第一章水資源的綜合利用

第一章水資源的綜合利用本章內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)水力發(fā)電第三節(jié)防洪與治澇第四節(jié)灌溉第五節(jié)其他水利部門第六節(jié)水利部門間的矛盾及其協(xié)調(diào)第一節(jié)概述水資源的綜合利用

——使同一河流或同一地區(qū)的水利資源同時(shí)滿足各不同水利部門的需要，并將除水害和興利結(jié)合起來統(tǒng)籌解決的開發(fā)方式。

以最少的投資，最合理地利用水利資源，綜合滿足有關(guān)國民經(jīng)濟(jì)部門的要求，以期得到國民經(jīng)濟(jì)全面的最高綜合效益。利用原則綜合利用中過去往往被忽略的是環(huán)境保護(hù)與生態(tài)平衡⑴水源污染⑵環(huán)境保護(hù)出現(xiàn)問題要做好水資源的綜合利用，就必須從當(dāng)?shù)氐目陀^自然條件和用水部門的實(shí)際需要出發(fā)，抓住主要矛盾。從國民經(jīng)濟(jì)總利益最大的角度來考慮，因時(shí)因地制宜地來制定水利水能規(guī)劃、切忌憑主觀愿望盲目決定，尤其不應(yīng)回顧局部利益而使整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)遭受不應(yīng)有的損失。第二節(jié)

水力發(fā)電

一、水力發(fā)電的基本原理

水力發(fā)電是利用天然水能生產(chǎn)電能的過程。在地球引力（重力）作用下，河水不斷向下游流動(dòng)。水力發(fā)電的任務(wù)，就是要利用這些被無益消耗掉的水能來生產(chǎn)電能。流量(動(dòng)能)落差(勢能)設(shè)斷面過水流量為Q(m3/s)，T（s）時(shí)間內(nèi)其水體為W=QT(m3)，由水力學(xué)中的能量方程可知，W(m3)的水體在斷面1-1和斷面2-2處所有的能量分別為式中：Z—斷面的水面高程（m）；P/γ—斷面處水面的壓力水頭（m）；α—斷面流速的不均勻系數(shù)；v—斷面的平均流速（m3/s）；γ—水的容重，通常取98077N/m3。在不太長的天然河段中，斷面1-1至2-2的平均流速相差不大，取α1v12/2g=α2v22/2g，且兩斷面的壓力差亦是極小的，可近似地取P1/γ=P2/γ，則兩斷面的水流蘊(yùn)藏量之差為式中，H為兩斷面間的水位差，稱為落差，由水工建筑物集中后的落差稱為水頭。在電力工程計(jì)算中，把功率稱為出力，并用千瓦時(shí)（KW.h）（也叫度）作為計(jì)量單位，1KW.h=3.6*106J，所以斷面1-1至2-2間的水能可以表示為：這就是該河段上所蘊(yùn)藏的水能資源在電力行業(yè)中，電站發(fā)出的電力功率稱為出力，因而也用河川水流出力來表示水能資源。水流出力是單位時(shí)間內(nèi)的水能。所以斷面1-1至2-2之間的水流出力為：上式是假定1-1斷面至2-2斷面的流量是相等的條件下得出的。單在天然河道中流量愈向下游愈增加，所以計(jì)算理論出力時(shí)，必須用兩個(gè)斷面的平均流量。二、水能資源的基本開發(fā)方式根據(jù)開發(fā)河段的自然條件不同，集中水能的方式主要有以下幾類：壩式混合式引水式⑴壩式：在天然河道中攔河筑壩，形成水庫，以抬高上游水位，集中河段落差的開發(fā)方式。優(yōu)點(diǎn)：由于形成水庫，能調(diào)節(jié)水量，提高徑流利用率；缺點(diǎn)：基建工程較大，且上游形成淹沒區(qū)。這類水電站大多建于流量大，河段坡降較緩，同時(shí)還有適合建壩的地形，地質(zhì)條件的河段。壩式河床式水電站壩后式水電站廠房建在壩下游側(cè)，不承受壩上游面的水壓力（需要筑中高壩抬水，獲得較大的水頭）水電站廠房作為擋水建筑物的一部分，廠房承受壩上游面的水壓力（只需筑低壩或水閘抬水，獲得較低的水頭）徑流式水電站蓄水式水電站形成比較大的水庫，使水電站能進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，成為蓄水式水電站。不能形成徑流調(diào)節(jié)用的水庫，水電站只能引取天然流量發(fā)電，成為徑流式水電站⑵引水式：在河道上建壩和引水工程，將水導(dǎo)入人工建造的引水道（明渠、隧洞、管道等），并引到引水道末段，再接上壓力水管，導(dǎo)入電站廠房發(fā)電的開發(fā)方式。優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)形成大的水庫,淹沒損失較小,工程量亦較小缺點(diǎn)：引水流量較小，水量利用率較低。引水式水電站適用于流量較小，河道坡度較陡的山區(qū)河流，這是因?yàn)橥ㄟ^短距離引水就可獲得較大的落差。引水式有壓引水式水電站無壓引水式水電站沿河岸修筑坡度平緩的明渠（或無壓隧洞等）來集中落差獲得水頭的水電站。用有壓隧洞或管道來集中落差獲得水頭的水電站⑶混和式：在一個(gè)河段上，用把一部分落差，再通過有壓引水道（如邃洞）集中把后河段的另一部分落差的開發(fā)方式?；旌鲜介_發(fā)方式必須具備合適的條件。一般來說如果河段上游坡降較小且淹沒損失不大，有筑壩建庫條件，下游坡降陡（如果有急灘或大河彎）且有條件集中較大落差時(shí)，采用混合式往往比較經(jīng)濟(jì)?；旌鲜娇缌饔蛞郊W(wǎng)道式潮汐發(fā)電式抽水蓄能發(fā)電式

