水利工程与节水灌溉技术导论2.ppt

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1、人民胜利渠新中国成立后黄河上新建的第一座引黄灌溉工程，有效灌溉面积4万公顷红旗渠1960年，河南林县人民在十分艰苦的条件下，自力更生、艰苦奋斗，苦干7个春秋，架设渡槽152座，凿穿隧洞211条，修建各种渠系建筑物12408座，挖砌土石方1515万立方米，在我国太行山腰建成了著名的人造天河红旗渠，让漳河水穿山而来，结束了水贵如油的历史坎儿井吐鲁番坎儿井出现在18世纪末坎儿井由竖井、暗渠、明渠、涝坝四部份组成竖井主要是为挖暗渠和维修时人出入及出士用的。竖井口长1米，宽07米。暗渠是坎儿井的主体，高约1.6米，宽约0.7米。明渠，就是暗渠出水口至农田之间的水渠。涝坝就是暗渠出水口，修建一个蓄水池（三

2、）、水电站工程新安江水电站新安江水电站新安江水电站坐落在浙西山区建德市境内、钱塘江上游干流新安江上铜官峡谷，是新中国成立后依靠国内自己的力量勘测设计、制造设备和施工建设的第一座大型水电站，也是华东电网水库调节容量最大的电站1957年4月主体工程开工，1960年4月主体工程基本建成、首台机组投产发电，1977年10月9台机组全部投产，总装机容量66.25KW大坝为宽缝重力坝，最大坝高105m，水库控制面积10442亿m3，占钱塘江流域总面积的1/5以上，总库容216.26亿m3，其中防洪库容47.32亿m3（相当于太湖的容积）为钱塘江流域唯一具有多年调节性能的大型水库目前，新安江水电站通过对机组

3、、主变压器、主接线进行增容改造，已使总装机容量增至81万KW 八盘峡水电站刘家峡水电站二滩水电站二滩水电站位于四川省西南部攀枝花市境内的雅砻江下游，距雅砻江与金沙江的交汇口33km，是雅砻江干流上规划建设的21座梯级电站中的第一座二滩电站是以发电为主的大型水力发电枢纽，水库总库容58亿m3，调节库容33.7亿m3电站装有6台55万KW的混流式水轮发电机组，总装机容量330万KW，保证出力100万KW，多年平均发电量170万KW.h，是中国20世纪建成投产的最大的水电站枢纽主要建筑物有混凝土双曲拱坝、左岸引水发电地下厂房系统、右岸两条泄洪洞和左岸过木机道等。混凝土双曲拱坝为抛物线形，最大坝高24

4、0米，是中国已建成的最高坝，同类坝中居世界第三位1987年9月开始施工前期准备，1991年9月14日工程正式开工，1993年11月26日实现大江截流，1998年5月1日开始蓄水，同年8月18日第一台机组并网发电 二滩水电站建设场景葛洲坝水电站葛洲坝水电站葛洲坝水利枢纽是长江干流上新建的第一座水利枢纽，被誉为长江第一明珠葛洲坝水利枢纽奠基于70年代初，竣工于80年代，工程总投资48.48亿元人民币大江电厂、二江电厂总装机21台，总容量271.5万KW，年均发电量153亿 KW.h截至1999年电厂累计发电2320亿KW.h，人均创造劳动产值71.8万元；战胜大于45000m3/s特大洪水43次，

5、1998年8月在长江发生特大洪水期间三次超常规拦蓄洪峰，为缓解长江中下游灾情、避免荆江分洪做出了突出贡献 小浪底施工全景小浪底水电站小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北、黄河中游最后一段峡谷的出口处，是黄河干流在三门峡以下唯一能够取得较大库容的控制性工程坝址控制流域面积69.4万Km2，占黄河流域面积92.3%。水库总库容126.5亿m3工程建成后，可使黄河下游防洪标准由60年一遇提高到1000年一遇，与三门峡水库联合运用，基本可解除黄河西有凌汛威胁拦河大坝为壤土斜心墙堆石坝，最大坝高154米，坝顶长1667米，坝顶宽15米，最大坝底宽864米1994年9月主体工程开工，1997年10月28

