土木工程概論水利水電工程課件

1、土木工程概論土木工程概論 第九章 水利水電工程 Chapter 9 Water Resources and Hydropower Engineering 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 9.1 9.1 農(nóng)田水利工程農(nóng)田水利工程(irrigation and drainage engineering ) 9.2 9.2 水電工程水電工程(water-power engineering) 9.3 9.3 防洪規(guī)劃防洪規(guī)劃(Flood Control Planning) 9.4 9.4 前景展望前景展望(Prospects) 都江堰水利工程 都江堰及其示意圖 引言引言(introduction ) 四川都江堰水利

2、工程（公元前256年秦蜀郡守李冰修 建），是全世界至今為止年代最久、唯一留存、以無壩引水 為特征的宏大水利工程。 都江堰沒有眾多水利工程所常見的雄偉大壩，只有一個(gè) 酷似魚一樣的大堤縱臥江中，這條堤就被稱為“金剛堤”。 堤的頭部就是都江堰的魚嘴；中后部是一個(gè)低矮的斜坡，叫 飛沙堰；尾部是兩山之間狹窄的進(jìn)水口，形似瓶口，叫寶瓶 口。 這項(xiàng)工程主要由魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進(jìn) 水口三大部分構(gòu)成，科學(xué)地解決了江水自動(dòng)分流、自動(dòng)排沙、 控制進(jìn)水流量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱 從人”的“天府之國(guó)”。目前灌溉面積已達(dá)40余縣、超過一 千萬畝農(nóng)田。 引言引言(introduction )

3、 從古到今人類為了生存和發(fā)展的需要，采取各種措施， 對(duì)自然界的水和水域進(jìn)行調(diào)控，以防治水旱災(zāi)害，開發(fā)利 用和保護(hù)水資源。 用于調(diào)控自然界的地表水和地下水，以達(dá)到除害興利 目的而興建的工程稱為水利工程水利工程。 我國(guó)江河眾多，全國(guó)大小河流總長(zhǎng)達(dá)42萬公里，河川 徑流總量為2.81012 m3，流域面積在1000 km2以上的河流 約1500條。 引言引言(introduction ) 中國(guó)七大江河中國(guó)七大江河 項(xiàng)目項(xiàng)目長(zhǎng)江長(zhǎng)江黃河黃河松花江松花江珠江珠江遼河遼河海河海河淮河淮河 流域面積（萬流域面積（萬km2）180.975.2 55.744.422.926.426.9 河長(zhǎng)（河長(zhǎng)（km）630

4、0546423082214139010901000 年均降水深（年均降水深（mm）10704755271469473559 889 年均徑流量（億年均徑流量（億m3）9513658623338148228622 注入注入東海渤海黑龍江南海渤海長(zhǎng)江渤海 引言引言(introduction ) 典型工程典型工程(typical engineering) 三峽(three gorges project) 都江堰 南水北調(diào)(South-to-North water diversion project) 請(qǐng)同學(xué)們課后查閱相關(guān)內(nèi)容。 9.1 9.1 農(nóng)田水利工程農(nóng)田水利工程（irrigation and

5、drainage engineering) 農(nóng)田水利工程主要包括灌溉工程灌溉工程和排澇工程排澇工程，解決農(nóng)田 的灌溉和排澇，以及土壤改良工作。 9.1.1 9.1.1 灌溉與排水灌溉與排水 (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 灌溉泵站與排水泵站灌溉泵站與排水泵站 (irrigation pumping station and drainage pumping station) 9.1.4 9.1.4 渠道工程與渠系建筑物渠道工程與渠系建筑物 ( (canal

6、engineering and Canal System Structures) 1 1、 灌溉方法：灌溉方法：地面灌溉、噴灌、滴灌、微噴等幾種形式。 9.1.1 9.1.1 灌溉與排水灌溉與排水(Irrigation and Drainage) 漫灌 漫灌 噴灌 噴灌 滴灌 滴灌 滴灌 微噴 2 2、灌溉水源：灌溉水源：天然河水，水庫(kù)、湖泊、池塘、洼地蓄水， 經(jīng)凈化處理過后的排放污水，高山融雪和地下水。 3 3、農(nóng)田排水：農(nóng)田排水：排除地面積水和降低地下水位，有明溝排 水系統(tǒng)和暗溝排水系統(tǒng)。 9.1.1 9.1.1 灌溉與排水灌溉與排水(Irrigation and Drainage) 作用

7、是將河水引入渠道，以滿足農(nóng)田灌溉、水力發(fā) 電、工業(yè)及生活供水等需要。因取水工程位于渠道的首 部，所以也稱渠首工程。 灌溉取水方式示意圖 9.1.2 9.1.2 取水工程取水工程 (water intake engineering) 1 1、無壩取水無壩取水 2 2、有壩（低壩）取水有壩（低壩）取水 3 3、抽水取水：抽水取水：河流的水量比較豐富，但灌區(qū)位置較高時(shí) 4 4、水庫(kù)取水：水庫(kù)取水：河流的流量、水位均不能滿足灌溉要求時(shí) 有壩取水工程示意圖 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 有引水渠泵站布置圖 9.

