第三节 水利水电工程
一、概述
水利水电建设是一项造福于人类的伟大事业，它通过建造水工建筑物，利用和调节江河、湖泊等地表水体，使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、改善环境、拦淤防洪等，达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源，我国水资源非常丰富，理论水能蕴藏量6.8亿kW，占世界第一位，目前只开发了很少一部分。发展水利水电事业在我国国民经济建设中具有非常重要的意义。
水利水电建设的主要任务是兴修水利水电工程。水利水电工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。依其作用可将水工建筑物分为:挡（蓄）水建筑物（水坝、水闸、堤防等）、取水建筑物（进水闸、扬水站等）、输水建筑物（输水渠道和隧洞等）、泄水建筑物（溢洪道、泄洪洞等）、整治建筑物（导流堤、顺堤、丁坝等）、专门建筑物（电力厂房、船闸、筏道等）。某一项水利水电工程总是由若干水工建筑物配套形成一个协调工作的有机综合体，称此综合体为水利枢纽。对于大多数水利水电工程而言，挡水坝、引水渠和泄水道是重要的“三大件”，而挡水坝又是所有水工建筑物中最主要的建筑。水坝建成以后，便在其上游一定范围积蓄地表水形成“人工湖”，称此“人工湖”为水库。
水利水电工程不同于其他任何的建筑工程，表现为:①它由许多不同类型建筑物构成，因而对地质也提出各种要求；②水对地质环境的作用方式是主要的，其对建筑物影响范围广，产生一些其他类型建筑物不具有的特别的工程地质问题。概括起来，水工建筑物对地质体的作用主要表现在3个方面:一是各种建筑物以及水体对岩土体产生荷载作用，例如100m高的混凝土重力坝，对岩体产生压力达2MPa以上，这就要求岩土体有足够的强度和刚度，满足稳定性的要求；二是水向周围地质体渗入或漏失，引起地质环境的变化，从而导致岸坡失稳、库周浸没、水库地震，也可能因为水文条件改变导致库区淤积和坝下游冲刷等一系列工程地质问题；三是施工开挖采空，引起岩土体变形破坏。可见，水利水电建设中将有大量的工程地质问题需要研究，工程地质勘察工作繁重而复杂。
二、各类水坝的特点
水坝因其用材和结构形式不同，可以划分为很多类型。按结构与受力特点可分为重力坝、拱坝、支墩坝、预应力坝，按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝，按筑坝材料的不同可分为土石坝、砌石坝、混凝土坝、橡胶坝等，按坝体能否活动可分为固定坝和活动坝，按坝工技术历史发展的进程可分为古代坝、近代坝和现代坝。不同类型的坝，其工作特点及对工程地质条件的要求是不同的，下面讨论几种常见水坝的特点。
（一）重力坝
重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求；同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。
在水压力及其他外荷载作用下，主要依靠坝体自重来维持稳定的坝。重力坝的断面基本呈三角形，筑坝材料为混凝土或浆砌石。据统计，在各国修建的大坝中，重力坝在各种坝型中往往占有较大的比重。在中国的坝工建设中，混凝土重力坝也占有较大的比重，在20座高100m以上的高坝中，混凝土重力坝就有10座。
重力坝在水压力及其他荷载作用下必须满足:①稳定要求，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足；②强度要求，依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。
重力坝之所以得到广泛应用，是由于有以下优点:①相对安全可靠，耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对来说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。重力坝的缺点是:①坝体应力较低，材料强度不能得到充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。
重力坝按筑坝材料的不同分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重力坝按其结构形式分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝。重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。