6、日大河截流，1999年底首台机组发电，计划2001年12月31日全部竣工 三峡水电站三峡水电站长江三峡水利枢纽工程是一项具有防洪、发电、航运等综合效益的跨世纪工程，是治理长江的关键性骨干工程。坝址位于湖北宜昌市三斗坪，电站共安装26台70万KW水轮发电机组，总装机容量1820万KW，年均发电量847亿KW.h。三峡水库正常蓄水位175米，总库容393亿m3（四）、供水工程密云水库密云水库位于北京市密云县境内，由清华大学水利水电工程系设计，工程原设计标准按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，总库容3.7亿，为华北地区第一大水库工程于1958年9月日动工兴建，1960年月日基本建成，是一座以防洪、

7、供水为主具有多种功能综合利用的多年调节的大型水利枢纽工程密云水库枢纽由座主副坝、条输泄水隧洞、座溢洪道、座电站和座调节池工程组成 到现在为止，密云水库由防洪和农业供水为主转向以防洪和向北京城市供水为主。现在密云水库每年向北京输水约亿3，占北京生活用水总量的一半以上。建库以来,累计向北京供水187亿3，其中1980年以来的近20年间已累计向北京供水100亿3，成为北京市的重要饮用水源地东深供水工程东深供水一期工程源源不断地向香港提供生命水，为香港的繁荣稳定提供了可靠的水资源保障 深圳水库马滩抽水站二、资源水利工程水利的弊端我国过去的水利建设主要是靠传统的工程措施为主，这是非常必要的、也是必须的。

8、长期以来，在传统计划经济体制下，水利一直存在着“重建轻管，重大轻小，重骨干轻配套，重工程轻实效”的四重四轻问题，但还有一重一轻，就是重兴修工程轻资源配置、管理和保护，这个问题一直没有引起人们的关注。由于历史原因造成的“五轻五重”，这种状况导致了水利工程越修越多，水资源却越来越短缺和水环境的不断恶化，更谈不上水资源的可持续利用和走一条良性循环整体发展的道路。我国水利存在的问题水利在我国经济发展中存在的主要问题是：“水多、水少、水脏”，即南方汛期水多成灾，北方水少干旱，水资源污染严重，已成为中华民族的三大心腹之患和生态环境的严重威胁洪涝灾害严重，制约国民经济和社会的发展水资源供需矛盾日益突出，不能

9、满足国民经济和社会发展的要求生态环境不断恶化，严重影响社会经济可持续发展资源型水利的产生长期以来在水利发展的过程中，过于强调人的主观能动性、强调人定胜天，却忽略了水资源的自身规律；过于注重水危害，而忽略了社会对这种危害的催化作用过于注重依靠工程来开发和利用水资源，却忽略了水资源本身所要求的保持水土、防治污染、节约用水、循环用水、科学用水的研究开发，割裂了水资源的开发与治理、保护与利用之间的关系，以至出现了一边开发水资源，一边又破坏、恶化水资源的不协调局面洪涝灾害、干旱缺水、环境恶化等问题，已成为制约我国经济、社会发展的重要因素。而水资源的配置、节约、保护等问题，也成为水利人急需解决的重要课题传

10、统的治水思想和方法，已不适应当前形势下的社会、经济发展，水利的发展不应该仅仅局限于“治”上，而应该把水资源的“开发、利用、保护”结合在一起。在这种情况下，“资源水利”的概念，便随之产生 资源水利1999年3月30日，水利部汪恕诚部长在中国水利学会第七次全国代表大会开幕式上提出：要搞好21世纪的中国水利，必须实现工程水利到资源水利的转变 所谓资源水利就是把水资源与国民经济和社会发展紧密结合，进行综合的开发、科学管理，以达到水资源的优化配置和可持续利用。它可以概括为六个方面，即水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护。后三个方面在当前表现得更为突出，特别是强化水资源的优化配置的意识。这也就是水利

