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水利公共知识(一)

信息来源:           发布日期:2018-06-27 08:55

一、自然地理

(1)          我国地势地貌

我国地势西高东低,自西向东逐级下降,形成一个层层降低的阶梯状斜面,成为我国地貌总轮廓的显著特征。青藏高原是我国地势的第一级阶梯,平均海拔4000m以上;素有世界屋脊之称的珠穆朗玛峰海拔8844.43m,为世界第一高峰,其北部与东部边缘分布有昆仑山脉、祁连山脉、横断山脉,是地势一级、二级阶梯的分界线。地势的第二级阶梯上分布着大型盆地和高原,平均海拔10002000m。跨过第二级阶梯东缘的大兴安岭、太行山、巫山和雪峰山,向东直达太平洋沿岸,是我国地势的第三级阶梯,此阶梯上分布着广阔的平原,间有丘陵和低山,海拔多在500m以下。

我国地势、地貌特点对河流的影响最显著。我国著名的江河大都发源于第一、第二级地形阶梯上,自西向东流注,沟通了东西之间的交通,加强了沿海与内陆的联系。在地势呈阶梯状急剧下降的地段,河流下切,坡大流急,峡谷栉比,水力资源丰富,适于大型水利水电枢纽工程的梯级开发。

(2)          我国气候

我国的大部分地区位于北温带,气候温和,四季分明,大陆性季风气候是我国气候的主要特点。每年9月至次年4月,干寒的冬季风从西伯利亚和蒙古高原吹来,寒冷干燥,南北温差甚大;每年的49月,暖湿的夏季风从东部和南部海洋吹来,普遍高温多雨,南北温差甚小。

年降水量的空间分布规律是从东南沿海向西北内陆递减,各地区差别很大。大致是沿海多于内陆,南方多于北方,山区多于平原,山地迎风坡多于背风坡。

降水量的时间变化表现在两个方面,即季节变化和年际变化。季节变化是一年内降水量的分配状况,其分配特征是南方雨季开始早,结束晚,雨季长,集中在510月;北方雨季开始晚,结束早,雨季短,集中在78月。全国大部分地区夏秋多雨,冬春少雨。年际变化是年与年之间的降水分配情况,大多数地区降水量年际变化较大,一般是多雨区年际变化较小,少雨区年际变化较大;沿海地区年际变化较小,内陆地区年际变化较大,而以内陆盆地年际变化最大。

干湿状况是反映气候特征的指标之一,一个地方的干湿程度由降水量和蒸发量的对比关系决定,降水量大于蒸发量,该地区就湿润,降水量小于蒸发量,该地区就干燥。干湿状况与天然植被类型及农业等关系密切。我国各地干湿状况差异很大,共划分为4个干湿地区:湿润区、半湿润区、半干旱区和干旱区。

(3)          我国水系

据统计,我国河流总长度约为42km,流域面积超过100km2的河流达5万多条,流域面积超过1000km2的河流有1500多条。这些河流由水利部的派出机构,即七大流域机构进行管理,其名称及机关所在地分别为:长江水利委员会――机关所在地为湖北省武汉市;黄河水利委员会――机关所在地为河南省郑州市;海河水利委员会――机关所在地为天津市;淮河水利委员会――机关所在地为安徽省蚌埠市;珠江水利委员会――机关所在地为广东省广州市;松辽水利委员会――机关所在地为吉林省长春市;太湖流域管理局――机关所在地为上海市。

我国的第一大河――长江,全长6397km,发源于青藏高原唐古拉山主峰――各拉丹冬雪山西南侧,干流流经青、藏、滇、川、渝、鄂、湘、赣、皖、苏、沪等11个省、自治区、直辖市,注入东海;黄河全长5464km,为我国第二大河,发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地,流经青、川、甘、宁、内蒙古、晋、陕、豫、鲁等9省、自治区,在山东省注入渤海。

