洪水水位升高泄洪

第1章　概　论

【学习指导】

目标：了解我国水资源、水利工程发展概况和面临的主要任务；掌握水利工程中的常用基本概念；掌握水利枢纽分等和水工建筑物分级的概念、依据和方法；掌握水利枢纽等别与洪水标准的对应关系；学习使用水利工程相关的设计规范。

重点：与水工建筑物相关的基本概念；水利枢纽与水工建筑物的关系、枢纽等别、建筑物级别的划分方法；对应洪水重现期的确定方法。

1.1　我国水资源和水利工程概况

1.1.1　我国的水资源

水作为一种资源，主要表现在水量、水质和水能3个方面。自然界的水虽然很多，但大部分是不能直接用于生活、工业及农田灌溉的海水。从保护自然环境和维持生态平衡的角度看，一般不宜动用静态储量，而只能取用逐年可以得到恢复和更新的动态水量，即参加水循环的水量，它们是河川径流、浅薄浅层地下水和土壤水。全球陆地上的循环水量平均每年只有1.19×105亿m3，人类各种耗水量只有不超过这个数量，水才能成为取之不尽用之不竭的自然资源。随着人口的增长、经济的发展和人民生活水平的不断提高，水的问题日益为世界各国所重视。为了更好地满足人民生活和经济发展的需要，我国于1988年1月21日公布了《中华人民共和国水法》，以法律手段切实保障水资源的开发、利用、保护和管理。我国多年平均水资源总量为2800亿m3，其中河川多年平均年径流总量达2700亿m3，居世界第6位。全国河流的水能理论蕴藏量总计出力为6.76亿kW，居世界第一位，其中便于开发的为3.78亿kW，年发电量可达1900亿kW•h。

由于我国人口众多，按人口平均计算，我国水资源并不丰富。按1998年底人口总数为12.481亿计算，我国人均年占有水量为2500m3，仅相当于世界人均占有水量的1/4。低于多数国家，约居第110位，已经被联合国列为13个贫水国家之一。

我国幅员辽阔，自然条件悬殊，水资源在地区上和时间上的分配很不均匀，降水总趋势是由东南沿海向西北内陆递减。南方水多地少，北方地多水少。例如，长江及其以南地区，耕地面积占全国的38％，而河川径流量占全国的83％；黄、淮、海、辽四河流域内耕地面积占全国的42％，但河川径流量只占全国的8％，水资源总量只占全国的9％。降水及河川径流在季节和年际上分布不均匀的情况，北方甚于南方，枯水季节或枯水年，雨量很小，往往不能满足用水要求，而丰水季节或丰水年，雨量又很大，可能泛滥成灾。例如，清光绪三年到五年（1877—1879），晋、冀、鲁、豫连续三年大旱，仅饥饿而死者达1300万人。1931年夏，长江流域普降暴雨，水灾遍及湘、鄂、浙、赣、豫、皖、苏7省206县，淹没农田5000余万亩，灾民达800多万人，其中被洪水夺去生命的达14.5万人，死于饥饿、瘟疫者不计其数。历史的经验和1998年的大水告诉我们，在我国不搞水利或少搞水利，靠天吃饭是没有出路的。

1.1.2　我国水利工程的发展概况

中国和古埃及等文明古国一样，水利工程也起源较早。从春秋时期开始，在黄河下游沿岸修建堤防，历代整修加固至今，形成近1600km的黄河大堤。最早有文字记载的水利工程是安徽寿县的安丰塘堤坝，建于公元前598—前591年。公元前485年开始兴建，公元1293年全线通航的京杭大运河全长1794km，是世界上最忙的人工运河，对便利我国南北交通发挥了重要作用。公元前256—前251年在四川省灌县建成的都江堰工程，是世界上现存历史最长的无坝引水工程，至今仍发挥巨大的效益，我国第一座较高的土坝是河南的马仁陂坝，坝高16m，坝长820m，建于公元前34年，经历代维修，安全运行至今已有两千多年。后来直到16—17世纪，我国又建造了不少土石坝和砌石坝（包括过水的砌石坝），水利工程的建设仍处于世界前列。

