第一章-水资源的综合利用

水利水能规划WaterandPowerPlanning（第二版）课件制作朱颖元河海大学周之豪沈曾源清华大学施熙灿天津大学李惕先合编水利水能规划（水力发电）1.水利水电规划5.水资源开发利用2.水能设计6.水利计算及规划3.水能利用7.水利计算4.水电能源学8.径流调节SVCCQWQ,,,及其相应的枯SVTmCCWQ,,及其相应的认识水资源：从水量、水质、时程分配及地区分布状况揭示水资源的基本规律。《工程水文学》内容SVCCx,,1.水量利用概率统计原理，用三个统计参数表示水资源的描述方法：年径流洪水2.水质3.时程分配过程长期：年径流逐月（逐旬）分配过程、日平均流量历时（保证率）曲线。短期：洪水过程线4.地区分布等值线图本课程直接引用工程水文的结果:设计年径流及其年内分配、设计洪水过程线开发利用水资源：《工程水文学》和《水利水能规划》这两门课，就是认识自然和改造自然在水资源开发利用中的具体体现。《水利水能规划》内容在认识水资源规律的基础上，开发利用水资源，使之满足国民经济建设及人民生活的需求，促进经济的可持续发展。本课程内容：水力发电规划32学时另有二周课程设计绪论Introduction一、水资源的涵义和特点(TheMeaningandPropertiesofWaterResources)水资源：1977年联合国教科文组织(UNESCO)的定义:指地球上可资利用或有可能被利用的水源。水资源要素：水量（足够的）、水质（优良的）、水能和水体环境（水域）。水可用于：灌溉、工业用水、城镇生活用水、发电、航运、水产养殖、环境保护等。其中，水力发电是进行经济建设的重要物质基础之一（能源建设），因此，水力发电是水利部门一个特殊且重要的部门。水资源的基本特点：1、流动性(Fluidity)水是流动的，且各种形态的水体（大气水、地表水、地下水）在水循环的过程中可以相互转化。因此，水资源难以按地区或城乡的界限分割，只能按流域进行开发、利用和管理。2、多用途性(Multiple-purpose)水具有多种用途，但在利用水的方式上是不相同的。可分为“耗水”和“用水”。因此，一座水利工程可以同时满足几个部门的用水要求，进行库容和水量的综合利用，称为：“一库多用，一水多效”。水利工程仅为某一部门服务，称为单目标开发，同时为几个部门服务，称为多目标开发（综合利用）。但多目标开发水利工程应以某一部门为主。3、公共性(Public)水资源为社会所有，共同合理使用。但在用水过程中，各部门之间在用水量和用水时间上会存在矛盾。因此，任何单位和个人，在开发水资源时，不得损害公共利益和他人合法利益。4、可再生性（永续性、循环性）(Renewable)由于自然界水循环的周期性，水资源可以得到更新补充，是取之不尽，用之不竭的，可供永续开发利用的特点。水资源又是一种绿色资源。5、利与害的二重性(DualityofAdvantagesandDisadvantages)水作为重要的资源给人类带来各种利益，这是其利的一面，但当水量在短时间内集中过快过多时，又会形成洪水，可能给人类带来灾害；而水量来得太少时，又会形成旱灾，同样会给人类带来灾难。这就是水资源害的一面。2010年闽北水灾，泰宁县城二次被淹2010年西南五省市大旱由于水资源的这些特点及其在自然状态下的某些缺陷，才促使人类长期以来在江河上兴建水利工程，对天然径流进行重新分配，用其利，避其害，使它满足国民经济建设及人民生活的需要，发挥水资源的巨大经济作用，从而构成了水利事业的两大组成部分----兴水利，除水害。这些工程包括：防洪、治涝、灌溉、发电、航运、供水、水产养殖、水环境保护等等水利工程。各种不同的水利工程，都是针对上述一项或几项需要而兴建的。二、我国水资源和水能资源(WaterandPowerResourcesinChina)水资源蕴藏量：平均每年28124亿m3，其中河川径流量27115亿m3，居世界第6位。