9水利基础知识

1第2章水利工程基础知识本章要求：（一）了解洪水标准和工程等级的划分；（二）了解水库的特征水位和水库特征库容；（三）熟悉水工建筑的分类及特点；（四）了解水建筑物失事的主要原因；（五）掌握施工导流概念、导流标准、导流基本方法；（六）掌握施工围堰的类型，围堰施工技术；（七）熟悉截流的技术与方法。2.1洪水标准及工程等级的划分2.1.1洪水标准在水利水电工程设计中不同等级的建筑物所采用的按某种频率或重现期表示的洪水称为洪水标准，包括洪峰流量和洪水总量。永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为设计洪水标准和校核洪水标准两种情况。临时性水工建筑物的洪水标准，应根据建筑物的结构类型和级别，结合风险度综合分析，合理选择，对失事后果严重的，应考虑超标准洪水的应急措施。各类水利水电工程的洪水标准应按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）确定。1.永久性水工建筑物的洪水标准水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。江河采取梯级开发方式，在确定各梯级永久性水工建筑物的洪水标准时，还应结合江河治理和开发利用规划，统筹研究，相互协调。㈠.山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-1确定。表2-1山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]项目水工建筑物级别12345设计1000~500500~100100~5050~3030~20校核土石坝可能量大洪水（PMF）10000~50005000~20002000~10002000~1000300~200混凝土坝、浆砌石坝5000~20002000~10001000~500500~200200~100(2)平原地区永久性水工建筑物洪水标准，应按表2-2确定。表2-2平原区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]项目永久性水工建筑物级别12345水库工程设计300~100100~5050~2020~1010校核2000~10001000~300300~100100~5050~20拦河工程设计100~5050~3030~2020~1010校核300~200200~100100~5050~3030~20(3)潮汐河口和滨海地区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-3确定。表2-3潮汐河口段和滨海地区水利水电工程永久性水工建筑物的潮水标准永久性水工建筑物级别1234及5设计潮水位重现期（年）≥100100~5050~2020~10当山区、丘陵地区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于15m，且上下游最大水头差小于10m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。当平原、滨海地区的水利水2电工程其永久性水工建筑物的挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其洪水标准宜按山区、丘陵地区标准确定。2.临时性水工建筑物的洪水标准临时性水工建筑物的洪水标准，应在表2-4的幅度内，考虑风险度综合分析，合理选用。表2-4临时性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]临时性建筑物类型临时水工建筑物级别345土石结耕50~2020~1010~5混凝土坝、浆砌石结耕20~1010~55~32.1.2工程等级的划分1．水利水电工程等级划分根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，水利水电工程根据其工程规模、效益以及在国民经济中的重要性，划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五等，适用于不同地区、不同条件下建设的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，见表2-5。表2-5水利水电工程分等指标工程等级工程规模水库总库容（108m3）防洪治涝灌溉供水发电保护城镇及工矿企业的重要性保护农田（104亩）治涝面积（104亩）灌溉面积（104亩）供水对象重要性装机容量（104kW）Ⅰ大⑴型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大⑵型10~1.0重要500~100200~60150~50重要120~30Ⅲ中型1.0~0.10中等100~3060~1550~5中等30~5Ⅳ小⑴型0.1~0.01一般30~515～35~0.5一般5~1Ⅴ小⑵型0.01~0.001＜5＜3＜0.5＜1注：1．水库总库容指水库最高水位以下的静库容。2．治涝面积和灌溉面积指设计面积。对于综合利用的水利水电工程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中的最高等别确定。2．水工建筑物的级别水利水电工程中水工建筑物的级别，反映了工程对水工建筑物的技术要求和安全要求。应根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。（1）永久性水工建筑物级别水利水电工程的永久性水工建筑的级别应该根据建筑物所在工程的等别，以及建筑物的重要性确定为五级，分别为1、2、3、4、5级，见表2-6。表2-6永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物决要建筑物工程等别主要建筑物次要建筑物Ⅰ13Ⅳ45Ⅱ23Ⅴ55Ⅲ34堤防工程水工建筑物的级别，应该按照《堤防工程设计规范》（GB50286—98）确定。（2）临时性水工建筑物级别对于水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的级别，应根据保护对象的重要性、失事造成的后果、使用年限和临时建筑物的规模，按表1-7确定。对于同时分属于不同级别的临时性水工建筑物，其级别应按照其中最高级别确定。但对于3级临时性水工建筑物，符合该级规定的指标不得少于两项。3临时性水工建筑物级别级别保护对象失事后果使用年限（年）临时性水工建筑物规模高度（m）库容（108m3）3有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失＞3＞50＞1.041、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业、交通干线或影响总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失3~1.550~151.0~0.153、4级永久性水工建筑物淹没期坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失较小＜1.5＜15＜1.03．