自17世纪开始至20世纪中叶，西方国家由于工业和科学技术的快速发展，水利水电工程也发展很快，建造了一些高土石坝、混凝土重力坝、拱坝和支墩坝、钢筋混凝土水闸等，并逐渐形成了一些建坝理论和计算方法。在这一时期，我国由于政治、经济和科学技术的落后和外国列强的侵略、内战绵绵等原因，在水利工程建设方向远远落后于西方国家，直到1950年，全世界15m以上高的坝有5196座，我国只有8座，只占0.154％，那时我国水电站也寥寥无几，就算当时最大的丰满水电站，蓄水后大坝漏水严重，蓄水位受到限制，仅有14.3万kW的运行能力。

在20世纪50年代新中国成立初期，国家和人民都急需兴修水利，兴建了官厅水库（黏土心墙坝，原坝高46m，后又加高7m）、佛子岭水库（连拱坝，高74.4m）、梅山水库（连拱坝，高88.24m，在当时是世界上最高的连拱坝）、响洪甸水库（重力拱坝，高87.5m），狮子滩水库（堆石坝，高52m）、磨子潭水库（双支墩大头坝，高82m）、新安江水库（宽缝重力坝，高105m）。这些具有不同特色的坝型，很快填补了旧中国筑坝技术的空白。尤其是在1958年毛主席、周总理等中央首长参加兴建十三陵水库的劳动以后，全周掀起了兴修水利的高潮。华北最大的密云水库（总库容43.75亿m3），耗土石方838万m3，混凝土52万m3，仅用两年时间，于1960年建成，这在古今中外的筑坝史上是罕见的。就在这样一种精神的带动下，各种水利工程在全国星罗棋布，很快地建造了起来。据1980年底的不完全统计：总库容小于1000万m3的小型水库在全国共有84228座，跃居世界第一位；我国已建成大型水库（每座总库容在1亿m3以上）326座，中型水库（库容0.1亿～1亿m3）2298座。据1982年底的《世界大坝登记》，全世界高度在15m以上的大坝总数为34798座，中国有18595座，占53.4％，跃居世界第一位。新中国在旧中国烂摊子的基础上，财力物力很紧缺，机械化程度很低，大坝建设的速度如此之快，这本身就是一次破世界纪录的奇迹，是其他国家根本无法比的，实为世人所惊叹。

到了20世纪80年代以后，随着改革开放、经济发展和现代化建设，用电量非常大，电力供应紧缺。我国的大江大河蕴藏着丰富的水能资源，而在1980年底以前所建成的水电装机容量为2040万kW，仅占总蕴藏量的3％，占可开发水能资源的3.76％，所以在大江大河上快速兴建和加快在建的大型水电站工程已成了中国在80年代以后能源开发和水利建设的主要目标之一。此后，一批在建和新建的高坝大型水电站或发电效益较大的大型水利枢纽工程抓紧设计和施工，如紧水滩、白山、大化、龙羊峡、葛洲坝、鲁布格、水口、漫湾、东江、东风、安康、隔河岩、宝珠寺、五强溪、李家峡、江垭、盐滩、大朝山、天生桥、小浪底、万家寨，二滩、三峡等工程。其中，二滩双曲拱坝高240m，是当时世界第三高拱坝，总装机容量为330万kW，是我国当时已建的最大水电站。三峡工程在2003年第1批机组发电，总装机容量为1820万kW（未包括扩建机组），将是世界上最大的水电站，并具有很大的防洪、航运和引水效益，双线五级船闸，总水头113m，可通过万吨级船队，垂直升船机总重11800t，过船吨位3000t，提升高度113m，均位居世界之首。总之，我国1980年以来兴建的这些水利水电工程的特点是：①大坝很高或工程量很大；②大兵团作战已不能适应快速施工的要求，机械化和现代化施工代替过去劳动力密集型的施工；③这一时期引进、研究、设计和建造了一大批工期短、投资省的碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝，其数量和高度已成世界第一；④河水流量和下泄单宽流量大，施工导流、高水头泄洪雾化和消能都是很大的难题；⑤高水头蓄水容易诱发地震，高坝对坝体和基础的强度和稳定性要求都很高，地下厂房周围岩体地应力很大，还有高边坡稳定问题，等等。我国正在建设中的龙滩碾压混凝土重力坝（第1期坝高192m，第2期拟加高至216.5m）、水布垭混凝土面板堆石坝（高233m）和小湾混凝土拱坝（高292m）都是世界上目前已建和在建的同类坝中最高者。我国已建和在建的水利水电工程中，有些设计和施工技术已达到或超过了世界先进水平，进一步丰富了水利水电工程的设计理论和筑坝技术，当然还有很多新问题，科研任务相当繁重。