实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为3类:①悬臂式重力坝，即横缝不设键槽，不灌浆；②铰接式重力坝，即横缝设键槽，但不灌浆；③整体式重力坝，即横缝设键槽，并进行灌浆。
按照混凝土的施工方式，分为常态混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝。其中碾压混凝土重力坝由于施工方便，技术经济指标优越，近年来得到了迅速的发展。重力坝的形式如图3－16所示。
图3－16 重力坝的形式
（二）拱坝
拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，拱坝是一种经济性和安全性都很好的坝型。
人类修建拱坝具有悠久的历史。早在一二千年以前，人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力，开始修建高10余米的圆筒形圬工拱坝。13世纪末，伊朗修建了一座高60m的砌石拱坝。到20世纪初，美国开始修建较高的拱坝，如1910年建成的巴菲罗比尔拱坝，高99m。20世纪20—40年代，又建成若干拱坝，其中有高达221m的胡佛坝（Hoover Dam）。与此同时，拱坝设计理论和施工技术也有了较大的进展，如应力分析的拱梁试荷载法、坝体温度计算和温度控制措施、坝体分缝和接缝灌浆、地基处理技术等。
20世纪50年代以后，西欧各国和日本修建了许多双曲拱坝，在拱坝体形、复杂坝基处理、坝顶溢流和坝内开孔泄洪等重大技术上又有了新的突破，从而使拱坝厚度减小、坝高加大，即使在比较宽阔的河谷上修建拱坝也能体现其经济性。进入20世纪70年代，随着计算机技术的发展，有限单元法和优化设计技术的逐步采用，使拱坝设计和计算周期大为缩短，设计方案更加经济合理。水工及结构模型试验技术、混凝土施工技术、大坝安全监控技术的不断提高，也为拱坝的工程技术发展和改进创造了条件。目前世界上已建成的最高拱坝是苏联英古里双曲拱坝，高271.5m，坝底厚度为86m，厚高比为0.33。其次是意大利的瓦依昂拱坝，高261.6m，坝底厚22.1m，厚高比为0.084。最薄的拱坝是法国的托拉拱坝，高88m，坝底厚2m，厚高比为0.023。近40多年来，我国修建了许多拱坝。在拱坝设计理论、计算方法、结构型式、泄洪消能、施工导流、地基处理及枢纽布置等方面都有很大进展，积累了丰富的经验。
拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈悬臂梁形式，底部坐落在河床或两岸基岩上。拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度，其体积一般较重力坝为小，其超载能力常比其他坝型高。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。
按照拱坝的拱弧半径和拱中心角，可将拱坝分为单曲拱和双曲拱。
（1）单曲拱坝又称为定外半径定中心角拱。对“U”形或矩形断面的河谷，其宽度上、下相差不大，各高程中心角比较接近，外半径可保持不变，仅需下游半径变化以适应坝厚变化的要求。
特点:施工简单，直立的上游面便于布置进水孔和泄水孔及其设备，但当河谷上宽下窄时，下部拱的中心角必然会减小，从而降低拱的作用，要求加大坝体厚度，不经济。对于底部狭窄的“V”形河谷可考虑采用等外半径变中心角拱坝。
（2）双曲拱坝即双向（水平向及竖向）弯曲的拱坝。它是拱坝中最具有代表性的坝型。双曲拱坝的水平向弯曲可以发挥拱的作用，竖直向弯曲可实现变中心、变半径以调整拱坝上、下部的曲率和半径。双曲拱坝的优越性可从这两个方向的弯曲中体现出来。一般情况，上部半径大些，可使拱座推力更指向岸里；下部半径小些，可适当加大下部中心角以提高拱的作用。因此，双曲拱坝一般均采用变中心、变半径布置，具体又有等中心角及变中心角之分和拱冠梁有近乎直立和俯向下游之分。为适应特定的地形、地质和溢洪、泄水及厂房布置要求，使拱坝体型、应力及拱座稳定等更趋合理，可调整双曲拱坝的各种参数，并可在坝基增设垫座以分开周边缝与坝身，或在坝身设置切入缝和分离缝等。设置周边缝和垫座一般可改善地基（特别是不均匀或不规整地基）对拱坝坝身应力的影响，并改善或降低坝基（即垫座底部）应力以适应地基的要求。设置切入缝或分离缝可改变拱梁系统荷载分配，以改善坝身及坝基应力，从而适应特定的要求。
（三）支墩坝
支墩坝是由一系列倾斜的面板和支承面板的支墩（扶壁）组成的坝。面板直接承受上游水压力和泥沙压力等荷载，通过支墩将荷载传给地基。面板和支墩连成整体，或用缝分开。