由于集中水能的過程中有落差損失、水量損失及機(jī)電設(shè)備中的能量損失等，所以水電站的出力要小于式（1－3）中的水流出力。通常，在初步估算時(shí)，可用下式來求水電站出力N水。即A——出力系數(shù)，一般采用6.5～8.5，大型水電站取大值，小型的取小值。第三節(jié)

防洪與治澇

一、防洪

1、洪災(zāi)成因：洪水成災(zāi)，一方面要有雨洪，另外還要看河床及堤防的狀況而定，如果河床泄洪能力強(qiáng)，堤防堅(jiān)固，即使洪水較大，也不會(huì)泛濫成災(zāi)。反之，若河床淺窄、曲折、泥沙淤塞、堤防殘破等，使安全泄量變得較小，則遇到一般洪水也有可能漫溢或決堤。

凌汛桃汛2、洪水分類春汛伏汛秋汛桃花盛開時(shí)節(jié)因積雪融化而發(fā)生的河水暴漲。俗稱冰排，是冰凌對水流產(chǎn)生阻力而引起的江河水位明顯上漲的水文現(xiàn)象春季江河水位上漲的現(xiàn)象，多因春季氣候轉(zhuǎn)暖，冰雪融化而引起。在伏天里發(fā)生的河水暴漲秋季江河水位急劇上漲的現(xiàn)象。多因暴雨或連續(xù)霪雨而引起3、洪水災(zāi)害及防洪任務(wù)洪水災(zāi)害：破壞工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，房屋，造成人民生命，財(cái)產(chǎn)損失。防洪任務(wù)：按照規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜地采用恰當(dāng)?shù)墓こ檀胧韵鳒p洪峰流量，或者加大河床的過水能力，保證安全渡汛。98災(zāi)情：7月份長江中下游主要站的洪量超過1954年，其中宜昌站1215億立方米，比1954年多45億立方米，漢口站1648億立方米，比1954年多120億立方米。長江干堤在九江大堤處發(fā)生決口，幾天之內(nèi)堵口成功。

成因：自6月份起，長江流域出現(xiàn)3次持續(xù)大范圍強(qiáng)降雨過程。第一次，是6月12日至27日。第二次是7月4日至25日。長江三峽地區(qū)、江西中北部、湖南西北部和其他沿長江地區(qū)，降雨量比常年同期偏多5成至2倍。第3次是7月末至8月末，長江上游、漢水流域，四川東部、重慶、湖北西南部、湖南西北部降雨量比常年偏多2至3倍。受降雨影響，長江發(fā)生了自1954年以來第二次全流域大洪水。

損失：農(nóng)作物受災(zāi)1080.7公頃，成災(zāi)728.1萬公頃，絕收251.5萬公頃；受災(zāi)10169.2萬人，成災(zāi)7094.7萬人，死亡人口2140人，傷病人口1522436人，緊急轉(zhuǎn)移1044.7萬人；倒塌房屋350萬間，損壞房屋732.萬間，死亡大牲畜175.7萬頭；直接經(jīng)濟(jì)損失1450.9億元。