除了大坝建设外，新中国成立以后，从1950年10月治淮工程开始，广大群众每年投入了大量的低报酬劳动或义务劳动，进行大江大河整治工程建设，对黄河、淮河、长江、海河水系、珠江、松花江、辽河等大大小小的河流进行了疏浚、筑堤、加固、抢险，还为淮河、海河、太湖等水系开辟了新的排洪入海通道，修建了红旗渠引水工程、引滦入津工程等。据不完全统计，仅在1949—1999年的50年时间里，全国疏浚河道、填筑和加固堤防共约26万km，相当于绕地球6.5圈，工程量之浩大，实为世界罕见，其发展速度之快也是世界上的一大创举。

新中国成立以来建造了很多水闸。据不完全统计，新中国成立后的50年时间里，已建造水闸3万多座（不包括许多小闸），其中大型水闸320座，如润河集、三河闸、荆江分洪闸、蚌埠闸、海河闸等。葛洲坝中间泄水坝段实质上是我国最大最高的水闸，总长498m，最大泄水流量83900m3/s，在我国已建的水闸中居第一位，而且有些设计和施工技术已达世界领先水平。

我们还应看到差距，例如，我国水电能源开发的比例还远低于西方国家，我国有很多地区还经常受到干旱和洪涝等灾害。只有看到差距，才能明确今后的任务。

1.1.3　我国水利工程面临的主要任务

（1）南水北调，解决北方干旱地区的供水和灌溉问题

我国北方自古以来都是少雨干旱的地区，在最近的50多年里，我国人口增长了近两倍，在最近的20年里，由于工业发展和城市人口增长得很快，再加上对森林的砍伐，近10年来北方地区降雨量明显减少，黄河多次断流，工业和城市用水、灌溉用水都很紧张，城市地下水位下降严重，引起地面下沉。北方降雨量少，即使在汛期也很少出现多余的洪水流入大海，再兴建一些水库也仅仅是增加梯级发电量，不能从根本上解决缺水问题。最有把握、最有效的办法是从南方江河调水到北方，即兴建南水北调工程。

长江流域面积180万km2，多年平均年径流量9600亿m3，仅次于亚马孙河和刚果河，居世界第三。长江之水相当丰富，即使在特枯年，也有7600多亿m3流入大海。故从长江调水至北方各省市，水量是充足的，但难度很大。南水北调研究工作始于20世纪50年代初，近50年来，有关部门做了大量的勘测、规划、设计和科研工作，最后倾向于采用三条线路（即东线、中线和西线）方案。东线工程从江都扬水，基本上沿京杭运河逐级提水北送，向山东、河北和天津供水。中线远景方案规划自长江三峡枢纽引水经汉江丹江口枢纽，沿伏牛山南麓北上自流至北京，以供京、津、冀、豫、鄂五省市的城市生活和工业用水为主，兼顾唐白河平原和黄淮海平原的西中部地区农业及其他用水。西线工程规划从长江上游的几条支流引水入黄河，解决我国西北地区严重干旱缺水的问题，还可增加黄河各梯级水电站的发电量，特殊情况下还可供北京、天津应急用水。通过这三条线，每年可向北方调水500亿～600亿m3。

南水北调工程是实现我国水资源优化配置的战略举措，是中国跨流域调水工程中最大、最艰巨、最紧迫的工程，也是中国在21世纪规模最大的水利工程之一。因受地理位置、调出区水资源量、地形和地质等条件限制，三条调水线路各有其合理的供水范围，相互不能替代，但也不太可能一下全部同时兴建。东线工程量、难度和投资都比其他两线小，但耗电量大；中线水质好，自流，但工程量、难度和投资都比东线大；西线工程量、难度和投资最大。国家根据工程的难易程度和国家的经济技术条件，依次分期兴建东线、中线和西线工程，先易后难，逐步实施。

