《水利枢纽工程》课件

水利枢纽工程水利枢纽工程是水利建设的核心，是国家基础设施建设的重要组成部分本课程将系统介绍水利枢纽工程的基本理论、设计方法、施工技术和管理要求，为培养水利工程技术人才提供全面的知识体系课程概述1基本概念与重要性2国民经济地位水利枢纽工程是指在河流或湖泊上建设的具有挡水、蓄水利枢纽工程在防洪减灾、供水保障、清洁能源供应等方水、泄水等功能的综合性水利建筑物群，是水资源开发利面发挥着不可替代的作用，是促进经济社会发展的重要基用的重要手段础设施3可持续发展关系4学习目标框架现代水利枢纽建设必须统筹考虑经济效益、社会效益和生本课程涵盖水利枢纽的规划设计、施工技术、运行管理等态效益，实现人与自然和谐共生的可持续发展目标核心内容，培养学生的专业技能和综合素质第一部分水利枢纽工程基础1理论基础水利工程基本原理与理论2技术方法工程设计与计算方法3实践应用工程案例分析与应用水利枢纽工程基础部分是整个课程的理论支撑，包括基本概念、分类体系、发展历史等核心内容通过系统学习，学生将建立完整的知识框架，为后续深入学习奠定坚实基础水利枢纽的定义与特点综合功能系统集成规模效应技术复杂集防洪、发电、供由多个相互关联的水具有显著的规模效应涉及多学科交叉，技水、航运等多功能于工建筑物组成的完整和综合效益，投资大术要求高，设计施工一体的综合性水利工工程体系但回报丰厚复杂程水利枢纽工程是现代水资源开发利用的高级形式，它将传统的单一功能水工建筑物有机整合，形成功能完备、效益显著的工程体系水利枢纽的分类功能分类规模分类地理分类管理分类单一功能水利枢纽主要服按照总库容和装机容量等平原地区的水利枢纽多以单一管理模式适用于功能务于特定目标，如专门的指标，将水利枢纽分为大防洪排涝为主，山区枢纽相对单纯的水利枢纽，流防洪水库或发电站多功型、中型、小型三个等则侧重发电和供水，峡谷域管理模式则更适合大型能水利枢纽则综合考虑防级大型水利枢纽投资巨地区的枢纽往往具有优越综合性枢纽，能够实现流洪、发电、供水、航运、大但效益显著，中小型水的筑坝条件和巨大的开发域内水资源的统一调配和生态等多重需求，是现代利枢纽则更加灵活多样潜力优化配置水利发展的主流趋势水利枢纽工程的发展历史古代成就中国古代水利工程技术世界领先，都江堰、郑国渠等工程至今仍发挥重要作用这些工程体现了因地制宜、因势利导的设计理念，为现代水利建设提供了宝贵经验近现代发展新中国成立后，我国水利建设取得巨大成就从荆江分洪工程到三峡工程，从小浪底水利枢纽到南水北调工程，标志着中国水利技术达到世界先进水平国际发展概况世界水利工程发展呈现大型化、综合化、智能化趋势美国田纳西河流域开发、巴西伊泰普水电站等工程代表了国际先进水平，为我国水利建设提供了重要借鉴技术演进创新现代水利枢纽技术不断创新发展，新材料、新工艺、新技术的应用使得工程设计更加合理，施工更加高效，运行更加安全可靠水利枢纽的重要性防洪减灾保障人民生命财产安全水资源调控优化配置水资源清洁能源提供可再生能源生态保护改善生态环境经济发展促进区域经济增长水利枢纽工程是国家水安全保障体系的重要组成部分，在经济社会发展中具有不可替代的基础性作用它不仅能够有效调控水资源，还能提供清洁能源，促进区域经济发展水资源基本情况全球水资源概况地球上水资源总量约为

13.86亿立方千米，但淡水资源仅占

2.5%，可利用的淡水资源更是稀少全球水资源分布极不均匀，加剧了水资源短缺问题中国水资源现状中国水资源总量约

