第六章 水利工程概述

第六章水利工程概述6.1農(nóng)田水利工程6.2防洪工程6.3水利發(fā)電工程6.4給水排水工程

本章提要重點(diǎn)—了解水利工程的分類了解農(nóng)田水利工程、防洪工程

的基本內(nèi)容掌握給水排水工程的分類及其

組成內(nèi)容

所謂水利，就是人類社會(huì)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)行控制和調(diào)配，以防治水旱災(zāi)害，開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)水資源。研究這類活動(dòng)及其對(duì)象的技術(shù)理論和方法的知識(shí)體系稱為水利科學(xué)。用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，以達(dá)到除害興利目的而修建的工程稱為水利工程。

治理水害和開(kāi)發(fā)水利都需要通過(guò)水工建筑物來(lái)實(shí)現(xiàn)。水工建筑物的類型：

擋水建筑物：阻擋或攔束水流，調(diào)解上游水位。

以水壩（橫跨河道）和河堤（沿水流方向位于河道兩側(cè)）為代表。

泄水建筑物：保證從水庫(kù)中安全可靠地放泄多余或需要的水量，設(shè)置在壩體上或附近河岸。以溢洪道、水閘為代表。專門水工建筑物以水力發(fā)電站、各種輸水渠道為代表。水利工程具有下列特點(diǎn)：工作條件復(fù)雜，施工難度大；受各地的自然條件影響大；大型水利工程投資大，工期長(zhǎng)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境有很大影響。

水利工程按照其服務(wù)對(duì)象的不同：防洪工程、農(nóng)田水利工程、灌溉和排水工程、水力發(fā)電工程、航道與港口工程、水土保持、城鎮(zhèn)供水與排水工程等。按照其對(duì)水的調(diào)配作用的不同：蓄水工程、排水工程、取水工程、輸水工程、提水工程、水質(zhì)凈化工程、污水處理工程。農(nóng)田水利工程主要包括灌溉工程和排水工程。即通過(guò)興建和運(yùn)用各種水利工程措施，解決農(nóng)田的灌溉和排澇，改善農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件，以及土壤改良工作等。第一節(jié)農(nóng)田水利工程噴灌微噴1、灌溉方法：地面灌溉、噴灌、微噴等幾種形式。2、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(guò)后的排放污水，高山融雪和地下水。3、農(nóng)田排水：排除地面面積水和降低地下水位，有明溝排水系統(tǒng)、暗管排水系統(tǒng)和豎井排水系統(tǒng)?！?.1.1

灌溉工程

用人工設(shè)施將水輸送到農(nóng)業(yè)土地上，補(bǔ)充土壤水分、改善作物生長(zhǎng)發(fā)育條件稱為灌溉。灌溉系統(tǒng)一般由灌溉渠首工程和輸水建筑物組成。一、取水工程取水工程的作用是將河水引入渠道，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。取水方式：1、無(wú)壩取水：河流的流量、水位均滿足灌溉要求時(shí)2、有壩（低壩）取水：滿足灌區(qū)的用水要求，但水位太低時(shí)3、抽水取水：河流的水量比較豐富，但灌區(qū)位置較高時(shí)

4、水庫(kù)取水：河流的流量、水位均不能滿足灌溉要求時(shí)灌溉取水方式示意圖二、輸水建筑物輸水建筑物---為實(shí)現(xiàn)將灌溉水引入灌區(qū)或者將多余的水排出灌區(qū)的水利工程設(shè)施。輸水建筑物則由渠道以及（水閘、渡槽、隧道等）渠系建筑物組成。渠道斷面示意圖矩形復(fù)式斷面梯形有擋土墻矩形斷面盤山斷面半填半挖斷面1、渠道2、渠道的滲透損失及防滲措施渠道的水量損失，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。渠道的滲透損失及防滲措施提高渠床土壤的不透水性淤填法機(jī)械壓實(shí)法襯砌渠床草皮護(hù)面粘土襯砌石料襯砌混凝土及鋼筋混凝土襯砌3、渠系建筑物