（2）建造大中型水电站，拦蓄洪水，开发水能资源，实现西电东送

根据最新可靠的勘测资料，我国内地水电的理论蕴藏装机容量为6.94亿kW，技术可开发的装机容量为5.42亿kW，年发电量24740亿kW•h，都居世界第一位。至2004年9月底，我国内地水电装机容量已达l亿kW，即使按最近25年的水电开发速度，也起码要再用130多年才能完成全部水电技术可开发任务。这些水能资源主要集中在西南部地区，那里水量丰富，河流落差大，河谷窄，可建造许多大中型水电站。但是，目前大部分还未开发，不仅白白扔掉了很多水和电能，而且在汛期还对长江中下游构成很大的威胁。如果我们全部进行水电开发，将多余成灾的洪水拦蓄起来，既可起到防洪、灌溉、供水、航运和养殖等综合作用，还可多级发电、向东部送电，每年可减少12.5亿t煤耗（相当于目前的年产量）和污染程度。

要多发电就要多建高坝，因为落差越大，同样的水量发出的电就越多。只要水量充沛、地质条件和淹没损失允许，一般建高坝比建低坝划算，其防洪、发电、灌溉、供水和航运等连锁效益就更大。但高坝的静、动应力很大，对坝体和基础的强度和稳定性要求都很高，地下厂房周围岩体地应力一般也很大，还有高边坡稳定、渗透稳定、施工导流、施工速度和工期、高水头蓄水诱发地震、高水头泄洪雾化、消能和高速水流的防蚀等问题，难度很大，世界高坝建设的理论和经验也很少。这些难题有待我们研究和解决，再经工程实践的考验和证明，在完成上述主要任务的同时，不断补充我们的知识库。

1.2　水利水电工程简介

水利水电工程是对自然界的水资源进行有效控制和合理调配，以达到兴利除害目的的工程措施。水利水电工程的主要任务是防洪治河、农田水利、水力发电、给水排水、航运等。

1.2.1　防洪治河

河流是水利的源泉，也是洪水泛滥的来源。要兴水利、除水害，首要的任务就是治河防洪。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、水流形态和演变过程都能满足防洪、航运、工农业用水等方面的要求。一般防治洪水的措施采用“上拦下排，两岸分滞”的工程体系。

“上拦”就是在山地丘陵地区进行水土保持，拦截水土，有效减少地面径流；在干、支流的中上游兴建水库拦蓄洪水，调节径流，控制下泄流量不超过下游河道的过流能力。上拦是一种防治洪水的治本措施，不仅能有效地防治洪水，而且可以综合开发利用水土资源。

“下排”就是疏浚河道，修筑堤防，提高河道的泄洪能力，减小洪水威胁。这是治标的办法，不是“长治久安”之道。但是，在上游拦蓄工程没有完全控制洪水之前，筑堤防洪仍是一种重要措施，而且可以加强汛期的防护工作，确保安全。

“两岸分滞”是在沿河两岸适当的地点修建分洪闸、引洪道、滞洪区等，将超过河道安全泄量的洪峰流量经分洪闸、引洪道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。为了减少滞洪区的损失，必须做好通信、交通、安全措施等工作，并且作好水文预报，只有万不得已时才运用分洪措施。

1.2.2　农田水利

水利是农业的命脉。为使农业稳产高产，可以通过建闸修渠，形成良好的灌、排系统，使农田旱可灌，涝可排，实现农田水利化。农田水利工程一般包括以下几部分。

（1）取水工程

灌溉水源主要有河流、湖泊、水库和地下水等。为了从水源适时适量地取水灌溉，就需要修筑取水工程。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），控制引水量的进水闸和防止泥沙入渠的冲沙闸、沉沙池等建筑物。河中流量大、水位高，能满足引水要求时，也可不建拦河坝。当河水位很低又不宜建坝时，可建机电排灌站提水灌溉。

（2）输水配水工程

为了将水输送并分配到每个地块，就需要修筑各级固定渠道及渠道系统上的各种建筑物，如涵洞、渡槽、交通桥、分水闸等。

（3）排水工程

排水工程包括各级排水沟（渠）及沟道上的建筑物，其作用是将田间多余水量排往容泄区（河流、湖泊、洼地等）。当容泄区的水位高于排水干沟出口的水位时，还应在干沟出口建排水闸控制河水倒灌或建抽水站用机械排水。

