《水工建筑物基础 第2版》郭振宇著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《水工建筑物基础 第2版》

【作　者】郭振宇著

【丛书名】“十二五”职业教育国家规划教材

【页 数】 287

【出版社】 北京：中国水利水电出版社 , 2017.09

【ISBN号】978-7-5170-2929-8

【分 类】水工建筑物-职业教育-教材

【参考文献】 郭振宇著. 水工建筑物基础 第2版. 北京：中国水利水电出版社, 2017.09.

图书封面：

图书目录：

《水工建筑物基础 第2版》内容提要：

《水工建筑物基础（第二版）》是根据教育部、财政部《关于实施国家示范性高等职业院校建设计划加快高等职业教育改革与发展的意见》（教高14号）和《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高16号）等文件精神进行编写的。全书内容共十三章，包括：水资源与水利工程，洪灾及其控制，水利枢纽，重力坝，拱坝，土石坝，河岸溢洪道，水工隧洞，水闸，橡胶坝，过坝建筑物，渠系建筑物，大坝安全管理等。

《水工建筑物基础 第2版》内容试读

第一章水资源与水利工程

第一节水资源与水循环

一、水资源与水环境

水是大自然的重要组成物质，是生命的源泉，也是生态环境系统中最活跃和影响最广泛的因素，是国民经济中工、农、林、牧、副业等生产不可替代的重要资源。在世界人口不断增长、城市建设规模不断扩大和工农业生产迅速发展以及人民生活需求不断提高的形势下，各国都把水当作一种宝贵的资源去研究、开发、利用和保护

水资源是指自然界水循环过程中，大气降水落到地面后形成径流，流入江河、湖泊、沼泽和水库中的地表水以及渗人地下的地下水。水资源在国民经济建设的各行各业中占有重要地位，没有水各项建设事业就没有发展前景。水既是生活资料，又是生产资料，工业生产、农业生产和生活供水都需要大量的水。因为水是推动人类进步和社会发展不可替代的资源，所以水资源的合理利用和科学管理，对人类生存和社会的发展至关重要。

天然水体中蕴藏有大量水能，采用工程措施可将天然水能转化为电能为人类服务。根据世界能源会议的资料，全世界水力资源理论蕴藏量为50.5亿kW,可供开发利用的达

22.61亿kW。我国水能资源很丰富，理论蕴藏量为6.76亿kW,可以开发利用的达3.78亿kW,居世界首位。水能具有可再生、清洁和价廉等优点，因而被世界各国广泛利用。据1999年的统计资料，一些发达国家水能资源可开发程度已超过60%，而我国只达到

19.3%,因此我国水能资源开发利用潜力巨大。

水既是重要资源又是环境要素，良好的水环境是维持生态平衡的基础条件。无论是自然因素还是人为影响，使水环境退化或恶化，都将引发生态破坏问题，如河湖萎缩、水体污染、地下水衰竭、水土流失、海水入侵以及生物物种减少等。实践证明，人类在对自然进行开发利用的同时，要重视水环境保护，学会与自然和谐相处，不然人类就要受到自然环境的惩罚。

二、地球上的水

地球上海洋水量为13.38亿km3,占地球总储水量的96.5%。陆地水量仅为0.48亿km3,占地球总储水量的3.5%，且大部分在北半球。

在陆地有限的水体中，淡水量只有0.35亿km3,占陆地水储量的73%。其中大部分分布于冰川、多年积雪、南北两极和多年冻土中，真正便于人类利用的水只是其中一小部分，主要分布在湖泊、河流、土壤中以及600m深度以内的含水层中，见表1-1。