根据面板的形式，支墩坝可分为3种类型，如图3－17所示。
1.平板坝
由平板面板和支墩组成的支墩坝。自1903年安布生（Ambursen）设计并建造了第一座有倾斜面板的平板坝以后，世界各国修建了很多中、低高度的平板坝。平板坝中面板与支墩的连接有以下3种分类形式。
（1）简支式。面板简支在支墩托肩（牛腿）上，接缝涂沥青玛蹄脂等柔性材料，并设置止水。简支式能适应地基和温度变形，是采用最多的一种形式。
图3－17 支墩坝类型
（2）连续板式。面板跨过支墩，每隔两三跨设一道伸缩缝。连续式可以减小板的跨中弯矩，但在跨过支墩处产生负弯矩，易在迎水面产生裂缝，所以一般较少采用。
（3）悬臂式。面板与支墩刚性连接，在跨中设缝，要求变形小，以防接缝漏水，只能用于低坝。平板坝支墩有单支墩和双支墩两种形式，双支墩用于高坝。
2.连拱坝
连拱坝是由拱形面板和支墩组成的支墩坝。与其他形式的支墩坝比较，连拱坝有下列特点。
（1）拱形面板为受压构件，承载能力强，可以做得较薄。支墩间距可以增大。混凝土用量最少，但钢筋用量较多。混凝土平均含钢筋量可达30～40kg/m3。施工模板也较复杂。混凝土单位体积的造价高。
（2）面板与支墩整体连接，对地基变形和温度变化的反应比较灵敏，要求修建在气候温和地区，且地基比较坚固。
（3）上游拱形面板与溢流面板的连接比较复杂，因此很少用作溢流坝。
3.大头坝
大头坝的面板由支墩上游部分扩宽形成，称为头部。相邻支墩的头部用伸缩缝分开，为大体积混凝土结构。对于高度不大的支墩坝，除平板坝的面板外，也可用浆砌石建造。
大头坝与宽缝重力坝结构体型相似，其区别为:大头坝支墩间的空距一般大于支墩厚度，而宽缝重力坝则相反；大头坝上游面的倾斜度一般较宽缝重力坝大；大头坝支墩下游部分可以不扩宽，坝腔是开敞的，而宽缝重力坝则是封闭的。
大头坝头部有3种形式。①平板式。上游面为平面，施工简单，但在水压力作用下，上游面易产生拉应力，引起裂缝。②圆弧式。上游面为圆弧，作用于弧面上的水压力向头部中心辐集，应力条件好，但施工模板较复杂。③钻石式。上游面由3个折面组成，兼有平板式和圆弧式的优点，最常采用。
大头坝支墩有单支墩和双支墩两种形式，高坝多采用双支墩以增强其侧向稳定性。为了提高支墩的侧向劲度或防寒，也可将下游部分扩宽，使坝腔封闭，这时在结构体形上接近宽缝重力坝。
与其他坝型比较，支墩坝的特点是:面板是倾斜的，可利用其上的水重帮助坝体稳定；通过地基的渗流可以从支墩两侧敞开裸露的岩面逸出，作用于支墩底面的扬压力较小，有利于坝体稳定；地基中绕过面板底面的渗流，渗透途径短，水力坡降大，单位岩体承受的渗流体积力也大，要求面板与地基的连接以及防渗帷幕都必须做得十分可靠；面板和支墩的厚度小，内部应力大，可以充分利用材料的强度；施工期混凝土散热条件好，温度控制较重力坝简单；要求混凝土的标号高，施工模板复杂，平板坝和连拱坝的钢筋用量大，因而提高了混凝土单位体积的造价；支墩的侧向稳定性较差，在上游水压作用下，对于高支墩，还存在纵向弯曲稳定问题；平板坝和大头坝都设有伸缩缝，可适应地基变形，对地基条件的要求不是很高，而连拱坝为整体结构，对地基变形的反应比较灵敏，要求修建在均匀坚固的岩基上；坝体比较单薄，受外界温度变化的影响较大，特别是作为整体结构的连拱坝，对温度变化的反应更为灵敏，所以支墩坝宜于修建在气候温和地区；可做成溢流坝，也可设置坝身式泄水管或输水管。
支墩坝是一种轻型坝，可较重力坝节省20%～60%的混凝土，宜于修建在气候温和、河谷较宽、地质条件较好、运输条件差、天然建筑材料缺乏的地区。平板坝适用于中、低坝，连拱坝和大头坝适用于中、高坝。
（四）土石坝
土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称为土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称为堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称为土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。近代的土石坝筑坝技术自20世纪50年代以后得到发展，并促成了一批高坝的建设。目前，土石坝是世界大坝工程建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。
土石坝按坝高可分为低坝、中坝和高坝。我国《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）规定:高度在30m以下的为低坝，高度在30～70m之间的为中坝，高度超过70m的为高坝。