1.2.3　水力发电

水能是一种最理想的永续能源。油、气、煤源有时尽，水能绵绵无尽期。它不消耗水量，也不污染环境，所以水力发电是我国能源建设的长远战略方针。

水能利用的基本原理，是将获得巨大能量的水流通过高压管道去推动水轮机，使水能转变为机械能，水轮机再带动发电机，将机械能又转变为电能。

开发利用水能，必须对天然河流的不均匀径流和分散的落差进行调节和集中。常用的水能开发方式是拦河筑坝形成水库，它既可调节径流，又能集中落差，但有一定的淹没损失，故多用于山区河段。在坡度很陡或有瀑布、急滩、河湾的河段，而其上游又不允许淹没时，可以沿河岸修建纵坡很缓的引水建筑物（渠道、隧洞等）来集中落差开发该河段的水能。

1.2.4　给水与排水

随着工业的发展和人民生活水平的提高，城市供水与排水日益紧迫，现在不少城市由于缺水影响了生产和人民生活，水质污染问题也很严重，它不仅加剧了水资源的供需矛盾，而且恶化了环境。

城市给水对水质、水量以及供水可靠性上都有较高的要求。因此，必须将由水源引取的水量，经过沉沙、净化设施处理后，再由输水、配水管道将水送至用水部门。

排水是排除废水、污水及可能的暴雨积水。工矿企业排出的污水常含有毒的化学物质，必须通过排水沟道将污水、废水集中处理后，再回收利用或由排水闸、排水站排至容泄区（河道），以免引起水质污染。

1.2.5　航运

航运包括船运与筏运（木、竹浮运）。河流是人类历史上最早的交通要道。它运费低，运量大，今后必将大力发展。内河航运有天然水道（河流、湖泊等）和人工水道（运河、河网、水库及渠化河流等）两种。

利用天然河流通航时，往往需要对河流进行疏浚和整治，以改善航运条件，建立稳定的航道。如果河道枯水期水深太小不能满足航运要求时，可建拦河闸坝以抬高天然河道的水位，这叫河流渠化；或者修建水库调节径流，改善水库下游的航行条件。

运河是人工开挖的渠道，如果运河两端水位差较大，则需要用船闸等建筑物把运河分成若干个航段，使每个航段里的水位是平的。

由于航运是利用水的浮力而不消耗消量，航运事业通常是结合其他水利事业的需要，综合利用水利资源。例如，利用灌溉渠道通行船只和利用运河供给两岸农田城镇用水。

在通航的河道或渠道上建造闸坝等挡水建筑物时，应同时修建过船建筑物。如船舶不多，货运量不大时，可建立码头转运货物；如来往船舶较多，货运量较大时，则宜采用升船机、船闸、筏道等建筑物，使船只、木排直接通过。在葛洲坝水利枢纽中就布置了3个船闸来满足长江航运的需要。

1.3　水工建筑物与水利枢纽

1.3.1　水工建筑物

在水利事业中采取的工程措施称为水利工程。工程中的建筑物称为水利工程建筑物，简称水工建筑物。按照建筑物的用途，可分为一般水工建筑物和专门水工建筑物两大类。

（1）一般水工建筑物

①挡水建筑物：用以拦截水流、壅高水位或形成水库，如各种闸、坝和堤防等。

②泄水建筑物：用以从水库或渠道中泄出多余的水量，以保证工程安全，如各种溢洪道、泄洪隧洞和泄水闸等。

③输水建筑物：从水源向用水地点输送水流的建筑物，如渠道、隧洞、管道等。

④取水建筑物：它是输水建筑物的首部，如深式取水口、各种进水闸等。

⑤河道整治建筑物：为调整河道改善水流状态，防止水流对河床产生破坏作用所修建的建筑物，如护岸工程、导流堤、丁坝，顺坝等。

（2）专门水工建筑物

①水力发电建筑物：如水电站厂房、压力前池、调压井等。

②水运建筑物：如船闸、升船机、过木道等。

③农田水利建筑物：如专为农田灌溉用的沉沙池、量水设备、渠系及渠系建筑物等。

④给水、排水建筑物：如专门的进水闸、抽水站、滤水池等。

⑤渔业建筑物：如鱼道、升鱼机、鱼闸、鱼池等。

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：这种建筑物在运用期长期使用，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。主要建筑物系指该建筑物在失事以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。

