《水利工程现代化技术》 武 汉 大 学 水利水电学院 水 利 系 洪 林 讨论和 ? ? ? ? 1.什么是水利工程现代化? 2.为什么要学习水利工程现代化技 术？ 3.水利工程现代化技术主要有哪些？ ? 读书报告: 结合你的专业或实际谈谈实现水利 工程现代化的必要性. 课程内容及学时安排 内容 第一章 水利现代化的内涵及其评价指标体系 第二章 中外水利现代化水平比较及展望 第三章 国内外水利现代化建设 第四章 水利现代化进程 第五章 信息化与水利现代化 第六章 数字地球与数字水利 第七章 水利工程管理现代化技术 第八章 水利工程建设现代化技术 考试 合计 计划学时 2 2 2 2 2 2 2 2 2 18 第三章 ? 国内外水利现代化建设 第一节 ? 我国大江大河水利工程建设 都江堰水利工程 都江堰渠首 工程主要有 鱼嘴分水堤、 飞沙堰溢洪 道、宝瓶口 进水口三大 部分构成， 科学地解决 了江水自动 分流、自动 排沙、控制 进水流量等 问题，消除 了水患，使 川西平原成 为“水旱从人” 的“天府之国”。 亲切的关怀、 巨大的鼓舞— 1958年到 十三陵水库参加劳动。 在抗洪一线斩钉截铁 地说：“中华民族是不可战 胜的”！ 十分关心水利建设， 多次视察水利工程， 图为视察四川都江堰。 一、长江流域的水利工程建设 ? 三峡工程 位于长江 干流宜昌 市境内， 控制流域 面积100 万km2， 是一座具 有巨大防 洪、发电、 航运等综 合效益的 特大型水 利工程， 由大坝、 水电站厂 房、通航 建筑物等 主要建筑 物组成。 现代水利工程之杰作— 三峡工程 ? 拦河大坝为混 凝土重力坝， 坝顶高185米， 坝长2309.47米， 溢流坝段居中， 两侧为发电厂 房坝段。正常 蓄水位高程175 米，总库容393 亿立方米，其 中防洪库容 221.5亿立方米， 能有效地拦蓄 宜昌以上的洪 水，使荆江地 区的防洪标准 由目前的10年 一遇提高到100 年一遇，保障 荆江河段的安 全，并增加武 汉市防洪高度 的灵活性。 国家投入巨资2000亿元 建设三峡工程，三峡水库防洪库容221.5亿 立方米。对荆江的防洪提供了有效的保障， 对长江中下游地区也具有巨大的防洪作用。 三峡工程建成投入使用后， 长江中游各地区防洪能力将有较大提高， 特别是荆江地区防洪形势将 发生根本性变化： （1）对荆江地区，遇百年一遇及以下洪水（如1931年、1935年、1954年洪水， ?1954年洪水在荆江地区不到百年一遇），通过水库调蓄，可使沙市水位不超过 ?45m，不需启用荆江分洪区；遇千年一遇或1870年洪水，可控制枝城流量不超 ?过80000m3/s，配合荆江地区的分洪区运用，可使沙市水位不超过45.00m，从 ?而荆江两岸的行洪安全；此外，根据研究，三峡工程建成后可减少分流入 ?洞庭湖的水沙，减轻洞庭湖的淤积，延缓洞庭湖的调蓄寿命。 （2）对城陵矶附近地区，一般年份基本上不分洪（各支流尾闾除外）； 遇1931年、1935年、1954年大洪水，可减少本地区的分蓄洪量和土地淹没。 三峡水库如按初步设计阶段拟定的对荆江补偿或对城陵矶补偿调度方式进行调度， 遇1954年洪水城陵矶附近区分洪量可由320亿m3减少到280亿m3或218亿m3。 （3）对武汉地区，由于长江上游洪水得到有效控制，从而可以避免荆江大堤 溃决后洪水取捷径直趋武汉的；三峡水库调蓄提高了对城陵矶附近区洪水 控制的能力，配合丹江口水库和武汉市附近地区的分蓄洪区，避免武汉水位失 控。三峡工程建成后，武汉以上控制洪水的能力除了原有的分蓄洪区容量外， 三峡大坝泄洪 我国建成世界面板第一坝 坝高233米 作为清江流域梯级开发的龙头电站和国家西部大开发的重点项目，水布垭工程建成后，不仅能为 国家电网发挥调峰调频作用，根治清江中下游的洪害、有效提高荆江河段防洪标准，还能为 促进鄂西老区社会经济发展及构建和谐西部发挥重要作用。 2006年10月12日 湖北清江 水布垭水 利工程在 历经３年 零９个月 建设后， 全线 米设计高程。 