我国淡水湖泊主要分布在长江和淮河中下游,如鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖等。鄱阳湖位于江西省北部、长江的南岸,湖水主要依赖地表径流和湖面降水补给,是我国第一大淡水湖。咸水湖泊有青海湖、呼伦湖、纳木错等湖泊。湖泊具有蓄洪、供水、养殖、航运、旅游、维护生态多样性等多种功能,在整个经济社会持续发展中起着重要作用。

我国国际河流主要分布在东北、西北和西南三大片区,如流经中俄边境的黑龙江、乌苏里江;流经中朝边境的图们江和鸭绿江;流经中缅边境的澜沧江、怒江;流经中哈边境的伊犁河;流经中吉边境的阿克苏河等。

二、水资源

(1)          水能资源的基本定义及特性

水能资源以动能、位能和压能等形式存在于水体中,是可提供动力的水资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源;日常谈及的水能资源管理基本上是狭义的水能资源范畴。

水能资源具有以下特性:

1)从属性。水资源是集水量、水质、水能、水域和水温等多种要素于一体的综合体。水资源的各种要素是不可分割的,分割其中的任何一项,水资源就不能表现出其完整的资源特性。水能是水量和水位差的函数,必须以水为载体,不能离开水体而独立存在;水能是水资源密不可分的组成部分;水能资源依存于水资源之中,从属于水资源。

2)可再生性。受水文循环支配,水资源和水能资源均具有重复再生、循环利用的特点。我国《可再生能源法》也明确了水能是清洁的可再生能源。

3)可调节性。受河川径流随机变化的影响,可利用的水能资源的大小是随机变化的。水能开发是对山川水文在时间和空间上的人为调节和再分配,通过筑坝建库,可增加对水能的调蓄能力,提高水能资源的利用程度,同时,可提高供电的灵活性和经济性。对于水库调节能力比较弱的水电站,丰水期与枯水期、丰水年与枯水年的来水量往往相差很大。

4)综合利用性。对水能资源的开发是非排他的,除可获得水力发电效益外,还可兼顾防洪、灌溉、供水以及航运等效益。多目标利用的各个方面既相互促进、相辅相成,又相互影响、相互制约,因此要综合协调,以取得最大的整体效益。

5)社会公共性。水能开发会引起流域自然环境和生态系统的变化,产生土地淹没、移民等社会问题,水能资源属国家有限自然资源,单纯的垄断性、市场性开发可能引致国家资源的不当分配。因此,水能资源开发不能完全采用市场方式,而必须采取政府统一监管下的准市场方式,进行科学规划、有序开发。

6)流域性。水能资源的空间分布、水生态系统和外部影响场等都贮存于流域单元,经济社会发展与之密不可分。水能资源的开发利用往往会对流域上下游、干支流的水文情势及其他用水功能产生重大影响,必须在流域层面上合理开发和统一管理。

(2)          我国水能资源的分布特点

1)总量并不丰富,人均占有量更低。中国水资源总量居世界第六位,人均占有量为2240立方米,约为世界人均的1/4,在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。

2)地区分布不均,水土资源不相匹配。长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.5%,其水资源量占全国的81%;淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%,其水资源量仅占全国水资源总量的19%

3)年内年际分配不匀,旱涝灾害频繁。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上,连续丰水或连续枯水较为常见。

(3)          水能资源开发利用的原则

水能资源的开发利用,应当坚持统筹规划、合理开发、保护生态、统一管理的原则。

(4)          水能资源使用年限

水能资源使用年限一般为3050年。

三、水利工程

(1)          水利工程基本情况

水利工程:指为了控制、调节和利用自然界的地面水和地下水,以达到除害兴利的目的而兴建的各种工程。

(2)          水利工程范围

为消除水害和开发利用水资源而修建的工程。按其服务对象分为防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、航道和港口工程、供水和排水工程、环境水利工程、海涂围垦工程等。可同时为防洪、供水、灌溉、发电等多种目标服务的水利工程,称为综合利用水利工程。

(3)          水利工程等级划分

工程

等别

工程规模

水库总库容

108m3

   

治涝

灌溉

供水

发电

保护人口(104人)

保护农田面积(104亩)

保护区当量经济规模(104人)

治涝面积(104亩)

灌溉面积(104亩)