水工建筑物级别的提高（1）永久性水工建筑物级别的提高对于2～5级的永久性水工建筑物，若失事后造成巨大损失，或者对水利水电工程造成十分严重影响的，经过论证并报主管部门批准，其级别可提高一级。水库大坝按表1F411021-6规定为2级、3级的永久性水工建筑物，如果坝高超过规定的指标，其级别可提高一级，但洪水标准不予提高。当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂时，其基础设计参数不易准确确定，或者采用新型结构，对于2～5级的建筑物，其级别可以提高一级，但洪水标准不予提高。（2）临时性水工建筑物级别的提高利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时，经过技术经济论证，3级以下临时性水工建筑物的级别可以提高一级。4．水工建筑级别的降低对于失事后造成损失不大的水利水电工程，其1～4级主要永久性水工建筑物的级别，经过论证并报主管部门批准，可降低一级。2.1.3水库特征水位及水库特征库容1．水库特征水位（1）校核洪水位。水库遇大坝的校核洪水时在坝前达到的最高水位。（2）设计洪水位。水库遇大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位。（3）防洪高水位。水库遇下游保护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。（4）防洪限制水位（汛前限制水位）。水库在汛期允许兴利的上限水位，也是水库汛期防洪运用时的起调水位。（5）正常蓄水位（正常高水位、设计蓄水位、兴利水利）。水库在正常运用的情况下，为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位。（6）死水位。水库在正常运用的情况下，允许消落到的最低水位。2．水库特征库容（1）静库容。坝前某一特征水位水平面以下的水库容积。（2）总库容。校核洪水位以下的水库静库容。（3）防洪库容。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。（4）调洪库容。设计洪水位至防洪限制水位之间的水库。（5）兴利库容（有效库容、调节库容）。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。（6）共用库容（重复利用库容、结合库容）。正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积。（7）死库容。死水位以下的水库容积。42.2水工建筑的分类及特点与失事原因2.2.1水工建筑物的分类及特点1．水工建筑物的分类水工建筑物一般按它的作用、用途和使用时期等来进行分类。（1）水工建筑物按作用分类水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取（进）水建筑物、整治建筑物以及专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。1）挡水建筑物。是用来拦截江河,形成水库或雍高水位的建筑物，如各种坝和水闸以及抗御洪水，或沿江河海岸修建的堤防、海塘等。2）泄水建筑物。是用于宣泄多余洪水量、排放泥沙和冰凌，以及为了人防、检修而放空水库、渠道等，以保证大坝和其他建筑物安全的建筑物。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道和泄水隧洞等。3）输水建筑物。是为了发电、灌溉和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵盖、渠道、渡槽、倒虹吸等。4）取（进）水建筑物。是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。5）整治建筑物。是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。6）专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉沙池、冲砂闸、渠系上的建筑物；专为过坝用的升船机、船闸、鱼道、过木道等。（2）按用途分类水工建筑物按其用途可分为一般性建筑物和专门性建筑物。1）一般性水工建筑物具有通用性，如挡水坝、水闸等。2）专门性水工建筑物，仅用于某一个水利工程，只实现其特定的用途。专门性水工建筑物又分为水电站建筑物、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。（3）按使用时期分类水工建筑物按使用时期分为永久性建筑物和临时性建筑物。1）永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要水工建筑物是指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如大坝、水闸、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等；次要水工建筑物是指失事后将不致造成下游灾害，或者对工程效益影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、导游墙、工作桥及护岸等。2）临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流明渠等。2.水工建筑物的特点（1）工作条件复杂水工建筑物的地基有岩基，也有土基，情况往往比较复杂。在岩基中经常会遇到节理、裂隙、断层、破碎带、软弱夹层等地质构造；在土基中，可能会遇到压缩性大的土层，也可能会遇到流动性较大的细砂层。这些地质条件必需认真进行地基处理。水工建筑物的形式，受地形、地质、水文、施工等条件的影响，因此，每个水工建筑物都有其自身的特定条件，都具有一定的个别性。由于上、下游存在水位差，水工建筑物一般要承受相当大的水压力作用，因此水工建筑物及其地基必须具有足够的强度、稳定性。高水头的泄水在做好消能防冲工作的同时，还应防止高速水流产生的气蚀、磨损等破坏；另外，渗流不仅增加了建筑物荷载，也可能造成建筑物失事。在多泥沙河流中，水工建筑物将长期受泥沙淤积产生的淤沙压力作用，同时在泄洪或发电时，还会受到泥沙的磨损作用，严重时将影响建筑物的正常工作甚至影响其寿命。（2）施工难度大5在河道中修建的水工建筑物，需要首先解决好施工导流和截流工作，施工技术复杂，施工难度大。截流、导流、渡汛需要抢时间，争进度，而且往往是在水中施工，施工程度、施工强度和施工组织出现丝毫疏漏，将延误工期，并造成损失。水工建筑物的工程量一般都比较大，建筑物往往需要开挖一定深度的基坑，还要做一些相当复杂的基础处理。另外，水工建筑物中的大体积的混凝土结构，面临必须解决混凝土的施工及大体积混凝土的温度控制措施问题。水工建筑物往往是水下工程、地下工程多，施工条件差，施工干扰多，施工期限长，施工场地狭窄，交通运输困难，施工难度相当大。（3）环境影响大水工建筑物，尤其是大型水利枢纽，具有显著的经济效益、社会效益和环境效