交叉建筑物：用以穿越河渠、洼谷道路等障礙物，如渡槽、涵洞、隧洞等。

屬于渠系建筑物的一種，實(shí)際上就是一種過(guò)水橋梁，用來(lái)輸送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地或道路等。渡槽常用砌石、混凝土或鋼筋混凝土建造。渡槽主要由進(jìn)出口段、槽身、支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等構(gòu)成。槽身橫斷面型式以矩形和U形斷面居多。支承結(jié)構(gòu)的型式有梁式、拱式、斜拉式等。

渡槽

水閘

水閘是一種低水頭水工建筑物，既可用來(lái)?yè)跛?，又可用?lái)泄水，并可通過(guò)閘門控制泄水流量和調(diào)節(jié)水位。

第二節(jié)防洪工程防洪工程是指控制、防御洪水以減免洪災(zāi)損失所修建的工程。主要有擋水結(jié)構(gòu)工程、河道整治工程、分洪工程和水庫(kù)等。按功能和興建目的分為：擋、泄（排）和蓄（滯）。根據(jù)擋水方向的不同，擋水結(jié)構(gòu)可以分為大壩和防洪堤兩類。1、擋主要是運(yùn)用工程措施"擋"住洪水對(duì)保護(hù)對(duì)象的侵襲。如用河堤、湖堤防御河、湖的洪水泛濫；用圍堤保護(hù)低洼地區(qū)不受洪水侵襲等。利用具有擋水功能的防洪工程，是最古老和最常用的措施。2、泄

3、蓄（滯）主要作用是攔蓄（滯）調(diào)節(jié)洪水，削減洪峰，減輕下游防洪負(fù)擔(dān)。如利用水庫(kù)、分洪區(qū)（含改造利用湖、洼、淀等）工程等。

水庫(kù)除可起防洪作用外，還能蓄水調(diào)節(jié)徑流，利用水資源，發(fā)揮綜合效益，成為近代河流開(kāi)發(fā)中普遍采取的措施。主要是增加泄洪能力。常用的措施有修筑河堤、整治河道等，是平原地區(qū)河道較為廣泛采用的措施。

壩是水庫(kù)樞紐工程中的主體建筑。壩按筑壩材料可分為土石壩、混凝土壩和橡膠壩等；而按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為重力壩、拱壩和支墩壩等。4、壩①重力壩

重力壩主要是依靠壩體自重來(lái)抵抗水壓力及其他外荷載、維持自身的穩(wěn)定。重力壩的斷面基本呈三角形，筑壩材料為混凝土或漿砌石。目前世界上最高的混凝土重力壩是瑞士的大狄克桑斯壩，壩高285m。重力壩常修筑在巖石地基上，相對(duì)安全可靠，耐久性好，抵抗?jié)B漏、洪水漫溢、自然災(zāi)害能力強(qiáng)；設(shè)計(jì)、施工技術(shù)較為簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行機(jī)械化施工。

其主要缺點(diǎn)是體積大，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，對(duì)穩(wěn)定控制要求高等。

圖-3.3.3重力壩示意圖②拱壩

拱壩在平面上呈凸向上游的拱形，拱的兩端支承于兩岸的山體上。拱壩一般是利用兩端拱座的反力，同時(shí)還依靠自重來(lái)維持壩體穩(wěn)定。拱壩比重力壩更能充分地利用壩體的強(qiáng)度，其體積較重力壩為小，其超載能力比其他壩型為高。主要缺點(diǎn)是對(duì)壩址河谷形狀及地基要求較高。拱壩按筑壩材料可分為混凝土拱壩和漿砌石拱壩。③土石壩

土石壩是利用當(dāng)?shù)赝亮稀⑹匣蛲潦旌狭隙阎傻膲涡汀Ｍ潦瘔蔚膬?yōu)點(diǎn)是筑壩材料取自當(dāng)?shù)兀?jié)省材料；對(duì)壩基要求較低；抗震性能好。缺點(diǎn)是需另行修建泄水建筑物，抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力差。

