第9章 水利水电工程(2).ppt

第9章水利水电工程,ANHUIUNIVERSITYOFARCHITECTURE,AIAI,,,,前景展望,防洪工程,水电工程,农田水利工程,水利工程目的是控制或调整天然水在空间和时间上的分布，防止或减少旱涝洪水灾害，合理开发和利用水利资源，为工农业生产和人民生活提供良好的环境和物资条件。,水利工程包括农田水利工程（排水灌溉）；治河工程；防洪工程；跨流域调水工程；水利发电工程；内河航道工程等。,都江堰,都江堰飞沙堰,公元前256年，秦国蜀郡太守李冰和他的儿子，吸取前人的治水经验，率领当地人民，主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的整体规划是将岷江水流分成两条，其中一条水流引入成都平原，这样既可以分洪减灾，又可以引水灌田、变害为利。主体工程包括鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口进水口。1、宝瓶口的修建过程首先，李冰父子邀集了许多有治水经验的农民，对地形和水情作了实地勘察，决心凿穿玉垒山引水。由于当时还未发明火药，李冰便以火烧石，使岩石爆裂，终于在玉垒山凿出了一个宽20公尺，高40公尺，长80公尺的山口。因其形状酷似瓶口，故取名“宝瓶口”，把开凿玉垒山分离的石堆叫“离堆”。之所以要修宝瓶口，是因为只有打通玉垒山，使岷江水能够畅通流向东边，才可以减少西边的江水的流量，使西边的江水不再泛滥，同时也能解除东边地区的干旱，使滔滔江水流入旱区，灌溉那里的良田。这是治水患的关键环节，也是都江堰工程的第一步。2、分水鱼嘴的修建过程宝瓶口引水工程完成后，虽然起到了分流和灌溉的作用，但因江东地势较高，江水难以流入宝瓶口，为了使岷江水能够顺利东流且保持一定的流量，并充分发挥宝瓶口的分洪和灌溉作用，修建者李冰在开凿完宝瓶口以后，又决定在岷江中修筑分水堰，将江水分为两支一支顺江而下，另一支被迫流入宝瓶口。由于分水堰前端的形状好像一条鱼的头部，所以被称为“鱼嘴”。鱼嘴的建成将上游奔流的江水一分为二西边称为外江，它沿岷江河雨顺流而下；东边称为内江，它流入宝瓶口。由于内江窄而深，外江宽而浅，这样枯水季节水位较低，则60的江水流入河床低的内江，保证了成都平原的生产生活用水；而当洪水来临，由于水位较高，于是大部分江水从江面较宽的外江排走，这种自动分配内外江水量的设计就是所谓的“四六分水”。3、飞沙堰的修建过程为了进一步控制流入宝瓶口的水量，起到分洪和减灾的作用，防止灌溉区的水量忽大忽小、不能保持稳定的情况，李冰又在鱼嘴分水堤的尾部，靠着宝瓶口的地方，修建了分洪用的平水槽和“飞沙堰”溢洪道，以保证内江无灾害，溢洪道前修有弯道，江水形成环流，江水超过堰顶时洪水中夹带的泥石便流入到外江，这样便不会淤塞内江和宝瓶口水道，故取名“飞沙堰”。飞沙堰采用竹笼装卵石的办法堆筑，堰顶做到比较合适的高度，起一种调节水量的作用。当内江水位过高的时候，洪水就经由平水槽漫过飞沙堰流入外江，使得进入时瓶口的水量不致太大，保障内江灌溉区免遭水灾；同时，漫过飞沙堰流入外江的水流产生了游涡，由于离心作用，泥砂甚至是巨石都会被抛过飞沙堰，因此还可以有效地减少泥沙在宝瓶口周围的沉积。在李冰的组织带领下，人们克服重重困难，经过八年的努力，终于建成了这一历史工程----都江堰。,,水利工程与其他工程相比，具有如下特点①影响面广。水利工程规划是流域规划或地区水利规划的组成部分，而一项水利工程的兴建，对其周围地区的环境将产生很大的影响，既有兴利除害有利的一面，又有淹没、浸没、移民、迁建等不利的一面。②水利工程一般规模大，投资多，技术复杂，工期较长。由于水利工程具有自身的特点，以及社会各部门对水利事业日益提出更多和更高的要求，促使水利学科在20世纪上半叶逐渐成为独立的科学。,,,,三峡工程,中国七大江河,注1.流域面积万km22.河长（km）3.年均降水深（mm）4.年均径流量（亿m3）,9.1农田水利工程,农田水利工程主要包括灌溉工程和排涝工程，解决农田的灌溉和排涝，以及土壤改良工作。,9.1.1灌溉与排水,灌溉当农田水分不能满足作物需要时,应增加水分；,排水当农田水分过多时,则应减水；,踩水灌溉,吸水灌溉,②喷灌,工作形式及原理多用固定式、半固定式和移动式，主要由管道和喷头组成。