11、产业政策规定要达到的水资源优化配置的目标。资源水利与工程水利的区别从性质上讲主要是区别于以前的经济社会发展是以水利工程数量为主体，资源型水利则是在依托水利工程数量的同时，要依托资源的优势，重视资源的优化配置重视工程的数量，更重视工程的质量重视工程建设，更重视工程的管理；重视工程措施，更重视非工程措施，建立以资源优化配置为基础的节约型的经济社会发展体系和措施优化组合的防洪减灾体系过去防洪、灌溉和供水量的增长，主要靠传统措施，即水利工程数量的增加来解决，而未来的防洪、灌溉和用水量的增长，已不可能全靠兴修工程来解决，而依靠科技创新将成为战略的重点，要走效益型、科技型、优化型、集约型经济发展的模式，这

12、是世界上发展的趋势，也是中国走出水资源短缺困惑的根本途径。资源水利与工程水利的联系工程水利是资源水利的基础。正是50年工程水利的发展建立起来的水利基础设施，才使资源水利的实施成为可能资源水利是工程水利的发展和提高 工程水利与资源水利二者相互依存，无论是工程水利还是资源水利，其共同的特征和目的是“除害兴利”。现在提出资源水利，不是仅重视水资源，而是把水资源的战略地位体现出来；从工程水利向资源水利的转变不是否认工程水利，排斥工程水利，而是要在工程水利的基础上更好的发展资源水利 三、水资源的含义及其重要性水资源含义不同部门、不同行业对水资源的理解的差异水的表现形式多种多样，且相互之间可以转化水的物理

13、、化学性质具有较强的地域性，它至少包含水量和水质两方面，这两方面是可变的水资源的开发利用，受多种因素的影响和限制，水资源利用效率，也在不断地发生变化水资源系统是一个复杂的耦合系统，它涉及到众多的学科，并且与人类社会发展和生存环境相结合。近20年来，“水资源”名词在我国广泛流行，但对其内涵，却无公认的定论。究其原因，主要是:世界各国对水资源的定义国外较早采用“水资源”这一概念的是美国地质调查局（USGS）。1894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1963年，英国通过了水资源法，该法中将水资源定义为“具有足够数量的可用水源”；在英国大百科全书中，水资源被定义为“

14、全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水”。此定义被广泛引用，这与英国大百科全书权威性有很大关系1965年，美国通过了水资源规划法案，同时成立了WaterResourcesCouncil（水资源理事会），此时水资源具有浓厚的行业内涵。1977年联合国教科文组织（UNESCO）建议“水资源应指可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用。”我国对水资源的定义我国开发利用水资源具有悠久的历史，逐渐形成了比较完整且具有中国特色的水利科学体系公元前250年左右，秦代李冰在四川省灌县修建了解决成都平原水旱灾害的举世闻名的都江堰水利工

15、程就是明显的一例长期以来水利界人士一直认为水利就是兴水利、除水害。在西方国家文字中，暂时还找不到与我国“水利”一词完全相对应的较贴切的译文因此，我国水利与水资源两词并行，具有一定的历史背景。随着时间的发展，西方的“水资源”也越来越具有“水利”的意义中国大百科全书对水资源的定义中国大百科全书是国内最具权威性的工具书，但在不同卷册中对水资源给予了不同解释在大气科学、海洋科学、水文科学卷中，水资源被定义为“地球表层可供人类利用的水，包括水量（水质）、水域和水能资源，一般指每年可更新的水量资源”在水利卷中，水资源则被定义为“自然界各种形态（气态、固态或液态）的天然水，并将可供人类利用的水资源作为供评价

16、的水资源”降水是大陆上一切水分的来源，但它只是一种潜在的水资源，只有降水中可被利用的那一部分水量，才是真正的水资源。在降水中可以转变为水资源部分是“四水”，即：水文部门所计算河川径流是与地下水补给量之和扣除重复计算量；土壤水含量；蒸发量；区域间径流交换量（张家诚）从自然资源概念出发，水资源可定义为人类生产与生活资料的天然水源，广义水资源应为一切可被人类利用的天然水，狭义的水资源是指被人们对水资源开发利用的那部分水（刘昌明）1991年水科学进展杂志社邀请一部分知名专家学者进行了一次笔谈，它们的主要观点是：水资源是指可供国民经济利用的淡水水源，它来源于大气降水，其数量为扣除降水期蒸发的总降水量（曲