至此，这一 世界上最 高的面板 堆石坝挡 水建筑物 土石方填 筑全部完工。 丹江口水利枢纽位于中国湖北省丹江口市、 汉江与丹江汇口以下800m处，是开发汉江的第一个控制性工程， 具有防洪、发电、引水、灌溉、航运、养殖等综合效益。 二、黄河流域水利工程建设 过去，黄河干流上没有一座水库，如今，从青海龙羊峡到河南小浪底，18座水库如18颗明珠缀在黄河上。 目前黄 河水库仅发电装机容量就达1700多万千瓦，还在防洪、灌溉、供水中发挥了巨大作用。 1960年， 黄河干流 上第一座 水库三门 峡下闸蓄 水，出库 的黄河水 变清了。 但黄河毕 竟是黄河， 蓄水仅一 年半，就 有15亿吨 泥沙淤积 库区，回 水倒灌关 中平原， 危及西安。 ----小浪底水库位于黄河中游最后一段峡谷 的出口处 处于承上启下、 ?控制黄河水沙的 ?关键部位，是一 ?座以防洪、防凌、 ?减淤为主，兼顾 ?供水、灌溉、发 ?电，除害兴利， ?综合利用的 ?水利枢纽。 ? １９６０年建成的三門峽大壩是萬里黃河第一壩， 目前黃河干流上已建成１８座大壩，有７座在建。 青铜峡水库 這是被稱為萬里黃河第一壩的三門峽大坝 中国目前最大的人工湖---龙羊峡水库 中国海拔最高 的拦河大坝是 龙羊峡水电站 大坝， 坝高178米。 黄河第一峡——刘家峡水库 市磨李乡农民在治黄工地上(摄于1994年10月)。 三、其它流域水利工程建设 海河流域水利信息系统 国家重点工程建设项目 ——临淮岗洪水控制工程， 是治淮19项重点工程之一， 也是淮河防洪体系的重要组成部分。 第二节 地区性水利工程建设 不同的地区水利工程具有 不同的特点： ? 江苏省防洪工程建设 在十一五期间，加强水利设施建设。继续完善长 江、秦淮河、滁河、水阳江等主要河流的干堤 达标、流域防洪工程，到2010年，南京城市防 洪标准基本达到防百年一遇的要求,区县及 重点城镇达到防20～50年一遇要求。继续 加强丘陵山区治理与灌区，实施圩区治理 与河道疏浚等农村水利工程。基本完成中小型 水库除险加固、达标工程。实施河道血防治理 工程。 江苏省防洪工程建设 序号 项目名称 投资总额 （万元） “十一五” （万元） 建设年限 1 2 3 长江新济洲河段整治 秦淮河干流堤防达标建设 马汊河分洪道三期工程等 20000 15520 18800 2000 6000 18800 2010～2015 2006～2015 2006～2010 4 5 6 滁河干流堤防达标 滁河跨河枢纽建筑物改建 水阳江干流堤防加固达标 23000 10000 23000 10000 10000 23000 2006～2015 2006～2010 2006～2010 7 8 9 11 水阳江跨河枢纽 南京市区城市防洪 中小型水库除险加固 水阳江、滁河、高旺河等河道水利血 防工程 5000 88920 53100 28640 5000 10000 38100 28640 2006～2010 2006～2015 2006～2015 2006～2010 首都防洪工程 是中国首都， 位于华北平原西北 边缘，全市包括18 个区(县)，总面积 16800km2， 2000年人口 1381.9万人。 市区位于永定 河冲积扇上， 城区面积488km2， 人口671.8万人。 2003年全市 国内生产总值 (P)3677.2亿元 市防洪工程 (flood protection project of Beijing City) ? ? ? ? ? ? 市防洪工程对于确保市防洪安全，有 重大的、经济意义。 市洪水主要来源于永定河， 该河自三家店出山峡后贯穿市界南北； 市区诸河洪水自西北流向东南，汇人温榆河、 北运河，还有潮白河等，对市郊防洪 都有较大影响。此外，市区沥涝也有一定程度 危害. 南水北调中线工程段 防洪设施: 建设永定河、 北运河、 潮白河 防洪工程， 提高沿线新城 防洪能力。 全面完成病险 水库除险加固 工程。综合治理 永定河河道， 建设西郊蓄洪 回灌工程。 浙江省地处东南沿海，境内海岸线公里。