1、土木工程概论土木工程概论第九章水利水电工程Chapter 9Water Resources and Hydropower Engineering 本章内容本章内容9.1 9.1 农田水利工程农田水利工程(irrigation and drainage engineering)9.2 9.2 水电工程水电工程(water-power engineering)9.3 9.3 防洪规划防洪规划(Flood Control Planning)9.4 9.4 前景展望前景展望(Prospects)都江堰水利工程 都江堰及其示意图引言引言(introduction)四川都江堰水利工程（公元前256年秦蜀郡
2、守李冰修建），是全世界至今为止年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。都江堰没有众多水利工程所常见的雄伟大坝，只有一个酷似鱼一样的大堤纵卧江中，这条堤就被称为“金刚堤”。堤的头部就是都江堰的鱼嘴；中后部是一个低矮的斜坡，叫飞沙堰；尾部是两山之间狭窄的进水口，形似瓶口，叫宝瓶口。这项工程主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县、超过一千万亩农田。引言引言(introduction)从古到今人类为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然
3、界的水和水域进行调控，以防治水旱灾害，开发利用和保护水资源。用于调控自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利目的而兴建的工程称为水利工程水利工程。我国江河众多，全国大小河流总长达42万公里，河川径流总量为2.81012 m3，流域面积在1000 km2以上的河流约1500条。引言引言(introduction)中国七大江河中国七大江河 项目项目长江长江黄河黄河松花江松花江珠江珠江辽河辽河海河海河淮河淮河流域面积（万流域面积（万km2）180.975.2 55.744.422.926.426.9河长（河长（km）6300546423082214139010901000年均降水深（年均降水深（mm）
4、10704755271469473559889年均径流量（亿年均径流量（亿m3）9513658623338148228622注入注入东海渤海黑龙江南海渤海长江渤海引言引言(introduction)典型工程典型工程(typical engineering)三峡(three gorges project)都江堰南水北调(South-to-North water diversion project)请同学们课后查阅相关内容。9.1 9.1 农田水利工程农田水利工程（irrigation and drainage engineering)农田水利工程主要包括灌溉工程灌溉工程和排涝工程排涝工程，解决农
5、田的灌溉和排涝，以及土壤改良工作。9.1.1 9.1.1 灌溉与排水灌溉与排水 (Irrigation and Drainage)9.1.2 9.1.2 取水工程取水工程 (water intake engineering)9.1.3 9.1.3 灌溉泵站与排水泵站灌溉泵站与排水泵站 (irrigation pumping station and drainage pumping station)9.1.4 9.1.4 渠道工程与渠系建筑物渠道工程与渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures)1 1、灌溉方法：灌溉方法：地面灌溉、喷
6、灌、滴灌、微喷等几种形式。9.1.1 9.1.1 灌溉与排水灌溉与排水(Irrigation and Drainage)漫灌漫灌喷灌喷灌滴灌滴灌滴灌微喷2 2、灌溉水源：灌溉水源：天然河水，水库、湖泊、池塘、洼地蓄水，经净化处理过后的排放污水，高山融雪和地下水。3 3、农田排水：农田排水：排除地面积水和降低地下水位，有明沟排水系统和暗沟排水系统。9.1.1 9.1.1 灌溉与排水灌溉与排水(Irrigation and Drainage)作用是将河水引入渠道，以满足农田灌溉、水力发电、工业及生活供水等需要。因取水工程位于渠道的首部，所以也称渠首工程。灌溉取水方式示意图9.1.2 9.1.2 取
