第二节　水利枢纽和水工建筑物

一、水利枢纽

为了综合利用水资源，达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的，需要修建几种不同类型的建筑物，以控制和支配水流，满足国民经济发展的需要，这些建筑物称为水工建筑物；由不同水工建筑物组成的综合体称为水利枢纽。

图1－1为丹江口水利枢纽布置图。丹江口水利枢纽是南水北调中线渠首蓄水工程，是具有防洪、灌溉、发电、航运、渔业等综合效益的水利枢纽。

丹江口水利枢纽主要由以下几部分组成。

（1）拦河坝。拦河坝为宽缝重力坝（副坝为黏土斜墙堆石坝），用以截断水流、挡水蓄水、形成水库。总库容209亿m3，水电站装机容量90万kW。

（2）深孔坝段、溢流坝段。用以宣泄洪水期河道入库洪量超过水库调蓄能力的多余洪水，以保证大坝及有关建筑物安全。

（3）水电站建筑物。用以将水能转变为电能。

（4）升船机。其作用是向上、下游运送过坝船只。

水利枢纽的作用可以是单一的，但多数是综合利用的。枢纽正常运行中各部门之间对水的要求有所不同。如防洪部门希望汛前降低水位加大防洪库容，而兴利部门则希望扩大兴利库容而不愿汛前过多降低水位；水力发电只是利用水的能量而不消耗水量，发电后的水仍可用于农业灌溉或工业供水，但发电、灌溉和供水的用水时间不一定一致。因此，在进行水利枢纽设计时，应使上述矛盾能得到合理解决，以做到降低工程造价，满足国民经济各部门的需要。

二、水工建筑物的分类

（一）按建筑物的用途分类

（1）挡水建筑物。用以拦截江河，形成水库或壅高水位，如各种坝和闸，以及为抗御洪水或挡潮沿江河海岸修建的堤防、海塘等。

（2）泄水建筑物。用以宣泄在各种情况下，特别是洪水期的多余入库水量，以确保大坝和其他建筑物的安全，如溢流坝、溢洪道、泄洪洞等。

（3）输水建筑物。输水建筑物是为灌溉、发电和供水的需要从上游向下游输水用的建筑物，如输水洞、引水管、渠道、渡槽等。

（4）取水建筑物。取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如进水闸、扬水站等。

（5）整治建筑物。用以整治河道，改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。

（6）专门建筑物。专门为灌溉、发电、供水、过坝需要而修建的建筑物，如电站厂房、沉沙池、船闸、升船机、鱼道、筏道等。

有些水工建筑物在枢纽中的用途并不是单一的，如溢流坝既能挡水，又能泄水；水闸既可挡水，又能泄水，还可作取水之用。

（二）按建筑物使用时间分类

水工建筑物按使用的时间长短分为永久性建筑物和临时性建筑物两类。

（1）永久性建筑物。这种建筑物在运用中长期使用，根据其在整体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，如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等；次要建筑物是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。这种建筑物仅在工程施工期间使用，如围堰、导流建筑物等。

三、水工建筑物的特点

水工建筑物与其他土木工程建筑物相比，除了工程量大、投资多、工期较长之外，还具有以下几方面的特点。

（一）工作条件复杂

由于水的作用形成了水工建筑物特殊的工作条件：挡水建筑物蓄水以后，除承受一般的地震力和风压力等水平推力外，还承受很大的水压力、浪压力、冰压力、地震动水压力等水平推力，对建筑物的稳定性影响极大；通过水工建筑物和地基的渗流，对建筑物和地基产生渗透压力，还可能产生侵蚀和渗透破坏；当水流通过水工建筑物下泄时，高速水流可能引起建筑物的空蚀、振动以及对下游河床和两岸的冲刷；对于特定的地质条件，水库蓄水后可能诱发地震，进一步恶化建筑物的工作条件。

水工建筑物的地基是多种多样的。在岩基中经常遇到节理、裂隙、断层、破碎带及软弱夹层等地质构造；在土基中可能遇到由粉细沙、淤泥等构成的复杂土基。为此，在设计以前必须进行周密的勘测，作出正确的判断，为建筑物的选型和地基处理提供可靠的依据。

（二）施工条件复杂

水工建筑物的兴建，首先需要解决好施工导流问题，要求在施工期间，在保证建筑物安全的前提下，河水应能顺利下泄，必要的通航、过木要求应能满足，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，工期也比较长，截流、度汛需要抢时间、争进度，否则将导致拖延工期；第三，施工技术复杂，水工建筑物的施工受气候影响较大，如大体积混凝土的温度控制和复杂的地基较难以处理，填土工程要求一定的含水量和一定的压实度，雨季施工有很大的困难；第四，地下、水下工程多，排水施工难度比较大；第五，交通运输比较困难，高山峡谷地区更为突出等。

（三）对国民经济的影响巨大

水利枢纽工程和单项水工建筑物可以承担防洪、灌溉、发电、航运等任务，同时又可以绿化环境，改良土壤植被，发展旅游，甚至建成优美的城市等，但是，如果处理不当也可能产生消极的影响。如水库蓄水越多，效益越高，但淹没损失也越大，不仅导致大量移民和迁建，还可能引起库区周围地下水位的变化，直接影响到工农业生产，甚至影响生态环境；库尾的泥沙淤积可能会使航道恶化。堤坝等挡水建筑物万一失事或决口，将会给下游人民的生命财产和国家建设带来灾难性的损失。“75·8”大水的灾难中，河南省有29个县市、1700万亩农田被淹，其中1100万亩农田受到毁灭性的灾害，1100万人受灾，超过2.6万人死难，京广线被冲毁中断。

四、水利水电工程的分等和水工建筑物的分级

为了贯彻执行国家的经济和技术政策，达到既安全又经济的目的，应把水利水电枢纽工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性分等，再将枢纽中的不同建筑物按其所属工程的等别和重要性分级。级别高的建筑物，设计及施工的要求也高，级别低的建筑物则可以适当降低。

根据SL 252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定，水利水电工程的等别按表1－1确定。综合利用的水利水电工程，当按其各项用途确定的等别不同时，应按其中的最高等别确定整个工程的等别。

单项用途的永久性水工建筑物，应根据其用途相应的等别和其本身的重要性按表1－2确定级别。多用途的永久性水工建筑物，应根据其各用途相应的等别中最高者和其本身的重要性按表1－2确定级别。

失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程，经论证并报主管部门批准，其2～5级主要永久性建筑物可提高一级设计；失事后造成损失不大的水利水电工程，经论证并报主管部门批准，其1～4级主要永久性水工建筑物可降低一级设计。水利水电工程挡水建筑物高度超过表1－3所列数值者，2级、3级建筑物可提高一级设计，但洪水标准不予提高。

当水工建筑物基础的工程地质条件复杂或实践经验较少的新型结构时，2～5级建筑物可提高一级设计，但洪水标准不予提高。

五、水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准

设计永久性建筑物所采用的洪水标准分为正常运用（设计情况）和非常运用（校核情况）两种情况。应根据工程规模、重要性和基本资料等情况，按山区、丘陵区，平原、滨海区分别确定，详见表1－4、表1－5。

在山区、丘陵区，土石坝一旦失事将对下游造成特别重大灾害时，1级建筑物的校核洪水标准应取可能最大洪水（PME）或万年一遇洪水。2～4级建筑物可提高一级设计，并按提高后的级别确定校核洪水标准。对于混凝土坝、浆砌石坝，如果洪水漫顶将造成极严重的损失时，1级建筑物的校核洪水标准经过专门论证并报主管部门批准，可取可能最大洪水（PME）或万年一遇洪水。