2.8万亿立方米，居世界第六位，但人均占有量仅为世界平均水平的28%，是全球13个贫水国之一水资源短缺已成为制约经济社会发展的重要因素空间分布特征中国水资源空间分布极不均匀，呈现南多北少的格局长江流域及以南地区水资源量占全国80%以上，而华北、西北等地区水资源严重短缺时间分布特征中国水资源时间分布不均，年内年际变化大降水主要集中在汛期，枯水期水量不足年际间丰枯变化显著，连续干旱年份水资源紧张问题更加突出第二部分水利枢纽的组成部分泄水建筑物挡水建筑物溢洪道、泄洪洞等坝体等主要挡水结构21引水建筑物3进水口、引水系统5发电设施4通航建筑物电站厂房、机组设备船闸、升船机等水利枢纽是由多个功能不同的建筑物组成的复杂工程体系每个组成部分都有其特定的功能和作用，相互协调配合，共同实现水利枢纽的综合效益水利枢纽的基本组成挡水建筑物拦截河道、形成水库的主体工程，包括各种类型的坝体，是水利枢纽的核心组成部分泄水建筑物安全泄放洪水和多余水量的设施，包括溢洪道、泄洪洞、泄洪闸等，确保大坝安全引水建筑物将水库中的水引向各用水部门的设施，包括进水口、引水渠道、引水隧洞等通航建筑物保障河道通航功能的设施，主要包括船闸和升船机，维持航运交通的连续性挡水建筑物概述功能与类型坝型选择因素适用条件分析技术经济比较挡水建筑物是水利枢纽的坝型选择需综合考虑地形不同坝型有其特定的适用坝型选择需要进行详细的核心，主要功能是拦截河地质条件、水文气象条条件重力坝适用于地基技术经济比较，包括工程水、抬高水位、形成水件、建筑材料来源、施工承载力强的地区，拱坝适量对比、造价分析、施工库根据材料和结构形式条件、工程造价等多种因用于峡谷地形，土石坝适难度评估、运行安全性分可分为混凝土坝、砌石素，确保技术可行、经济用于地基条件相对较差的析等，选择最优方案坝、土石坝等类型合理地区重力坝工作原理与结构重力坝依靠自身重量维持稳定，主要承受水压力、自重、扬压力等荷载坝体呈三角形断面，上游面垂直或微倾，下游面有一定坡度受力分析计算重力坝的稳定性分析包括抗滑稳定和抗倾稳定检算需要验算坝体在各种工况下的应力分布，确保坝体安全可靠材料要求构造重力坝主要采用混凝土或浆砌石材料，要求材料强度高、耐久性好坝体内部设置廊道、排水系统、灌浆系统等构造设施典型工程案例三峡大坝是世界上最大的混凝土重力坝，坝高185米，充分体现了重力坝技术的先进水平和巨大的工程效益拱坝1工作原理拱坝将水压力传递给两岸山体2结构特点坝体呈拱形，材料用量省3适用条件要求峡谷地形和坚固岩基4设计要点拱圈设计和应力分析是关键拱坝是充分利用拱结构受力特点的先进坝型，具有材料节省、结构美观、适应地形能力强等优点锦屏一级拱坝坝高305米，是目前世界最高的拱坝，代表了我国拱坝技术的最高水平拱坝设计需要精确的应力分析和变形计算，确保坝体与地基的协调工作土石坝类型与结构组成土石坝根据材料组成分为均质土坝、心墙土石坝、斜墙土石坝等类型典型的土石坝由坝体、防渗体、反滤层、护坡等部分组成，各部分功能明确材料选择要求土石坝材料要求具有良好的工程性质，粘性土料用作防渗体，砂砾料用作反滤层，块石料用作护坡材料的级配、密实度、渗透性等指标都有严格要求防渗设计处理防渗设计是土石坝的关键，可采用粘土心墙、混凝土面板、沥青混凝土心墙等防渗形式防渗体的厚度、材料性质、施工质量直接影响坝体安全稳定性分析控制土石坝的稳定性分析包括边坡稳定、渗流稳定、地震稳定等方面需要采用有限元方法进行精确计算，并采取相应的工程措施确保坝体稳定堆石坝结构特点组成材料要求分区防渗设计方案堆石坝以堆石体作为坝体堆石坝按功能分为面板、混凝土面板防渗是目前主主体，具有就地取材、适垫层料、过渡料、主堆石流技术，面板厚度一般为应变形能力强的特点现料、下游堆石料等分区，

0.3-

