水利工程概论(1)
2020/11/22
水利工程概论(1)
课程性质及要求
➢本课程重点讲述水利工程的基本特点、作 用、类型、构造和布置方式，并尽量反映 水利工程设计、施工与管理等方面的新技 术、新材料、新方法的应用新进展和最新 的水利工程建设成就 。
➢平时作业3次，综合测试2次，考试形式， 方式为开卷。
利建设的概念
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1.1.1水资源含义
• 广义：自然界所有以气态、固态和液态等 各种形式存在的天然水
• 狭义：当前可被利用或可能被利用，且有 一定的数量和可用质量，并某一地区能够 长期满足某种用途的并可循环再生的水
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1.1.2水资源的特性
• （1）循环性 • （2）有限性 • （3）分布的不均匀性 • （4）水的利、害双重性 • （5) 利用的多样性 • （6）不可替代性
1.3.3现代水利工程发展理念
• 实现工程水利向资源水利转变
• 资源水利就是从宏观上、战略上实现 工程水利向资源水利转变，是从水资 源开发、利用、治理、配置、节约和 保护等六个方面系统分析综合考虑， 实现水资源的可持续利用。
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1.3.4现代水利工程经验
• 1.大水库、大水电站和高坝工程增多 • 2.新坝型、新材料的研究不断有成果出现。
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1.1.3我国水资源的特点
• 1.水资源相对缺乏 • 2.水资源时空分布不均 • 3.水资源的分布与耕地人口的布局严重失调 • 4.水质污染和水土流失严重
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1.2我国水利工程概况
• 对河流的天然径流进行控制和调节，合理 利用和调配水资源，为防止洪水泛滥成灾， 扩大灌溉面积，充分利用水能发电而采用 的各种工程，成为水利工程。
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2.3.3构造运动
• 地壳在地球内部动力地质作用下不断地运 动、发展和变化，称为地壳运动，也叫构 造运动。地壳运动改变了地壳上岩层的原 始形态而形成的地壳构造称为地质构造。
• 地壳运动分为上下运动和水平运动。垂直 运动使地壳上拱下拗，引起海陆变迁；水 平运动产生褶皱和断裂。
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2.2.6径流的特征值
1.径流量Q。单位时间内通过某一过水断面的水量 叫流量，单位为m2/s。
2.径流总量W。某一时段T内通过某一断面的总水 量称为该时段的径流总量，单位为m3、万m3 。同 一时段T内径流总量W与时段平均流量Q之间的关 系：W=QT
径流深度R。计算时段的径流总量平均铺在流域面 积上所得的水层深度，称为该时段的径流深度。
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2.3.2地质构造
基本概念： ➢1.岩层：被两个平行或近似平行的界面所限制，
由同一岩性组成的层状岩石。
➢2.层面：岩石的上下界面 ➢3.地层：在一定地质时期内所形成的一套岩层
（包括沉积岩、变质岩和岩浆岩）
➢4.构造：地层在遭受个各种应力作用后所留下的
变形和破坏痕迹。其中，变形所留下的痕迹被称 为褶皱，破坏所留下的痕迹被称为断裂。
2.2.4河川径流
河川径流：指降水到达流域表面，经地面和地下注入河
槽，并向流域出口断面汇集的水流。 河川径流的形成过程 （1）产流阶段
扣除土壤下渗、植物截留、洼地填蓄的水量，余者流入河 槽，成为地面径流。地面径流、表层流和浅层地下径流是 本次降水的总径流，称径流量或产流量。 （2）汇流阶段 降雨产生的径流，通过河网有上游到下游，从支流到干流， 最后全部从流域出口断面流出，叫河网汇流。 实际降雨、蒸发、下渗和汇流等各种现象总是交织在一起， 相互联系。
物理性质，水在运动、静止时的基本规律。 2.学习工程水文学知识，了解水文循环的过
程，河川、流域的概念，熟悉降水与河川 径流的形成过程，掌握径流的特征值及洪 峰频率的概念。 3.学习工程地质基础知识，了解岩石及其工 程地质性质，理解地质构造、岩石的风化、 地下水、岩溶的基本规律，掌握水利水电 的基本地质问题。
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2.2水文学基础
2.2.1水文循环 水分的运动形式大致分三种
（1）从海洋表面蒸发的水汽，随大气运动到大陆上空后， 在一定的条件下，水汽凝结并以降水形式降落地面，其中 有的雨水渗入地下，有的则沿江河流入大海，还有一部分 雨水由于蒸发重返大气。
（2）从海洋上蒸发的水汽，又在海洋上空成云至雨，以降 水形式降落在海洋上。
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2.3.1岩石的形成及工程地质性质
• 地质作用：能使地壳的物质成分、内部构造和
地表形态发生变化的各种作用。如火山爆发、岩 浆活动、地壳运动、风化作用、搬运沉积和固结 成岩。
• 岩石是由矿物组成的，矿物是由具有一定 的化学成分和物理性质的自然化合物或自 然元素。根据岩石的成因分为岩浆岩、沉 积岩、变质岩三大类。主要研究岩石的物 理性质、力学性质和风化特征。
P﹥50%时
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2.3工程地质基础
主要内容： 1.岩石的工程地质性质 包括岩石的矿物组成、结