浙东海塘着宁波、温州、 台州、舟山四个大中城市和近30个县市，其中万亩以上农田和重要城镇、 经济开发区、基础设施的重要海塘有1027公里。钱塘江海塘直接杭嘉湖 平原和萧绍平原1000万亩耕地和1000万人口 深圳市位于广东省中部沿海，西濒珠江口伶仃洋，与中 山市、珠海市相望，南临深圳河，与“新界”接壤， 东傍大亚湾，与惠东县平海半岛相眺，北与东莞市、惠 阳市接壤。 深圳濒临南海，属台风、洪涝灾害多发地区。 深圳市的洪水主要由暴雨形成。全市地貌主要以丘陵为 主，有62%面积的地面坡度大于3度，各主要河流较 小，流域面积均小于400平方公里。深圳市属于南方 湿润地区，产流量较大。此外，河道平均坡降相对较 大，属山溪性中小河流。这种流域特性使得流域平均 汇流时间较短，洪峰流量模数大，洪水过程尖而瘦， 一般为几个小时，表现为山溪性河流暴涨暴落的特性。 上世纪90年代，深圳市发生过两次洪水，每次造成经 济损失就达十多亿元。基于3S技术的城市防洪管理支 持系统将已有的水利工程措施和非工程措施有机集成 在一起，形成了一体化深圳市防洪管理支持系统。 3亿元打造唐岛湾沿海防护林绿化工程 著名的江都水利枢纽工程，具有防洪、灌溉多种功能 第三节 ? 国外水利工程现代化建设 ? 由于荷兰国土地势较低，荷兰人必须持续不断地与水作斗争。荷兰有一半的土地必须长期受到防洪， 更有四分之一的土地位于海平面以下，而百分之六十的人口居住在这些低洼地区，这就需要对水进行良好的治理。 沙丘与堤坝可以低地，然而海水会通过海湾闯进这片土地，各大河流也可能因为中欧融雪或雨水过多而漫溢。 现代化的泵水装置日夜不停地运转，排走多余的水。与水的斗争促进了若干大型海、河堤防工程的建设： 如须德海工程、三角洲工程等。与海争地的百年历史使荷兰拥有更具特色的文化与传统。 英国防洪减灾措施分工程和非工程两大类。工程措施：一是堤防；二是河道整治， 即扩宽河道或者裁弯取直；三是水库，在英国，虽然水库是防洪工程措施之一， 但他们从未建过纯防洪水库，他们认为：单目标水库造价过高，合适库址少； 用淹没土地移民的手段换取另一片价值略高的土地意义不大；上游筑坝 对远距离的下游效益极小；四是挡潮闸，1982年建成的泰晤士河挡潮闸， 至1996年，为伦敦曾关闭过九次，起到了重要作用。 非工程措施：一是洪水损 失补偿基金和救灾基金， 此资金一般用作有防洪工 程而遭受洪害损失 的应急救灾资金，数字约 为总损失的30%；二是 洪水保险，英国1961年全 国大水后才制定洪水保 险政策，目前洪水保险措 施在英国的许多家庭被 采用，居民一般根据水利 部门编制的洪水风险图 决定是否投保或联保；三 是洪泛区分区开发； 四是洪水预报警报系统。 英国泰晤士河 1936年，世界上第一座大型水坝，胡佛大坝， 在美国科罗拉多河布莱克峡谷建成， 与它邻近的拉斯维加斯城那时还是内华达州的一个小镇。 该大坝高221米，3倍于像高度，为当时世界第一大坝。 该大坝庞大的 混凝土坝墙挡 住了科罗拉多 河的河水， 造就了米德湖。 库区160公里 长的水体重量 足以使地壳变形。 另外，还有9座 大坝将科罗拉 多河的河水分 别引入亚利桑 那州、内华达州， 以及南加利福 尼亚州，给这 一地区的主要 城市的发展提 供了动力，将 贫瘠的美国西 部地区变成了 一个葱茏而富 饶的花园。 ? 目前,美国已建大型调水工程十多处，但就工程规模、 调水量、调水距离、工程技术和综合效益等权衡，最 具代表性的调水工程应首选加利福尼亚州的北水南调 工程，它也是全美最大的多目标开发工程。加利福尼 亚州位于美国西南部，西临太平洋，面积41万平方公 里，人口2300万。北部湿润，萨克拉门托河等水量丰 沛。南部地势平坦，光热条件好，是美国著名的阳光 地带，但干旱少雨，圣华金河流域及以南地区水资源 短缺。全州年径流量870亿立方米，其中3／4在北部， 而需水量的4／5在南部。为了开发南部，建 设了中央河谷工程，建设了北水南调工程， 两项工程相辅相成，共同把北部丰富的水资源调 到南部缺水地区。北水南调工程共建有12座大型泵站， 利用99台水泵将加利福尼亚北部的水抽送到灌 溉沿海的133万公顷农田。