第13章水利水电工程概论.

水利工程概论目录水资源与水利事业河川径流与水利工程的基本知识防洪治河工程农田水利工程土石坝蓄水枢纽工程重力坝与拱坝蓄水枢纽工程取水枢纽工程水力发电工程水利工程的勘测设计水利工程施工水利工程管理第一章水资源与水利事业水资源概况防洪治河农田水利水力发电水土保持水源保护1.1水资源概况水是人类生活和生产劳动所必须的，能由大气降水补给的自然资源。它具有循环性和有限性，时空分布不均匀性，有利性和有害性。全球总量约15亿km3，可利用的淡水总量约0.38亿km3，仅占全球总量的2.5%，其中约有0.3亿km3的淡水储藏在极地和冰山冰川之中；另外相当大的部分埋藏于地下。对人类起着重要作用的江河湖泊地表水资源，其水量的总和约为47万亿m3。一、水资源储量0200004000060000468700巴西俄罗斯加拿大美国印度尼西亚中国印度世界0300006000012000090000人均径流量（立方米/人）径流总量（亿立方米）世界七个水资源总量丰富国家比较我国径流总量居世界第6位，人均则为世界平均水平的1/4，排名在110位之后。1、水资源的自然属性：二、自然界水的循环流动性可再生性是指水资源在水量上的损失（如蒸发、流失、取用等）后和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净（或其他途径）可以得到恢复和更新的一种自我调节能力。影响水循环的因素1、气象因素：风向风速温度湿度2、下垫面因素：地形地质土壤植被3、人类活动：水利措施农林措施有限性0200000400000600000800000100000012000001400000海洋水冰川与永久积雪地下水永冻层中冰湖泊水土壤水大气水沼泽水河流水生物水我国水资源总量丰富，约28124亿m3，居世界第6位；人均占有量少，约2200m3，相当于世界人均占有量的1/4，被联合国列为13个贫水国之一。时空分布不均匀（世界）050010001500200025003000亚洲非洲北美洲南美洲南极洲欧洲澳大利亚大洋洲（各岛）降水径流不可替代性有的自然资源，是可以替代的或者说可以部分替代。例如，石油、煤炭缺乏的国家，可以多发展核电，以替代石化能源。木材缺乏，可以用塑料、钢铁替代。但是，水对于人类生活，对于工农业生产，是一种须臾不可缺少的自然资源，是无法替代的。水是生命的摇篮，是一切生物的命脉。水在维持人类生存和生态环境方面是不可代替的，是比石油、天然气、煤更加宝贵的自然资源。因此，保护水资源、节约用水是一项事关子孙后的极端重要的事情。2、水资源的社会属性：社会共享性利与害的两重性多用途性商品性兴修水库人们需要清洁的饮用水总量：2.8万亿m3地下水：1000亿m3地表水：2.7万亿m3河川径流地下水三、我国的水资源人均占有量010002000300040005000600070008000缺水警戒线734222001760世界目前人均我国目前人均m3/P我国2030年人均1700特点一：总量并不丰富，人均占有量更低降雨主要集中在汛期；常有连续丰水或干旱年。汛期70%30%非汛期特点二：年内年际分配不均，旱涝灾害频繁长江及以南长江以北水土地020406080100%81%19%38%62%水土资源分布年降雨量特点三：地区分布不均，水土资源不相匹配南丰北缺，东多西少地区分布不均匀我国主要河流多年平均径流量分布图中国主要河流的径流特征值按径流总量排序江河流域名称注入海（湖）域流域面积(km2)年平均流量(m3/s)年径流总量(亿m3)径流深度(mm)1长江东海18085003093397555392珠江南海4536901065433607413黑龙江鄂霍次克海1620170860027091674雅鲁藏布江孟加拉湾240480524516546885澜沧江南海16746824107604546怒江孟加拉湾13781822297035107闽江台湾海峡60992199562910318淮河黄海26928319376112379黄河渤海75244317855637510钱塘江东海421561154364863四、要树立全方位的“水意识”干旱缺水（水少）（08年底-09年初）缺水类型产生原因资源型缺水降水分布不均、自然地理差异工程型缺水供水工程缺乏或老化失修严重增长型缺水人口和经济发展快速增长水质型缺水污水未达标排放我国水资源短缺主要表现在：农业缺水、城市缺水和生态缺水。