1.0米，设置周边缝、分代堆石坝多采用混凝土面各区材料要求不同，级配缝等构造措施，确保防渗板防渗形式设计精细效果施工要点案例堆石坝施工重点是分层碾压和质量控制水布垭面板堆石坝坝高233米，施工技术先进，质量优良，是堆石坝建设的典型范例泄水建筑物概述功能与类型设计原则安全泄放洪水，保障大坝安全，包确保泄洪能力充足，水流平顺，消括溢流坝、泄洪洞、泄洪闸等类型能充分，结构安全可靠布置要求泄洪能力计算泄水建筑物布置应考虑地形地质条根据设计洪水和校核洪水，计算确件，与其他建筑物协调配合定泄洪建筑物的规模和数量溢流坝型WES标准溢流面采用国际先进的WES标准溢流面型，水流平顺

0.75流量系数典型溢流坝的流量系数，确保泄洪能力30-50m消力池长度下游消力池长度范围，有效消减水流能量1:

0.75边墙收缩比溢流坝边墙收缩比例，优化水流条件溢流坝是最常用的泄洪建筑物，其设计重点是溢流面型选择和下游消能设施配置现代溢流坝广泛采用WES标准溢流面，具有过流能力强、水流平顺的特点消力池设计需要通过水力模型试验验证，确保消能效果良好，避免下游冲刷破坏泄洪洞类型与布置泄洪洞按布置位置分为坝身泄洪洞、岸边泄洪洞、坝底泄洪洞等选择时需考虑地形地质条件、施工条件和运行要求水力计算泄洪洞水力计算包括进口段、洞身段、出口段的水力分析需要确定洞径、流速、压力分布，保证水流平顺稳定结构设计要点泄洪洞结构设计需考虑内水压力、外水压力、岩土压力等荷载衬砌厚度、配筋设计、接缝处理都是设计重点进出口设计进口设计应避免涡流和空化,出口应设置消能设施进出口结构形式对泄洪洞的水力性能和安全运行具有重要影响泄洪闸功能与类型布置与设计闸门设备选型控制系统设计泄洪闸具有调节和控制泄泄洪闸的布置需要考虑泄闸门选型需综合考虑水泄洪闸控制系统包括现地流的功能，可根据需要开洪能力、地形条件、施工头、孔口尺寸、启闭频率控制和远程控制两种方启或关闭按闸门类型分条件等因素闸室结构设等因素现代泄洪闸多采式系统应具备自动监为平面闸门、弧形闸门、计包括底板、边墙、闸墩用液压启闭机，具有启闭测、故障诊断、应急处理快速闸门等，每种类型都等部分，需要承受较大的力大、控制精确、运行可等功能，确保泄洪闸安全有其特定的适用条件和技水压力和启闭力靠的特点可靠运行术特点引水建筑物功能与分类引水建筑物将水库中的水引向各用水部门，包括发电引水、灌溉引水、供水引水等按结构形式分为明渠引水、隧洞引水、管道引水等类型进水口设计布置进水口是引水系统的起点，设计时需考虑水位变化、泥沙淤积、冰冻影响等因素进水口应布置在水流条件好、水质较佳的位置引水渠道设计引水渠道设计需要进行水力计算，确定渠道断面、纵坡、糙率等参数渠道衬砌、防渗、防冻等措施对工程安全运行至关重要引水隧洞结构引水隧洞适用于地形复杂的山区,具有输水能力大、占地少的优点隧洞设计需考虑围岩稳定、衬砌结构、施工方法等技术问题通航建筑物功能与必要性通航建筑物是保障河道通航功能的重要设施大坝建设会阻断河道，影响航运交通，必须建设相应的通航设施维持航道的连续性和通航能力船闸工作原理船闸通过闸室充泄水实现上下游水位变化，使船舶能够通过不同水位典型船闸由上闸首、闸室、下闸首、充泄水系统等组成升船机类型特点升船机是将船舶连同水体一起提升的设备，适用于水头较大的情况按结构形式分为垂直升船机、斜面升船机等类型布置与设计要求通航建筑物布置需考虑航道条件、通航标准、地形地质等因素设计时要确保通航安全、运行可靠、维护方便电站厂房厂房类型机组选型坝内式、坝后式、河床式等布根据水头和流量选择合适的水置形式轮机型式发电原理结构设计利用水流推动水轮机转动，带厂房结构需承受机组运行的动动发电机发电静荷载电站厂房是水力发电的核心设施，其设计需要综合考虑水力条件、机电设备、结构安全等多方面因素三峡电站装机容量万千2250瓦，是世界最大的水力发电站，充分展现了现代水电技术的先进水平鱼道与生态设施洄游影响分析水利枢纽建设会阻断鱼类洄