1 水利工程概论 水利水电学院 沈振中 zhzhshen 83786377，13813998232 本课程内容 水资源、水利枢纽和水工建筑物 挡水、泄水、输水、整治和过坝等水工建 筑物 泵站、水力发电及抽水蓄能电站 施工导流及其导流建筑物 水资源规划 大坝安全监控 2 第1讲 绪论、水利枢纽 水资源 水利事业、水利建设成就 水资源开发存在问题 水利枢纽 水工建筑物 等级划分 1.1 1.1 水资源及水利事业水资源及水利事业水资源及水利事业水资源及水利事业 1.1.1 1.1.1 水资源储量水资源储量 全球全球：海水海水97.5%97.5%，淡水淡水2.5%2.5%（70%70%冰冻在冰冻在 南北极南北极+ +其他冰雪其他冰雪=87%=87%难以利用）难以利用） 能利用淡水为江河湖和地下水的一部分，能利用淡水为江河湖和地下水的一部分， 约约0.26%0.26%，地球总水量的十万分之七，每年，地球总水量的十万分之七，每年 9000km9000km 3 3 。 非洲高温干旱，亚洲面积大、人口多、分非洲高温干旱，亚洲面积大、人口多、分 布不均，北美洲大部均匀，南美洲湿润、丰布不均，北美洲大部均匀，南美洲湿润、丰 沛，欧洲均衡、丰富。沛，欧洲均衡、丰富。 3 1.1.2 1.1.2 中国水资源储量中国水资源储量 总量：总量：2.772.77万万亿亿m m 3 3 ，世界第，世界第5 5位位 地表径流：地表径流：2.672.67万万亿亿m m 3 3 地下水：地下水：0.810.81万万亿亿m m 3 3 ，重复，重复0.710.71万万亿亿m m 3 3 人均：人均：2 220200m0m 3 3 ，排名，排名88/15388/153 是世界人均占有量的是世界人均占有量的1/41/4 6 6个省（宁夏、河北、山东、河南、山西）个省（宁夏、河北、山东、河南、山西） 人均低于人均低于50500m0m 3 3 中国十五大江河流域基本特征指标表 1942102046塔里木河内陆河 57290633额尔齐斯河北冰洋 688165452452404802057雅鲁藏布江 51070322291378181659怒江 45476024101675002153澜沧江 印度洋 1031629199560992541闽江 61889790鸭绿江 22761119372692831000淮河 2636311090海河 2289601390辽河 5571802308松花江 7413360106544536902214珠江 1672709860016201703420黑龙江 7556317857524435464黄河 53997553093318085006380长江 太平洋 外 流 河 径流深度 （mm3） 年径流总量 （亿m3） 年平均流 量（m3/s） 流域面积 （km2） 长度 （km） 江河流域水系 流域 类别 4 中国水能资源 水能蕴藏量/可开发量：世界第1位 水能蕴藏量：6.94亿kW 可开发量： 5.42亿kW(技)，4.02亿kW(经) （西南70%，西北12%，中南10%，华南、华北、 东北8%） 潮汐资源蕴藏量：0.21亿kW 流域面积大于100km2的河流5000余条 河流长度大于1000km的河流20余条 可开发容量4.41亿kW，占全国的81.5。可开发容量4.41亿kW，占全国的81.5。 中国西部水电资源 5 1.2 1.2 我国水资源特点我国水资源特点 （1 1）绝对量大，人均占有量少，亩均占有）绝对量大，人均占有量少，亩均占有 量少。量少。 总量排名第总量排名第5 5位，人均量排名位，人均量排名88/15388/153 位，仅为世界平均水平的位，仅为世界平均水平的1/41/4。 我国以世界上我国以世界上7%的水、全球陆地的水、全球陆地6.4%的国 土面积和全世界 的国 土面积和全世界7.2%的耕地养活了世界上的耕地养活了世界上 21%的人口。