水利工程概论第一章绪论

1、第一章 绪论 叶 琰( ) 水资源 地球上的总水量约为13.86亿km3，陆地上的淡水0.35亿km3,目前可利用的淡水0.1065亿km3 。 降水、径流在时间和地域上的分布相对不均。水资源 水资源（Water Resources）一词很久以前已经出现，随着时代的进步其内涵也在不断地丰富和发展。在国外，较早采用“水资源”这一概念的是美国地质调查局（USGS）。1884年，该局设立了水资源处，其主要业务范围是对地表河川径流和地下水的观测。1965年，美国通过了水资源规划法案，同时成立了水资源理事会（Water Resources Council）。此时水资源具有浓厚的行业内涵。我国开发利用水资

2、源具有悠久的历史，“水利”一词由来已久。但由于在英文中，暂时还找不到与我国“水利”一词完全对应的较贴切的译文，因此，通常将“水利”译为“Water Resources”，并形成水利与水资源两词并行。水资源的涵义何谓水资源？ 国内外没有统一定义。 广义上的水资源是指能够直接或间接利用的各种水和水中物质，在社会生活和生产中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。 海水、中水、微咸水等。水资源的涵义何谓水资源？ 狭义上的水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接利用的淡水。主要指陆地上的地表水和地下水。通常以淡水体的年补给量作为水资源的定量指标。 水资源水资源的特性1.循环性和有限性2.时空分布

3、不均匀性 3.用途多样性4.利、害两重性水资源我国水资源现状1丰富的水资源与水资源相对不足 水资源2水污染严重 近年来,我国水体污染日益严重，全国每年排放污水高达360亿吨，除70%的工业废水和不到10%的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江河湖海，致使水质严重恶化，污水中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚等都呈上升趋势，全国9.5万公里河川，有1.9万公里受到污染，0.5万公里受到严重污染。松花江、淮河、海河和辽河水系污染严重，86%城市河流受到了不同程度的污染。水体污染造成巨大的经济损失。 水资源水污染水资源水安全水资源3水土流失严重 水土流失除造成土壤流失，土地肥力降低，

4、耕地减少外；还造成河流、湖泊和水库淤积，使河床、湖床抬高、影响通航和泄洪能力。 水利部2004年中国水土保持公报显示，2004年全国土壤侵蚀量达16.22亿吨，相当于从12.5万平方公里的土地上流失掉1厘米厚的表层土壤。其中我国南水北调中线工程水源区、东北黑土区、青海三江源头区和长江上游这四大区域水土流失状况非常严重。水资源 黄河下游 4亿吨，河床810厘米，形成800km的“悬河”，对华北平原构成严重威胁。 陕、晋两省 水库淤积量达1.3亿m3。 四川省 损失库容1亿m3 。 同时，泥沙淤积使湖泊湖床淤高，湖面萎缩，降低蓄水分洪能力。如洞庭湖水面由解放初的4350km2，缩小至1977年27

5、40km2，目前，枯水时645 km2， 蓄水量也由293亿m3下降到178亿m3，减少了39%。 泥沙淤积河道严重影响了航运。如1957年长江水系总航运里程为7万公里，至80年代中期减为34万公里。水资源水土流失水资源4时空分布不均 受地形影响，热带、太平洋低纬度温暖而潮湿气团的影响，以及西南的印度洋和东北的鄂霍茨克海的水蒸汽的影响，降雨量从东南到西北递减 。水资源水资源的利用与保护 目前我国已相继制定了水法水污染防治法防洪法和水土保持法等涉水法律。这些法律的实施，对推动水资源合理开发利用、防治水污染、防御和减轻洪涝灾害、保护水土资源都起到了重要作用。但是，这些法律本身还不尽完善。如节约用水

6、缺乏严格的法律规范，水污染防治法和水土保持法的配套法规建设也需要加快。水资源水资源的利用与保护保护和可持续利用方面存在四个突出矛盾： 1.水资源紧缺与用水效率低下的矛盾; 2.水污染严重与污染防治滞后的矛盾; 3.洪涝灾害频发与防洪标准偏低的矛盾; 4.水体调节功能不强与水环境不断恶化的矛盾。 我国水能资源 我国水能资源很丰富，流域面积在1000平方千米以上的河流有1598条，全国江河年均径流量26800亿立方米。初步估计全国江河水能理论蕴藏量6.8亿千瓦，可开发5.4亿千瓦。水能资源分布很不均匀,东北、华北、华东地区仅占全国可开发水能总量的6，中南地区占15.5，西北地区占9.9，西南地区最