17、耀光）水资源一般是指生活用水、工业用水和农业用水，此称为狭义水资源；广义水资源还包括航运用水、能源用水、渔业用水以及工矿水资源与热水资源等。概言之，一切具有利用价值，包括各种不同来源或不同形式的水，均属于水资源范畴（陈梦熊）不能笼统地称“四水”为水资源，只有那些具有稳定径流量、可供利用的相应数量的水定义为水资源（施德鸿）“水”和“水资源”在涵义上是有区别的，水资源主要指与人类社会用水密切相关而又能不断更新的淡水，包括地表水、地下水和土壤水，其补给来源为大气降水（贺伟程）水资源是维持人类社会存在并发展的重要自然资源之一，它应当具有如下特性：可以按着社会的需要提供或有可能提供的水量；这个水量有可靠

18、的来源，其来源可通过水循环不断得到更新或补充；这个水量可以由人工加以控制；这个水量及其水质能够适应用水要求（陈家琦）上述水资源概念的不足之处由于其出发点不同，相对于特定的研究学科领域而言，它们都具有合理的因素从各个有关水资源学科出发，水资源涵义非常明确，研究对象十分清楚，但是如果从宏观角度系统地认识水资源，水资源定义又很模糊，让人感到五花八门，难以掌握上述各种水资源的定义，基本上都是围绕着水的形态、利用、水量等展开论述，很少涉及水资源的质即水质，然而水质对于水资源而言，是十分重要的水资源的显著特征将经济、技术因素隐含在水资源中，强调了水资源的经济属性和社会属性，因而水资源量具有相对的动态性将失

19、去使用价值的污水划归到水资源行列中明确强调水资源是环境资源，因而水资源的开发利用必须限制在环境可承受的范围之内在研究水资源时，立足于水量、水质兼顾，避免两者的分离出现偏差的同时，必须考虑水资源环境的制约因素，否则，在理论上是不完善的，在实践上是要付出代价的水资源的重要性水资源在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用，同时能源、交通、通信、重要原材料等基础工业一样，是国民经济和社会发展的基础产业水资源是基础自然资源，是生态环境的控制性因素之一；同时又是战略性经济资源，是一个国家综合国力的有机组成部分。展望将来，水资源正日益影响全球的环境与发展，甚至可能导致国家间冲突 世界水战水成为军事和政治的

20、目的水成为战争的武器水资源系统是战争打击的目标水资源的分布不均、使用及管理不平等可能成为局势紧张和争端的根源，这些联系可能存在于地区、省际或国家之间。水与冲突之间的联系主要有如下几种方式：军事政治之水 5500年前，古中东地区的尤玛(Umma)和拉枷什(Lagash)两国冲突的根源就是为了控制生死彼关的灌溉渠2700年前，亚述(Assyria)国王(公元前669626年)阿索巴尼琅(Assurbanipal)将控制水井作为抵抗阿拉伯入的战略武器黎巴嫩总统拉胡德不久前指出，在中东，水资源的重要性已经超出石油约旦同以色列常在约旦河水的分配问题上发生纠纷阿以和谈的首要原则是“以土地换水源”以色列在2

21、0世纪50年代初提出了约旦河改道计划，其目的是掠夺约旦河的大部分水资源，因而引起了约旦河流域其他国家的反对。阿拉伯国家也针锋相对地提出了约旦河改道计划，以此来抵消以色列的改道计划造成的损失。以色列当然不甘心束手待缚，曾在1965年派突击队破坏阿拉伯国家的河水改道工程，成为1967年第三次中东战争的前奏第三次中东战争后，以色列占领了大片阿拉伯领土，并宣布那里的水资源为“战略资源”。据统计，目前加沙和约旦河西岸80%以上的水资源被以色列霸占。尽管加沙和约旦河西岸大部分地区已实行巴勒斯坦自治，但巴勒斯坦土地上的“水龙头”仍在以色列的控制之下，巴勒斯坦人拥有的水资源只相当于以色列人的五分之一叙以问题的