由此可见，地球上的淡水资源数量极为有限，需要人类珍惜，任何无节制的开发、利

1

第一章水资源与水利工程

用都可能造成对我们生存环境的破坏。表1-1

地球上各种水体的储量

水量

咸

水

淡水

水体种类

万亿m3

4

万亿m3

%

万亿m3

%

海洋水

1338000

96.54

1338000

99.04

0

0

地表水

24254.1

1.75

85.4

0.006

24168.7

69.0

冰川与冰盖

24064.1

1.736

0

0

24064.1

68.7

湖泊水

176.4

0.013

85.4

0.006

91.0

0.26

沼泽水

11.47

0.0008

0

0

11.47

0.033

河流水

2.12

0.0002

0

0

2.12

0.006

地下水

23700

1.71

12870

0.953

10830

30.92

重力水

23400

1.688

12870

0.953

10530

30.06

地下冰

300

0.022

0

0

300

0.86

土壤水

16.5

0.001

0

0

16.5

0.05

大气水

12.9

0.0009

0

0

12.9

0.04

生物水

1.12

0.0001

0

0

1.12

0.003

全球总储量

1385984.6

100

1350955.4

100

35029.2

100

三、水循环

气态水以雨、雪、雹、霰、露等形式降至陆地或海洋的现象，称为降水；江、河、湖、海及地表以下的水因太阳的热力作用而成气态水升入天空的现象，称为蒸发；地表水浸入土壤或岩层的现象，称为入渗；沿河川流动的水流，称为河川径流。降水、蒸发、径流、入渗等水文现象与市政工程、交通工程、环境工程、水利工程的建设以及人类的生存等关系密切。

地球表面的各种水体，在太阳的辐射作用下，从海洋和陆地表面蒸发上升到空中，并随空气流动，在一定的条件下，冷却凝结形成降水又回到地面，降水的一部分经地面、地下形成径流并通过江河流回海洋；一部分又重新蒸发到空中，继续重复上述过程。这种水分不断交替转移的现象称为水分循环，简称水循环，如图1-1所示。

水循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一，它对地球环境的形成、演化和人类生存都有着重大的作用和影响。正是由于水循环，才使得人类生产和生活中不可缺少的水资源具有可恢复性，使其有别于石油或天然气等不可再生的资源。地球上不会出现水源枯竭，而主要问题是水资源在时间和空间上的分配极不均匀，因此世界上不少地区已经出现水源不足和用水紧张的局面。

四、我国水循环的路径

我国位于欧亚大陆的东部，太平洋的西岸，地处西伯利亚干冷气团和太平洋暖湿气团进退交锋地区。因此，水汽主要来自太平洋，由东南季风和热带风暴将大量水汽吹向内陆形成降水，雨量自东南沿海向西北内陆递减，而相应的大多数河流则自西向东流入太平

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第一节水资源与水循环

水分运动

升华

降水（落到陆地）雪和冰

局部弱透水层

降水（落到海洋）

7

地表径流

植物散发

地下水面

蒸发

农田蒸发流

蒸

发

湖

发1

地表径流

地下水流

灌溉回归水

海洋

淡咸界面

:,

图1-1地球上水循环示意图

洋，如长江、黄河、珠江等。其次是印度洋水汽随西南季风进入我国西南、中南、华北以至河套地区，成为夏秋季降水的主要来源之一，径流的一部分自西南一些河流注人印度洋，如雅鲁藏布江等，另一部分流入太平洋。大西洋的少量水汽随盛行的西风环流东移，也能进入我国内陆腹地的水循环。北冰洋水汽借强盛的北风经西伯利亚和蒙古进人我国西北，风力大而稳定时，可越过两湖盆地直至珠江三角洲，但水汽含量少，引起的降水并不多，小部分经由额尔齐斯河注入北冰洋，大部分汇入太平洋。鄂霍茨克海和日本海的水汽随东北季风进入我国，对东北地区春夏季降水起着相当大的作用，其形成的径流注入太平洋。

我国河流与海洋相通的外流区域占全国总面积的64%，河水不注入海洋而消失于内陆沙漠、沼泽和汇入内陆湖泊的内流区域占36%。我国最大的内陆河是新疆的塔里木河。

五、我国水资源的特点

我国多年年平均水资源总量为28124.4亿m3,其中河川多年年平均年径流量为27115.3亿m3,居世界第六位。由于我国人口众多，按人口平均计算，水资源并不丰富，人均年占有水量为2164m3,仅相当于世界人均占有水量的1/5。因此，我国是一个水资源贫乏的国家。

我国地域辽阔，由于南北纬度的差异，东西距海远近的悬殊，加之地形变化复杂，全国降水量的地区分布极不均匀，总的趋势是由东南向西北递减。秦岭、淮河以南年降水量

一般在800mm以上，属于湿润和十分湿润地区，其中台湾东北部最大年降水量达6569mm,是我国降水量最多的地区。秦岭、淮河以北年降水量一般小于800mm,属于干旱和半千旱地区，其中新疆南部塔里木盆地和青海西部柴达木盆地年降水量不足25mm,是我国降水量最少的地区。

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第一章水资源与水利工程

我国由于受季风气候的影响，降水的年际变化很大，年内分配也很不均匀，且降水越少的地区，年际和年内的变化也越大。我国南部地区最大年降水量一般是最小年降水量的2~4倍，北部地区一般是3~6倍，且常有连续丰水年和连续枯水年出现。我国多数地区的雨季为4个月，南部在3一6月或4~7月，4个月的降水量占年降水量的50%~60%：北部雨季多为6~9月，4个月的降水量占年降水量的70%~80%。我国最大月降水量与最小月降水量的比值一般达十几或几十。

