水汙染的生物測試
[拼音]：shuigong jianzhuwu
[英文]：hydraulic structure
控制和調節水流、防治水害、開發利用水資源的建築物。水工建築物是實現除害興利的各項水利工程的重要組成部分。水利工程與國計民生息息相關，而水工建築物又決定著水利工程能否安全有效地執行。大型或重要的水工建築物失事，常會造成重大災害。水工建築物的設計與研究涉及許多學科領域，諸如水力學、水文學、固體力學、工程結構、岩土力學、工程地質、建築材料以及水利勘測、水利規劃、水利工程施工、水利管理等。水工建築物直接為防洪、灌溉和排水、水力發電、航道和港口、 城鎮供水、 水土保持和環境保護等部門服務，是一門綜合性很強的應用學科。
沿革
水工建築物歷史悠久。早在公元前2900年，埃及就在尼羅河上建造了一座高 15m、長240m的擋水壩。在中國，從春秋時期開始，就在黃河下游沿岸修建堤防，經歷代整修加固，形成長約1500km的黃河大堤。公元前256～前251年興建並延用至今的都江堰工程，利用魚嘴分水，飛沙堰洩洪、排沙，寶瓶口引水，是引水灌溉工程的典範。從春秋時期開始興建至公元1293年全線通航的京杭運河是世界上最長的運河。
中世紀及其以前的水利工程建設，大都憑藉經驗，缺乏理論分析。19世紀中期特別是進入20世紀以後，由於生產發展和科學技術進步，水工設計理論不斷完善，施工技術水平逐步提高，水工建設取得了較快的進展。如重力壩剖面的底寬與壩高之比在逐漸減小；在適宜的條件下，改變結構形式（如腹拱壩）或採用減壓排水系統，以減小壩體工程量;而碾壓混凝土築壩等技術的出現，又為簡化壩體施工、加快工程進度和降低造價提供了有利條件。20世紀80年代最高的重力壩是瑞士的大迪克桑斯壩，高285m。20世紀60年代以來，拱壩建設發展較快，對壩址地形和地質條件的要求逐漸放寬，在寬高比大於5和地質條件複雜的地基上也能修建拱壩；為改善壩肩穩定條件，拱圈已從過去的單圓弧拱發展為多圓心拱、橢圓拱、拋物線拱和對數螺線拱等多種形式；對不太對稱的河谷，常採用周邊縫(見雙曲拱壩)將壩體與地基分開，以改善壩體應力和減少工程量。世界最高的拱壩是蘇聯的英古裡壩，高度已達272m。隨著土力學理論的發展，施工技術水平的提高和大功率、高效施工機械的採用，以及對上壩土料要求放寬，加之有些國家地質條件較好的壩址已經不多等原因，致使高土石壩的修建越來越多。蘇聯的羅貢壩，高達335m，是20世紀80年代世界上最高的土石壩。鋼筋混凝土面板堆石壩也在迅速發展。岩石力學的發展，促使採用隧洞等地下結構的工程日益增多，規模也在不斷擴大，施工技術和機械化水平不斷提高，預應力襯砌隧洞、錨噴支護、在軟基上用高壓噴射灌漿開挖洞室等都在發展。利用混凝土防滲牆或帷幕灌漿解決壩基滲漏，在深厚覆蓋層地基上修建土石壩，在岩溶地區和複雜地基修建高壩均獲得了成功。埃及阿斯旺高壩的帷幕深170m;加拿大馬尼克三級土壩，防滲牆深達131m。中國在岩溶地區成功地建成了高165m的烏江渡拱形重力壩，灌漿帷幕深達260m。由於高壩建設增多，大流量洩洪消能設施發展迅速，單寬流量不斷加大，有些工程高達300m3/（s·m）以上。為解決由於高速水流引起的空蝕問題，除作好體型設計外，還採用了摻氣減蝕等措施。在高山峽谷地區，為適應洩水建築物與水電站廠房的佈置，廠房頂溢流式、挑越式廠壩聯合洩洪以及廠房位於壩內的腹拱式等形式也逐漸付諸實施。大容量電子計算機和有限元方法的採用，又為解決過去用人工難以完成的許多計算課題和資料處理創造了良好條件。