1.农业缺水：我国全部耕地中只有40%能够确保灌溉，全国正常年份农业缺水量达300亿立方米(全国总缺水量为近400亿立方米)。有关资料显示，每年农业因缺水造成的损失超过1500亿元。原因：水资源分布与耕地分布不匹配2.城市缺水：全国600多个城市中，有400多个城市存在供水不足，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。在32个百万人口以上的特大城市中，有30个城市长期受缺水困扰。原因：人口增加、城镇化和经济社会发展加快。3.生态缺水：原因：经济用水挤占生态用水生态补水工程：扎龙湿地补水、白洋淀补水等。三、水环境污染（水脏）原因：人类活动排放的污水、废水量日益增加危害:（1）危害人体健康和生产用水；（2）加剧水资源短缺危机2008年我国河流水质情况Ⅰ类,3.50%Ⅱ类,31.80%Ⅲ类,25.90%Ⅳ类,11.40%Ⅴ类,6.80%劣Ⅴ类,20.60%西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东南诸河区水质较好，符合和优于Ⅲ类水的河长占95%～64%；海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水质较差，符合和优于Ⅲ类水的河长占35%～47%。1.2防洪治河(看电影)防止洪水灾害的重要性我国历史上的洪水灾害建国后抗洪斗争的重要性当前防洪存在的问题防洪措施修筑堤防与整治河道分洪、蓄洪、滞洪和开挖减河水库拦洪山区小河综合治理与水土保持五、防洪措施1.3农田水利农田水利的重要性我国古代的农田水利成就建国后农田水利的发展不同水利条件的地区划分农田水利措施农业是国民经济的基础，是任何社会不可缺少的生产部门。农田水利是人类与水旱灾害做斗争、发展农业生产的重要措施。在全国的总用水量中，80%以上的用水量是农业用水。良好的排灌水利设施是保证农业丰收的主要措施。修建水库、堰塘、渠道、泵站等水利设施可以提高农业的生产保障，是水利事业中的重要内容。一、农田水利的重要性（一）春秋时期的水利建设春秋时期著名工程有：四川的都江堰、广西的灵渠、陕西的郑国渠、安徽的芍陂(quebei)、河北的引漳十二渠、江苏的邗(hán)沟和河南的鸿沟等。在其后近两千年的过程中，尚有汉代的鸿隙陂、南北朝的浮山堰、唐代的它山堰、隋代的南北大运河、宋代的高家堰等工程。但是，由于长期封建制度的束缚作用，中国的水利事业发展极为缓慢。二、我国古代的农田水利成就1、都江堰——中国最古老的灌溉工程公元前256年，秦昭襄王任李冰为蜀郡守。据传，李冰是一个能知天文地理的水利专家、他在任期间，秉承先贤治水之余绪，亲自实地踏勘，访察水脉，审时度势，因地制宜，组织蜀地民众于大江之上修筑分水堤，布设溢洪坝，开凿宝瓶口。同时，又穿二江引水行舟溉田，分供减灾；立石人，以观测水势变化；从而创建了都江堰这座举世瞩目，造福千秋的水利工程。都江堰灌区自然地理概况都江堰灌区位于四川盆地西部，地跨岷、涪、沱三江，东临涪江。总体规划面积为2.86万km2，现灌区幅员面积2.32万km2，受益范围包括成都、德阳、绵阳、乐山、眉山、遂宁、资阳7市37个县（市、区），总体规划灌溉面积1500万亩，目前实际灌溉面积1007万亩。都江堰灌区主要由成都平原区、岷江、涪江、沱江流域部分丘陵区及龙泉山低山区组成。都江堰渠首工程与灌区岷江流至都江堰，地势由高山峡谷突变为平原，河床陡然开阔，水势趋缓，为都江堰渠首工程的建设提供了得天独厚的地形条件。