土石坝按其施工方法可分为碾压式土石坝、冲填式土石坝、水中填土坝和定向爆破堆石坝等。应用最为广泛的是碾压式土石坝。
按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下几种主要类型。
（1）均质坝。坝体断面不分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。
（2）土质防渗体分区坝。即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝，包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。
（3）非土料防渗体坝。防渗体坝是指由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝。按其位置也可分为心墙坝和面板坝。
土石坝的优点有:就地取材，节省了钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，同时减少了筑坝材料的远途运输；结构简单，便于维修和加高、扩建；坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低；施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。其缺点是:坝身不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便；黏性土料的填筑受气候等条件影响较大，影响工期；坝身需定期维护，增加了运行管理费用。
三、大坝实例
（一）瓦依昂坝
瓦依昂坝位于意大利阿尔卑斯山东部皮亚韦河支流瓦依昂河下游河段，距离最近的城市为瓦依昂市，距汇入皮亚韦河的瓦依昂河河口约2km（图版Ⅵ－3）。瓦依昂坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高为262m，水库设计蓄水位为722.5m，总库容量为1.69亿m3，有效库容量为1.65亿m3。水电站装机容量为0.9万kW。施工年份为1956—1960年。
1.坝址地理情况
该坝址位于下白垩统和上侏罗统的石灰岩侵蚀的峡谷中，狭谷两岸陡峭，底宽仅10m，岩层倾向上游，岩层内分布有薄层泥灰岩和夹泥层。基岩具有良好的不透水性，岩石动力弹性模量在坝顶高程处最小值为330MPa，谷底为1 400MPa。
坝址区主要地质问题为向斜褶皱裂隙和断裂较发育，褶皱轴方向大致为东西向，且稍向东缓倾，即河床岩层由下游向上游微倾。向斜褶皱两翼岩层由河谷两岸向河床倾斜，河谷中央部分岩层近于水平，向两侧延伸的岩层走向为南北，倾向东，倾角18°～20°，然后向两侧延伸，岩层突然陡倾，向上延伸，其走向变为东西，左岸倾向北，右岸倾向南，倾角40°～50°。
坝址主要有3组裂隙，一是层理和层理裂隙，充填有极薄的泥化物；二是与河流流向垂直的垂直裂隙；三是两岸岸坡卸荷裂隙，重叠分布，形成深度为100～150m的卸荷软弱带。这3组裂隙将岩体切割成7m×12m×14m的斜棱形体。地震烈度7°～8°。
2.枢纽布置
该工程包括大坝、溢洪道、泄水底孔、引水隧洞、地下式厂房等。
瓦依昂坝是一座略不对称的双曲薄拱坝，坝顶长190m、坝顶宽3.4m、坝底宽22.6m。坝顶弧长190.5m，坝顶弦长168.6m。大坝体积为35万m3，水平拱圈为等中心角，坝顶处半径为109.35m，中心角为94.25°，坝底处半径为46.50m，中心角为90°。拱冠梁中、上部向下游倒悬。大坝设有周边缝和垫座，垫座最大高度约50m，其厚度稍大于坝的厚度。横缝间距为12m，设4条水平缝，其高程分别为675m、600m、510.99m和479.81m，缝内设有可供多次灌浆的系统。除周边缝外，所有缝都在冬季灌浆。上、下游面配有钢筋，水平向每米设有3根16mm钢筋，垂直向每米设有两根22mm钢筋。
坝顶设16孔开敞式溢洪道，每孔宽6.6m。在左岸布置上、中、下3条泄水隧洞，直径分别为3.5m、2.5m和2.5m。在左岸布置1条发电隧洞，通向地下发电厂房。厂房内装1台9 000kW发电机组。
3.工程施工
谷底宽仅10m，经过开挖，扩大至32m。由于两岸岩壁陡立，几乎垂直，高达300m，为防止施工时岩块坠落，进行了表面加固，共用锚筋4 700m，钢丝网3万m3。
考虑到两岸坝座上部岩体内裂隙发育，采用预应力锚索进行锚固，左岸用了125根，右岸25根，每根长55m，施加预拉应力100t。对于岩体弹性波速低于3 000m/s的地区，采用固结灌浆加固。固结灌浆孔总长3 700m。