游通道，影响鱼类繁殖和种群延续，需要采取相应的生态保护措施鱼道类型设计鱼道包括阶梯式鱼道、槽式鱼道、自然式鱼道等类型设计时需考虑目标鱼类的游泳能力和生活习性生态流量保障确定合理的生态流量标准，通过生态流量闸等设施保证下游河道的基本生态用水需求其他保护措施建设人工鱼类增殖站、生态修复区等设施，采用鱼类友好型施工技术，最大限度减少对生态环境的影响第三部分水利枢纽的规划与设计方案优化1多方案比较选择最优设计详细设计2结构计算和技术设计可行性研究3技术经济分析评价规划论证4基础资料收集分析水利枢纽的规划与设计是一个系统工程，需要遵循科学的程序和方法从前期规划到详细设计，每个阶段都有明确的任务和要求，确保工程建设的科学性和合理性水利枢纽规划的基本原则综合利用统筹兼顾水利枢纽规划必须统筹考虑防洪、发电、供水、航运、生态等多种功能需求，实现综合效益最大化要处理好不同功能之间的关系，避免单一功能导向三效益协调发展坚持经济效益、社会效益与生态效益并重的原则，既要追求经济回报，也要承担社会责任，更要保护生态环境，实现可持续发展因地制宜技术先进规划设计要充分考虑当地的自然条件、社会经济条件和技术条件，采用先进适用的技术方案，确保工程的适应性和先进性安全可靠风险可控安全是水利枢纽的生命线，规划设计必须把安全放在首位，充分考虑各种风险因素，采取有效的风险控制措施，确保工程安全可靠水文条件分析资料收集整理收集流域内降雨、径流、洪水等长系列水文资料频率分析方法采用统计分析方法确定设计标准设计洪水确定计算设计洪水和校核洪水流量过程布置影响分析分析水文条件对枢纽布置的制约影响水文条件分析是水利枢纽规划设计的基础工作准确的水文分析为工程规模确定、坝型选择、枢纽布置提供科学依据现代水文分析广泛应用计算机技术和数值模拟方法，提高了分析精度和效率工程地质条件分析勘察内容方法坝址选择影响地基处理技术坝型选择影响工程地质勘察包括地形测地质条件是坝址选择的决针对不同的地质问题采用地质条件直接影响坝型选量、地质调查、钻探取定性因素要求地基承载相应的地基处理措施常择坚硬岩基适合建设混样、原位试验、室内试验力强、变形小、透水性用方法包括固结灌浆、帷凝土坝，软弱地基则适合等内容需要查明地层结低、稳定性好不良地质幕灌浆、开挖置换、预应土石坝地质条件的详细构、岩性特征、地质构现象如断层、溶洞、软弱力锚固等技术分析是坝型比选的重要依造、水文地质条件等夹层等会严重影响坝址适据宜性坝址选择基本原则技术因素坝址选择应遵循安全可靠、经济合地形地质条件、水文气象条件、施理、技术可行的基本原则工条件等技术因素分析方案比较经济因素多个候选坝址的综合比较和优化选工程投资、运行费用、效益分析等择经济因素考量枢纽布置布置原则空间组合方案比较枢纽布置要统筹考虑各建各类建筑物的平面布置和制定多个布置方案进行技筑物功能，合理安排空间立体组合，包括坝体、厂术经济比较，考虑施工难位置，确保相互协调、运房、泄洪设施、通航设施度、运行便利性、工程造行安全的相对位置关系价等因素典型案例三峡工程采用一坝三线布置方案，将发电、通航、泄洪功能有机结合，是枢纽布置的成功范例水库特性分析5特征水位死水位、正常蓄水位、防洪限制水位、设计洪水位、校核洪水位3主要库容死库容、兴利库容、防洪库容是水库调节的基础年调节调节性能根据库容与径流量关系确定水库调节能力95%供水保证率典型供水工程的设计保证率标准水库特性分析是确定水库规模和运行方式的重要工作通过建立库容曲线、进行调节计算，可以合理确定各特征水位和库容，制定科学的调度运行规则现代水库调度广泛应用优化理论和计算机技术，实现水资源的高效利用第四部分水利枢纽的效益与影响综合效益评价1经济、社会、生态效益的全面分析影响分析评估2环境影响