土石壩一般由壩身、防滲設(shè)施、排水設(shè)施和護(hù)坡等部分組成。

根據(jù)土料在壩體內(nèi)的分布情況和防滲體位置不同，碾壓式土石壩可按下列分類。

(1)均質(zhì)壩。壩體由一種透水性較弱的土料填筑而成。

(2)多種土質(zhì)壩。壩體由幾種不同土料所構(gòu)成，防滲料位于壩體上游或中間。

(3)心墻壩。防滲料位于壩體中間，用透水性較好和抗剪強(qiáng)度較高的砂石料作壩殼。

(4)斜墻壩。壩體由透水性較好和抗剪強(qiáng)度較高的砂石料筑成，防滲體位于壩體上游面。圖-3.3.7土壩的組成5、堤

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。常見(jiàn)形式有：土堤、石堤、土石混合堤、混凝土防洪墻及較先進(jìn)的橡膠壩。生態(tài)混凝土球堤水庫(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。

水庫(kù)的作用有防洪、水力發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、城鎮(zhèn)供水、養(yǎng)殖、旅游、改善環(huán)境等。同時(shí)要防止水庫(kù)的淤積、滲漏、塌岸、浸沒(méi)。水質(zhì)變化和對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊憽?、水庫(kù)磨子潭水庫(kù)第三節(jié)水利發(fā)電工程我國(guó)水能資源理論蘊(yùn)藏量為6.76億千瓦，其中可開(kāi)發(fā)量3.78億千瓦，年發(fā)電量19200億千瓦時(shí)，占全世界可開(kāi)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(lái)講，兩者可相互補(bǔ)充。一、水電站開(kāi)發(fā)方式和主要類型根據(jù)集中落差的方式不同，可將水電站分為以下兩種方式：堤壩式開(kāi)發(fā)引水式開(kāi)發(fā)1、堤壩式水電站富春江河床式水電站壩后式水電站在河床上游修建攔河壩，將水積蓄起來(lái)，抬高上游水位，形成發(fā)電水頭的電站稱為堤壩式水電站。2、引水式水電站引水式開(kāi)發(fā)主要或全部用引水道來(lái)集中水頭。引水式電站的流量較小但是水頭很高。青海仙米水電站3、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。4、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(lái)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(wàn)億度。法國(guó)朗斯潮汐電站第四節(jié)給水排水工程給排水工程是土木工程的一個(gè)分支，是城市基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)組成部分。城市的人均耗水量和排水處理比例，往往反映出一個(gè)城市的發(fā)展水平。給水工程包括城市給水和建筑給水兩部分。城市給水解決城市區(qū)域供水問(wèn)題；建筑給水解決一棟具體的建筑物的供水問(wèn)題?！?.4.1

給水工程

一、城市給水城市給水系統(tǒng)的組成一般由取水工程、輸水工程、水處理工程和配水管網(wǎng)工程四者組成。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：（1）保證供應(yīng)城市的需要水量；（2）保證供水水質(zhì)符合國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；（3）保證不間斷地供水、提供規(guī)定的服務(wù)水壓和滿足城市的消防要求。城市給水系統(tǒng)的分類根據(jù)水源性質(zhì)分類：地面水給水系統(tǒng)、地下水給水系統(tǒng)根據(jù)給水方式分類：重力給水系統(tǒng)、壓力給水系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)對(duì)象分類：城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)、工業(yè)給水系統(tǒng)一座城市的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃、其地形、水源狀況和用水要求等因素，使得城市給水系統(tǒng)千差萬(wàn)別，但概括起來(lái)有下列幾種：1.統(tǒng)一給水系統(tǒng)當(dāng)城市給水系統(tǒng)的水質(zhì)，均按生活用水標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一供應(yīng)各類建筑作生活、生產(chǎn)、消防用水，則稱此類給水系統(tǒng)為統(tǒng)一給水系統(tǒng)。這類給水系統(tǒng)適用于中、小型城市、工業(yè)區(qū)或大型廠礦企業(yè)中用水戶較集中、地形較平坦，且對(duì)水質(zhì)、水壓要求也比較接近的情況。2.分質(zhì)給水系統(tǒng)

當(dāng)一座城市或大型廠礦企業(yè)的用水，因生產(chǎn)性質(zhì)對(duì)水質(zhì)要求不同，特別對(duì)用水大戶，其對(duì)水質(zhì)的要求低于生活用水標(biāo)準(zhǔn)，則適宜采用分質(zhì)給水系統(tǒng)。分質(zhì)給水系統(tǒng)3.分壓給水系統(tǒng)