水能资源蕴藏量：约6.8亿kW，其中可供开发的有3.785亿kW，居世界首位。潮汐资源：约1.1亿kW。内河航运总里程：16万km。海岸线：2万多km，还有许多不冻的优良海港。沿海有大面积的浅海和滩涂，可供水产养殖。江湖水面面积：约7万km2。人均水资源占有量（20世纪50年代）：居世界第88位，世界人均水资源占有量10800m3/a，我国人均2700m3/a。到1997年，我国人均水资源占有量仅有2200m3/a，仍约为世界人均水资源量的1/4，已被联合国列为13个贫水国家之一。预测到2030年我国人口将增至16亿，人均水资源量将降至1760m3/a，按国际一般公认的标准，人均水资源量少于1700m3/a为用水紧张的国家。我国未来水资源的形势是严峻的。我国的水资源，在地区上分布不均匀，且与我国的土地资源和人口分布极不平衡。南方（长江以南）水量占全国的81%，人口占54.7%，耕地只占35.9%。北方（不包括西北内陆区）水量只占全国的14.4%，人口占43.2%，耕地却占58.3%。黄河、淮河、海河流域耕地占全国的40%，水量却仅占6.6%。这种水土资源分布的不均匀以及和人口分布的不平衡，是水资源开发利用中一个非常突出和需解决的重要问题。我国的水能资源在地区上分布也极不均匀，主要集中在西部地区。京广线以西占90%，其中西南地区占70%，中南地区占10%，西北地区占13%，长江流域占40%。我国的水资源在时间上分配不均匀，每年在我国不同地区常形成洪、涝、旱灾害。因此，在开发利用水资源的同时，防洪和治涝也是水利建设的重要课题。水资源具有哪些特点？第一章水资源的综合利用CHAPTER1COMPREHENSIVEUTILIZATIONOFWATERRESOURCES1-1概述（Preface）水资源的开发是相当复杂的，编制合理的水利水电开发方案，应以水资源的存在条件和国民经济建设的实际需要为基础，也就是从需要和可能两者的相互关系出发，使宝贵的水资源得到充分的利用，同时还必须以最小的代价取得最大的综合经济效益。水资源开发利用必须遵循的两条原则：1、综合利用2、经济效益最优1-2水力发电（Hydropower)本节放在第5章介绍。1-3防洪与治涝（FloodControlandWater-loggingRegulating)一、防洪（FloodControl）我国洪水按发生的时间分有凌汛、桃汛（北方河流）、春汛、伏汛、秋汛。按形成洪水的天气系统分有梅雨期暴雨洪水和台风暴雨洪水。2005年6月21日福建省顺昌县县城2005年7月8日四川省达州洪水2005年7月8日四川省达州洪水但洪水是否成灾，还与河槽及堤防的状况有关。河槽泄洪能力强，堤防坚固，洪水不易泛滥成灾，反之，河床浅窄，泥沙淤塞，堤防残破，水流不畅，洪水容易泛滥成灾，即洪水是否成灾与河槽泄洪能力有关。河槽的泄洪能力用河槽安全泄量表示。河槽安全泄量q安（SafetyDischarge）：在河水不发生漫溢或堤防不发生溃决的前提下，河槽所能安全通过的最大流量。因此，防洪的主要任务是：按照规定的防洪标准，因地制宜地采用恰当的工程措施，削减洪峰流量，或者加大河床的过水能力，保证安全渡汛。防洪工程措施有：1、水土保持（WaterandSoilConservation）植树造林，种草，退耕还湖等措施（在流域面上截水、蓄水）。目的：保土保水，涵养水源2、筑堤防洪和防汛抢险（EmbankmentProjectandFloodFighting)筑堤防洪在河槽两岸修筑堤防，加大河槽的泄洪能力（排水）。防洪抢险在洪水来临时，监视水情，及时堵漏、护岸，或突击加高培厚堤岸，以防止发生意外事故。河槽防洪堤(floodprotectiondike)2005年6月22日，洪水漫过广西梧州市河东城区的防洪大堤。2005年6月22日，洪水漫过广西梧州市河东城区的防洪大堤。2005年6月22日，洪水漫过广西梧州市河东城区的防洪大堤，进入城区。