构构造以及主要的物理学性质。
2.地质构造与地质特征 注意与水工建筑物密切相
关的断层、节理、破碎带及软弱夹层的力学特性和分布规 律
3.水流的地质作用 了解地下水和地表水对水利工程
的影响
4.岩体结构的工程地质特性 5.岩体的稳定和渗漏问题
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1.3现代水利进程
• 1.3.1新中国成立后的水利成就 （1）河道治理 例如：黄河、淮河、海河 （2）水库建设 例如：已建水库8.6万多座 （3）水利发电 （4）农田灌溉 灌溉面积由2.4万亩增加到7
亿多亩 （5）河道疏通 提高航运能力 （6）调水工程 例如：引滦入津、引黄济青、
2.1.2液体的特征与主要物理性质
• 2.1.2.1液体的特征：
液体有一定的体积、无一定的形状，具有流动性，难被压缩。
• 2.1.2.2液体的主要物理性质 （1）质量和密度
单位体积内液体所具有的质量称为密度。 （2）重量和容重
单位体积内液体所具有的重量称为液体的容重。 2.1.2.3静水压强及特征 （1）静水压力 水在静止状态时的压力叫静水压力。作用在整个受压面积
引碧入连
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1.3.2现代水利发展问题
• 1.我国大江大河的防洪问题还没有根 本解决，提防和城市防洪标准还比较 低。
• 2.我国农业生产仍很大程度上受制于 自然地理和气候条件，抗自然灾害能 力低。
• 3.水污染问题严重
• 4.水土流失严重，水生态失衡。
• 5.水资源利用率低下
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➢从考试内容的分布看，涵盖水利工程概论 的所有章节。当然有些章节的分数多一些， 有些章节的分数少一些，学习中应有所侧 重。
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第一章 绪论
• 学习目标： 1.了解水资源含义和特点 2.熟悉我国水资源的分布及变化特征 3.理解水利工程建设的意义 4.认识我国水利建设的成就并树立现代化水
上的压力，叫静水总压力，用P表示，，单位为N或KN.
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2.1.2液体的特征与主要物理性质
• 2.1.3.1静水压强。 水压力常用单位面积上所承受的静水总压 力的大小，叫静水压强。用p表示。 静水压强的特性： （1）静水内部任一各点方向的压强大小相 等。 （2）静水压强的方向垂直并指向受压面。 p=rh
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2.2.7洪水的频率和重现期
• 重现期是指某一随机变量在很长时间内平均多少年出现 一次。
• 1.洪水或暴雨，重现期指在很长时期T年内，出现大于某 水文变量XP事件的平均重现间隔期。
P﹤50%时， • 2.枯水问题，重现期指在很长时期T年内，出现小于某水
文变量XP事件的平均重现间隔期。
威胁很大。
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2.2.3降水
（3）降雨的特征值
➢ 降雨历时t：一次降雨所持续的总时间，叫降雨历 时，它也可以指某一固定时段，如1min、1h、 1d。
➢ 降雨量H：可以是一次降雨总历时的降雨量，也 可以是某一固定时段的降雨量。常用mm表示。
➢ 降雨强度i：单位时间的降雨量。
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2.3.4褶皱构造
• 原始水平岩层在构造应力作用下，形成一 系列高低起伏的波状弯曲，称为褶皱构造 有向斜和背斜两种基本形态。
• 在褶皱的中心位置，应力集中，裂隙发育， 岩层破碎，风化较深，渗透较强，不易在 此上建坝、闸、电站。
•背斜
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2.3.5断裂构造和地震
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岩石的分类
岩石
深成岩 如花岗岩、辉长岩、正长岩等 岩浆岩 浅成岩 如辉绿玢岩、正长斑岩、闪长玢岩
喷出岩 流纹岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩 碎屑岩 砂岩、砾岩、角砾岩、粉沙岩 沉积岩 黏土岩 泥岩、页岩 化学岩和生物化学岩 石灰岩、白云岩 接触变质岩 变质岩 动力变质岩 破碎岩、糜棱岩 区域变质岩
• （2）河系
由干流和其支流组成的水流系统统称为河系，又称水系或 河网。水系常用干流的名称来命名，如长江水系、黄河水 系。
• （3）流域
在一个水系的河流中，汇集了全部地面集水和地下集水的区 域，称为该河流的流域。
水系和流域是降水形成河川径流后输送到出 口断面的通道和场所。
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2.2.3降水
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2.1水利学基础
• 2.1.1水力学的应用 （1）水的作用力问题
如：水工建筑物承受的静水压力或动水压力，以及建 筑物中的渗透水压力
（2）建筑物的过水能力 （3）水流流态问题 （4）水流能量损失问题
水流的流动性和黏滞性，以及水流流态的改变和水流能量 的转变都将使水流的能量减少。
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坡降雨，历时短，雨区小。