降水是我国河川径流最主要的补给来源。所以，我国河川径流量的时空分布和降水量的时空分布有着基本一致的规律和特点，河川径流的年际和年内变化与降水量的年际和年内变化有着十分密切的相应关系。降水量多的湿润地区，一般也是河川径流量充沛的丰水地区，降水量少的干旱地区往往也是河川径流量贫乏的缺水地区。南部地区最大年径流量

一般为最小年径流量的2~4倍，北部地区一般为3~8倍。多数地区连续最大4个月的径流量一般占全年径流量的60%~80%。

我国降水和水资源的地区分布与我国人口和耕地的分布很不相应，形成南部水资源有余，北部水资源不足的不利局面，影响和制约着农业的布局和发展。长江及其以南各河流域，年径流量占全国径流总量的82%，但耕地面积只占全国总耕地面积的38%；而黄河、淮河、海河三大流域，年径流量只占全国径流总量的6.6%，但耕地面积却占全国总耕地面积的40%。我国华北和东北南部地区水资源紧缺，供不应求的矛盾日益突出。广大西北地区水资源贫乏，在经济有了较大发展后，水资源成为制约经济发展的重要因素。

我国降水量和水资源量年际变化悬殊和年内高度集中的特点，不仅给水资源的开发利用带来了困难，也是造成我国水旱灾害频繁发生的根本原因。据史料记载，公元前206年(西汉初)至1949年的2155年间，我国共发生过较大的水灾1029次，较大的旱灾1056次，几乎年年有灾。清光绪三年到五年(1877一1879年)，晋、冀、鲁、豫地区连续3年大旱，仅饥饿而死者达1300万人。1928年的特大旱灾，影响到华北、西北和西南地区的13个省535个县，灾民约1.2亿人。在新中国成立后的60年中，每年水旱灾害受灾面积4亿多亩，占耕地面积的近30%。受灾面积超过4亿亩的严重旱灾平均每4年发生一次。对农业生产影响最大的连续干旱，如1959一1961年的连续3年干旱，每年受旱面积都在5亿亩以上。

我国每年水灾面积1亿多亩，主要发生在东部大江大河的中下游地区，其中以黄淮海地区和长江中下游地区最为严重，受灾面积约占全国的3/4以上。1931年夏季，长江流域普降暴雨，水灾遍及湘、鄂、浙、赣、豫、皖、苏7省206个县，淹没农田5000余万亩，灾民800多万人，其中被洪水夺去生命的约14.5万人，死于饥饿、瘟疫者不计其数。1998年我国长江中下游地区发生特大洪水，直接经济损失2000多亿元。

由于我国的水资源并不丰富，因此，无论是发展农业、工业，还是进行城市规划，都应首先考虑水资源的现状和开发的可能性，不能不顾水资源条件而盲目发展。对水资源的开发，一定要统一规划、综合治理、综合利用、综合经营，为整个国民经济的发展服务。对发电、防洪、灌溉、水运、给水等方面要统筹规划，全面安排，按照各部门的需要，制定最优开发方案，尽量减少它们之间的矛盾，最大限度地照顾各方要求，使水资源得到最有效的利用，使国民经济的总效益最大化。

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第二节水利工程

第二节水利工程

一、水利工程的类型

水资源的开发利用应首先考虑水资源的现状和开发的可能性，做到统筹兼顾、综合治理、综合经营，为整个国民经济的发展服务。发电、灌溉、航运、供水、工业生产等用水部门，要制定合理方案，尽量减少各方矛盾，使水资源得到最有效的利用。

要对水资源进行开发利用必须建设水利工程。水利工程是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利的目的而修建的工程。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。

1.河道整治与防洪工程

河道整治主要是通过整治建筑物和其他措施，防止河道冲蚀、改道和淤积，使河流的外形和演变过程都能满足防洪与兴利等各方面的要求。一般防治洪水的措施是建设“上拦下排，两岸分滞”的工程体系。

“上拦”就是在河流上兴建水库。水库，作为一种蓄水工程，在汛期可以拦蓄洪水，削减洪峰，保护下游地区安全，拦蓄的水流还可以用来满足灌溉、发电、航运、供水和淡水养殖的需要。

水库的形成使库区内造成淹没，村镇、居民、工厂及交通等设施需要迁移重建；水库水位的升降可能引起岸坡大范围滑坡，造成库容减少甚至影响拦河坝的安全；在地震多发区，还可能诱发地震。

