水工建筑物

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  水工建筑物(hydraulic structure),控制和调节水流,防治水害,开发利用水资源的建筑物。实现各项水利工程目标的重要组成部分。水工建筑物涉及许多学科领域,除基础学科外,还与水力学水文学工程力学土力学岩石力学工程结构工程地质建筑材料以及水利勘测水利规划水利工程施工水利管理等密切相关。它的设计和研究方法,主要有理论分析、试验研究、原型观测和工程类比等。

  水工建筑物的主要特点是:①受自然条件制约多,地形、地质、水文、气象等对工程选址、建筑物选型、施工、枢纽布置和工程投资影响很大。②工作条件复杂,如挡水建筑物要承受相当大的水压力,由渗流产生的渗透压力对建筑物的强度和稳定不利;泄水建筑物泄水时,对河床和岸坡具有强烈的冲刷作用等。③施工难度大,在江河中兴建水利工程,需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛,此外,复杂地基的处理以及地下工程、水下工程等的施工技术都较复杂。④大型水利工程的挡水建筑物失事,将会给下游带来巨大损失和灾难。

  水工建筑物按其功能可分为:①通用性水工建筑物。主要有挡水建筑物,如各种坝、堤和海塘;泄水建筑物,如各种溢流坝、溢洪道、泄水隧洞、分洪闸;进水建筑物,也称取水建筑物,如进水闸、深式进水口、水泵站;输水建筑物,如引(供)水隧洞、渠道及输水管道;河道整治建筑物,如丁坝、顺坝、护岸、导流堤。②专门性水工建筑物。主要有水力发电专用建筑物,如前池、调压室、压力水管、水电站厂房;灌溉和供水专用建筑物,如节制闸、沉沙池、冲沙闸;港口专用建筑物,如防波堤、码头、船坞、船台;过坝专用建筑物及设施,如船闸、升船机、筏道及鱼道等。上述两类均属于长期使用的建筑物,称为永久性水工建筑物;另有一些仅在施工期短时间内发挥作用的建筑物,如围堰、导流隧洞等,称为临时性水工建筑物。有些水工建筑物的功能并非单一的,难以严格区分其类型,如各种溢流坝,既是挡水建筑物,又是泄水建筑物;有时施工导流隧洞可以改建成永久性的泄水或引水隧洞等。

  水工建筑物设计包括:选址,如坝址、闸址、洞线、渠线的选择;选型,即选定建筑物的结构形式,如坝型选择;水力计算;结构计算;工程细部设计,确定地基处理方案,观测设计以及合理布置各个建筑物等。对大中型和重要工程还应有水力模型试验和结构模型试验配合验证。

  水工建筑物历史悠久。如中国在公元前256~前251年修建的都江堰工程,沿用至今,其灌溉效益仍很显著。唯中世纪及其以前的水利工程建设,大都凭借经验,缺乏理论分析。进入20世纪后,水工设计理论不断完善,施工技术水平逐步提高,水工建设取得较快的发展。当前,有些问题仍处在半理论半经验阶段,需要通过科学研究和生产实践进一步完善和提高。