和社会影响的科学评估效益最大化3通过优化运行实现综合效益最大水利枢纽工程具有显著的综合效益，同时也会产生一定的环境和社会影响正确认识和处理效益与影响的关系，是实现水利枢纽可持续发展的关键现代水利枢纽建设越来越重视生态环境保护和社会影响控制水库的防洪效益防洪作用原理水库通过拦蓄洪水、削减洪峰、延长洪水过程，减轻下游防洪压力防洪效果与库容大小、调洪方式密切相关防洪库容确定根据防洪标准和洪水特性，通过洪水调节计算确定所需防洪库容需要平衡防洪安全与其他功能需求调度方案制定制定详细的防洪调度规则，包括预泄、拦蓄、错峰等措施现代防洪调度采用实时预报调度技术，提高防洪效率典型防洪案例三峡水库在历次长江洪水中发挥了重要作用，有效保护了中下游地区的防洪安全，体现了大型水库的防洪价值水库的供水效益城市供水需求随着城市化进程加快，城市供水需求持续增长水库供水具有水质好、供水稳定的优势，是城市供水的重要水源农业灌溉计算根据作物需水规律、灌溉制度、灌溉面积等因素，计算确定农业灌溉用水量现代节水灌溉技术可大幅提高用水效率工业用水保障工业用水对水量和水质要求较高，水库可以提供稳定可靠的工业用水保障，支撑地区工业发展供水调度管理建立科学的供水调度体系，统筹考虑各类用水需求，合理分配有限的水资源，确保供水安全水库的发电效益水库的航运效益1航道等级提升水库建成后形成深水航道，提高通航等级2通航能力计算根据航道尺度确定年通过能力3效益评价分析运输成本降低和时间节约的经济价值4安全保障措施通航管理和安全保障体系建设水运是综合运输体系的重要组成部分，具有运量大、成本低、能耗少的优势水库改善航道条件，提高通航能力，促进沿江地区经济发展长江航道经过综合治理后，万吨级船队可直达重庆，极大提升了内河航运价值水库的生态与环境效益水质改善保障气候调节功能水库沉淀净化作用提高下游水调节区域小气候，缓解气温变质化生态环境改善效益评价方法增加水面面积，改善局地气候采用生态服务功能价值评估方条件法水库具有重要的生态环境效益，通过增加水面、改善水质、调节气候等作用，提升区域生态环境质量现代生态学理论和方法为准确评价水库生态效益提供了科学工具水库的综合利用渔业养殖发展旅游资源开发周边产业规划效益最大化策略利用水库水面发展水库形成的湖泊风依托水库资源优统筹各种利用方生态渔业，既能获光是宝贵的旅游资势，发展相关产式，制定综合开发得经济收益，又能源通过合理开业，如水产加工、规划，实现水库综维护水质，实现渔发，可以发展生态旅游服务、清洁能合效益的最大化和业与生态的协调发旅游、休闲度假等源等，形成产业集可持续发展展产业群水利枢纽的环境影响自然环境影响社会环境影响影响评价方法减缓措施制定水利枢纽建设会改变河流水库淹没会影响土地利用采用环境影响评价技术，针对识别的环境影响，制水文情势，影响水生生态和人口分布，需要进行移运用生态学、环境学理论定相应的避免、减缓、补系统大坝阻隔河流连续民安置同时也会影响当方法，识别和预测各种环偿措施如建设鱼道、生性，改变水温、含沙量等地文化遗产、景观风貌等境影响，为环境保护措施态流量保障、生态修复等水质指标，对鱼类洄游和社会环境要素制定提供科学依据措施水生生物产生影响移民安置与社会影响1安置政策原则2安置规划实施坚持开发性移民方针，确保移民生活水平不降低、长远生科学制定移民安置规划，合理选择安置方式和安置点加强计有保障制定公平合理的补偿标准和安置政策基础设施建设，完善公共服务体系，创造良好的安置条件3后期扶持措施4风险评估管控建立移民后期扶持制度，通过产业扶持、技能培训、就业指开展社会稳定风险评估，识别潜在风险因素，制定风险防控导等措施，帮助移民发展生产、改善生活、融入新环境预案，确保移民安置工作顺利进行和社会稳定。