7、水工程取水工程(water intake engineering)1 1、无坝取水无坝取水2 2、有坝（低坝）取水有坝（低坝）取水 3 3、抽水取水：抽水取水：河流的水量比较丰富，但灌区位置较高时 4 4、水库取水：水库取水：河流的流量、水位均不能满足灌溉要求时有坝取水工程示意图9.1.2 9.1.2 取水工程取水工程(water intake engineering)1 1、灌溉泵站、灌溉泵站有引水渠泵站布置图9.1.3 9.1.3 灌溉泵站与排水泵站灌溉泵站与排水泵站(irrigation pumping station&drainage pumping station)2 2、排水泵站、
8、排水泵站（1）排水必须统一规划，分区进行，因地制宜，不应以邻为壑，以造成水利纠纷。（2）涝水可通过排水干渠汇集于蓄涝区内时，宜集中修建较大泵站。（3）排水区水网密集，排水出口分散，地势高低不平，高地需灌水，低地需排水，宜分散建站。9.1.3 9.1.3 灌溉泵站与排水泵站灌溉泵站与排水泵站(irrigation pumping station&drainage pumping station)9.1.4 9.1.4 渠道工程与渠系建筑物渠道工程与渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures)渠道所经过地方的建筑物，称为渠系建筑物。渠道
9、段面示意图1 1、渠道的流速与流量、渠道的流速与流量2 2、渠道的渗透损失及防渗措施、渠道的渗透损失及防渗措施 一条渠道的两端底部高差与坡底的长度比，叫做底坡降。一般情况下灌溉渠道的水流是恒定流（即水深和流速都不变），因而水面坡降与渠底坡降大致相等。渠道的水量损失，主要是渗透，其次是蒸发。一般防止渗透的方法有：提高渠床土壤的不透水性；或是衬砌渠床。9.1.4 9.1.4 渠道工程与渠系建筑物渠道工程与渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures)3 3、渠系建筑物、渠系建筑物水闸立体示意图9.1.4 9.1.4 渠道工程与渠系建筑物渠
10、道工程与渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures)交叉建筑物林县红旗渠渡漕联结建筑物9.1.4 9.1.4 渠道工程与渠系建筑物渠道工程与渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures)9.2 9.2 水电工程水电工程(water-power engineering)我国水能资源理论蕴藏量为6.76亿千瓦，其中可开发量3.78亿千瓦，年发电量19 200亿千瓦时，占全世界可开发水能资源总量的16.7，居世界第一位。我国水能资源多在西南，但我国煤炭储藏量主要在华北，煤炭和水能
11、资源分布很不均匀，但从能源来讲，两者可相互补充。9.2.1 9.2.1 水电站开发方式和主要类型水电站开发方式和主要类型1、坝式水电站、坝式水电站富春江河床式水电站坝后式水电站2 2、引水式水电站、引水式水电站 引水式开发主要或全部用引水道来集中水头。其水电站地下厂房可以有三种布置方式：首部式地下厂房、尾部式地下厂房、中部式地下厂房。青海 仙米水电站9.2.1 9.2.1 水电站开发方式和主要类型水电站开发方式和主要类型3 3、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站 抽水蓄能电站是一种特殊作用的水电站，是在时间上把能量重新分配。因能量转换有损耗，大体上用4度电抽水可发出3度电。广州抽水蓄能电站布置图9.2
12、.1 9.2.1 水电站开发方式和主要类型水电站开发方式和主要类型4 4、潮汐电站、潮汐电站 潮汐发电是利用潮水涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。据计算，世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿度。浙江 江厦潮汐电站9.2.1 9.2.1 水电站开发方式和主要类型水电站开发方式和主要类型9.2.2 9.2.2 水电站建筑物水电站建筑物1 1、水电站建筑物的布置水电站建筑物的布置（1）河床式水电站建筑物的布置适用于较低水头，一般在3040 m以下，多修建在河流的中下游河床坡降较平缓的地段或灌溉渠道上。如长江葛洲坝水电站。（2）当水头较高，一般超过304
13、0 m时，由于压力大，厂房本身的重量不足以维持其稳定时，采用坝后式水电站建筑物的布置。（3）由于地形、地质条件，坝后不能布置电站或无坝引水，则采用引水式水电站建筑物的布置。2 2、水电站建筑物的作用、水电站建筑物的作用挡水建筑物泄水建筑物水电站进水建筑物水电站引水建筑物水电站平水建筑物发电、变电和配电建筑物9.2.2 9.2.2 水电站建筑物水电站建筑物9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering)洪水常造成江河沿岸河谷、冲积平原、河口三角洲和海岸地带的淹没。而这些受洪水泛滥威胁的地带，大多仍可被人类开发利用，从而出现了防洪问题。防洪包括防御洪水危害人类