4、防洪工程措施防洪工程措施是指為控制和抗御洪水以減免洪水災(zāi)害損失而修建的各種工程措施。⑴水土保持⑵筑堤防洪與防汛搶險(xiǎn)⑶疏浚與整治河道⑷分洪、滯洪與蓄洪5、防洪非工程措施蓄滯洪區(qū)的土地合理利用建立洪水預(yù)報(bào)和報(bào)警系統(tǒng)洪水保險(xiǎn)抗洪搶險(xiǎn)修建村臺、躲水樓、安全臺等設(shè)施水土保持6、現(xiàn)代防洪保障體系

需要建立現(xiàn)代防洪成災(zāi)保障體系，來達(dá)到減少洪災(zāi)損失、降低洪水風(fēng)險(xiǎn)．具體地說必須做好以下幾方面的工作：做好全流域的防洪規(guī)劃，加強(qiáng)防洪工程建設(shè)；做好防洪預(yù)報(bào)調(diào)度，充分發(fā)揮現(xiàn)有防洪措施的作用；重視水土保持等生態(tài)措施，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境治理；重視洪災(zāi)保險(xiǎn)及社會(huì)保障體系的建設(shè)；加強(qiáng)防洪法規(guī)建設(shè)；加強(qiáng)宣傳教育，提高全民的環(huán)境意識及防洪減災(zāi)意識。中國主要江河重點(diǎn)防洪保護(hù)區(qū)防洪能力評價(jià)表統(tǒng)計(jì)口徑項(xiàng)目＜20年≥20年～＜50年≥50年～＜100年≥100年合計(jì)現(xiàn)狀面積（km2）1617651505507889718641409853占現(xiàn)狀總面積比39.536.719.34.5100規(guī)劃面積（km2）2765682237164019135941409853占規(guī)劃總面積比6.720.74033.2100現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)情況面積（km2）1350664219968——29895占相應(yīng)規(guī)劃面積比45.97.65.9——7.3比較項(xiàng)目美國日本中國可住地面積／陸地面積70.9%36.6%32.3%洪泛區(qū)面積／陸地面積4.1%10%8%洪泛區(qū)面積／可住地面積5.8%27.3%24%中美日洪泛區(qū)、可住地與陸地面積比較中美日防洪形勢比較比較內(nèi)容中國美國日本洪泛區(qū)面積約100萬km2約70萬km2約3.8萬km2洪泛區(qū)中人口5～6億（40%～50%）約3000萬（12%）約6000萬（50%）大水災(zāi)中需要轉(zhuǎn)移的人口數(shù)萬至數(shù)百萬數(shù)千至數(shù)十萬數(shù)千至數(shù)十萬洪水持續(xù)時(shí)間數(shù)日至數(shù)月數(shù)日至數(shù)月數(shù)小時(shí)至數(shù)日洪峰流量數(shù)千至數(shù)萬m3數(shù)千至數(shù)萬m3數(shù)百至萬m3比較內(nèi)容中國美國日本防洪策略注重工程手段與防汛搶險(xiǎn)工程與非工程措施并舉，以洪水保險(xiǎn)推動(dòng)洪泛區(qū)管理高標(biāo)準(zhǔn)防洪工程體系，輔以災(zāi)害應(yīng)急管理社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件發(fā)展中國家法制觀念與保險(xiǎn)意思較弱發(fā)展中國家法制觀念與保險(xiǎn)意思較強(qiáng)有實(shí)力建造高標(biāo)準(zhǔn)防洪工程體系主要防洪手段與對策水庫調(diào)度，堤防保護(hù)，防汛抗洪搶險(xiǎn)，分蓄洪，防洪預(yù)報(bào)系統(tǒng)，以軍隊(duì)作為搶險(xiǎn)救災(zāi)的主力，一方有難，八方支援高壩大庫結(jié)合堤防建設(shè)，洪泛區(qū)管理，局部性的防護(hù)措施，洪水保險(xiǎn)，洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)，災(zāi)害救援系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)防洪防澇工程體系，綜合性治水規(guī)劃，洪水預(yù)警報(bào)系統(tǒng)，在海濱按系統(tǒng)，社會(huì)性的防災(zāi)與互保共濟(jì)系統(tǒng)二、治澇1、形成澇災(zāi)的因素⑴因降水集中，地面徑流集聚在盆地、平原或沿江沿湖洼地，積水過多或地下水位過高。⑵積水區(qū)排水系統(tǒng)不健全，或因外河外湖洪水頂托倒灌，使積水不能及時(shí)排出．或者地下水位不能及時(shí)降低。

