水利水电工程概论资料

水利水电工程概论第一章绪论第一节水资源及水能资源1、什么是水资源地球上（地表、地下和空气中）用于满足人类生活和生产需要的水源统称为水资源。水资源包括：海洋、湖泊、河流、泉水、地下水、积雪、冰川、土壤水、以及大气中的水蒸气等。广义上的水资源：地球上能够直接或间接使用的各种水及水中的物质，包括地球上的全部水体。狭义的水资源：能够被人类利用的水。2、水资源的特性①资源的循环性②储量的有限性。③分布的不均匀性。④利用的多样性。⑤利、害的双重性。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3、我国的水资源状况人均占有量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4、水资源的利用和保护水在自然界的循环过程是无限的。因此，水资源是一种无污染，能够源源不断地补给的自然资源。但是，如果水的消耗量超过循环补给量，就会破坏水量平衡。长此以往，将导致地区水环境的恶化。所以，水资源又是有限的。当前摆在我们面前的任务是：正视现实，节约使用，合理调配，保护和爱惜水资源，减少水质污染。目前，政府正在加大宣传力度和治理力度，采取一系列措施解决当前存在的突出问题。如，封山育林，退湖还田，关闭五小工业，加大污水治理，限制超采地下水，治理三江源，以及正在积极准备中的南水北调工程等。5、我国的水能资源及开发状况全国第五次水能资源普查查明，我国的水能蕴藏量6.76亿kW，可开发装机为3.78亿kW。其中单站装机10MW以上的水电站站址有1,946处，可装机35.7万MW，平均年发电量可达19,200亿kWh。单站装机250MW以上的大型水电站站址203处，其装机容量和平均年发电量占资源总量的80%左右。2,000MW以上的特大型水电站站址33处，其装机容量和年平均发电量约占资源总量的50%。我国的地形特征为西高东低，主要河流多发源于西南高原，加上南方雨量充沛，全国约70%的水能资源集中在西南地区。截止2005年8月，全国水电总装机达到为1亿kW。特点一：总量丰富，开发不足可开发总量世界第一，占世界总量16.7％。到2004年，开发量仅占可开发量1/4，远低于发达国家60％的平均水平。特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配78％水能资源集中于西部，东部仅6％；51％用电量在东部。雅鲁藏布江年内降雨集中在汛期；年际间江河来水量变化大。特点三：江河来水量时间分布不均汛期70%30%非汛期第二节水利事业为了充分利用水资源，研究自然界的水资源，对河流进行控制和改造，采取工程措施，合理使用和调配水资源，以达到兴利除害的各部门从事的事业统称为水利事业。水利水电工程是以水力发电为主的水利事业。水利事业的根本任务是除水害和兴水利。除水害主要是防止洪水泛滥和旱涝成灾；兴水利则是从多方面利用水资源为人类服务。主要措施有：兴建水库，加固堤防，整治河道、增设防洪道，利用洼地湖泊蓄洪，修建提水泵站、及配套的输水渠道和隧洞。水利事业的效益主要有：防洪、农田水利、水力发电、工业及生活供水、排水、航运、水产等。1、防洪防止洪灾的几项主要措施有：一．增加植被、加强水土保持；二．提高河槽行洪能力；三．提高蓄洪、滞洪能力。2、农田水利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。3、水力发电水能资源由太阳能转变而来，是以位能、压能和动能等形式存在于水体中的能量资源，亦称水力资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪水能和深海温差能源。狭义的水能资源指河流水能资源。水力发电不消耗水量，没有污染，清洁，运行成本低，是优先考虑发展的能源。4、给水和排水工业和民用供水需要供水质量好，供水保证率高。修建水库等储水供水设施可提高供水保证率和供水质量。生活和工业污水排放是城市市政建设和工业设施的一部分。当前，污水排放是江河污染的源头，采用一定的污水处理措施是必要的。积水排渍工程是城市防洪工程的一部分。5、航运和养殖一方面，水利水电工程修建了拦河大坝等建筑物后，阻隔了江河水流的天然通道，隔挡了船只的航行。需要在水利水电枢纽工程中修建船闸、升船机等通航建筑物，帮助船只克服上游水位抬升造成的落差。另一方面，某些河段的天然情况或是落差大、水流急，或是水深浅、河滩多。在这些河流中，有些只能作季节性通航，有些却根本无法通航。高坝大库可以彻底解决深山狭谷的船只通航问题。同样需要用通航建筑物使船只逐级通过这些建筑物。修建水利工程为库区养鱼提供广阔的水域条件。同时也阻碍了回游鱼类的生存环境，需要用一定措施来帮助鱼类生存，如水利水电工程中鱼道、鱼闸等。6、旅游及其它大型水库宽阔的水域将库内一些山体包围成岛屿，形成有山有水的美丽风景，是旅游的理想去处。甚至工程自身也能成为旅游热点。如，浙江省新安江水库的千岛湖，湖北长江三峡水利枢纽。大型水利水电枢纽的建设往往可以刺激当地经济的发展，成为当地经济的支柱产业。如：湖北宜昌市、丹江口市，河南三门峡市。第三节我国水利事业的发展我国在水利建设方面有两个繁荣时期：春秋战国时期和新中国成立以后。（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。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。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”。“铧嘴”把湘水分流，通过“大天平”、“小天平”两道石堤的调节，使七分水通过北渠注入湘江，三分水通过南渠注入漓江。洪水时坝上越过，流入湘江故道，使南、北渠既保持水位、又不致让洪水漫堤，所以得到“天平”的美称。灵渠的天平由两部分构成，迎水面，用约4m长的大青石。石块与石块的中间灌浇铁汁，冷却后将巨石连成一体；而背水坡采用薄青石相连竖砌，用松木作桩固定，这些石块就像鱼鳞般紧紧地挤在一起。当水流带着碎石、泥沙越过前边的方块巨石，顺坡而下，一碰到这层层鱼鳞石，就冲进石缝之中，泥沙填得越多，鱼鳞石就挤得越紧。年复一年，块块竖石也就浑然一体，坚不可摧了。铧嘴和大小天平“铧嘴”是用巨石在湘江中叠成的一个前端尖锐如犁铧的石坎，它突出在大小天平坝的顶端，因为它的形状前锐后钝，像农田里用的犁铧，所以叫“铧嘴”。当年长186m，现在仅存86m。大小天平的设计非常精巧。“大天平”是北渠的一段堤坎，长约380m，“小天平”是靠南的一段堤坎，长约124m；它们组成人字形，以避免湘江水流垂直相交，减缓冲力。它们既可以引水分流，提高水位以利通航，又可以排洪防涝。灵渠是我国最早的船闸式运河由于两江水位高差太大，超出正常航行的20倍，船只根本无法航驰。为解决这一困难，我们的祖先便想出了各段修筑船闸，以提高或降低水位来调节水位高差的办法，终