当需要灌溉时，打开管道上的阀门，压力水自喷头洒出，形成均匀的水滴洒布在农田里，有时也称为人工降雨灌溉。,1.灌溉方法,①地面灌溉,a.自流灌溉将地面水直接引入农田内。,b.提水灌溉或扬水灌溉利用水泵引水。,山东淄博采用风车动力，通过三级提水，扬程80米，输水到山头村2000立方米的蓄水池中，有效解决了山地旱田灌溉问题，节约了成本，实现了能源的综合利用。,工作原理在地下修建专门管道网,通过安装在毛管上的滴箭、滴头、滴管带或其他孔口式灌水器将水一滴滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水形式。,③滴灌,在植物的根部采用滴灌,TORO蔬菜滴灌，远处是铺管机,2003年11月28日，在新疆塔里木沙漠公路边，一名工人正在连接滴灌用的管子。塔里木沙漠公路绿化工程是国家大型生态建设项目，工程全线采用管道供水技术，采用就地采水、分散供水、滴水灌溉，年耗水总量不超过600万立方米，不会因抽取地下水引起沙漠地区生态的进一步恶化。该工程于03年8月底开工，计划2005年建成。届时，塔克拉玛干沙漠将出现一条长达446公里、平均宽度74米的“绿色走廊”。,④微灌,工作原理利用折射式、旋转式或辐射式微型喷头将水喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式。,园林微喷1,园林微喷2,园林微喷3,园林微喷4,防盗接头埋式喷头,喷头以混凝土结构固定,2.灌溉水源,主要有天然河水、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.农田排水,主要目的排除地面积水和降低地下水位。,排水形式有自流排水和借助水泵扬水排出两种形式。,排水系统可分为明沟排水系统和暗沟排水系统。,明沟排水,9.1.2取水工程,取水工程的作用将河水引入渠道，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。,1.无坝取水,无坝取水渠首一般由进水闸、冲沙闸和导流堤三部分组成。,无坝取水流量一般不要超过河流量的30，否则难以保证其他水渠都能引取足够的流量。,都江堰分水工程──鱼嘴,公元前256年秦灭西周后，在蜀守李冰的主持下，修建了举世闻名的都江堰。工程建于岷江冲积扇地形上，为无坝引水渠系。渠首工程主要由鱼嘴、宝瓶口和飞沙堰3部分组成。,2.有坝（低坝）取水,①定义修建壅水坝或拦河节制闸，抬高水位，自流引水灌溉，形成有坝引水。,②有坝取水枢纽的建筑物组成,由壅水坝（闸）、进水闸、排沙闸、沉沙池及防洪堤等组成。,③有坝取水与无坝取水比较,主要优点可避免河流水位变化的影响，并且能稳定引水流量。,主要缺点修建闸坝费用相当大，河床需有适合的地质条件。,在今山西太原西南晋水上的智伯渠，是一座有坝取水工程，汾河下游也曾引黄河水灌溉。,3.抽水取水,条件当河流水量比较丰富，但灌区位置较高，修建其他自流引水工程困难或不经济时，可就近抽水取水。,4.水库取水,条件当河流的流量、水位均不能满足灌溉要求时，就需在河流的适当地点修建水库进行径流调节，解决来水和用水之间的矛盾。,密云水库坝型为粘土斜墙土坝，最大坝高66m，坝顶长度960m,控制流域面积15788km2,多年平均流量50m3/s，总库容43.75亿立方米，设计灌溉面积400万亩。,9.1.3灌溉泵站与排水泵站,1.灌溉泵站,设置泵站的条件,当水灌区的位置比较高，水源的水不可能进行自流灌溉时，可根据当地的具体情况，在水库上游或下游、河边、渠道上设置水泵站进行抽水灌溉。,①泵站规划和灌区划分,一处建站单级扬水是在灌区面积较小，地形比较单一，扬程又不大时；,分区建站多级扬水是在灌区面积较大，地形复杂，高程有高有低时采用。,,②泵站建筑物布置,水泵站建筑物的组成一般由引水渠、进水池、泵房、出水管和出水池等。其中泵房中的水泵机组是主要设备。,有引水渠形式当水源与出水池之间地形比较平缓，且相距又较远时，常采用,无引水渠形式当站址处于地形较陡或灌区距水源较近时，将泵站修建在水源岸边，直接从水源取水。,2.排水泵站,①规划原则,高低水分开；主客水分开；洪涝水分开；以自排为主，机排为辅；排水时间由各种作物能耐淹的水深和耐淹的时间确定，力求及时排水。