我国幅员辽阔,山川众多,以调节、开发河川径流为主要目标的水利水电工程及其水工建筑物不仅发展历史悠久,且在地域分布上是星罗棋布。在防洪方面,早在春秋战国时期,就在黄河下游沿岸修造堤防,经历代整修加固,至今已形成了1600km的黄河大堤,千百年来保护了黄河下游人民的生命财产安全,并促进了地区的生产发展;在航运方面,从公元前485年开始修造至1293年全线通航的南北大运河,南起杭州,北至通州,全长1800km,为世界上最长的运河;在引水灌溉方面,公元前256—前251年在四川岷江修造的都江堰灌溉枢纽工程,是至今世界上仍在运行并发挥巨大经济效益、历史最长的无坝引水工程;在水力发电方面,从1910年我国云南石龙坝水电站建成发电,至长江三峡水利水电枢纽建成发电,中国水电事业已走过了100年的光辉历程。
目前,我国已建成各类水库8.54万座,其中大型水库397座,总库容6345亿m3;各类水闸3.16万座,其中大型水闸340座;重要分蓄洪区98处,总蓄洪量1000多亿m3;大型灌区145处,全国有效灌溉面积达8.6亿亩;大中型水电站4.5万座,2010年水电装机容量已突破2亿kW;新世纪宏伟的南水北调工程也正在实施中,我国的水利水电工程及其水工建筑物在数量、规模以及工程技术方面都已经达到世界先进水平。总结已有成就,提高理论和工程技术水平,为培养新世纪水利水电工程技术人员服务是编写这本《水工建筑学》教材的初衷。
《水工建筑学》课程原名为《水工建筑物》,2007年,该课程正式列为“国家级精品课程”,并易名为《水工建筑学》,目的是期望课程能更好地反映现代水工建筑物设计理论的系统知识,提高课程的科学性与实践性。
《水工建筑学》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,旨在为水利水电工程专业的水工建筑学课程提供一本教学用书,同时也可作为从事水利水电工程规划、设计、施工、科学研究、运行管理等方面的工作人员的参考书。因此,在本书编写过程中努力做到:①尽量反映国内外水工建筑物发展的最新成就,以及我国在这方面具有的特色,例如对当今世界高坝坝型发展中最具特色的三大坝型——200m级碾压混凝土坝,250m级面板堆石坝,300m级双曲拱坝在书中都给予了较充分的阐述; ②在水工建筑物的应用基础理论方面,对新的计算分析技术和方法,如有限单元法、非线性理论、高速水流消能技术、高坝抗震动力学以及岩石力学与工程等方面也给予了较充分的介绍; ③对影响当今人类、社会、自然的重要课题——水利水电工程与生态环境的关系也给予了相当的关注。同时,在编写过程中,还尽力注重理论联系实际、启发初学者的学习兴趣与创新思维。
本书共分11章,其中,第1章绪论、第2章水利水电工程引论由张楚汉编写,第3章重力坝由王光纶编写,第4章拱坝由金峰、王光纶编写,第5章土石坝、第6章水闸由麦家煊、王光纶编写,第7章岸边溢洪道由聂孟喜编写,第8章水工隧洞由李仲奎编写,第9章取水及输水建筑物、第10章过坝建筑物由聂孟喜编写,第11章水工闸门由麦家煊编写。全书由张楚汉主编,王光纶、金峰担任副主编。在编写本书的过程中,我们充分汲取了兄弟院校编写同类教材的经验,如天津大学林继镛教授主编的《水工建筑物》、武汉大学陈胜宏教授主编的《水工建筑物》等;同时也进一步传承了清华大学老一辈教师,如张光斗院士、张宪宏教授、吴媚玲教授等当年讲授《水工建筑物》课程的精华。李广信教授、于玉贞教授在本书编写过程中提供了宝贵的支持,张兆琪编审认真审阅全书,责任编辑细致的编辑工作,武明鑫、辛海丽同学协助本书出版的附图和校对工作,对他们为本书付出的辛勤劳动或给予的大力协助,在此一并表示诚挚的谢意。
由于编者水平与学识有限,书中错误与不足之处在所难免,诚恳地欢迎来自广大读者的批评指正。
谨以此书献给清华大学建校100周年(1911—2011)。
编者2011年4月于清华园