第13章水利水电工程概论ppt课件.ppt

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 468700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） 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 ,调控水资源的季节分配不均兴修水库 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400mm400mm800mm1600mm800mm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 四、要树立全方位的“水意识”干旱缺水（水少）（08年底-09年初） 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 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”。“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，终于解决了这一难题。使水爬坡的工程是南北渠上的许多陡门（即船闸），当时建有18道，唐代后增为36道。工匠们在渠道沿途水浅流急坡度大的地方砌成两个相对的半圆形平台，每当枯水季节，用竹木结构的组合装置在设有平台的地方安置水闸，起到抬高水位、蓄水通航的作用。船进入陡门后把闸门关上，使水位升高，船就能一级一级往上爬，安然翻山越岭，南来北往。在灵渠两千多年的通航史中，陡门的作用不可低估。专家们认为：陡门是历史上最早的船闸，它是现代电动闸门的鼻祖。据有关资料载；在世界上到14世纪才使用船闸的办法，比我国晚了约1600年。 在我国，广西灵渠与陕西郑国渠、四川都江堰并称为“中国古代三大水利工程”，也是世界最古老的运河之一。我国著名诗人、历史学家郭沫若在1963年写下这样的评价：“2000余年前有此，诚足与长城南北相响应，同为世界之奇观。”灵渠设计科学、结构灵巧、工艺精湛，堪称为我国水利工程的杰作。古人言：“治水之巧妙，莫如灵渠者。” 3、郑国渠战国后期，秦国任用韩国人郑国，在关中兴建著名的水利设施“郑国渠”。郑国渠全长300余里，以仲山(今泾阳西北)为起点，把泾水引导至洛水为止，灌溉农田約280万亩。关中农产量因此大为提高，亩产量达到约180斤。经济效益昭著的郑国渠，为秦国最后统一六国，奠定了强固的经济基础。 三、建国后农田水利的发展整治大江大河，提高防洪能力修建了一大批大中型水电工程修建了一大批农田水利工程对全国水资源进行普查及保护设计、施工水平不断提高 初步控制了一般性的洪涝灾害如：黄河从1911～1946年的36年间，花园口发生1万m3/s以上的洪水8次，有7次决口泛滥成灾，而在建国后50年间发生1万m3/s以上的洪水15次，却没有一次决口（建小浪底后，黄河下游泥沙淤积变化）。初步建立一个综合性的防洪体系如：修建水库近9万座；修筑土堤1000亿m3（折合成1m3土堤，可绕地球2500圈）。农田灌溉和城市供水得到较大的发展汪恕成部长提出“水利信息化管理时代” （1）干旱地区（2）半干旱地区（3）水分充足地区四、不同水利条件的地区划分 改变和调节农田水分状况是农田水利的基本任务，其措施有下列两种：（1）灌溉措施（2）排水措施五、农田水利措施 1.4水力发电一、水电建设的重要作用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。水力发电是利用水的能量发电，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。 二、我国的水能资源及开发情况我国的水能资源居世界首位，其中近期可开发的水能资源为1.03亿kW，年发电量为4300亿kW.h。水电开发情况水电装机总容量约占电力的1/4～1/5水资源的开发利用率8％以每年500万kw的速度递增水电开发前景广阔如三峡工程，装机1820万kw，年发电量846.8亿kw.h，相当于10座装机200万kw的大型火电站和一座年产5000万t原煤的特大型煤矿。 