,②站点布局,集中建站的条件及优点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。优点是排水站的单位装机容量小、成本低，输电线短，便于集中管理。,分散建站的条件及优点排水区水网密集，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。优点是泵站与排水渠的工程量小，收效书，便于管理,二级排水是在低洼地区分别用泵站将涝水扬入蓄涝区，再用大泵站扬水或自排到承泄区；亦可自排配合泵站扬水至蓄涝区，再用大泵站扬水或自排入承泄区。,排水方式可分一级排水与二级排水。,（2）一级排水与二级排水,一级排水是由泵站直接将涝水排入承泄区（河流或有泄水的湖泊）或由泵站将涝水先排入蓄涝区（洼地暂蓄），待承泄区水位下降开闸自排。,,,③排水泵站的布置,对于地势适中，附近农田有排水灌，可建排灌结合泵站。,9.1.4渠首工程与渠系建筑物,渠系建筑物渠道所经过地方的建筑物。,灌溉排水系统各级灌溉渠道、各级排水沟道、各种渠系建筑物和田间工程的统称。,1.渠道断面,①复式断面当渠道深度较大，或渠道经过不同的土壤时，可采用复式断面，随浓度采用不同边坡。,②矩形断面在坚固岩石中，为减少挖方，采用矩形断面。,③半填半挖断面在半原地区断面大的渠道常采用这种形式，既可减少土方，又可利用弃土。,2.渠道的流速与流量,①渠底坡度渠道的两端底部高度差与坡底的长度比。流速大小主要取决于渠底坡降的大小。,②不冲流速不致引起渠道冲刷的最大允许流速。,③不淤流速不致引起渠道淤积的最小流速。,所以在设计时，应使渠道流速介于上述两种流速之间。,3.渠道的渗透损失及防渗措施,①渠道的水量损失的因素主要是渗透，其次是蒸发。在灌溉渠道中，有时渗透损失可达渠道流量的50～60。,②渠道渗透损失随时间增长而逐渐减少，其原因是一是渗透使土壤细颗粒移动，细颗粒填充了土壤中的空隙；二是水流中的悬浮质和溶解盐进行渠床的土壤中，形成透水性的铺盖。,③防止渗透的方法一是提高渠床土壤的不透水性；二是衬砌渠床。,,4.渠系建筑物（交叉建筑物,连接建筑物,水闸等）,①交叉建筑物当渠道穿越山冈、河流、山谷、道路、低洼地带或与其他渠道相遇时必须修建交叉建筑物，如隧洞、涵洞等。,②连接建筑物将渠道分段，使相邻段之间形成集中落差，把上下两段渠道连接起来的建筑物，主要有跌水和陡坡两种。,③水闸它是渠系上应用最广泛的一种建筑物按作用可分为进水闸、分水闸、节制闸、泄水闸和排沙闸。,,,9.2水电工程,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19200亿千瓦时，占全世界可开发水能资源总量的16.7,居世界第一位。,水力发电的突出优点,①以水为能源，水可周而复始地循环供应，是永不枯竭的能源；,②水力发电不会污染环境，成本比火力发电低很多。,9.2.1水电站开发方式和主要类型,水力发电除了需要流量之外，还需要集中落差。,①天然集中落差的瀑布黄果树瀑布、壶口瀑布等。,②采用人工方法集中落差的形式坝式水电站、引水式水电站、抽水蓄能电站、潮汐电站。,1.坝式水电站（河床式,坝后式,溢流式,混合式）,①河床式水电站其特点只建有低坝，水库容量和调节能力均较小，主要依靠河流的天然流量发电，又称为径流式水电站。,,,②坝后式水电站特点水力发电站的厂房紧靠挡水大坝下游，发电引水压力钢管通过坝体进入水电站厂房内的水轮机室。如黄河上的刘家峡和三门峡水电站厂房、湖北丹江口水电站厂房等。,③溢流式（泄水式）水电站按泄水孔的位置不同分为在尾水管上泄洪和在蜗壳上泄洪。目前多采用在尾水管上泄水形式，如葛州坝水电站厂房。,,2.引水式电站,它主要或全部用引水道集中水头，其厂房多兴建于地下。,3.抽水蓄能电站,它实际上是一种在时间上把能量重新分配的特殊水电站。即当电力系统负荷处于低谷时，利用火电站等以抽水蓄能的方式把能量蓄存在水库中；在电力系统高峰负荷时将蓄存的水量进行发电（如广州抽水蓄能电站）。,,利用尾水管道来集中落差或增加落差，往往应用在下游水位变化不大和地质条件较好的情况下，如图c所示。在这种情况下，水电站厂房通常布置在地下或很深的挖方中,4.