14、的对策、措施和方法。其基本内容可分为建设、管理、防汛和科学研究。1 1、定义、定义：是指为防治某一流域、河段或者区域的洪涝灾害而制定的总体部署。2 2、原则原则：统筹规划、综合利用、蓄泄兼筹、因地制宜、区别对待。3 3、内容、内容：收集资料、洪水分析、拟定规划目标与防洪标准、制定防洪方案、确定防洪高度、防洪效益分析。9.3.1 9.3.1 防洪规划防洪规划1 1、定义：、定义：是控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪工程和水库等。2 2、分类：、分类：按功能和兴建目的分为：挡、泄（排）和蓄（滞）。9.3.2 9.3.2 防洪工程防洪工程(Flood Contro
15、l Engineering)一、堤坝一、堤坝(embankment/dam)(embankment/dam)1、它是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区（蓄洪区）、围垦区边缘修筑的挡水建筑物。2、常见形式有：土堤、石堤、防洪墙、及较先进的橡胶坝。河南信阳市 浉河橡胶坝工程9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering)二、河道整治二、河道整治(river regulation)(river regulation)2、分洪是当河道洪水位将超过保证水位或流量将超过安全泄量时，为保障保护区安全，而采取的分泄超额洪水的措施；是牺牲局部，保存全局的措施。1、河道整治
16、包括控制和调整河势，裁弯取直，河道展宽和疏浚。9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering)三、水库三、水库(reservoir)(reservoir)1、水库是用坝、堤、水闸、堰等工程，于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域。2、作用有防洪、水力发电、灌溉、航运、城镇供水、水产养殖、旅游、改善环境等。3、同时要防止水库的淤积、渗漏、塌岸、浸没。水质变化和对当地气候的影响。9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering)长江三峡水利枢纽工程包括一座混凝土重力大坝，一座坝后式水电站、一座永久性通航船闸和一架升船机。高峡出
17、平湖9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering)9.3.3 9.3.3 防洪非工程措施防洪非工程措施(Non-engineering measures of Flood Control)1、定义：是指通过法令、政策、经济手段和工程以外的其它技术手段，以减少洪灾损失的措施。采用防洪非工程措施是由于只靠工程措施既不能解决全部防洪问题，又受费用制约。2、基本内容：（1）洪泛区管理；（2）行洪道清障；（3）洪水保险；（4）洪水预报警报系统；（5）超标准洪水紧急措施；（6）救灾。9.4 9.4 前景展望前景展望(Prospects)水是人类生存之源。据报道到20
18、25年，水资源的缺乏将威胁到全球近30亿人的粮食供应以及世界各地沼泽地和其它生态系统的健康与生产力。包括中国大陆在内的29个国家和地区的大约4.5亿人已面临缺水问题。我国是一个干旱、缺水严重的国家。淡水资源总量占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均不足2200 m3，仅为世界平均水平的1/4。南水北调总体规划为东线、中线和西线三条调水线路，通过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，以利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。南水北调规划图9.4 9.4 前景展望前景展望(Prospects)其它国家的大型调水工程其它国家的大型调水工程(large water diversion project)1、以色列历时11年的北水南调工程，把大片南部地区不毛之地的荒漠变为绿洲。2、美国于上世纪70年代开始的北水南调奏响了其西部开发进行曲。3、印度希望改造恒河而将全国各地的河流用人工运河连接起来,实现北部水源往东南部输送。希望大家珍惜每一滴水，从我做起，为水环保做出希望大家珍惜每一滴水，从我做起，为水环保做出自己的每一点努力！自己的每一点努力！
