任务二　理解水利枢纽和水工建筑物的概念

一、基本概念

为完成防洪、发电、灌溉、供水和治涝等任务，用来控制和支配水流的建筑物，称为水工建筑物。为完成除水害、兴水利任务，将若干不同类型的水工建筑修建在一起所构成的建筑综合体，称为水利枢纽或水利工程。

水利工程按其承担的任务可分为防洪工程、水力发电工程、城市供水及排水工程、航道及港口工程和环境水利工程等，按其对水的作用可分为蓄水工程、取水工程、输水工程、排水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。

例如，长江干流上的三峡水利枢纽工程，1992年获得全国人民代表大会批准建设，1994年12月正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，2009年全部完工。三峡水库总库容393亿m3，其中防洪库容221.5亿m3，可使荆江河段防洪标准由10年一遇提高到100年一遇。三峡水电站总装机容量2250万kW，年发电量约1000亿kW·h。三峡水库将显著改善宜昌至重庆660km的长江航道，航道单向年通过能力由1000万t提高到5000万t，运输成本降低35%～37%。三峡水利枢纽工程由高181m的混凝土重力坝、泄水孔、电站厂房、双线五级船闸、升船机等水工建筑物组成，如图1-3所示。

二、水工建筑物的类型

1.按功能分类

水工建筑物按功能可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取水建筑物、整治建筑物和专门性水工建筑物等。

（1）挡水建筑物。挡水建筑物是指用以拦截江河，形成水库或壅高水位的建筑物，如各种类型的拦河坝和水闸，修筑于江河两岸的堤防、施工围堰等。

（2）泄水建筑物。泄水建筑物是指排泄水库、湖泊、河渠等多余水量，以保证挡水建筑物和其他建筑物安全，或为必要时降低库水位乃至放空水库而设置的建筑物，如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔，设于河岸的溢洪道和泄水隧洞等。

（3）输水建筑物。输水建筑物是指为灌溉、发电、城市或工业给水等需要，将水输送至用水处的建筑物。其中直接自水源输水的也称引水建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。

（4）取水建筑物。取水建筑物是指引水建筑物的上游首部建筑物，如取水口、进水闸、泵站等。

（5）整治建筑物。整治建筑物是指用以改善河道水流条件，调整河势，稳定河槽，维护航道和保护河岸的各种建筑物，如丁顺坝、潜坝、导流堤、防波堤、护岸等。

（6）专门水工建筑物。专门水工建筑物是指为完成水利工程中某些单项任务而修建的建筑物，如专用于水电站的前池、调压室、压力管道、厂房；专用于通航过坝的船闸、升船机，鱼道、筏道；专用于给水防沙的沉沙池等。与专门水工建筑物相对应，前面五类建筑物也可统称为一般水工建筑物。

2.按使用时间分类

水工建筑物按使用的时间长短，可分为永久性建筑物和临时性建筑物两类。

（1）永久性建筑物。永久性建筑物指工程长期使用的建筑物，根据其在工程中的重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指该建筑物失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等；次要建筑物系指失事后不致造成下游灾害和对工程效益影响不大，且易于检修的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。

（2）临时性建筑物。临时性建筑物指仅在工程施工期临时使用的建筑物，如围堰、导流建筑物等。

三、水工建筑物的特点

1.工作条件复杂

水工建筑物经常承受着水的作用，产生各种作用力，对其工作条件不利。挡水建筑物承受着一定的静水压力、风浪压力、地震动水压力、冰压力、浮力及渗流产生的渗透压力，对建筑物的稳定性影响极大；水流渗入建筑物内部及地基中，还可能产生侵蚀和渗透破坏；泄水建筑物的过水部分还承受着水流的动水压力及磨蚀作用，高速水流还可能对建筑物产生空蚀、振动，对河床产生冲刷。由于水的某些作用力难以用计算方法确定，故进行水工建筑物设计时，往往按理论和经验拟定建筑物的尺寸、构造和外形后，还需借助模型试验进行验证和修改，才能选择合理的建筑物型式和正确的处理措施。

2.施工条件复杂

在河床中修筑建筑物，需要解决施工导流的问题，避免建筑物基坑及施工设施被洪水淹没。根据河道情况，在施工期还要保证航运和木材浮运不致中断。要进行很深的地基开挖和复杂的地基处理，常需要水下施工。因此，水工建筑物的施工比陆地上的土木工程施工复杂得多。再加上工程量庞大，且要在较短时间内完成，故需要先进的施工技术、大型施工机械和科学的施工组织与管理体制。

3.对国民经济的影响巨大

一个综合性水利枢纽工程和单项水工建筑物不仅可以承担防洪、灌溉、发电、航运等任务，同时又可以调节当地气候，改良土壤植被，美化环境，发展旅游，甚至依托水利工程建成优美宜居的城市等，但是处理不当也可能产生消极的影响。河流中筑坝建库后，上下游水位、流量将发生变化。水库蓄水造成上游淹没损失，可能会导致大量移民和迁建，直接影响到工农业生产，甚至影响生态环境；水库大坝如果失事，将会给下游人民生命财产和工农业生产带来巨大的灾害，其损失远远超过建筑物本身的价值。

因此，水利工程建设要进行全方位考虑，充分论证，权衡利弊，对设计方案进行综合优化论证，尽可能以最小的负面影响取得最高的效益。水工建筑物的设计工作必须充分重视勘测、试验和研究分析工作，以高度负责的精神，精心设计、精心施工、强化管理，确保工程安全。