计划最终年调水量52.2亿 m3，干线m以上的流量 为170 m3/s ）。 ? 其中埃德蒙斯顿泵站设计流量为125m3/s ，净扬程为 587m，设计总功率82.4×104kW ，年耗电量约60亿 kW· h。装有14台功率为58840kW四级立式离心泵，叶 轮直径4.88m，单泵流量9m3/s，效率92.2%，转速 600r/m（与电动机同），泵高9.45m，重220T。水泵 与电动机直联，机组总高近20m，重420T。该工程于 1951年5月提出方案论证，1965年5月最终确定方案， 1971年9月正式提出实施，1984年完成最后3台机组的 安装。泵站有两条出水管，每条长2500m，前段管 直径为3860mm，后段管直径为4280mm。 ? 调水工程是一项宏大的跨流域调水工程， 输水渠道南北绵延千余公里，纵贯，其输 水能力各渠段不同，设计最大渠段输水流量达 509立方米每秒，为南部经济和社会发展， 生态的改善提供了充足的水源，使南 部成为果树蔬菜等经济作物生产出口，并 了以为中心的1700多万人口的生活 和工业等用水。现在加利福尼亚州是美国人口 最多的州，成为美国第三大城市。 堤防 迄今为止， 堤防仍是密西西比河的主要防洪工程。 该河现有干流堤防3540km (包括城市防洪墙在内)，支流堤防4000余km， 耕地606.7万hm2。于流堤防平均高7.5m， 顶宽9m，高出当地最高洪水位1.5m。 密西西比河右岸干堤上起密里州的季腊多角， 下至墨西哥湾，中间除支流汇合处与 支堤相接外，是连成一体的； 左岸于堤上起伊利诺伊州的开罗， 下至墨西哥湾，中间有断断续续的 山崖和黄土高地将堤间隔， 与支流堤防连成一体。 水利工程在防洪方面发挥了重要的作用， 如在1964年，刚刚修建一部分的奥罗维尔大坝 就在抵抗当时发生在雁翎河上的洪水发挥了重要的作用， 完工之后的奥罗维尔大坝更是为雁翎河和萨拉门托河 的防洪提供了的保障。 在圣霍金谷农场多次发生洪水的时候， 也是水利工程的大坝减缓了洪水的流量和流速， 使得洪水在进入加利福尼亚水渠的时候 没有带来巨大的灾难。整个工程系统 不仅控制了洪水，而且为发电站 发电积蓄了能量。 田纳西河流域综合开发工程 (Tennessee Valley Comprehensive Development Projects) ? 由美国主管、综合利用田纳西 河流域河水和其他资源，促进地区经济 发展，取得显著成就的一项综合开发工 程。田纳西河是密西西比河水系俄亥俄 河的一条支流，流经美国东南部的7个州。 流域面积10.6万km2，年径流量254亿 m3。20世纪30年代前，田纳西河流域是 美国最贫穷落后的地区之一。 田纳西流域防洪工程 干支流上共建成54座水库(其中具有防洪 功能的27座)，总库容290亿m3，共有防 洪库容194亿m3。结合疏浚河道，扩大 泄洪能力，有效地控制了洪水。这不仅 大大降低了该河中游查塔努加市的洪水 位，而且可降低俄亥俄河下游和密西西 比河中游的洪水位，减少损失，使 受的土地增加农业收入。到20世纪 末，防洪效益达50亿美元，为水库建设 中防洪部分分摊投资的6倍。 TVA开发过程: ? ? 1836年开始在该河上兴建通航工程，1925年建 成威尔逊大坝以提高马瑟滩上的通航水深。 1922年～1925年，美国陆军工程兵团提出田纳 西河的综合开告，虽经批准，但当时并未 实行。1933年，美国经济萧条时期，根据罗斯 福总统成立了田纳西河流域管理局(TVA)， 开始了有计划的流域综合治理和开发。 TVA的任务是规划、开发和利用流域内的各 种资源。设有董事会直接对总统负责，并有自 己的设计、施工队伍，负责项目的建设。经营 上具有较大的自主权和灵活性。 TVA的发展经历了4个阶段： ? ①1933年～1950年，从防洪和航运出发，在干支流 上修建水利枢纽，并在此前提下最大限度地发展水电。 这一阶段共建成大坝20多座，基本完成了干流的开发， 控制了洪水，渠化了干流航道。②1950年～1960年， 主要建设火电厂，以满足负荷增长的需要。