我国是一个严重缺水的国家， 已被列入全世界人均水资源 的人口。我国是一个严重缺水的国家， 已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之 一。 个贫水国家之 一。 总体：南方水多、人多、地少，西南多； 北方水少、人多、地多，东北多。 人均：南方是北方的 总体：南方水多、人多、地少，西南多； 北方水少、人多、地多，东北多。 人均：南方是北方的4.4倍；亩均：南方是北方的倍；亩均：南方是北方的9.1倍倍 （2 2）空间分布不均，水资源与土地资源、人）空间分布不均，水资源与土地资源、人 口组合又不平衡。口组合又不平衡。 1467 454 4134 6287 938 4170 5.8 58.3 35.9 2.1 43.2 54.7 4.6 14.4 81.0 35.4 28.2 36.4 内陆河 北方 南方 亩均 m3/亩 人均 m3/人 耕地 （%） 人口 （%） 水资源 （%） 土地 （%） 分区 我国水资源、人口、耕地的地区分布我国水资源、人口、耕地的地区分布我国水资源、人口、耕地的地区分布我国水资源、人口、耕地的地区分布 6 （3 3）时间分布不均，年际、年内变化大）时间分布不均，年际、年内变化大 我国位于世界著名的东亚季风区，降水和 径流的时间分布很不平均： 年际间水量变化大，丰水年和枯水年交替 出现，最大年降水量是最小年降水量的 162倍； 年间水量变化大，每年60%的降水集中在 夏秋之交的三、四个月，且往往以暴雨形 式集中降落，特别是北方地区。 南方地区汛期降雨量占全年的南方地区汛期降雨量占全年的50%60%，北方占，北方占70% 80%； 降雨量和径流量年际变化也很大，往往是枯水年和丰水年持 续出现。如： ； 降雨量和径流量年际变化也很大，往往是枯水年和丰水年持 续出现。如： 黄河黄河在过去的在过去的80年中出现过连续年中出现过连续11年年(1922年年1932年年)的 枯水期，比正常年份少 的 枯水期，比正常年份少24%，出现过连续，出现过连续9年年(1943年年 1951年年)的丰水期，比正常年份多的丰水期，比正常年份多19%； 淮河淮河丰水年丰水年(1921年年)的年径流量是枯水年的年径流量是枯水年(1978年年)的的26.7 倍；倍； 内蒙古内蒙古乌审旗乌审旗1977年年8月的一次暴雨，月的一次暴雨，10小时的降雨量等于 常年降雨量的 小时的降雨量等于 常年降雨量的3.5倍。倍。 例如： 7 1.3 1.3 水利事业水利事业水利事业水利事业 （1）防洪）防洪：防止洪水泛滥，保障人民生活及生命财产安全。防止洪水泛滥，保障人民生活及生命财产安全。 措施：筑坝建库措施：筑坝建库拦蓄 挖河修堤 拦蓄 挖河修堤宣泄宣泄 水库调洪原理示意图 8 （2）农田水利：）农田水利：调节农田水分，为作物的稳产高产 创造条件 调节农田水分，为作物的稳产高产 创造条件 措施：修渠建闸，形成灌排系统，达到旱则 能灌，涝则能排，且可以放淤、洗碱，改良 土壤。 如：南水北调工程。 （3）水力发电）水力发电：利用水能发电，为人民生活及工农业 生产提供动力 利用水能发电，为人民生活及工农业 生产提供动力 与火电相比，水电具有与火电相比，水电具有不需燃料、运行方便不需燃料、运行方便 等优点，是一种清洁能源。等优点，是一种清洁能源。 9 电力系统日负荷示意图电力系统日负荷示意图 水电机组：水电机组：0 满载，需 满载，需1-5分钟，用于调峰最经济 火电机组： 分钟，用于调峰最经济 火电机组：0 满载，需 满载，需2-4小时，用于基荷最经济小时，用于基荷最经济 （4）水运）水运：利用天然的或人工的河、湖及海洋水面 进行水上运输 利用天然的或人工的河、湖及海洋水面 进行水上运输 三峡工程：宜昌重庆三峡工程：宜昌重庆 10 （5）给排水）给排水：供给城市、乡村人民生活和工矿企业 生产所需的优质水 供给城市、乡村人民生活和工矿企业 生产所需的优质水 新安江：农夫山泉新安江：农夫山泉 （6）渔业）渔业：利用天然或人工水域发展水产事业利用天然或人工水域发展水产事业 沙河：天目湖鱼头沙河：天目湖鱼头 11 1.4 我国水利工程建设的成就与发展我国水利工程建设的成就与发展 1 1）古代中国历史悠久、水利成就突出）古代中国历史悠久、水利成就突出）古代中国历史悠久、水利成就突出）古代中国历史悠久、水利成就突出 黄河大堤、浙江海塘防洪、灌溉 秦渠、汉渠、郑国渠农田灌溉 灵渠连接湘江、桂江 大运河沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系 都江堰分洪灌溉，减轻岷江两岸的洪水灾害，灌溉300 万亩农田 2 2）建国后水利工程建设迅速发展）建国后水利工程建设迅速发展）建国后水利工程建设迅速发展）建国后水利工程建设迅速发展 水库：86000多座（大于10万m3），总库容4600亿m3，占 径流量的17% 灌区：6000多个（大于1万亩），总面积7.2亿亩，占耕地 总面积的47% 淡水养殖：4575万亩，占可养殖面积的60% 开发航道：10.92万公里 水电装机容量：1.28亿kW，占可开发总量的25%(2006) 12 3 3）水利科学技术水平迅速提高）水利科学技术水平迅速提高 大水库、大电站、高坝 泄水单宽流量：不断提高、高速水流 地基处理：混凝土防渗墙、深部岩溶灌浆工艺、预应力 锚杆 高边坡、高地应力 水工抗震、模型试验、自动控制等技术 等等 全世界总库容大于全世界总库容大于500亿立方米水利工程亿立方米水利工程 571293544堆石坝154托坎廷斯河巴西塞拉达梅萨17 1052300580土坝/重力坝45伏尔加河俄罗斯古比雪夫16 1924000582重力坝、土坝87,77安加拉河俄罗斯博古昌15 2194500594重力坝105安加拉俄罗斯乌斯季伊利姆14 1232304600斜心墙堆石坝93拉格兰德河加拿大拉格兰德三级13 3585330617斜心墙堆石坝168拉格兰德河加拿大拉格兰德二级12 2054150630双曲拱坝163.5赞比西河莫桑比克卡博拉巴萨11 49.51290684大头支墩坝115结雅河俄罗斯结雅10 2416724.5心墙土石坝183皮斯河加拿大本尼特9 2046000733重力坝124叶尼塞河俄罗斯 克拉斯诺雅尔斯 克 8 510103001350重力坝/土石坝162卡罗尼河委内瑞拉古里7 23721418.5高连拱坝214马尼夸根河加拿大马尼克V6 56.258821480心墙堆石坝141沃尔特河加纳阿科松博5 10021001689粘土心墙堆石坝111尼罗河埃及阿斯旺高坝4 22645001693宽缝重力坝125安加拉河俄罗斯布拉茨克3 8015001840双曲拱坝128赞比西河 赞比亚和津巴 布韦 卡里巴2 1502048重力坝31 维多利亚尼罗 河 乌干达欧文1 年发电量 (亿kWh) 装机容量 (MW) 库容 （亿m3） 坝型 坝高 (m) 所在地或河流所属国家坝名 序 号 13 我国我国21世纪待建世纪待建200米以上级高坝米以上级高坝 840240双曲拱坝金沙江云南、四川乌东德10 1260279双曲拱坝金沙江云南、四川白鹤滩9 600190重力坝金沙江 四川宜宾、云 南水富 向家坝8 50104263心墙堆石坝白龙江甘 肃苗家坝7 45-50200225双曲拱坝乌 江贵 州构皮滩6 50420292双曲拱坝澜沧江澜沧江小湾5 50360305双曲拱坝雅砻江四川锦屏锦屏一级4 50420254双曲拱坝黄 河 青海贵德、贵 南 拉西瓦3 49585261.5心墙堆石坝澜沧江云南糯扎渡2 601260278双曲拱坝金沙江 四川雷波、云 南永善 溪落渡1 最大流 速 (m/s) 装机容 量 (万kW) 最大坝 高 （m） 坝 型 所在河 流 建设地点坝名 序 号 预可地下厂房预可地下厂房200250面板堆石坝班多 建设地下厂房 面板堆石坝班多 建