瓦依昂坝基处理包括帷幕灌浆、固结灌浆和接触灌浆。
坝基帷幕灌浆孔为两排，局部地段为三排。帷幕总面积8万m。孔距为3.5～4.5m，排距1.5m。坝基底板灌浆孔深85m，底部在两岸各延伸150m，上部在两岸各延伸60m。灌浆在8条平硐内进行（两岸各四条），灌浆压力为0.5～10MPa。
固结灌浆的孔深为15～25m，底板上每6m布置1个灌浆孔，灌浆压力为0.2～2.5MPa。对于接触灌浆，要求每米支承上打钻孔30m。整个灌浆工程的设计钻孔总长度为16万m。标准浆液由50kg水泥、1kg膨润土、100L水组成，平均吃浆量为每米钻孔75kg。
大坝混凝土采用矿碴火山灰水泥250kg/m3，其中熟料160kg/m3、火山灰90kg/m3。28d水化热为60cal/g，骨料为天然砂砾料，砂为二级配，脱去0.006mm以下的粉粒，骨料为四级配，最大粒径为102mm。水灰比为0.44～0.46，掺入塑化剂和加气剂。90d龄期混凝土抗压强度为35～42MPa。
混凝土浇筑利用缆机和4m3吊罐入仓，小型推土机平仓；用直径为125mm、长90cm的振捣器振捣，其振动频率为11 800次/分钟。已凝固混凝土表面用风水枪冲毛。72小时内浇筑高度底部为2.4m，上部为1.5m。分层浇筑厚度底部为60cm，上部为50cm。用河水经循环系统冷却，养护7天。
4.水库事故
1957年施工时即发现岸坡不稳定。1960年2月水库蓄水，同年10月当库水位高程为635m时，左岸坡地面出现长达1 800～2 000m“M”形张开裂缝，并发生了70万m3的局部崩塌，当即采取了一些措施。例如:限制水库蓄水位；在右岸开挖一条排水洞，洞径为4.5m，长2km。在水库蓄水影响下，经过3年缓慢的蠕变，到1963年4月，在2号测点测出的总位移量达338cm。9月25日前后，14天的日位移量平均达到1.5cm。9月28日至10月9日，水库上游连降大雨，引起两岸地下水位升高，并使库水位雍高。10月7日，2号测点所进行的最后一次观测测得总位移已达到429cm，其中最后12天的位移量为58cm。1963年10月9日，岸坡下滑速度达到25cm/d，晚上22时41分岸坡发生了大面积整体滑坡，范围长2km、宽约1.6km，滑坡体积达2.4亿m3。滑坡体将坝前1.8km长的库段全部填满，淤积体高出库水面150m，致使水库报废（当时的库容量为1.2亿m3）。滑坡时，滑动体内质点下滑运动速度为15～30m/s，涌水淹没了对岸高出库水面259m的凯索村。涌浪还向水库上游回溯到拉瓦佐镇，波高仍有近5m。滑坡时，涌浪高达250m，漫过坝顶，漫顶水深约150m。约有300万m3水注入200多米深的下游河谷，涌浪前锋到达下游距坝1 400m的瓦依昂峡谷出口处，立波还高达70m，在汇口处，涌入皮亚韦河，使汇口对岸的兰加隆镇和附近5个村庄大部分被冲毁，共计死亡1 925人。
通过对事故原因的大量调查研究，事故产生的原因主要包括两方面。
（1）地质水文因素。这一因素体现在:河谷两岸的两组卸荷节理，加上倾向河床的岩石层面、构造断层和古滑坡面等组合在一起，在左岸山体内形面一个大范围的不稳定岩体，其中有些软弱岩层，尤其是黏土夹层成为主要滑动面，成为水库失事的重要诱因；长期多次岩溶活动使地下孔洞发育，山顶地面岩溶地区成为补给地下水的集水区；地下的节理、断层和溶洞形成的储水网络，使岩石软化、胶结松散，内部扬压力增大，降低了重力摩阻力；1963年10月9日前的两周内大雨，库水位达到最高，同时滑动区和上部山坡有大量雨水补充地下水，地下水位升高，扬压力增大，以及黏土夹层、泥灰岩和裂隙中泥质充填物中的黏土颗粒受水饱和膨胀形成附加上托力，使滑坡区椅状地形的椅背部分所承受的向下推力增加，椅座部分抗滑阻力则减小，最终导致古滑坡面失去平衡而重新活动，缓慢的蠕动立即转变为瞬时高速滑动。
（2）人为因素。包括地质查勘不充分、地质人员的素质不高、判断失误等。
（二）都江堰水利工程
都江堰水利工程位于四川成都平原西部都江堰市西侧的岷江上，距成都56km，建于公元前256年，是战国时期秦国蜀郡太守李冰率众修建的一座大型水利工程，是现存的最古老且依旧在灌溉的田畴，是造福人民的伟大水利工程，还是世界水利文化的鼻祖。都江堰水利工程是至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。这项工程主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程构成，科学地解决了江水自动分流（鱼嘴分水堤四六分水）、自动排沙（鱼嘴分水堤二八分沙）、控制进水流量（宝瓶口与飞沙堰）等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。1998年灌溉面积达到66.87万hm2，灌溉范围已达40余县。