供水对象重要性

年引水量

108m3

发电装机容量

MW

大⑴型

10

150

500

300

200

150

特别重要

10

1200

大⑵型

10

1.0

150

50

500

100

300

100

200

60

150

50

重要

10

3

1200

300

中型

1.0

0.10

50

20

100

30

100

40

60

15

50

5

中等

3

1

300

50

小⑴型

0.10

0.01

20

5

30

5

40

10

15

3

5

0.5

一般

1

0.3

50

10

小⑵型

0.01

0.001

5

5

10

3

0.5

0.3

10

 

(4)          水库

水库是人们为了防洪、发电、灌溉、供水、航运等,在山沟或河流的峡口处建造拦河坝,对河川径流在时间和空间上进行重新分配而形成的人工湖泊。

水库一般由挡水建筑物、输水建筑物、泄水建筑物构成。

1)挡水建筑物,如大坝,其作用是拦截河流,抬高水位,形成水库;

2)输水建筑物,如输水隧洞、涵洞、输水管,其作用是输送水量,满足灌溉、发电、供水等兴利需求;

3)泄水建筑物,如溢洪道、泄洪洞、泄洪闸,其作用是宣泄洪水,保证大坝安全。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》,水库规模等级:

大(1)型水库:总库容≥10亿立方米;

大(2)型水库:1亿立方米≤总库容<10亿立方米;

中型水库:0.1亿立方米≤总库容<1亿立方米;

小(1)型水库:0.01亿立方米≤总库容<0.1亿立方米;

小(2)型水库:0.001亿立方米≤总库容<0.01亿立方米。

(5)          水电站

水电站是指将水能转换为电能的综合工程设施。一般包括由挡水建筑物、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。水电站的高水位经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能,再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。

(6)          大坝

按不同的标准,大坝的分类也有所不同。比如,根据抵抗水头压力的机制不同,可分为重力坝和拱坝。重力坝,顾名思义就是利用坝体自身重量来抵抗上游水压力并保持自身稳定,比如著名的三峡大坝就是混凝土重力坝;而拱坝则是像拱桥一样,是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物,借助拱的作用将水压力的全部或部分传到河谷两岸的基岩上,比如美国著名的胡佛拱坝。按筑坝材料的不同,可分为土石坝、混凝土坝、橡胶坝、钢闸门坝等。土石坝的断面一般为梯形,由土料、石料等,经过抛填、碾压等方法筑成,是历史最悠久的一种坝型,比如小浪底大坝;橡胶坝是将充满气体或者水的橡胶固定于河床上,用来挡水,主要用于城市景观、河流生态修复等。另外,按施工方式的不同,大坝还可以分为冲填坝、抛石坝、常规浇注的混凝土坝、碾压混凝土坝等。

(7)          水闸

水闸由闸室、防渗排水、消能防冲、两岸连接等四部分工程组成。

水闸规模等级:

大型水闸:过闸流量≥1000立方米每秒;

中型水闸:100立方米每秒≤过闸流量<1000立方米每秒;

小型水闸:过闸流量<100立方米每秒。

(8)          堤防

堤防是沿江、河、湖、海、渠道或水库、行洪区、分滞洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物,包括堤身和堤基。

依据《堤防工程设计规范》,堤防等级为:

1级:防洪标准[重现期(年)]100

2级:50≤防洪标准[重现期(年)]<100

3级:30≤防洪标准[重现期(年)]<50

4级:20≤防洪标准 [重现期(年)]<30

5级:10≤防洪标准 [重现期(年)]<20

(9)          泵站

泵站工程是将电(热)能转化为水能进行排灌或供水的提水设施,是机电排灌工程的核心。通常由水泵、动力机及辅助设备和相应的配套建筑物组成。

依据《泵站设计规范》,泵站等级为:

大型泵站:设计流量≥50立方米每秒或装机功率≥1万千瓦;

中型泵站:10立方米每秒≤设计流量<50立方米每秒或0.1万千瓦≤装机功率<1万千瓦;