潮汐电站,利用潮水涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。,其突出优点具有不间断发电的潜力，潮流可以连续12h向一个方向运动，在经过短暂的停顿后再向另一个方向运动。,目前世界上已投入运行的潮汐电站有法国朗斯潮汐电站（最大）、我国浙江省温岭的江厦潮汐试验电站（第三大）。,,9.2.2水电站建筑物,1.水电站建筑物的布置类型,①河床式水电站建筑物的布置这种布置适用于较低水头，一般在3040m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。,②坝后式水电站建筑物的布置这种布置适用于水头较高，超过3040m时，由于压力大，厂房本身的重量不足以维持其稳定。,③引水式水电站建筑物的布置由于地形、地质条件，坝后不能布置电站或无坝引水，采用此方式。,2.水电站建筑物的作用,①挡水建筑物,②泄水建筑物,③进水建筑物,④引水建筑物,⑤平水建筑物,⑥发电、变电或配电建筑物,9.3防洪工程,防洪主要包括防御洪水危害人类的对策、措施和方法。,防洪工作的基本内容建设、管理、防汛和科学研究。,9.3.1防洪规划,防洪规划的定义,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，包括国家确定的重要江河、湖泊的流域防洪规划，其他江河、河段、湖泊的防洪规划以及区域防洪规划。,1.防洪规划的原则,统筹规划、综合利用、蓄泄兼筹、因地制宜、区别对待设计洪水和超标准洪水、防洪工程与防洪非工程措施结合。,2.防洪规划的内容,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、防洪收益分析。,9.3.2防洪工程,防洪工程的几个定义,①防洪区指洪水泛滥可能淹及的地区，分为洪泛区、蓄滞洪区和防洪保护区。,②洪泛区指尚无工程设施保护的洪水泛滥所及的地区。,③蓄滞洪区指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊等。,④防洪保护区指在防洪标准内受防洪工程设施保护的地区。,⑤防洪工程控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。,防洪工程按功能和兴建目的分类,①挡主要是是运用工程措施挡住洪水对保护对象的侵袭。,②泄主要是增加泄洪能力。,③蓄（滞）主要是拦蓄（滞）调节洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。,西班牙洪水,泄洪,1.堤坝,定义沿河、渠、湖、湖岸边或行洪区、分洪区（蓄洪区）、围垦区边缘修筑的挡水建筑物。,堤坝的作用,①防御洪水泛滥、保护居民、田庐和各种建设；,②限制分洪区、行洪区的淹没范围；,③围垦洪泛区或海滩，增加土地开发利用的面积；,④抵挡风浪或抗御海潮；,⑤约束河道水流，控制流势，加大流速，以利于泄洪排沙。,中国主要堤防11,中国主要堤防21,2.河道整治,河道整治包括控制和调整河势，裁弯取直，河道展宽和疏浚等。,3.分洪工程,分洪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。,,,三峡工程最重要的功能就是防洪。等蓄水至175米，三峡水库的防洪库容将达到221.5亿立方米，相当于4个荆江分洪区的可蓄洪水量。遇特大洪水，调节三峡库容能有效调控洪水，保护长江中下游至少1500万人口和150万公顷耕地。据史料记载，自汉朝到清朝的2100年间，长江洪水平均不到十年就有一次大的泛滥。解除长江洪患，是中下游人民世世代代的梦想。经三峡水库调蓄，可使荆江段防洪标准由现在的十年一遇提高到百年一遇。,分洪工程的组成由进洪设施与分洪道、蓄滞洪区、避洪措施、泄洪排水设施等部分组成。,分洪道分洪闸,蓄滞洪区,,,4.水库,9.3.3防洪非工程措施,定义指通过法令、政策、经济手段和工程以外的其他技术手段，以减少洪灾损失的措施。,基本内容洪泛区管理；行洪道清障；洪水保险；洪水预报警报系统；超标准洪水紧急措施；救灾。,水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。,