此处位于呈扇形伸展的成都平原的顶部，海拔739m，是整个都江堰灌区的制高点，良好的地理位置，使都江堰既可扼制住刚出峡谷的岷江水势，使其不能直泻成都平原，又可因地势高而控灌整个都江堰灌区，是设置渠首枢纽的最佳位置。都江堰渠首工程由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程和人字堤、外江闸等附属工程组成。其中，三大主体工程充分利用了周围的地形环境和岷江河床弯道环流的水流规律，相辅相成，布局合理，配合巧妙，协调运行，在整个渠首工程中起主导作用，很好地完成了引水、泄洪、排沙等任务，使都江堰成为世界上著名的无坝引水枢纽。工程作用都江堰工程包括宝瓶口、飞沙堰、分水鱼嘴、金刚堤、人字堤等建筑物。整个工程顺地势修建而成，既能将岷江水引于成都平原用于灌溉，又能节制引水量。都江堰工程借助于宝瓶口、飞沙堰、分水鱼嘴能够对岷江做到“三七分流”。洪水期，狭窄的宝瓶口只允许30%的水进入内江，将70%的水量通过飞沙堰等溢漫分流到外江；枯水期深窄的宝瓶口和较高飞沙堰迫使70%的水量进入成都灌区。宝瓶口宝瓶口依山开凿而成，是整个灌溉渠的进水口，不仅能够在枯水期大量引水，还能够在洪水期约束控制进渠水量。分水鱼嘴分水鱼嘴建在岷江的江心洲滩最前端，在枢纽中起着导水作用，低水位时分水入渠。飞沙堰飞沙堰长150~200m，高2m。内金刚堤长约650m，外金刚堤长约900m。飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。另一作用是“飞沙”，飞沙堰将岷江上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这里抛入外江（主要是巧妙地利用离心力作用），确保内江通畅。关于杨柳湖工程杨柳湖大坝计划修建在都江堰上游1300多米的地方。有关方面的专家经过论证认为，杨柳湖大坝建成后，都江堰就会由一座活的水利工程变成一座只能观赏的死遗址。它可能会严重破坏都江堰这座世界遗产的真实性和完整性以及周边的生态环境，此事引起了社会各界的广泛关注。2003年，四川都江堰库区违规上马杨柳湖大坝水电项目曝光。媒体报道后，相关部门很快叫停了上述项目。2、灵渠—世界上最古老的运河公元前221年秦统一六国之后，随即发动了统一百越的战争。50万秦军兵分五路，向百越发起进攻，因岭南交通不便，粮饷运输困难，严重影响战争的进行。为了尽快统一岭南，秦始皇下令“凿渠而通粮道”，派监郡尉史名禄的来主持灵渠工程。公元前217年，禄受命在今兴安县境内湘江支流双女井溪和漓江支流始安水相距最近处筑坝拦水，开凿了沟通湘、漓两水，连接长江、珠江水系的运河——灵渠。公元前214年建成。灵渠建成的第二年，秦始皇就统一了岭南。这条运河，把中原和岭南联系在一起，使各族人民的交往更加密切，岭南广大地区得到了迅速开发，促进了强大的、统一的中国的最终形成。禄成为灵渠的开创者。此后，历代王朝都很重视灵渠，不断地进行加固修葺，东汉伏波将军马援大规模疏通渠道，加大航运量；唐代地方官李渤和鱼孟威在前代基础上加固堤防，增置船闸，完善了灵渠的通航设施。沿南渠走不远，有一座明清风格的建筑四贤祠，它因纪念四位在灵渠修建和维修过程中的杰出先贤而得名。还有一座三将墓，是后人为了纪念秦时兴修灵渠的刘、张、李三将军的功德而建的。灵渠自1937年铁路、公路通车后不再用作交通，但仍灌溉着两岸的农田。现在，灵渠的流水依然清澈，大部分河段保存良好。它的濯濯清流仍浇灌着两岸的4万余亩农田，并供应着城乡居民的生产生活用水。灵渠至今已有2200多年的历史。灵渠工程布置图灵渠工程在今广西兴安县境内，距桂林市约60km。灵渠是一条运河，它把湘江水引入漓江，全长34公里。分为南渠和北渠，其中南渠长30km，大部分利用的是天然河道，人工只开挖了5km；北渠的长度虽然只有4km，但它却是连通湘江和漓江的航道。湘江发源于桂林东面的海洋山，向北流入湖南，注入长江；漓江发源于兴安南部，向南流入珠江。灵渠修成后，把长江珠江两个水系联接起来，乘船可以从中国中部直达南部。灵渠的作用分水的工程是“铧嘴”、“大天平”、“小天平”和三个“泄水天平”。