、滑动：坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍塌；2、液化：细砂或均质砂料，地震、打桩振动、爆炸；3、塑性流动：坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。第四章泄水建筑物一、溢洪道的类型和布置原则类型：按照在水利枢纽中的位置，溢洪道分为河床溢洪道和河岸溢洪道。河床溢洪道又分为溢流坝、滑雪道、坝身泄水孔；河岸溢洪道在布置和运用上分为正常溢洪道（包括正槽、侧槽、井式、虹吸式溢洪道）和非正常溢洪道。布置原则：溢洪道的布置应综合考虑泄流量、坝型、地形地质、水流条件及施工因素。地形方面——路线短、土石方开挖量少；地质方面——位于较坚硬的岩基，减少衬砌；水流条件——水流顺畅、避免水头损失及冲刷；施工方面——合理安排出渣路线及弃渣场。二、正槽溢洪道的组成结构1.进水渠、2.控制段、3.泄槽、4.出口消能段、5.尾水渠三、四种溢流重力坝常用坝后消能设施1.底流消能、2.挑流消能、3.面流消能、4.戽(hù)流消能四、水闸的组成1.上游连接段、2.闸室、3.下游连接段第七章过坝建筑物一、过坝建筑物的类别以及各类别过坝建筑物的主要类型及工作原理【通航建筑物】1.船闸：利用闸室中水位的升降将船舶浮运过坝。按船闸级数分为：单级船闸、多级船闸；按船闸线数分为：单线船闸、多线船闸；按闸室的类型分为：广厢船闸、具有中间闸首的单级船闸、井式船闸。2.升船机：利用水力或机械力使船舶连同它的运载设备（也称承船设备）一起沿垂直或斜面方向的固定轨道升降，以运送船舶过坝。按其运行方向分为：垂直升船机、斜面升船机；按运载设备内是否用水浮托船舶，可分为湿运式和干运式。【过鱼建筑物】1.鱼道：用水槽或渠道做成水道，水流顺着水道由上游流向下游，鱼在水道中逆水而上或顺水而下。按其结构型式分为：水池式鱼道、槽式鱼道（简单槽式鱼道、加糙槽式鱼道、隔板式鱼道）2.鱼闸：采用控制水位升降的方法来输送鱼类通过拦河闸（坝）。主要有竖井式和斜井式两种类型。3.升鱼机：利用机械设施将鱼输送过坝。有“湿式”和“干式”两种。4.集运鱼船：利用水流通过船身以引诱鱼类进入船内，再通过驱鱼装置将鱼驱入运鱼船，经船闸过坝后，将鱼投入上游水库。【过木（竹）建筑物】1.筏道：利用水力输运木排（又称木筏）过坝的陡槽。2.漂木道：用于浮运散漂的木材过坝。按木材通过的方式可分为全浮式、半浮式和湿润式三种。3.过木机：一种运送木材过坝的机械设备。我国一些水利枢纽采用的过木机有链式传送机、垂直和斜面卷扬提升式过木机、桅杆式和塔式起重机、架空索道传送机等。二、各种过坝建筑物的基本结构组成及各组成部分的功能【船闸】a.闸室：供过坝(闸)船队(舶)临时停泊的场所。b.闸首：将上下游引航道隔开，使闸室内维持上游或下游水位以便船队(舶)通过。c.输水系统：供闸室灌水和泄水，使闸室内的水位能上升或下降至与上游或下游水位平齐。d.引航道：保证船队(舶)顺利地进出船闸，并为等待过闸的船队(舶)提供临时的停泊场所。【升船机】a.承船厢：用于装载船舶。b.垂直支架或斜坡道：前者用于垂直升船机的支撑并起导向作用，后者用作斜面升船机的运行轨道。c.闸首：用于衔接承船厢的上下游引航道。d.机械传动机构：用于驱动承船厢升降和启闭承船厢的厢门。e.事故装置：当发生事故时，用于制动并固定承船厢。f.电气控制系统：用于操纵升船机的运行。【鱼道】a.进口；b.槽身；c.出口；d.诱鱼补水系统：利用鱼类逆水而游的习性，用水流来诱导鱼类进入鱼道，也可以根据不同鱼类的特性，利用光线、电流及压力等对鱼类施加刺激，诱引鱼类进入鱼道，提高过鱼效果。【鱼闸】组成部分包括上、下游闸室和闸门，充水管道及其阀门，竖（或斜）井等。【筏道】a.上下游引筏道：河道与筏道之间的过渡段，用以引导木排顺利进入筏道进口和进入枢纽下游河道的主流区。b.进口段：准确调节筏道流量以节省水量和安全过筏。c.槽身段：安全浮运木排。d.出口段：保证在下游水位变化的范围内顺利流放木排，不搁浅并尽量减少木排钻水现象。第九章水力发电一、水电站的概念及工作原理水电站又称水电厂，是利用水能生产电能的综合工程设施。它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水工建筑物及装设的各种机械、电气设备。其水工建筑物集中天然水流的落差形成水头，汇集、调节天然来水的流量，将水流输送到水轮发电机组，然后由机组将水能转换为电能，通过变压器、开关站和输电线路送入电网，供用户使用。二、水电站的分类按水头可以分为高水头（水头大于70m）、中水头、低水头（水头小于30m）水电站；按照装机容量，水电站可分为大型（总装机容量10万~100万kw）、中型（5~10万kw）、小型（小于5万kw）水电站；按水库是否能进行径流调节，分为无调节（亦称径流式）、有调节（又分日调节、年调节、多年调节）水电站；根据机组在电网中担任负荷的种类和发挥的作用，可分为基荷、腰荷、峰荷；按其组成建筑物及其结果特点，分为坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站。三、坝式、河床式、引水式水电站的适用情况坝式水电站：一般建在河流的中、上游的高山峡谷中，所集中水头的高低取决于坝址和库区的地形、地质条件、筑坝材料和技术条件、库区淹没情况以及国民经济发展的需要。河床式水电站：多位于河流的中、下游，水头较低，流量较大其泄水建筑物一般布置在河床中部，厂房和船闸分别布置在河道两边，靠近河岸。引水式水电站：多用于小流量、大坡降河流中、上游或者跨流域开发中。四、水轮机、水轮发电机功能及其分类【水轮机】功能：将水流中的能量转换成旋转机械能以驱动发电机分类（按工作原理）：冲击式水轮机（分为水斗式、斜击式、双击式等）、反击式水轮机（分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式等）【水轮发电机】功能：由水轮机驱动，将机械能转化为电能分类（按轴线位置）：立式、卧式五、水电站的主要建筑物，各种主要建筑物的功能作用1、挡水建筑物：拦截河流、集中落差，形成水库2、泄水建筑物：宣泄洪水；放水供下游灌溉、供水、航运等不同部门使用；放水以降低水库水位3、进水建筑物：按照水电站的负荷要求，将发电用水引入引水道4、引水建筑物：将发电用水输送到水轮机；集中落差，形成水头5、尾水建筑物：将发完电的水流排到尾水渠或下游河道6、平水建筑物：平稳或抑制由于水电站负荷发生变化，在引水道或尾水道中造成流量、压力（明渠中为水深）过大幅度的变化7、厂区枢纽建筑物：发电、变电、配电的中心，电能产生的