1.3.2　水利枢纽

水利工程往往是由几种不同类型的水工建筑物集合在一起，构成一个完整的综合体，用来控制和支配水流，这些建筑物的综合体称为水利枢纽。

正在建造中的三峡水利枢纽是当今世界上最大的水利枢纽，如图1.1所示。三峡枢纽的主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物三大部分组成。拦河大坝为重力坝，最大坝高181m。大坝的泄洪坝段居河床中部，共设有23个深孔和22个表孔。表孔和深孔都采用鼻坎挑流消能，全坝最大泄洪能力为11.6万m3/s。水电站采用坝后式，分设左、右两组厂房。左、右岸分别安装水轮机组14台和12台。全电站机组均为单机容量70万kW的混流式水轮发电机组，总装机容量为1820万kW，年平均发电量为846.8kW•h。通航建筑物包括船闸和升船机。船闸为双线五级连续梯级船闸，升船机为单线一级垂直提升式。

图1.1　三峡水利枢纽布置示意图

图1.2　溢流坝取水枢纽布置图

1—导水墙；2—沉沙槽；3—进水闸；4—冲沙闸；5—溢流坝

三峡枢纽建成后将有巨大效益：防洪控制流域面积可达100万km2；水库防洪库容为221.5亿m3，可使荆江河段防洪标准从10年一遇提高到100年一遇或更大的洪水，配合分洪、蓄洪工程的运用，防止荆江大堤溃决，减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并为洞庭湖区问题的根治创造条件。但是，三峡水库也存在对环境、生态等不利影响和移民、淹没损失等问题。

图1.2为一种有坝取水枢纽的布置示意图，其主要建筑物为溢流坝、进水闸、冲沙闸。溢流坝一般较低，不起调节流量的作用，仅解决天然来水与用水在高程上的矛盾。

图1.3　都江堰取水枢纽布置图

1—外江闸—2—宝瓶口；3—飞沙堰；4—索桥

图1.4　都江堰水利枢纽工程实景

图1.3所示为近2300年前秦朝李冰父子领导当地劳动人民修建的都江堰（四川灌县）取水枢纽。灌溉渠道的进水口位于宝瓶口，系开山而成，金刚堤是用竹笼内填卵石及木桩建筑而成，起分水导流作用，将岷江分为内江和外江。洪水期，内江的多余水量由飞沙堰泄走；枯水期，由外江闸（原为“杩槎”截流，1974年建闸）控制，保证内江引进灌溉所需水量；百丈堤的作用是引导水流，保护河岸。由于全部工程布置合理，一直沿用至今，这充分表明了我国古代人民具有很高的智慧和科学技术水平。图1.4所示为都江堰水利枢纽工程实景。

1.4　水利枢纽的分等和水工建筑物的分级

安全和经济是水利工程建设中必须妥善解决的矛盾。为使工程的安全性与其造价的经济合理性适当地统一起来，应将水利工程及其所属建筑物按工程规模、效益大小及其在国民经济中的重要性划分成不同的等级。不同的等级规定不同的设计标准，等级高的设计标准高，等级低的设计标准相应地降低。这种分等分级区别对待的方法，是国家经济政策和技术政策在设计中的重要体现。

1.4.1　水利枢纽工程的等级划分

我国《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252—2000）规定，水利水电枢纽工程按其规模、效益和其在国民经济中的重要性划分为5等，见表1.1。