中华人民共和国成立以来，都江堰水利建设者对古老的都江堰进行了史无前例、规模宏大的建设和改造。尤其是随着近年来党中央、国务院在西部大开发中加大了对基础设施的投入，四川省各水利工程管理单位在四川省水利厅的领导下，抓住机遇，锐意进取，不断优化、调整都江堰管理体制，提高管理水平，使都江堰这项古老的水利工程进入了高速发展时期，焕发出了无限的生机与活力。
1.渠首枢纽工程
都江堰渠首枢纽，主要由都江堰鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口3项工程组成。
（1）都江堰鱼嘴（图版Ⅶ－1）。布置在岷江江心，将岷江分为内江和外江，具有分洪、分沙之功能。历史上，鱼嘴用竹笼垒筑，位置曾多次变动，元、明时曾铸铁龟、铁牛分水，均毁于洪流，经多次复建，最后移至现鱼嘴位置。1974年在鱼嘴外江处修建了外江闸，能运用自如地按计划调节内、外江水量，洪水时开闸自然行洪。
（2）飞沙堰。内江的旁侧溢流堰，堰口宽240m，堰顶高2m，具有拦引春水、泄洪水、排沙石之功能。历史上飞沙堰用竹笼垒筑，1964年改为浆砌卵石坝。“深淘滩、低作堰”的治水六字诀，即指飞沙堰堤坝前的内江河床淤滩岁修时需深淘见卧铁，飞沙堰堤顶要低作与对岸标准台顶等高。在保持飞沙堰原有功能的前提条件下，1992年修建了工业用水拦水闸，确保内江在岁修时成都市的工业、生活供水量，同时增加了宝瓶口4月—5月份的引水量。如图版Ⅶ－2所示。
（3）宝瓶口。内江灌区的总进水口，平均口宽20m，开凿于都江堰创建时。左岸石刻水则共二十四划，每划为一市尺（1/3m），用以观测水位涨落；右岸离堆上建有伏龙观，又称老王庙，用于纪念李冰。1965年和1970年曾两次加固离堆。如图版Ⅶ－3所示。
3项工程互相配合，联合运行，起到了“引水灌田、航运漂木、分洪防灾”的作用，使都江堰2 000多年来效益卓著，为成都平原经济繁荣做出了巨大贡献，被后世誉为“川西第一奇功”。在2 000多年的实践中，劳动人民总结出“三字经”“六字诀”“八字格言”“岁勤修”等一套治水经验，不仅符合现代科学技术原理，而且做到了就地取材、费省效宏，具有很高的经济效益、社会效益，既是中华民族历史文化的瑰宝，也是世界水利史上的光辉篇章。
2.灌区工程
进入“宝瓶口”后，内江通过多次分水，形成输水网络，满足灌区航运及灌区用水要求。但由于历史条件限制，都江堰灌区的发展长期徘徊不前，至20世纪40年代末，都江堰灌区仅有干渠8条、支渠235条，总长2 810km，灌溉成都平原14个县的18.8万hm2农田。
中华人民共和国成立后，都江堰的改造和发展开始了一个新纪元。从20世纪50年代开始，先后对古老的都江堰进行了史无前例、规模宏大的建设和改造，到60年代末，都江堰灌溉面积已达45.2万hm2，将龙泉山以西的成都平原全部浇灌。60年代末开始，丘陵区掀起了“打通龙泉山，引水灌农田”的水利建设热潮，到80年代初，都江堰灌区面积已扩大到57.2万hm2，灌区面貌发生了根本变化。至今，都江堰灌区范围已由50年代初的14个县18.8万hm2发展到8个市（地）42个县（市、区）的67.3万hm2，成为全国第一个实灌面积突破66.7万hm2的特大型灌区。
经过50多年的建设，灌区已发展成为一个由渠首工程、灌区各级引输水渠道、各类建筑物和大中小型水库、塘堰等构成的规模宏大的工程系统。建成干渠及分干渠97条长3 550km，支渠272条长3 627km，斗渠2 848条长11 847km；建成干斗渠以上水工建筑物4.89万处。其中，干渠工程有水闸998座，隧洞334座、渡槽415座、涵洞65座、倒虹吸管91座。蓄水设施有大型水库3座，总库容量为8.62亿m3；中型水库11座，总库容3.26亿m3；小型水库594座及堰塘7.3万多处，总蓄水能力l7.55亿m3，形成了引、蓄、提相结合的工程格局。都江堰是四川国民经济和社会发展不可替代的重要基础设施，在四川省国民经济和社会发展中具有越来越重要的地位和作用。
（三）葛洲坝水利枢纽
葛洲坝水利枢纽位于中国湖北省宜昌市境内的长江三峡末端河段上，距上游的三峡水电站38km。它是长江上第一座大型水电站，也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站，如图版Ⅶ－4所示。1971年5月开工兴建，1972年12月停工，1974年10月复工，1988年12月全部竣工。坝型为闸坝，最大坝高47m，总库容量为15.8亿m3。总装机容量为271.5万kW，其中二江水电站安装2台17万kW和5台12.5万kW机组，大江水电站安装14台12.5万kW机组。年均发电量140亿kW·h。首台17万kW机组于1981年7月30日投入运行。