8、1.3 9.1.3 灌溉泵站與排水泵站灌溉泵站與排水泵站 (irrigation pumping station & drainage pumping station) 2 2、排水泵站、排水泵站 （1）排水必須統(tǒng)一規(guī)劃，分區(qū)進(jìn)行，因地制宜，不 應(yīng)以鄰為壑，以造成水利糾紛。 （2）澇水可通過排水干渠匯集于蓄澇區(qū)內(nèi)時(shí)，宜集 中修建較大泵站。 （3）排水區(qū)水網(wǎng)密集，排水出口分散，地勢(shì)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 灌溉泵站與排水泵站灌溉泵站與排水泵站 (irrigation pumping station & drainage pumping statio

9、n) 9.1.4 9.1.4 渠道工程與渠系建筑物渠道工程與渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures) 渠道所經(jīng)過地方的建筑物，稱為渠系建筑物。 渠道段面示意圖 1 1、渠道的流速與流量、渠道的流速與流量 2 2、渠道的滲透損失及防滲措施、渠道的滲透損失及防滲措施 一條渠道的兩端底部高差與坡底的長(zhǎng)度比，叫 做底坡降。一般情況下灌溉渠道的水流是恒定流 （即水深和流速都不變），因而水面坡降與渠底坡 降大致相等。 渠道的水量損失，主要是滲透，其次是蒸發(fā)。 一般防止?jié)B透的方法有：提高渠床土壤的不透 水性；或是襯砌渠床。 9.1.4 9.1

10、.4 渠道工程與渠系建筑物渠道工程與渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures) 3 3、渠系建筑物、渠系建筑物 水閘立體示意圖 9.1.4 9.1.4 渠道工程與渠系建筑物渠道工程與渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures) 交叉建筑物 林縣紅旗渠渡漕 聯(lián)結(jié)建筑物 9.1.4 9.1.4 渠道工程與渠系建筑物渠道工程與渠系建筑物 (canal engineering and Canal System Structures) 9.2 9.2 水電工程水電工程 (wate

11、r-power engineering) 我國(guó)水能資源理論蘊(yùn)藏量為6.76億千瓦，其中可 開發(fā)量3.78億千瓦，年發(fā)電量19 200億千瓦時(shí)，占全 世界可開發(fā)水能資源總量的16.7，居世界第一位。 我國(guó)水能資源多在西南，但我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)藏量主要在 華北，煤炭和水能資源分布很不均勻，但從能源來講， 兩者可相互補(bǔ)充。 9.2.1 9.2.1 水電站開發(fā)方式和主要類型水電站開發(fā)方式和主要類型 1、壩式水電站、壩式水電站 富春江河床式水電站壩后式水電站 2 2、引水式水電站、引水式水電站 引水式開發(fā)主要或全部用引水道來集中水頭。其 水電站地下廠房可以有三種布置方式：首部式地下 廠房、尾部式地下廠房、中部式

12、地下廠房。 青海 仙米水電站 9.2.1 9.2.1 水電站開發(fā)方式和主要類型水電站開發(fā)方式和主要類型 3 3、抽水蓄能電站、抽水蓄能電站 抽水蓄能電站是一種特殊作用的水電站，是在 時(shí)間上把能量重新分配。因能量轉(zhuǎn)換有損耗，大體 上用4度電抽水可發(fā)出3度電。 廣州抽水蓄能電站布置圖 9.2.1 9.2.1 水電站開發(fā)方式和主要類型水電站開發(fā)方式和主要類型 4 4、潮汐電站、潮汐電站 潮汐發(fā)電是利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有 的勢(shì)能來發(fā)電。據(jù)計(jì)算，世界海洋潮汐能蘊(yùn)藏量約為 27億千瓦，若全部轉(zhuǎn)換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2 萬億度。 浙江 江廈潮汐電站 9.2.1 9.2.1 水電站開發(fā)方式和

13、主要類型水電站開發(fā)方式和主要類型 9.2.2 9.2.2 水電站建筑物水電站建筑物 1 1、水電站建筑物的布置水電站建筑物的布置 （1）河床式水電站建筑物的布置適用于較低水頭，一 般在3040 m以下，多修建在河流的中下游河床坡降較 平緩的地段或灌溉渠道上。如長(zhǎng)江葛洲壩水電站。 （2）當(dāng)水頭較高，一般超過3040 m時(shí)，由于壓力大， 廠房本身的重量不足以維持其穩(wěn)定時(shí)，采用壩后式水電 站建筑物的布置。 （3）由于地形、地質(zhì)條件，壩后不能布置電站或無壩 引水，則采用引水式水電站建筑物的布置。 2 2、水電站建筑物的作用、水電站建筑物的作用 擋水建筑物 泄水建筑物 水電站進(jìn)水建筑物 水電站引水建筑物