2、治澇的任務(wù)盡量阻止易澇地區(qū)以外的山洪、坡水等向本區(qū)匯集，并防御外河、外湖洪水倒灌；健全排水系統(tǒng)，使能即使排除設(shè)計(jì)暴雨范圍內(nèi)的雨水，并及時(shí)降低地下水位。3、治澇的工程措施修筑圍堤和堵支聯(lián)圩開渠撇洪整修排水系統(tǒng)1、灌溉水源蓄洪補(bǔ)枯汲取地下水引取水量較豐的河湖水第四節(jié)灌溉2、灌溉取水方式1）地表水取水無壩引水有壩（低壩）引水抽水取水水庫取水

2）地下水取水，根據(jù)不同的開采條件垂直取水建筑物水平取水建筑物雙向取水建筑物3、灌水方法1）全面灌溉地面灌溉：田間的水靠重力作用和毛細(xì)管作用濕潤土壤。 優(yōu)點(diǎn)：投資小、技術(shù)簡單、節(jié)省能源等； 缺點(diǎn)：用水量大，灌地不均，嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)，抬高地下水位，易使土壤鹽堿化、沼澤化等。噴灌：要利用專門設(shè)備把有壓水流噴射到空中并散成水滴灑落在地面上，像天然降雨那樣濕潤土壤，適用于各種地形，各種作物。優(yōu)點(diǎn)：靈活掌握噴灑水量，采用較小的灌水定額，得到省水、增產(chǎn)的效果。缺點(diǎn)：投資高，需消耗動(dòng)力，灌水質(zhì)量受風(fēng)力影響較大。2）局部灌溉滲灌滴灌微噴灌涌灌膜上灌4、灌溉制度及灌溉需水量

農(nóng)作物的灌溉制度是指作物播種前（或水稻插秧前）及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次灌水的日期和灌水定額以及灌溉定額。

灌水定額是指一次灌水單位灌溉面積上的灌水量，各次灌水定額之和叫灌溉定額。

灌溉用水量是指灌溉土地需從水源取用的水量多少。某作物某次凈灌溉用水量：毛灌溉用水量毛灌水流量5、灌溉用水管理灌溉用水管理的主要任務(wù)是實(shí)行計(jì)劃用水，計(jì)劃用水就是有計(jì)劃地進(jìn)行蓄水、取水（包括水庫供水、引水和提水等）和配水。用水計(jì)劃是灌區(qū)（干渠）從水源取水并向各用水單位或各渠道配水的計(jì)劃、它包括水源取水計(jì)劃和配水計(jì)劃兩部分。

通過分析和預(yù)測確定渠首可能引取的水量和灌區(qū)灌溉需要的水量后，將兩者進(jìn)行平衡分析。最后可確定計(jì)劃取引水量的過程。編制配水計(jì)劃，就是在全灌區(qū)的灌溉面積、取水時(shí)間、取水水量和流量已經(jīng)確定的條件下擬訂每次灌水向配水點(diǎn)分配的水量、配水方式、配水流量（續(xù)準(zhǔn)時(shí)）或是配水順序渡時(shí)間。第五節(jié)其它用水部門一、內(nèi)河航運(yùn)內(nèi)河航運(yùn)是指利用天然河湖、水庫或運(yùn)河等陸地內(nèi)的水域進(jìn)行船、筏浮運(yùn)而言。它利用內(nèi)河水道中水體的浮載能力，并不消耗水量。2、水利環(huán)境保護(hù)水利環(huán)境保護(hù)是自然環(huán)境保護(hù)的重要組成部分，大體上包括：防治水域污染、生態(tài)保護(hù)及水利有關(guān)的自然資源合理利用和保護(hù)等3、城市和工業(yè)供水城市和工業(yè)供水的水源大體上有:水庫、河湖、井泉等.對應(yīng)著相應(yīng)的管理部門，如都江堰管理局、大中水庫管理站等第六節(jié)水利部門間的矛盾及其協(xié)調(diào)