22、症结在戈兰高地，而解决戈兰高地问题的关键是水资源问题。戈兰高地水资源丰富，数条河流注入太巴列湖，因而戈兰高地被称为以色列的水库。以色列40%的用水靠太巴列湖水源。对于水资源重要短缺的以色列来说，太巴列湖具有事关国家生存的战略意义，因此，以色列要求完全控制太巴列湖1982年以色列占领黎巴嫩，表面上是为了打击巴勒斯坦游击队，而实际上也是为了夺取利塔尼河的河水。以色列占领黎南部期间，每年从利塔尼河取水5亿立方米，并挖了一条20公里长的地下水渠，把利塔尼河引至太巴列湖，与通往纳格布沙漠的水渠联接起来 冲突工具之水5000年前古代闪族人(Sumerians)的神一艾亚(Ea)利用洪水泛滥来惩罚人类的罪恶

23、。公元前695年，塞纳契菏布(Sennacherib)掘开灌溉渠，淹没城镇，彻底毁灭了巴比伦公元前539年赛勒斯大帝(CyrustheGreat)对巴比伦最成功的入侵:将幼发拉底河水引入沙漠，并沿着干涸的河床挺进巴比伦1503年发生了历史上最奇特的合作：在意大利佛罗伦萨(Florence)与比萨(Pisa)战争期间，达芬奇(LeonardodaVinci)与马基维利(Machiavelli)合作，力图将亚诺河(Arno)水引离比萨，但未获成功朝鲜1986年宣布，将在韩江(Han)上游建造一座大坝，以便为朝鲜提供充足的电能。该工程被韩国认为是一个潜在的军事武器。据估算一旦朝鲜将大坝炸毁，突然释放

24、出来的水，几乎可以毁灭掉整个汉城海湾战争期间，为了对付伊拉克，多国部队曾探讨利用在土耳其境内的阿塔图克大坝(Ataturk)，切断伊拉克赖以生存的幼发拉底(Euphrates)河水供给，但这一要求并未正式向土耳其政府提出，土政府后来也申明永远不用水作为政治压力的手段伊拉克和叙利亚两国与土耳其在阿塔图克大坝的运行方式，以及幼发拉底河向两国下泻水的数量和质量等问题上，依然保持分歧1997年在新加坡与马来西亚之间出现的争端冲突目标之水在古巴比伦城就是一个典型的常遭攻击之处大约在公元前720年，亚述国(Assyria)的撤公(Sargon)摧毁了亚美尼亚(Armenia)哈第安斯(Haldians)的

25、灌溉系统第二次世界大战和朝鲜战争时期，大坝和水电设施常常成为战略目标而遭轰炸越战期间，美国曾轰击北越的灌溉枢纽20世纪50年代，叙利亚曾试图破坏以色列正在修建的国家输水系统海湾战争期间，伊拉克故意毁坏科威特的海水淡化工厂，而自己的供水系统反而遭受到多国部队的打击 四、世界水资源现状与存在的问题地球水圈水储量分布水体水储量咸水淡水103km3%103km3%103km3%海 洋1338000.096.54133800099.041冰川与永久积雪24064.11.7424064.168.70地下水23400.01.69127800.9510530.030.06永冻层中冰300.00.020.86湖

26、泊水176.40.01385.40.0060.26土壤水16.50.0010.017大气水12.90.00090.037沼泽水11.50.00080.033河流水2.120.00020.006生物水1.120.00010.003总 计1385984.61001350955.410035029.2100全球水资源地球上的水 海水97.2%97.2%淡水2.8%2.8%淡水的分配 冰盖、冰川77.2%77.2%地下水、土壤水22.4%22.4%湖泊、沼泽0.35%0.35%大 气0.04%0.04%河 流0.01%0.01%地球上水的总量约有14亿km3，其分配情况见左表：全球性水危机当今世界有4

27、0多个国家缺水，大约有20亿人口面临饮用水短缺问题预计到2050年大约有2/3人口面临严重缺水局面目前全世界每年约有420km2污水排放入江河湖，污染了5500km2淡水，占全球淡水总量的14%以上全世界约有10以上人口饮用被污染了的水，发展中国家每年有2500万人口死于饮用不洁净的水，占所有发展中国家死亡人数的1/3联合国科教文组织（UNESCO）在1998年世界科学报告中指出：在全球环境日益恶化的前提下，保障水资源的可持续性是科学研究的首要目标五、我国水资源状况我国水资源现状我国的水资源总量28124亿m3，居世界第6位按2000年人口统计，人均水资源量为2171m3，只相当于世界人均径流