當(dāng)城市或大型廠礦企業(yè)用水戶要求水壓差別很大時(shí)，可以采用并聯(lián)和串聯(lián)分壓給水系統(tǒng)。分壓并聯(lián)給水系統(tǒng)4.分區(qū)給水系統(tǒng)

將整個(gè)系統(tǒng)分成幾個(gè)區(qū)，各區(qū)之間采取適當(dāng)?shù)穆?lián)系，而每區(qū)有單獨(dú)的泵站和管網(wǎng)。采用分區(qū)系統(tǒng)技術(shù)上的原因是為使管網(wǎng)的水壓不超過(guò)水管能承受的壓力。

分區(qū)給水系統(tǒng)二、增壓、貯水設(shè)備1、水泵：是給水系統(tǒng)中的主要升壓設(shè)備。虹吸式水泵流量大、揚(yáng)程低，在城市供水管網(wǎng)中應(yīng)用較多；在建筑內(nèi)部的給水系統(tǒng)中，一般采用離心式水泵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高且流量和揚(yáng)程在一定范圍內(nèi)可以調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。水泵2、水箱

按用途分，有高位水箱、減壓水箱、沖冼水箱、斷流水箱等。

制作材料，有鋼板（普通、鍍鋅、復(fù)合和不銹鋼板）、鋼筋混凝土、塑料和玻璃鋼等。水箱配管附件示意圖3、貯水池：是貯存和調(diào)節(jié)水量的構(gòu)筑物。

其有效容積應(yīng)根據(jù)生活（生產(chǎn)）調(diào)節(jié)水量、消防貯備水量和生產(chǎn)事故備用水量確定。4、氣壓給水設(shè)備：利用密閉罐中壓縮空氣的壓力變化，調(diào)節(jié)和壓送水量，在給水系統(tǒng)中主要起增壓和水量調(diào)節(jié)作用。三、建筑給水

為工業(yè)與民用建筑物內(nèi)部和居住小區(qū)范圍內(nèi)生活設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備提供符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及水量、水壓和水溫要求的生活、生產(chǎn)和消防用水的總稱。供給居住小區(qū)范圍內(nèi)建筑物內(nèi)外部生活、生產(chǎn)、消防用水的給水系統(tǒng)，包括建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)與居住小區(qū)給水系統(tǒng)兩類。建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)1、給水方式指建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)的供水方案。基本類型：直接給水方式、設(shè)水箱的給水方式、設(shè)水泵的給水方式、設(shè)水泵和水箱的給水方式、分區(qū)給水方式、分質(zhì)給水方式等。直接給水系統(tǒng)設(shè)水箱的給水系統(tǒng)設(shè)水泵的給水方式2、高層建筑物供水

高層建筑必須在垂直方向分成幾個(gè)區(qū)，采用分區(qū)供水的系統(tǒng)。

城市給水網(wǎng)的供水壓力往往不能滿足高層建筑的供水要求，需要另行加壓。所以在高層建筑的底層或地下室要設(shè)置水泵房，用水泵將水送到建筑上部的水箱。高層建筑給水示意圖分區(qū)給水方式分質(zhì)給水方式3、中水系統(tǒng)

定義：將各類建筑或建筑小區(qū)使用后的排水，經(jīng)處理達(dá)到中水水質(zhì)要求后，回用于廁所便器沖洗、綠化、洗車、清掃等各雜用水用水點(diǎn)的一整套工程設(shè)施。組成：中水原水系統(tǒng)、處理系統(tǒng)及給水系統(tǒng)。作用：可實(shí)現(xiàn)污水、廢水資源化，既節(jié)省了水資源，又使污水無(wú)害化。在環(huán)保，緩解水資源不足方面起到了重要作用。高層建筑用水量一般均較大，設(shè)置中水系統(tǒng)也就具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。一、城市排水系統(tǒng)

從總體看，城市排水系統(tǒng)由收集（管渠）、處理（污水廠）和處置三方面的設(shè)施組成?！?.4.2