第11章 水利工程.ppt
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1、第 11 章水利工程,本章内容,11.1 引言 11.2 作为土木工程一部分的水利工程 11.3 水文学概要 11.4 水利工程和径流调节 11.5 水利发电 11.6 灌溉、排水和防洪 11.7 给水 11.8 水利工程的其他领域,水利工程是从事水资源勘探、利用、保护、江河湖海整治和疏浚、水利电力工程、农田水利、海岸和近海工程的研究、设计、施工和维护的工程领域。 这些目标多是通过建造水工结构来实现。因此,水利工程也与建造水工结构及相关过程的管理相关,11.1 引言,水利工程有下列分支: 水上运输、水力发电、水利土壤改良 给水和排水、渔业水利等,11.1 引言,球上约有13亿Km的水,其中大部
2、分在海洋,河中水只占总水量的很少部分。然而,河中水对于目前的水利工程却是非常重要的。 多数河流中的流量随时间而显著变化;洪水期的流量要比枯水期的流量大得多。因此,需要建造水库来调节流量,11.1 引言,在这些过程中,不论是水资源利用还是水灾预防,都需要建造水工结构。 要利用储存水中的能量,就需要建造大坝来提高水位形成驱动发电机所需要的水头。 对于航运业,必须建造航道标志、码头、防波结构以及用于船只建造和维护的结构物。 河道需要疏浚和整治,并建造通航船闸等以保持正常航运功能。 水利事业的灌溉、排水和防洪等工程中,也需要建造各种各样的特种结构,11.1 引言,11.1 引言,防波堤,11.1 引言
3、,喷灌,微喷,水工结构与其他结构的根本区别在于前者是在水中起作用。 大坝通常承受巨大的水压力。因此采取措施防止水工结构的滑移和失稳,这通常可通过增大结构的重量来实现,11.1 引言,水工结构的建造和维护与水流密切相关。水利工程师感兴趣的是水位、单位时间内通过的水量、流速、冰的形成以及水中泥沙含量等现象。 对海上水中结构,还要研究水位变化和波浪作用。 因此,水利工程师必须掌握水文学的知识,11.1 引言,水利工程通常有巨大的工程量,特别是含有庞大的土石方工程量。施工条件复杂,施工作业必须在河床上进行,考虑水流、冰流和过往船只的影响。 所以说,施工对于水利工程师来说也是个重要的问题,11.1 引言
4、,古时人们尝试利用河流为其服务。 河流提供了引用和灌溉的水,并且提供了最经济的运输方法。 河流也用作御敌于外的防线,11.1.2 水利工程简史,人类很早就利用河水发展灌溉四大文明古国都出现在大河流域,以灌溉为古代文明的基础。 公元前4400年在古埃及开挖了巨大的渠道来引水灌溉尼罗河平原。 公元约4000年古埃及建造了堆石坝和土坝。 公元前40003000年间,在古巴比伦一些城市已有输水道和自流井。 印度最早的坝建于公元前1000年。欧洲第一座坝于公元前800年建于西班牙。 公元前600年开挖了一条从尼罗河到红海的运河,11.1.2 水利工程简史,约公元前250年阿基米德写了“浮体论”的论文,这
5、是历史上第一篇水力学论文。直到18世纪和19世纪初水利工程学才有了很大的发展。 在过去的百余年间,水利工程学有了很大的发展。 建造了巨型水电站、数百公里长的运河以及庞大的灌溉和排水工程,11.1.2 水利工程简史,中国水资源储量: 河流年平均径流量28000亿m3,居世界的六位,位于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼之后。 中国水能资源 河川水能资源蕴藏量6.67亿kw,可开发利用的约3.78亿kw,居世界各国之首。但分布不均,西南地区占70,西北占12,中南占9.5,华北、华南、东北仅占8,11.1.3 中国的水利工程,几千年前:人们已经认识到水利工程的重要性 4000年前的大禹治水,至今仍在
6、使用的长达1800km的黄河大堤。 700年前(公元前4851292年)全线通航,纵贯祖国南北,长达1794km的京杭大运河。 公元前250年,四川灌县修建的都江堰防洪灌溉工程,11.1.3 中国的水利工程,11.1 引言,都江堰水利工程,都江堰及其示意图,四川都江堰水利工程(公元前256年秦蜀郡守李冰修建),是全世界至今为止年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 都江堰没有众多水利工程所常见的雄伟大坝,只有一个酷似鱼一样的大堤纵卧江中,这条堤就被称为“金刚堤”。堤的头部就是都江堰的鱼嘴;中后部是一个低矮的斜坡,叫飞沙堰;尾部是两山之间狭窄的进水口,形似瓶口,叫宝瓶口。 这项工程
7、主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成,科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题,消除了水患,使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县、超过一千万亩农田,11.1 引言,11.1 引言,都江堰及其示意图,从古到今人类为了生存和发展的需要,采取各种措施,对自然界的水和水域进行调控,以防治水旱灾害,开发利用和保护水资源。 用于调控自然界的地表水和地下水,以达到除害兴利目的而兴建的工程称为水利工程。 我国江河众多,全国大小河流总长达42万公里,河川径流总量为2.81 012 m3,流域面积在1000 km2以上的河流约1500条,11.1 引
8、言,中国七大江河,引言,典型工程,三峡 都江堰 南水北调,11.2 作为土木工程一部分的水利工程,11.2.1 作用在水工结构上的力 水的静压力总是与结构与水的接触面相垂直,其值等于该点处水柱的重量。 设水柱的高度为H,重度为r,则静水压可表示为,11.2 作为土木工程一部分的水利工程,除了静水压外: 动水压 浮力 冰压力 土压力 风压力 地震力 自重 等,11.2 作为土木工程一部分的水利工程,11.2.2 水工结构的承载力和稳定性 水工结构物必须足够的强壮和稳定。也就是,它必须满足承载力和稳定性的要求。 如果一个结构或其部分在某种横向作用下(通常是土压或水压)产生横移,则称该结构失去稳定(
9、失稳) 所以,抵抗滑移的力T必须足够大,以抵抗横向作用W并具有足够的安全系数 。此要求可表示为,11.2 作为土木工程一部分的水利工程,11.2.3 水工结构的地基和地基条件 结构所处的场地和地基必须可靠与坚固,因此,须仔细研究相关地质条件。 确定地基有何种岩层:喷出岩、沉积岩、变质岩,11.2 作为土木工程一部分的水利工程,11.2.4 水工结构所用的材料 可用于水工结构的材料包括钢、生铁、木、石料、粘结材料、混凝土、钢筋混凝土等等。 例如坝的建造,如果当地土质合适则可用于造坝,这就是很经济的设计。但如果该坝要求较高并且具有较小截面,则用混凝土造坝可能是更好的选择,11.3 水文学概要,水文
10、学是研究自然界中水的运动的科学。水文学作为一门科学是在20世纪形成的。自然界的水以各种形式存在于空气中、地球表面和地球内部。 所以水文学通常分为三个分支: 水文气象学、地表水文学、水文地质学,11.3 水文学概要,地表水分布在海洋、河流、湖泊、沼泽等不同水体中。 从海洋蒸发的水的总量 ,加上从陆地蒸发的水的总量 ,必须等于海洋的降水量 与陆地的降水量 之和,11.3 水文学概要,水位: 河流中给定点的水位随时间变化。水位与时间的关系曲线对于确定水工结构的高度是重要的,一个水工结构的顶部必须始终在水面之上。 流速: 在河断面的不同点流速是不同的。在河的横向。流速在河中间取最大值,并随着趋近于岸边
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