28、量的14，在世界排到第121位，被列为世界上13个贫水国家之一预测到2050年人口增至16亿时，人均水资源量将降到1760m3。按国际上一般承认的标准，人均水资源量少于1700m3为用水紧张的国家。因此，我国未来水资源的形势是严峻的。我国水资源时间分布我国水资源的时间分布很不均衡受季风气候影响，各地降水主要发生在夏季。降水季节过分集中，大部分地区每年汛期连续个月的降水量占全年的6080，容易形成春旱夏涝，水资源量大约有2/3左右是洪水径流量，形成江河的汛期洪水和非汛期的枯水降水量的年际剧烈变化，造成江河特大洪水和严重枯水，甚至发生连续大水年和连续枯水年 我国水资源空间分布我国的年降水量在东南沿

29、海地区最高，逐渐向西北内陆地区递减黄河、淮河、海河三流域，土地面积占全国的13.4%，耕地占39%，而水资源量仅占7.7%，人均约500m3，是我国水资源最为紧张的地区西北内陆河流域，土地面积占全国的35%，耕地占5.6%，水资源量占4.8%。属于干旱区，但因人口稀少，水资源量人均约5200m3，耕地亩均约1600m3，合理开发利用水土资源、经济结构合理、控制人口的增长，可以支持发展的需要，但必须注意保护包括天然绿洲在内的荒漠生态环境*东南沿海年降水量超过1000mm*西北的荒漠地区降水量不到200mm*长江以南多雨地区丰水年降水量为少水年的1.5-2倍，多雨季节的4-7月间的降雨量约占全年的

30、50%-60%*华北地区和东北地区丰水年降水量一般为少水年的3-5倍，正常年份多雨季节的6-9月间的降雨量约占全年的70%-80%东南沿海年降水量超过1000mm西北的荒漠地区降水量不到200mm长江以南多雨地区丰水年降水量为少水年的1.5-2倍，多雨季节的4-7月间的降雨量约占全年的50%-60%华北地区和东北地区丰水年降水量一般为少水年的3-5倍，正常年份多雨季节的6-9月间的降雨量约占全年的70%-80%灌溉分区灌溉分区常年灌溉带常年灌溉带常年灌溉带常年灌溉带多年平均多年平均降雨量少降雨量少于于400mm400mm不稳定灌溉带不稳定灌溉带不稳定灌溉带不稳定灌溉带多年平均多年平均降雨大于降

31、雨大于 400mm 400mm 小小于于1000mm1000mm水稻灌溉带水稻灌溉带水稻灌溉带水稻灌溉带多年平均降雨大于多年平均降雨大于1000mm1000mm常年灌溉带常年灌溉带常年灌溉带常年灌溉带包括西北内陆包括西北内陆区和黄河中上区和黄河中上游部分地区游部分地区不稳定灌溉带不稳定灌溉带不稳定灌溉带不稳定灌溉带包括黄淮海地包括黄淮海地区和东北地区区和东北地区水稻灌溉带水稻灌溉带水稻灌溉带水稻灌溉带主要是长江中主要是长江中下游，珠、闽下游，珠、闽江地区及西南江地区及西南部分地区部分地区*西北内陆和黄河中上游部分地区，土地面积410万km2，约占国土面积的2.6%*年降水总量和各季节的降水分配都难以满足作物正常生长发育的需要，灌溉需要系数（即灌溉水量占农作物总需水量的比值）一般均大于0.5-0.6*常年灌溉是农业发展的必要条件常年灌溉地带*黄淮海地区和东北地区，土地总面积196 万km2，约占国土面积的20.5%*季风影响强烈，降水变化极不均匀，农作物对灌溉的要求很不稳定*干旱年份，作物灌溉需要系数高达0.7-0.8，湿润年份只有0.3左右*东北，水稻灌溉需要系数可达0.5左右，旱作要求较低，一般为0.2-0.3不稳定灌溉地带六、我国水资源存在的问题水资源短缺洪涝灾害 水体污染中国水环境面临的三个严重问题：