水库改变了河道的径流，下游河道流量发生了变化。在枯水期下泄的水流对航运、河道水质改善、维持生态平衡等方面均有利。如不放水，将使河道干涸，两岸地下水位降低，影响生态。

某些水库上游河道的入库处，由于流速降低，容易发生淤积，使河水下泄不畅，水库上游河道容易发生泛滥。

因此，应认真研究和合理解决这些问题，充分利用有利条件，使水库发挥最大效益。“下排”就是疏浚河道，修筑堤防，提高河道泄洪能力，减轻洪水威胁。这是治标的办法，不能从根本上防治洪水。但是，在“上拦”工程没有完全控制洪水之前，筑堤防洪仍是一种重要有效的措施，而且要加强汛期河道的防护与管理工作，确保安全。

“两岸分滞”是在河道两岸适当位置，修建分洪闸、引洪道、滞洪区等，将超过河道安全泄量的洪峰流量，通过泄洪建筑物分流到该河道下游或其他水系，或者蓄于低洼地区（滞洪区），以保证河道两岸保护区的安全。滞洪区的规划与兴建应根据实际经济发展情况、人口因素、地理情况和国家的需要，由国家统筹安排。为了减少滞洪区的损失，必须做好通信、交通和安全措施等工作，并做好水文预报，只有万不得已时才运用分洪措施。

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第一章水资源与水利工程

2.农田水利工程

农业是国民经济的基础，通过建闸修渠等工程措施，形成良好的灌、排系统来调节和改变农田水分状况和地区水利条件，使之符合农业生产发展的需要。农田水利工程一般包括以下几种。

(1)取水工程。从河流、湖泊、水库、地下水等水源适时适量地引取水量，用于农田灌溉的工程称之为取水工程。在河流中引水灌溉时，取水工程一般包括抬高水位的拦河坝(闸)、控制引水的进水闸、排沙用的冲沙闸和沉沙池等。当河流流量较大、水位较高，能满足引水灌溉要求时，可以不修建拦河坝（闸）。当河流水位较低又不宜修建坝（闸）时，可建提灌站，提水灌溉。

(2)输水配水工程。将一定流量的水流输送并配置到田间的建筑物统称为输水配水工程。如各级固定渠道系统及渠道上的涵洞、渡槽、分水闸等工程。

(3)排水工程。各级排水沟及沟道上的建筑物统称排水工程。其作用是将农田内多余水分排泄到一定范围以外，使农田水分保持适宜状态，满足植物根系水、肥、温、通气的需要，以适应农作物的正常生长，如排水沟、排水闸等。

3.水力发电工程

将水能通过水轮机转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能的工程称为水力发电工程，又称水电站。

水头和流量是水力发电的两个基本要素。为了有效地利用天然河道的水能，常采用工程措施，修建能集中落差和流量的水工建筑物，使水流符合水力发电的要求。在山区常用的水能开发方式是拦河筑坝，形成水库，它既可以调节径流又可以集中落差。在坡度很陡或有瀑布、急滩、弯道的河段，而上游又不允许淹没时，可以沿河岸修建引水建筑物（渠道、隧洞)，以便集中落差和流量，修建水电站开发水能。

4.给水和排水工程

给水是将水从天然水源中取出，经过净化、加压，用管网供给城市、工矿企业等用水部门；排水是排除工矿企业及城市废水、污水和地面雨水。城市供水对水质、水量及供水可靠性要求很高；排水必须符合国家规定的污水排放标准。

我国水源不足，现有供水、排水能力与科技和生产发展以及人民物质文化生活水平的不断提高不相适应，特别是城市供水与排水的要求越来越高；水污染问题不仅加剧了水资源的供需矛盾，而且污染环境，影响生态。

5.水运工程

水运包括船运与筏运（也称木、竹浮运）。发展航运对物质交流、繁荣市场、促进经济和文化发展是很重要的。它运费低廉，运输量大。内河航运通道有天然水道（河流、湖泊等)和人工水道（运河、河网、水库、梯级船闸等）两种。

利用天然河道通航，必须进行疏浚、河床整治、改善河流的弯曲情况、设立航道标志，以建立稳定的航道。当河道通航深度不足时，可以通过拦河建闸、坝的措施抬高河道水位；或利用水库进行径流调节，改善水库下游的通航条件。人工水道开发，是人们为了改善航运条件开挖的人工运河、河网及相应的建筑物，以便缩短航程，节约人力、物力、财力。

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···试读结束···