三、水能计算的基本公式水流发电能力的基本计算公式是：式中：N——水电站出力，kW；H——水头，即上下游水位差，m；Q——流量，m3/s；η——水电站效率。式中：E——电能，kw.h；N——水电站出力，Kw;T——持续时间，h。 四、水力发电措施水头和流量的数值，直接决定着水能的大小。水力发电措施：（1）增大水头（2）增加流量 1.5水土保持一、水土流失现象的严重性水土流失原因：森林覆盖率低，只有12％，居世界120位。水土流失面积：约367万km2，占国土面积38％。水土流失总量：50亿t/年。仅黄土高原每年因水土流失带走的氮、磷、钾就有4000万t，相当于我国全年生产化肥的总量。 二、水土流失的危害：生态环境恶化河床抬高（黄河开封段）水库淤积（三门峡，小浪底） 三、防治水土流失的重要性 四、我国水土流失的治理情况 五、水土保持措施（1）生物措施（2）农业措施（3）水利措施 1.10水资源的综合利用三峡水利工程建设 一、长江三峡和长江三峡地区1、长江三峡指长江干流自重庆奉节白帝城至湖北宜昌南津关间192千米的河段瞿塘峡巫峡西陵峡江水切开三个背斜构造形成三峡峡谷间被向斜和构造盆地隔开 2、长江三峡地区指自宜昌至重庆的三峡工程淹没区及周围地区。大致以三峡工程淹没区及周围移民安置范围为界线，包括从湖北宜昌到库区回水未端的重庆市沿岸的20多个县(市区)。即三峡库区。3、长江三峡工程位于湖北宜昌境内的西陵峡三斗坪。 三峡水利工程位于图中的（数字），坝址的地质构造是。选择在三斗坪建坝的原因：从水文方面看，该地位于三峡出口处，水量大，水流急；从地质方面看，该地是由花岗岩体构成，且地震烈度小；从工程方面看，该地河面较窄，便于施工。④背斜 二、三峡工程的意义和作用1、防洪——首要目标 （1）水灾成因 湖泊萎缩 （2）三峡工程防洪效益独特的地理位置和巨大的库容，拦蓄洪水和泥沙 二、三峡工程的意义和作用2、发电 长江三峡段位于我国地势从第二阶梯向第三阶梯过渡地带，河流落差大。长江三峡水电站建成后将是世界上规模最大的水电站.三.发电 华中、华东三峡电站有效输电范围及输电系统示意图1、缓解华中、华东地区能源供应紧张状况。2、减轻铁路压力。(大秦、京广线等)3、清洁能源，环境效益十分显著。 （1）水能丰富落差大、径流量大（2）发电效益社会经济效益环境效益2、发电缓解华东、华中能源紧张的状况；减轻铁路运输压力；良好的区位，辐射主要经济发达地区。水电代替火电，减少煤炭的消耗，减少“三废”的排放，利于环保。 3、航运黄金水道（低成本,大通量）1.长江航运的重要地位——东西航运大动脉。2.川江航道对长江航道的限制3.三峡水库对川江航道的改善万吨轮直达重庆；单向通过能力达5000万吨；运输成本降低三分之一 （1）从宜昌到重庆的长江航道长约千米，人们习惯上称这一段为航道。（2）将三峡工程和葛洲坝工程的名称填入图中适当位置。读图回答下列问题：660川江 （3）三峡水库的正常的蓄水位为＿＿米。（4）三峡水库建成后，险滩被，水流________，航道____，万吨级船队可从上海直达_______，充分发挥黄金水道的“”的作用。135－175淹没趋缓加宽加深重庆低成本，大通量 4、其他作用供水、灌溉、南水北调、水产养殖、旅游等 5、三峡工程的生态环境效应1）有利影响（中下游）①减小洪水对中下游生态和环境的破坏②有利于血吸虫的防治③减轻洞庭湖等的萎缩——有利有弊，但利大于弊 ④增加水量，改善水质⑤调节气候⑥减轻污染及酸雨危害 ④库区和库尾的泥沙沉积加重，影响自然景观⑤影响水生生物和珍稀物种的生存环境⑥蚊虫滋生2）不利影响（库区）①淹没耕地文物②造成新的水土流失、环境污染③诱发地震、滑坡⑦咸潮 6、生态与环境问题对策1）不可逆转的影响①淹没耕地和文物——搬迁、防护②水生动物——建自然保护区 2）影响较大的水土流失、泥沙——有效控制 3）负面影响较小的地震、陆生动植物——有效防治 7、对自然景观和文物古迹的影响及对策1）淹没的——迁移和原地保护 2）未发掘——尽力抢救3）形成新景观