在許多水利工程中常有可能實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用。然而，各水利部門之間也還存在一些矛盾。應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，“先用后耗”力爭“一水多用、一庫多利”；但也有不少矛盾無法完全協(xié)調(diào)，這時(shí)就不得不分清主次、合理安排，保證主要部門、適當(dāng)兼顧次要部門；總之，當(dāng)出現(xiàn)矛盾時(shí)，要根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐木唧w情況擬訂幾種可能方案，然后從有利于國民經(jīng)濟(jì)總利益最大的角度來考慮，選擇合理的解決辦法。

例題：某丘陵地帶某河的中下游，兩岸有良田約200萬畝，臨河并有一工業(yè)城市。因工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需電力，在該工業(yè)城市下游約lOOkm處修建一壩式水電站(蓄水式)。要求水庫回水不淹沒該工業(yè)城市，并盡量少淹近岸田。因此只能建成一中低水頭的水電站，平均水頭為25m，所形成的水庫興利庫容僅約6億m3，而多年平均年徑流量約達(dá)160億m3。水庫建成前，枯水期最小日平均流量還不足30m3／s，要求能通過水庫調(diào)節(jié)，將枯水期發(fā)電最小日平均流量提高至lOOm3／s，以保證水電站最小月平均出力不小于20000kW。

同時(shí)還要兼顧上下游綜合利用部門要求：①沿河兩岸有一定防洪要求，若條件許可，要適當(dāng)考慮；②兩岸農(nóng)田約二百萬畝是本地區(qū)重要農(nóng)業(yè)基地，灌溉水源不足，并且過去從河中提水灌溉，枯水季節(jié)揚(yáng)程大、成本高，水量得不到保證，希望能改善灌溉條件；③上游工業(yè)城市給水的水源要予以解決；④該河是本地區(qū)重要通航河流，河中淺灘、礁石眾多，枯水期只能通行100t級以下的船舶，根據(jù)航運(yùn)部門的要求，遠(yuǎn)景要求最好能通行1000t級以上的船舶，為此壩下河道中枯水期最小日平均流量不能低于80-100m3/s，以保證必要的枯水航道尺寸；⑤其他方面如漁業(yè)、環(huán)境保護(hù)等均不應(yīng)忽視。1、發(fā)電保證發(fā)電最小日平均流量為100m3／s，使水電站最小月平均出力不小于2萬kW。同時(shí)，在兼顧其他水利部門的要求之后，發(fā)電最大引用流量為400m3／s，即水電站裝機(jī)容量可達(dá)85000kW，平均每年生產(chǎn)電能約4億度。若不兼顧其他水利部門的要求，所生產(chǎn)的電能還能增加約1億度，但為了全局利益，少發(fā)這1億度電，還是應(yīng)該的。E=∑N×30.5×24=0.12億kwh

2、給水

月份123456789101112合計(jì)Q445778887755

H252525252525252525252525

N8008001000140014001600160016001400140010001000150003、防洪防洪分兩種情況。一是下游兩岸農(nóng)田、村鎮(zhèn)的防洪；二是上游防洪問題。在洪水期初，水庫水位不能超過88m高程，即比水庫最高水位92m低4m，在4-8月份均以此水位為限，可保該城及市郊不受洪水威脅。在洪水期末9-10月期間，再將水庫蓄至92m，以保證枯水期供水。這一措施將使水電站平均少發(fā)電能約0.45億kwh，但枯水期出力不受影響，同時(shí)還可起到水庫上游末端的沖沙作用。

4、灌溉近200萬畝農(nóng)田若全部由水庫引水灌溉，則7，8月旱季需Q=200m3／s，枯水期需50m3／s，則發(fā)電無法滿足，又影響航運(yùn)。經(jīng)估算，只允許水庫引水灌溉28萬畝，其中20萬畝從水庫提水灌溉。另外，8萬畝位于壩址下游附近，可自水庫取水自流灌溉。灌溉28萬畝，減少發(fā)電量0.22億kwh，但由于20萬畝揚(yáng)程降低，8萬畝改自流灌溉可節(jié)約電能0.13億kwh，實(shí)際上只多損失電量0.09億kwh，而農(nóng)業(yè)顯著增產(chǎn)，是核算。其余170萬畝位于下游較遠(yuǎn)的地方，高程低，可提水灌溉，利用發(fā)電流量。5、航運(yùn)

庫區(qū)至上游工業(yè)城市100km形成了深水航道，淹沒了淺灘、礁石數(shù)十處