2010年江西抚河唱凯堤决口3、疏浚与整治河道（DredgeandRealignmentWaterways)目的是拓宽和浚深河槽、裁弯取直，消除阻水障碍物，提高河槽的过水能力（排水）。疏浚是用人力、机械、炸药等进行作业。整治是修建调治建筑物，如：丁坝、导流堤等来影响水流流态。图4.裁弯取直示意图堵口锁坝4.分洪、滞洪、蓄洪（FloodDiversion、FloodRetarding、FloodStorage）分洪（FloodDiversion)：分洪是在过水能力不足的河段上有适当地点修建分洪闸，开挖分洪水道（又称减河），将超过本河段安全泄量的那部分洪水引走（排水）。分洪闸(flooddiversiongate)q安Qq引Qq安滞洪（FloodRetarding）：滞洪是利用水库、湖泊、洼地等，暂时滞蓄一部分洪水，以削减洪峰流量，待洪峰一过，再腾空滞洪容积迎接下次洪峰。滞洪区（分洪区）DetentionbasinQ三峡水利枢纽葛洲坝水利枢纽宜昌荆州岳阳武汉荆江分蓄洪区人民大垸分蓄洪区洪湖分蓄洪区长江洞庭湖分蓄洪区长江中下游防洪系统北金堤滞洪区黄河济南郑州东平湖滞洪区黄河下游滞洪区南京长江蚌埠淮河洪泽湖高邮湖入海水道入江水道蒙洼蓄滞洪区王家坝闸城西湖蓄滞洪区城东湖蓄滞洪区淮河蓄滞洪区蓄洪（FloodStorage)蓄洪是蓄留一部分或全部洪水在水库内，待枯水期供给兴利部门使用。Q水库Reservoir坝Dam二、治涝（Water-loggingRegulating)形成涝灾的原因有两点：（1）降水集中，地面径流聚集在城区、盆地、平原或沿江沿湖洼地，积水过多或地下水位过高；（2）集水区排水系统不健全，或因外河外湖洪水顶托，积水不能及时排除，或地下水位不能及时降低。05年“龙王”台风福州内涝05年“龙王”台风05年“龙王”台风治涝工程措施：1、修筑围堤和堵支联圩修圩堤用于保护洼地，以免外水入侵，所圈围的低洼地称为圩或垸。有些地区圩垸划分过小，港汊交错，排涝能力分散、薄弱。最好并小圩为大圩，堵塞小沟支汊，整修和加固外围大堤，整理排水渠系，以加强防汛排涝能力，称为“堵支联圩”。圩或垸2、开渠撇洪开渠及沿山麓开渠，拦截地面径流，把它引入外河、外湖或水库，使它不能向圩区汇集。3、整修排水系统整修排水系统包括整修排水沟渠和排水闸，必要时还包括排涝泵站。治涝标准由国家统一规定，通常表示为：不大于某一频率的暴雨时不成涝灾。1-4灌溉（Irrigation)计算灌区农作物的需水量及需水过程。1-5其它水利部门1、内河航运（InlandNavigation)内河航运是指利用天然河湖、水库或运河等陆地内的水域进行船、筏浮运，它既是交通运输的一个组成部分，也是水利事业的的一个重要部门。对交通运输而言，内河航运系统包括内河水道、河港与码头、船舶三部分组成。三者紧密联系，相互制约。对水利部门而言，主要考虑水道，内河航运只利用内河水道中水体的浮载能力，并不消耗水量，它需要一条连续且畅通的水道，一般只需要河道过水断面中较深的那部分，即主航道（MainShipChannel）。主航道应具有相应于某吨位的船只必需的基本尺寸，即：枯水期：最小航深h和最小水面宽度B；洪水期：不同等级航道的设计洪水位；桥孔水上最小净空高度；必需的转弯半径、允许的最大流速等。同时要求河床相对稳定，尽可能全年通航。水利部门只要保证水道达到上述要求即可，若水道达不到这些要求，通常采用：疏浚与整治、渠化与径流调节、开凿运河等工程措施来改善航道条件，使它达到航运标准。修建大坝，阻断了航道，必须修建过坝建筑物：船闸、升船机、筏道等。2、水利环境保护（WaterEnvironmentalProtection)水利环境保护一般包括防止水域污染、生态保护及自然资源合理保护与利用等。生态需水量（ecologicalwaterdemand）3、城市和工业供水（MunicipalandIndustrialWaterSupply)城市和工业供水是水利部门的一个很重要的部门，一般利用水库、河湖、井泉等作为