7、多，占全国的67.8。 我国水能资源 水能资源的合理开发重点在于流域规划,做到：布局合理、梯级开发、先后有序、综合利用。我国水能资源 总体上说，我国的水能资源分布与电力需求市场在区域上是不一致的，西南地区水能资源丰富，电力需求较少，沿海地区电力需求大，水能资源相对较少。 西电东送防洪 防御洪水灾害的对策、措施和方法。 研究对象为洪水、河道、洪泛区、洪灾和防洪技术。防洪是人民生命财产安全和国民经济顺利发展的保障，是水利的重要组成部分。防洪标准视防护对象的重要性、洪灾可能造成的损失和国家的经济实力而定。一般以某一重现期的设计洪水为防洪标准，如百年一遇洪水；也可用实际发生过的洪水作为防洪标准。 水利

8、事业 防洪系统由两大部分组成防洪工程：主要包括堤、河道整治工程、分洪工程和蓄洪工程(水库)等。防洪非工程措施：主要包括防洪法令法规的制定和执行、洪泛区管理、洪水保险、行洪道清障、洪水预报警报系统的建立和运用、超标准洪水紧急措施的制定和实行等。 水利事业 农田水利 农田水利是指发展灌溉排水，调节地区水情，改善农田水分状况，防治旱、涝、盐、碱灾害，以促进农业稳产高产的综合性科学技术。农田水利在国外一般称为灌溉和排水。 水利事业 农田水利 农田水利任务是通过工程技术措施对农业水资源进行拦蓄、调控、分配和使用，并结合农业技术措施进行改土培肥，扩大土地利用，达到农业高产稳产的目的；研究节水灌溉的原理与实

9、践，防治灌溉土地盐碱化、沼泽化和水土流失，研究 水利土壤环境的改善，以及咸水、废污水的改造与利用等技术措施。水利事业 在我国的总用水量中，2008年农业用水占62%。水利事业水力发电 以位能和动能形式存在于水体的能量，修建水利工程发电，就是利用此能量。 特点：不耗水量、无污染、清洁、运行成本低水利事业 广义的水能资源包括河流落差水能、海洋潮汐水能、波浪水能、海洋潮流水能、盐差能 和深海温差能等。狭义的水能资源主要指河流水能资源。 到2020年，中国年水电发电能力将从目前的1亿千瓦达到3亿千瓦, 占全国发电总能力的比重也将从目前的21%上升到24%。目前，中国的水利发电潜能的利用率约为25%，而

10、2020年将上升到60%以上。 水利事业给水和排水 修建水库正是为了提高供水保证率和供水质量。污水的排放是市政建设及工业设施的重要部分。 给水和排水，应该树立“有借有还”的观点。那种认为给水与排水是两个互不相关的事业，就导致了在市政建设方面，表现为只建给水厂、不建污水处理厂，先建给水厂、后建污水处理厂，污水处理厂不能满负荷运转等等。水利事业 给水、排水完全分开的做法，使得排水水质难以得到保证，也不利于节约用水。事实上，水作为水工业的商品，一是以自来水的形式体现，另外就是通过污水的收集、处理、再投入使用的形式体现。要真正实现水工业的市场化和产业化发展，最关键是需要转变给排水业现有的观念和思维模式

11、，同时，出台相应的规章，使给排水真正成为一个统一的系统工程。 只有将给水和排水作为一个统一的系统工程才能实现水资源的可持续利用。水利事业航运与水产养殖 一方面，修建船闸、升船机等，保证在修建水电工程后仍然通航。 一方面，在原来通航条件较差的地区， 修建大坝可以改善通航条件。 水利工程改善通航条件： 深山峡谷-高坝大库 平原地区-滚水坝、水闸等雍水建筑物水利事业修建水利工程为库区养鱼提供了广阔的水域条件水利事业水利事业旅游 如三峡、小浪底、千岛湖我国的水利水电的建设发展 水利工程的特点是对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到兴利除害的目的而修建的工程。 水利工程是除水害、兴水利最有效的工