葛洲坝水电站位于长江西陵峡出口、南津关以下3km处的湖北宜昌市境内，是长江干流上修建的第一座大型水电工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。
坝址以上控制流域面积100万km2，为长江总流域面积的55.5%。坝址处多年平均流量14 300m3/s，平均年径流量4 510亿m3。多年平均输沙量为5.3亿t，平均含沙量为12kg/m3，90%的泥沙集中在汛期。
葛洲坝工程具有发电、改善航道等综合效益。电站装机容量271.5万kW，单独运行时保证出力76.8万kW，年发电量157亿kW·h（三峡工程建成以后保证出力可提高到158～194万kW，年发电量可提高到161亿kW·h）。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1 000km的上海输电120万kW。
库区回水110～180km，使川江航运条件得到改善。水库总库容15.8亿m3，由于受航运限制，2013年无调洪削峰作用。三峡工程建成后，可对三峡工程因调洪下泄不均匀流量起反调节作用，有反调节库容8 500万m3。
在长江干流梯级开发规划中，葛洲坝工程是三峡工程的航运反调节梯级，修建三峡工程就需要修建葛洲坝工程。这是因为以下两点。
（1）从航运方面考虑，一则三峡水电站在枯水期担负电网调峰任务时，发电与不发电时的下泄流量变化较大，下游将产生不稳定流，一天24小时内的水位变幅也较大，对船舶航行和港口停泊条件不利，因此，必须利用葛洲坝水库进行反调节。
（2）三峡坝址三斗坪至南津关有38km山区河道，如不加以渠化而让其仍处于天然状态，航道条件较差，难以通过万吨级船队，三峡工程的航运效益也难以发挥。因此，需要利用葛洲坝水库渠化该段航道。从发电方面考虑，从三斗坪到葛洲坝之间，尚有27m水位落差可以用来发电，可发电150多亿千瓦/小时，效益十分可观。
葛洲坝水利枢纽工程由船闸、电站厂房、泄水闸、冲沙闸及挡水建筑物组成。船闸为单级船闸，1号、2号两座船闸闸室有效长度为280m，净宽为34m，一次可通过载重为1.2～1.6万t的船队。每次过闸时间约50～57分钟，其中充水或泄水约8～12分钟。3号船闸闸室的有效长度为120m，净宽为18m，可通过3 000t以下的客货轮。每次过闸时间约40分钟，其中充水或泄水约5～8分钟。上、下闸首工作门均采用人字门，其中1号、2号船闸下闸首人字门每扇宽9.7m、高34m、厚27m，质量约600t。为解决过船与坝顶过车的矛盾，在2号和3号船闸桥墩段建有铁路、公路、活动提升桥，大江船闸下闸首建有公路桥。
两座电站共装有21台水轮发电机组，其中:大江电站装机14台、单机容量12.5万kW，二江电站装机7台（17万kW 2台、12.5万kW 5台），总装机容量为271.5万kW，每年可发电157亿kW·h。电能分别用500kV和220kV外输。
二江泄洪闸是葛洲坝工程的主要泄洪排沙建筑物，共有27孔，最大泄洪量83 900m3/s，采用开敞式平底闸，闸室净宽12m、高24m，设上、下两扇闸门，尺寸均为12m×12m。上扇为平板门，下扇为弧形门，闸下消能防冲设一级平底消力池，长18m。大江冲沙闸为开敞式平底闸，共9孔，每孔净宽为12m，采用弧形钢闸门，尺寸为12m×19.5m，最大排泄量20 000m3/s。三江冲沙闸共有6孔采用弧形钢闸门，最大排泄量10 500m3/s。如果汛期到此，那么将观赏到:泄洪闸前，洪波涌起，惊涛拍岸。巨大的水头冲天而起，溅起的水沫形成漫天水雾，即使立于百米之外，也会感到水气拂面，沾衣欲湿。如遇朗朗晴天，水雾反射的阳光，在泄洪闸前形成一道彩虹，直插江中，极为壮观。
三座船闸中，大江1号船闸和三江2号船闸为中国和亚洲之最。船闸各长280m、高34m，闸室的两端有两扇闸门，下闸门两扇“人”字形闸高34m、宽9.7m，重600t，逆水而上的船到达船闸时上闸门关闭着，下闸门开启着，上、下游水位落差为20m。船驶入闸室内，下闸门关闭，设在闸室底部的输水阀打开，水进入闸室，约15分钟后，闸室里的水与上游水位相平时，上闸门打开，船只驶出船闸。下水船过闸的情况下刚好相反。每次船只通过葛洲坝大约需要45分钟。
（四）黄河小浪底水利枢纽