分類
水工建築物可按使用期限和功能進行分類。按使用期限可分為永久性水工建築物和臨時性水工建築物，後者是指在施工期短時間內發揮作用的建築物，如圍堰、導流隧洞、導流明渠等。按功能可分為通用性水工建築物和專門性水工建築物兩大類。
通用性水工建築物
主要有：
（1）擋水建築物，如各種壩、水閘、堤和海塘；
（2）洩水建築物，如各種溢流壩、岸邊溢洪道、洩水隧洞、分洪閘；
（3）進水建築物，也稱取水建築物，如進水閘、深式進水口、泵站；
（4）輸水建築物，如引（供）水隧洞、渡槽、輸水管道、渠道；
（5）河道整治建築物，如丁壩、順壩、潛壩、護岸、導流堤。
專門性水工建築物
主要有：
（1）水電站建築物，如前池、調壓室、壓力水管、水電站廠房；
（2）渠系建築物，如節制閘、分水閘、渡槽、沉沙池、衝沙閘；
（3）港口水工建築物，如防波堤、碼頭、船塢、船臺和滑道；
（4）過壩設施，如船閘、升船機、放木道、筏道及魚道等。
有些水工建築物的功能並非單一，難以嚴格區分其型別，如各種溢流壩，既是擋水建築物，又是洩水建築物；閘門既能擋水和洩水，又是水力發電、灌溉、供水和航運等工程的重要組成部分。有時施工導流隧洞可以與洩水或引水隧洞等結合。
特點
水工建築物的主要特點歸結如下。
受自然條件制約多
地形、地質、水文、氣象等自然因素對工程選址，建築物選型、設計、施工，樞紐佈置和工程投資等影響很大，特別是水文和地質條件更為突出。水文條件直接關係到水工建築物的規模和工程效益。水工建築物地基常面臨很複雜的情況：岩基經常有斷層破碎帶、軟弱夾層、岩溶等地質構造；土基間或有壓縮性大的軟弱土層或流動性大的細砂層等情況。對不同的地基，需要在摸清地質情況的基礎上，結合建築物的型別、規模和重要性，採取妥善的地基處理措施。
工作條件複雜
水和建築物的相互作用是水工建築物工作條件複雜化的基本因素，也是水工建築物有別於一般土木結構的重要特點。例如:由於上下游水位差，擋水建築物要承受相當大的水壓力，要求建築物及其地基必須具有足夠的抵抗水壓力的能力，以確保建築物的安全；在建築物及其兩側岸邊和地基內形成的滲流，產生滲透壓力，對建築物的強度和穩定不利；洩水建築物洩水時，下洩水流的巨大能量，對河床和岸坡具有強烈的沖刷作用；對高水頭洩水建築物還應研究解決由於高速水流引起的脈動、振動、空蝕、摻氣以及水流挾沙對建築物表面的磨蝕等。
施工難度大
在江河中興建水利工程，需要妥善解決施工導流、截流和施工期渡汛。通常工期緊迫，技術難度大，降雨、 冰凍、 高溫等氣候條件都對土方工程和混凝土工程施工有不同程度的影響。大體積混凝土溫度控制、複雜地基的處理以及地下工程、水下工程等的施工技術都較複雜。水利工程的建築材料一般數量較大，交通運輸比較困難，特別是在深山峽谷地區更為突出。
設計和研究內容
水工建築物設計包括：
（1）選址，即壩址、閘址、洞線、渠線等的選擇；
（2）選型，即選定建築物的結構形式，如壩型可在各種混凝土壩、土石壩以及其他合適的形式中進行選擇比較，而對某一種壩型還需在各種不同的形式中進行遴選；
（3）樞紐佈置，即確定樞紐中各個建築物之間的合理位置；
（4）水力計算，即校核過流能力、計算水面曲線或壓坡線等；
（5）結構計算，即計算建築物的強度、穩定和剛度等；
（6）進行工程細部設計、確定地基處理方案和觀測設計等。對大中型工程還應有水力模型試驗和結構試驗配合驗證。