小型泵站:设计流量<10立方米每秒或装机功率<0.1万千瓦。

(10)         水利工程趣味知识

1)四川都江堰,世界上现存历史最悠久的无坝引水枢纽。

2)公元1954年,安徽霍山的佛子岭水库竣工。坝体高74.4m,为中国第一座混凝土连拱坝。

3)公元1956年,安徽金寨建成梅山水库,坝高88.24m,为中国最高的混凝土连拱坝。

4)灵渠是世界最早的有闸运河。

5)三峡工程是当今世界最大的水利枢纽工程。它的许多指标都突破了我国和世界水利工程的纪录。

6)京杭远河,世界上最长的运河,北京至杭州全长1794km13世纪开通。

7)公元1980年,中国在湖南沅陵建成凤滩坝,高112.5m,为世界最高的混凝土空腹重力拱坝。

8)公元1972年,中国湖南青山水轮泵站竣工。总抽水流量15.26m/s,净扬程50m,年提水量1.3亿m,灌溉农田35万亩,是世界规模最大的水轮泵站。

9)公元1977年,江苏建成江都排灌站,由4个电力排灌站组成,总装机49800kW,抽水能力473m/s,为中国平原区最大的电力排灌站。

10)小浪底拦河大坝坝顶长1667m、坝高154m,总填筑量5185m3,属中国规模最大的堆石坝。

11)公元1986年,浙江温岭建成江厦潮汐电站,装机达3200kW,是中国最大的潮汐电站。

12)葛洲坝水利枢纽二江泄水闸事故闸门,中国最大尺寸的平板闸门,宽×高为12m×24m

13)葛洲坝水利枢纽二号船闸下闸首人字闸门,中国最大的人字闸门,单扇19.7m×34.5m

14)公元1988年,四川都江堰灌区,经几次扩建,灌溉面积由1949年的288万亩发展到近1100万亩,成为中国最大的灌区。

15公元1971年,中国在河南焦作建成群英坝,高100.5m,为世界最高的浆砌石重力拱坝。

16三峡工程从首倡到正式开工有75年,是世界上历时最长的水利工程。

17三峡水库总库容393亿立方米,防洪库容221.5亿立方米,水库调洪可消减洪峰流量达每秒2.7~3.3万立方米,是世界上防洪效益最为显著的水利工程。

18三峡大坝坝轴线全长2309.47米。泄流坝段483米,水电站机组70万千瓦×26台,双线五级船闸+升船机,无论单项、总体都是世界上建筑规模最大的水利工程。

19)三峡工程主体建筑物土石方挖填量约1.34亿立方米,混凝土浇筑量2794万立方米,钢筋制安46.3万吨,金结制安25.65万吨,是世界上工程量最大的水利工程。

20)三峡工程截流流量9010立方米/秒,施工导流最大洪峰流量79000立方米/秒,是世界水利工程施工期流量最大的工程。

21)三峡工程泄洪闸最大泄洪能力10.25万立方米/秒,是世界上泄洪能力最大的泄洪闸。

22) 三峡工程的双线五级、总水头113米的船闸,是世界上级数最多、总水头最高的内河船闸。

23) 三峡工程升船机的有效尺寸为120×18×3.5 米,船箱带水重量达11800吨,最大升程113米,过船吨位3000吨,是世界上规模最大、难度最高的升船机。

24) 三峡工程水库移民最终可达百万,是世界上水库移民最多、工作也最为艰巨的移民建设工程。

25)在我国,建造大坝历史悠久,见诸于文字的最早的大坝是建于公元前598~前591年间的安徽省寿县的安丰塘坝。

(11)         水利水电工程质量管理三大体系

根据《水利工程质量管理规定》:

1)水利工程质量实行项目法人负责,监理单位控制、施工单位保证和政府监督相结合的质量管理三大体系。

2)水利工程质量由项目法人(建设单位)负全面责任。监理、施工、设计单位按照合同及有关规定对各自承担的工作负责。质量监督机构履行政府部门监督职能,不代替项目法人(建设单位)、监理、设计、施工单位的质量管理工作。水利工程建设各方均有责任和权利向有关部门和质量监督机构反映工程质量问题。

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