黄河小浪底水利枢纽位于黄河中游豫、晋两省交界处，在洛阳市西北约40km。上距三门峡坝址130km，下距郑州花园口128km。北依王屋、太行二山，南抵崤山余脉，西起平陆县杜家庄，东至济源市（原济源县）大峪河。南北最宽处约72km，东西长93.6km。淹没区涉及两省4市（地区）所管辖的8个市（县），即河南省的孟津、新安、渑池、陕县、济源和山西省的垣曲、平陆、夏县。
黄河小浪底水利全坝高280m，南起邙山北连王屋山的坝体总长16 667m，是目前我国江河上修建的一座最大的土坝。库容量为1 256.5亿m3，水域面积为296km2，正常蓄水位为250m，最高蓄水位为275m，装机容量为180万kW，平均年发电量为51亿kW·h，完成总投资337亿元人民币。完成后总控制流域面积为92.3%，其中防洪库容为40.5亿m3。下游防洪标准从60年一遇提高到1 000年一遇，解决了对下游的洪水威胁。每年可增加供水量40亿m3，改善了黄河沿岸的工农业生产和人民生活用水条件。抗旱面积可维护166.7万hm2，年使用发电总容量可节约煤炭210万t以上。如图版Ⅶ－5所示。
小浪底工程由拦河大坝、泄洪建筑物和引水发电系统组成。
小浪底水利枢纽主坝为壤土斜心墙土石坝，上游围堰为坝体的一部分，坝基采用混凝土防渗墙，工程初步设计为斜墙坝型，后优化为斜心墙坝型。两者的主要区别在于前者以水平防渗为主，垂直防渗为辅；后者以垂直防渗为主，水平防渗为辅。其呈现如下特点:一是适度地考虑了库区淤积的防渗作用，使坝基防渗效果更为可靠；二是上爬的内铺盖改善了上游坝坡的抗滑稳定性，既实现了库区淤积的连接，又不会对坝坡产生太大的影响；三是减少了上游围堰的土方填筑量及基础处理工程量，使截流后比较紧张的工期得以缓解；四是与斜墙坝相比，混凝土防渗墙受力有所恶化，且造墙难度增加。
小浪底工程拦河大坝采用斜心墙堆石坝，设计最大坝高154m，坝顶长度为1 667m，坝顶宽度为15m，坝底最大宽度为864m。坝体启、填筑量为51.85万m3，基础混凝土防渗墙厚1.2m、深80m。其填筑量和混凝土防渗墙均为国内之最。坝顶高程为281m，水库正常蓄水位为275m，库水面积为272km2，总库容126.5亿m3。水库呈东西带状，长约130km，上段较窄，下段较宽，平均宽度为2km，属峡谷河道型水库。坝址处多年平均流量1 327m3/s，输沙量为16亿t。该坝建成后可控制全河流域面积的92.3%。
泄洪建筑物包括10座进水塔、3条导流洞改造而成的孔板泄洪洞、3条排沙洞、3条明流泄洪洞、1条溢洪道、1条灌溉洞和3个两级出水消力塘。由于受地形、地质条件的限制，所以均布置在左岸。其特点为水工建筑物布置集中，形成蜂窝状断面，地质条件复杂，混凝土浇筑量占工程总量的90%，施工中大规模采用新技术、新工艺和先进设备。
引水发电系统也布置在枢纽左岸，包括6条发电引水洞、地下厂房、主变室、闸门室和3条尾水隧洞。厂房内安装6台30万kW混流式水轮发电机组，总装机容量为180万kW，多年平均年发电量45.99亿kW·h/58.51亿kW·h（前10年/后10年）。
小浪底水利枢纽工程建成后带来的作用有以下几种。
（1）防洪、防凌作用。小浪底水利枢纽与已建的三门峡、陆浑、故县水库联合运用，并利用下游的东平湖分洪，可使黄河下游抵御千年一遇的洪水。千年一遇以下洪水不再使用北金堤滞洪区，减轻常遇洪水的防洪负担。与三门峡水库的联合运用，共同调蓄凌汛期水量，可基本解除黄河下游凌汛威胁。
（2）减淤作用。小浪底水利枢纽采用“人工扰沙”方式，即借助河水已有的势能，辅以人工扰动河床土质，促进河床泥沙启动，实现河床下切、输沙入海。简单地说，就是通过搅动让河底淤沙上浮，使其与自然水流一起下泄，从而达到清淤输沙的目的。第三次调水调沙试验共设3个扰沙点，分别位于小浪底库尾、河南范县李桥河段、山东梁山县小路口河段。
以上方法，可使黄河下游河床20年内淤积不抬高。非汛期下泄清水挟沙入海以及人造峰冲淤，对下游河床有进一步减淤作用。
（3）供水、灌溉。黄河下游控制灌溉面积约266.7万hm2，每年平均实灌面积117.3万hm2，年引水量80～100亿m3。由于黄河来水丰枯不匀，又缺乏足够的水量调节能力，灌溉用水保证率仅32%。20世纪70年代以来，沿河工农业迅猛发展，城市供水需求急剧增长，山东利津至入海口河段几乎每年断流，水资源供需矛盾十分突出。小浪底水利枢纽可减少下游断流的几率，平均每年可增加20亿m3的调节水量，满足下游灌溉与城市用水，提高灌溉保证率。
（4）发电。小浪底水利枢纽装机6台，每台30万kW，总装机容量为180万kW，是河南省理想的水电站。
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