在進行結構計算之前，需要確定建築物承受的荷載。作用在水工建築物上的荷載主要有：自重（包括建築物自身和永久裝置的重量）、靜水壓力、揚壓力、動水壓力、冰壓力、 泥沙壓力、 浪壓力、地震力、溫度荷載、土壓力等。設計時，需要根據實際情況，按其出現的機率進行不同的組合。設計不同型別的水工建築物對荷載的考慮不盡相同。如溫度荷載，在重力壩設計中除施工期的溫度控制措施外，一般可以不予考慮，而在拱壩設計中，則必須列為一項主要荷載。
為使水工建築物的安全度與其重要性和工程造價相協調，即在保證一定安全度的前提下，做到經濟合理，需要對樞紐中的各個建築物按其作用和重要性進行分級。對不同級別的建築物，在抗禦洪水能力、強度和穩定安全係數、建築材料和執行可靠性等方面應有不同的要求。級別高，要求也高；級別低，則可適當降低要求。在中國，水工建築物分為五級（見水利樞紐）。
水工建築物涉及許多學科領域，工作條件各有不同，不少問題需要通過科學研究和生產實踐逐步完善和提高，如：
（1）在一定的自然環境和給定的建築目標、材料、施工等條件下，如何選擇結構簡單，工程量小，便於執行管理和造型美觀的結構形式和體形；
（2）建築物與地基的相互作用及軟弱地基的處理和建築物設計的相應改進；
（3）結構超過彈性階段後的工作性態；
（4）新型消能工和在高速及高含沙條件下抗磨和減蝕的研究；
（5）峽谷地區高壩大洩量樞紐的佈置；
（6）水工建築物的抗振研究；
（7）新型材料的利用；
（8）築壩施工新技術研究；
（9）小型水工建築物的標準化和裝配化；
（10）水庫及河道衝淤以及治河建築物的研究等。
設計和研究方法
歸納起來有以下幾種。
理論分析
運用力學等方面的知識，通過分析計算，設計和研究水工建築物，是基本的也是最主要的方法，但不是所有問題都能依靠計算來解決。
試驗研究
建立物理模型（水力模型和結構模型），通過試驗，研究整個樞紐、建築物整體或區域性在各種不同條件下的工作狀況，它能解決許多用理論分析不能解決的問題。
原型觀測
由於理論分析和試驗研究都不能做到與實際情況完全一致，為了驗證上述兩種方法的研究成果，並指導今後的實踐，可對建造中或建成使用中的水工建築物埋設各種觀測儀器，通過對原型觀測和分析研究，找出一般規律。
工程類比
參照與本工程條件相近，運用情況良好的已建工程選定有關尺寸和引數，也是較常採用的一種方法。
上述各種方法是相輔相成的，一般需要配合應用。
展望
20世紀以來，水工建築物在世界各國發展迅速，規模也越來越大。如中國在建及擬建水工建築物與已建成的相比，無論在形式上、規模上都有較大的改進和提高:土石壩的高度將從100m提高到近200m，而混凝土壩的高度則將達到250m左右;電站裝機容量將達到300～400萬kW甚至1000萬kW以上;一些中、低水頭的抽水蓄能或混合式抽水蓄能電站已開始興建；一些大規模的引水、供水、灌溉等工程亦將相繼投入實施。從全世界而言，水工建築物的前景是向高水頭、大容量、新材料、新結構等方面發展。隨著施工技術不斷提高和大型、高效施工機械及高速、大容量電子計算機的採用，高拱壩、高土石壩、碾壓混凝土壩、深埋隧洞及大型地下建築物等的設計和研究將會有較快的進展。此外，預製構件裝配化的中小型水工建築物的應用，以及水工建築物監測和管理排程技術等也將隨之有較大發展。
參考書目
天津大學祁慶和主編：《水工建築物》，第2版，水利電力出版社，北京，1986。
Μ.Μ.格里申，水利水電科學研究院譯：《水工建築物》，上冊、下冊，水利電力出版社，北京，1984、1986。