12、程措施。在时间上重新分配水资源，做到蓄洪补枯，以防止洪涝灾害和发展灌溉、发电、供水等事业；改善水域环境，疏浚航道，建造码头，利于水上运输；防止水质污染、维护生态平衡。我国的水利水电的建设发展 远古以来，我国人民曾为治理水患、开发水利，进行过长期的英勇奋斗，取得了辉煌的业绩。至今还有一些古老的水利工程在为我们服务。 都江堰灵渠乃贯通长江流域与珠江流域间重要水上交通水道，今名”兴安运河”，是中国、也是世界上最古老的一条运河。灵渠水位高出湘江，开凿工程极为艰巨，使原属殊途的湘漓二水，连通一气，所用的原理，与巴拿马运河（连通太平洋与大西洋）类似，不过却早了二千余年。灵渠除航运外，还有灌溉之利。 灵渠大

13、运河是以人工沟渠连通天然水系，结合人力与自然条件修凿的一条南北向巨大航道。大运河纵贯冀、鲁、苏、浙，沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，全长1740公里。开山凿渠，引水通漕，贯通南北，有灌溉通运两利。春秋末吴王夫差（公元前495至前476在位）始凿,到公元前486年贯通。 大运河（京杭运河 ） 我国古代水利工程规划的重心，可以说只有一个原则，就是爱水、重水、惜水，使“滴水不漏”，都能发挥其应有的功能。其背后的科学精神，就是充分利用地势的高低，“引多济少”、“以有补无”、“以有余助不足”。我国的水利水电的建设发展 我国的水利水电的建设发展 1949年中华人民共和国成立后，我国的水利建设才

14、有了较大的发展。全国整修和兴建了约25万km的堤防(解放初期仅2万公里)；普遍疏浚整治了排水河道，开辟了海河和淮河的排洪通道；兴建了8.6万多座水库，总库容5000亿m3;面积10000亩以上的灌区2500多处，水电站装机容量从1949年的16.3万kW发展到1989年底的3458万kW, 到1993年底，装机容量已增至4500万kW,2000年已超过7700万kW 。2010年接近2亿kW 。我国的水利水电的建设发展 江河整治葛洲坝水利枢纽葛洲坝水利枢纽建在湖北宜昌,工程于1989年全部建成,所在河流为 长江, 多年平均流量14300秒立米,设计洪水流量86000秒立米,总库容15.8亿立米

15、,装机容量271.5万千瓦。 我国水利水电建设发展 坝址控制流域面积69.4万km2,占黄河流域面积的92.3%.水库总库容126.5亿m,长期有效库容51亿m3。 黄河小浪底水利枢纽我国水利水电建设发展 我国水利水电建设发展水库总库容220亿m3，为多年调节水库。电站总装机容量66.25万kW，保证出力17.8万kW，年发电量18.6亿kWh 新安江水电站我国水利水电建设发展 农田水利水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高 近年来大水库、大水电站和高坝在逐年增加。 将土石坝施工中的碾压技术应用于混凝土坝的碾压混凝土筑坝技术不仅成功地用于重力坝,而

16、且已开始在拱坝上采用。随着大型碾压施工机械的出现,混凝土面板堆石坝,已在许多国家广为采用。水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高 泄水建筑物的单宽流量在不断提高,国外采用的单宽流量已超过300立方米/(秒.米),从总泄量看,葛洲坝水利枢纽已达到110000立方米/秒,居全国首位。水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高对于建在深厚覆盖层上的拱坝的地基防渗处理,广泛采用混凝土防渗墙,因为它能快速施工,防渗效果可靠。渔子溪、密云、碧口等32m68.5m水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高为了处理坝基软弱夹层或加固大坝,以提高坝体稳定性, 采用预应力锚固。我国从1964年开始,也先后在梅山、丰满、陈村、三峡等工程中采用预用力锚索加固坝肩和坝基。 水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高目前，对大坝的抗震设计日益重视。随着电子计算机和有限元法的广泛应用，对较高和较重要的坝，已从拟静力分析进入到动力分析阶段，并考虑结构与库水、结构与地基的动力的相互作用。应用研究：动力分析 、动力模型试验 、现场振动试验 、大坝地震监测 。水利水电的建设发展 设计、施工水平不断提高 电子计算机目前在水利水电建设中已广泛使用。随着高速度、大容量电子计算机大出现，水工结构、水力学和水利施工中的复杂问题都可以通过电算得到解决。由于在计算中可以很方便地变更参数，因而可以