14、 水電站平水建筑物 發(fā)電、變電和配電建筑物 9.2.2 9.2.2 水電站建筑物水電站建筑物 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、沖積平原、河口 三角洲和海岸地帶的淹沒。而這些受洪水泛濫威 脅的地帶，大多仍可被人類開發(fā)利用，從而出現(xiàn) 了防洪問題。 防洪包括防御洪水危害人類的對(duì)策、措施和 方法。其基本內(nèi)容可分為建設(shè)、管理、防汛和科 學(xué)研究。 1 1、定義、定義：是指為防治某一流域、河段或者區(qū)域 的洪澇災(zāi)害而制定的總體部署。 2 2、原則原則：統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合利用、蓄泄兼籌、因 地制宜、區(qū)別對(duì)待。 3 3、內(nèi)容、內(nèi)容：收集資

15、料、洪水分析、擬定規(guī)劃目標(biāo) 與防洪標(biāo)準(zhǔn)、制定防洪方案、確定防洪高度、 防洪效益分析。 9.3.1 9.3.1 防洪規(guī)劃防洪規(guī)劃 1 1、定義：、定義：是控制、防御洪水以減免洪災(zāi)損失所 修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪 工程和水庫(kù)等。 2 2、分類：、分類：按功能和興建目的分為：擋、泄（排） 和蓄（滯）。 9.3.2 9.3.2 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering) 一、堤壩一、堤壩(embankment/dam)(embankment/dam) 1、它是沿河、渠、湖、海岸邊或行洪區(qū)、分洪區(qū)（蓄 洪區(qū)）、圍墾區(qū)邊緣修筑的擋水建筑物。 2、常見形式有：土堤

16、、石堤、防洪墻、及較先進(jìn)的橡 膠壩。 河南信陽(yáng)市 浉河橡膠壩工程 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、分洪是當(dāng)河道洪水位將超過保證水位或流量將 超過安全泄量時(shí)，為保障保護(hù)區(qū)安全，而采取的分 泄超額洪水的措施；是犧牲局部，保存全局的措施。 1、河道整治包括控制和調(diào)整河勢(shì)，裁彎取直，河 道展寬和疏浚。 9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering) 三、水庫(kù)三、水庫(kù)(reservoir)(reservoir

17、) 1、水庫(kù)是用壩、堤、水閘、堰等工程，于山谷、 河道或低洼地區(qū)形成的人工水域。 2、作用有防洪、水力發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、城鎮(zhèn)供 水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游、改善環(huán)境等。 3、同時(shí)要防止水庫(kù)的淤積、滲漏、塌岸、浸沒。 水質(zhì)變化和對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊憽?9.3 9.3 防洪工程防洪工程(Flood Control Engineering) 長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程包括一座混凝土重力大壩， 一座壩后式水電站、一座永久性通航船閘和一架升船機(jī)。 高峽出平湖 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-engine

18、ering measures of Flood Control) 1、定義：是指通過法令、政策、經(jīng)濟(jì)手段和工程以外的 其它技術(shù)手段，以減少洪災(zāi)損失的措施。采用防洪非工 程措施是由于只靠工程措施既不能解決全部防洪問題， 又受費(fèi)用制約。 2、基本內(nèi)容： （1）洪泛區(qū)管理； （2）行洪道清障； （3）洪水保險(xiǎn)； （4）洪水預(yù)報(bào)警報(bào)系統(tǒng)； （5）超標(biāo)準(zhǔn)洪水緊急措施； （6）救災(zāi)。 9.4 9.4 前景展望前景展望(Prospects ) 水是人類生存之源。據(jù)報(bào)道到2025年，水資源的缺 乏將威脅到全球近30億人的糧食供應(yīng)以及世界各地沼澤 地和其它生態(tài)系統(tǒng)的健康與生產(chǎn)力。包括中國(guó)大陸在內(nèi) 的29個(gè)國(guó)家和地區(qū)的大約4.5億人已面臨缺水問題。 我國(guó)是一個(gè)干旱、缺水嚴(yán)重的國(guó)家。淡水資源總量 占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居 世界第四位，但人均不足2200 m3，僅為世界平均水平 的1/4。 南水北調(diào)總體規(guī)劃為東線、中線和西線三條調(diào)水線路，通過三條 調(diào)水線路與長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫 三縱”為主體的總體布局，以利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)