③1960 年～1970年，控制火电厂建设，开始进行核能的研究 和发展，并继续兴建支流水库。④1970年以后，继续 发展核电站；建成了腊孔山大型抽水蓄能水电站，并 完成了支流的水电开发；开始太阳能利用和其他新能 源的研究(见图)。在以上各阶段中，TVA还结合流域 资源特点，经营其他多种事业，如化肥、煤矿、城市 规划以及建筑工程等。TVA还通过示范、技术指导等 方式帮助当地居民发展农业、林业、渔业等。从20世 纪80年代后期开始，TVA在水利工程方面的主要工作 是对老水电站进行，使之现代化；按新的设计洪 水标准加固大坝，以策安全；改善河道水质等。 日本的防洪工程 ? 日本全国排灌设备的总提排水能力为1.1×10m3/s，其中排水流 量为9400m3/s，提灌流量为1600m3/s，全国共有排灌泵站7200 多座，其中，中、小型泵站占93％。如1973年建成的新川水系的 25座泵站群中，只有新川河口是大型泵站。该站共装有6台口径 为4200mm的贯流式水泵，扬程2.6m，单泵流量40m3/s，电动机 功率7800kW，总排水量240 m3/s ，控制集水面积42万亩，排水 受益面积30万亩。该站的水泵与其它设备均由中央控制室远距离 。为新川河内的水位稳定在设计范围内，泵站采用了自 动调节水泵叶片角度和自动选择运转台数的控制机构，并根据内 外水位差发出自流排水闸的信号。该站其它辅助设备和自动 清污装置也均由中央控制室。另外，1975年建成的三乡排水 站，装有口径为4600mm的混流泵，单泵流量为50m3/s，设计扬 程6.3m，配套动力为4560kW的柴油机。 ? 埃及的西水东调工程是将尼罗河水调至干旱缺水的西 奈半岛，为工农业生产和人民生活提供了宝贵的水资 源。该工程设有九处抽水泵站，其中在输水干线级泵站，逐级提水东调，在最后一段，即第四开发 区到阿里什河谷的第五开发区。由于地形复杂采用压 力管道输水，水泵加压75.5米，抽水流量52.6立方米 每秒。为预防干旱地区因灌溉产生土壤盐碱化问题， 在灌溉工程建设的同时建设了排水系统，以控制开发 区的地下水位。工程于2000年完成，苏伊士运河东西 两岸新增耕地约25万公顷，沙漠因有水而变为良 田沃野，新建45座新村和住宅区，为150万人口提供生 活用水，有效地缓解了埃及粮食的短缺状况，增加了 水果、蔬菜出口，促进了西奈经济社会的全面发展与 繁荣。 ? 罗马尼亚的奥尔特· 卡尔马齐灌区是 欧洲最大的自动化灌区，灌区自多 瑙河提水，一级泵站采用浮动式泵 房，安装5台立式轴流泵，提水流量 36 m3/s；二级泵站和泵站安装 若干台立式离心泵，然后通过34个 小型加压泵站，送入田间喷灌系统， 灌溉 47万 hm2农田。 ? 乌兹别克国从1973年开始运转的卡尔申提 灌工程，由阿姆河提水，提水流量200m3／s， 共灌溉农田525万亩，总装机容量为 45×104kW。沿干渠共分六个梯级提水，每座 梯级泵站均装有6台全调节式轴流泵（一台作 为备用），第一级泵站扬程17～19m，其余各 级泵站扬程23～26m，总扬程l56m，单泵流量 为40m3/s。另有一座泵站专门向塔里马让水库 送水，水库调节库容为16×108m3，灌水期由 水库引出的最大流量为360m3/s，由于这座泵 站的修建，可使6座梯级泵站全年工作，从而 大大地提高了工程效益。 ? 乌克兰国于1957年建成了英古列茨 灌溉供水泵站，设计扬程60m，单机容 量为4200kW，总装机容量为29420kW。 1973年开始运行的卡霍夫卡提灌工程， 从第聂伯河上的卡夫霍卡水库提水，其 提水流量为590m3/s ，灌溉农田1140 万亩。渠首泵站扬程25m，共装机 108×103kW。其第一期工程提水154 m3/s装机36×103kW。 课程安排 ? ? 共计8个专题,每个专题安排2节课讲述. ? 课堂学习为主,自学和讨论为辅. ? 网络教学平台-课程展示-通识课程 ? (参考文献) 考核由平时成绩(30%)和读书报告(70%) 二部分组成 ? 欢迎多提宝贵意见!!!矢野浩二老婆傅晶