表1.1　水利水电枢纽工程的分等指标

注：1.总库容指校核洪水位以下的水库库容；
2.分等指标中有关防洪、灌溉两项系指防洪或罐溉工程系统中的重要骨干工程；
3.灌溉面积系指设计灌溉面积。

对于综合利用的水利枢纽工程，根据表1.1分等指标分属几个不同的等别时，整个枢纽工程的等别应按其中最高的等别确定。

1.4.2　水工建筑物的级别划分

枢纽中的建筑物则根据所属（水利枢纽）工程的等别及其在工程中的作用和重要性分为5级，见表1.2。

表1.2　水工建筑物级别的划分

按表1.2确定水工建筑物的级别时，如该建筑物同时具有几种用途，应按其中所属最高等别确定其级别；仅有一种用途的水工建筑物，应按该项用途所属等别确定其级别。

不同级别的水工建筑物，在以下4个方面应有不同的要求。

①抗御洪水能力：如洪水标准、坝顶安全超高等。

②强度和稳定安全度：如建筑物的强度和抗滑稳定安全系数，防止裂缝发生或限制裂缝开展的要求及限制变形的要求等。

③建筑材料：如选用的品种、质量、标号及耐久性等。

④运行可靠性：如建筑物各部分尺寸的裕度大小和是否设置专门设备等。

在同一级别的水工建筑物中，当采用不同形式时，其要求也有所不同。

对于2～5等工程，在下述情况下，经过论证可提高其主要建筑物的级别。

①水库的大坝，其高度超过表1.3中数值者，可提高一级，但洪水标准不予提高。

②当水工建筑物的地质条件特别复杂或采用实践较少的新坝型、新结构时，可提高一级，但洪水标准不予提高。

③综合利用的水利枢纽工程，若按库容和不同用途的分等指标，其中有两项接近同一级别的上限时，其共用的主要建筑物可提高一级。

表1.3　水库大坝提级的指标

1.4.3　水工建筑物的洪水标准

设计永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为正常运用（设计）和非常运用（校核）两种情况。正常运用洪水标准，应根据工程规模、重要性和基本资料等情况，在表1.4规定的幅度内分析确定，非常运用洪水标准，一般按不低于表1.5规定的数值分析确定。但对于失事后对下游将造成较大灾害的大型水库、重要的中型水库以及特别重要的小型水库的大坝，当采用土石坝时，应以可能最大洪水作为非常运用洪水标准；当采用混凝土坝、浆砌石坝时，根据工程特性、结构类型、地质条件等，其非常运用洪水标准较土石坝可适当降低。

表1.4　永久性水工建筑物正常运用的洪水标准

表1.5　永久性水工建筑物非常运用的洪水标准

1.5　本课程的特点和学习方法

水工建筑物又称水工结构，是一门综合性很强的学科，涉及的知识面很宽，需要工程力学、建筑结构、地基基础等专业基础课作为支撑。

随着水工建筑物的规模日益加大，待解决的各种水工问题的难度也在不断提高，研究解决水工问题的途径可归结为以下几点：

①理论分析与计算。理论分析是对实际工程问题的属性进行提高归纳，使其成为某一物理力学问题，再对其普遍性规律进行演绎推断，得到公式化、函数化的分析解，可应用于所有同类问题的求解。

②试验研究。即通过水工水力学模型、水工结构模型等物理模型试验途径来解决理论分析计算尚不能解决的问题。它的优点是便于对三维复杂的建筑物或枢纽整体形态、水流边界以及地基情况进行模拟并取得直观的结果。

③原型观测。对已建或在建的水工建筑物进行水流、结构或地基的各种观测，分析观测结果并找出一般规律，用以验证理论分析计算或物理模型试验成果，进而引用于其他工程。这也是解决水工问题重要的更可靠的途径。

④工程类比。通过调查研究，了解与本工程类似的已建并运行良好工程的参数、尺寸，归纳总结其经验教训，从而参照进行本工程的设计，这也是水工设计中常用的方法。

当然，对兴建大型重要枢纽或其中主要建筑物而言，为解决一系到水工问题，上述诸途径往往是综合取用的。

水工建筑物种类繁多，形式千变万化，学习过程中应该也只能对若干种典型建筑物进行较仔细的分析，认识一般规律，掌握设计原则和方法，进而达到举一反三的目标。本课程的实践性和综合性较强。学习时应能密切联系已学的其他课程内容；掌握一般建筑物的运用条件、构造型式和特点、设计原理和基本计算方法；学会分析问题和提高解决问题的能力。

复习思考题

1.我国水资源的特点是什么？

2.什么是水利工程？水利工程按其所承担的任务如何分类？

3.什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？简述水工建筑物的分类及特点。

4.水利水电工程如何分等？水工建筑物如何分级？分等、分级的意义是什么？

5.设计永久性建筑物采用的洪水标准是如何划分的？

6.本课程的内容是什么？学好本课程应注意哪些问题？