第一章 水資源的綜合利用

第一章水資源的綜合利用第一節(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(mén)第六節(jié)水利水能規(guī)劃的主要內(nèi)容第七節(jié)各水利部門(mén)間的矛盾及其協(xié)調(diào)第一節(jié)概述水利事業(yè)包括除水害和興水利。包括防洪、治澇、水力發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、漂木、給水、漁業(yè)、水利環(huán)境保護(hù)等。為上述一種或幾種目的而興建的工程就叫水利工程。水資源綜合利用：使同一水源同時(shí)滿足幾個(gè)用水部門(mén)的需要，將除水害和興水利結(jié)合起來(lái)統(tǒng)籌解決的水資源開(kāi)發(fā)方式。如發(fā)電用水可用于下游的供水、灌溉、航運(yùn)、環(huán)保等。各條河流的自然條件千變?nèi)f化，各用戶對(duì)水的要求差異也很大，各用水部門(mén)之間還不可避免地存在矛盾。因此，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(mén)的實(shí)際需要出發(fā)，抓住主要矛盾，從國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體利益最大的角度考慮，因時(shí)因地制宜地制定水利水能規(guī)劃。第二節(jié)水力發(fā)電一、水力發(fā)電原理

水力發(fā)電是利用天然水能生產(chǎn)電能的水利部門(mén)。河川徑流相對(duì)于某基準(zhǔn)面而言具有一定的勢(shì)能。徑流有流速時(shí)，就具有一定的動(dòng)能。勢(shì)能、動(dòng)能——水能——水體的機(jī)械能。水在重力作用下向下游流動(dòng)。在流動(dòng)過(guò)程中因克服流動(dòng)阻力，沖蝕河床、挾帶泥沙等，使所含水能分散地消耗掉了。水力發(fā)電的任務(wù)就是利用這些被無(wú)益耗掉的水能來(lái)生產(chǎn)電能。如圖1-1所示（P.8）：

以0-0為基準(zhǔn)面，對(duì)1-1和2-2斷面利用伯努利方程：得：H1-2=Z1-Z2[∵p1≈p2，略去流速水頭差（小）。]H1-2即兩斷面間的水位差或叫落差，表示單位重量水體的水能。

設(shè)Q為t秒內(nèi)流經(jīng)此河段的平均流量（m3/s）。γ表示水的單位重量（比重），

γ=9807N/m3=9.81KN/m3=1t/m3

t秒流經(jīng)1-2的水體重量，γW=γQt(W：體積)

t秒內(nèi)此河段消耗的水能為

E1-2=γQtH1-2=9807QtH1-2（焦耳）（1牛頓·米=1J）（1kW?h=3.6×106J）T小時(shí)消耗水能E1-2=0.002724QtH1-2=9.81QTH1-2（kW?h）（T：小時(shí)）

代表1-2河段的水能資源。要開(kāi)發(fā)利用這許許多多的微小長(zhǎng)度上的水能資源，首先要將它們集中起來(lái)，減少其無(wú)益損耗。然后用這些集中了水能的水流去沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組，將水能變?yōu)殡娔?。水能利用不消耗水量，且由于水循環(huán)而再生。水流出力表示電力功率，表示單位時(shí)間內(nèi)的水能。

N1-2=E1-2/T=9.81QH1-2

（kW）（計(jì)算河流水能資源蘊(yùn)藏量）二、河川水能資源蘊(yùn)藏量的估算和我國(guó)水能資源概況

流量和落差是決定水能資源蘊(yùn)藏量的兩項(xiàng)因素。單位河段的落差和流量都是沿河長(zhǎng)變化的，常沿河分段，計(jì)算水流出力，然后逐段累加求全河總水流出力。分段時(shí)，將流量變化處及河流縱比降有較大變化處分為單獨(dú)的計(jì)算河段。

見(jiàn)P.9，表1-1、表1-2。表1-1某河水能資源蘊(yùn)藏量計(jì)算示例

斷面序號(hào)高程Z(m)落差H(m)間距L(km)斷面處流量Qi(m3/s)河段平均流量Q0(m3/s)河段水流出力N0(kw)單位長(zhǎng)度水流出力N0/L(kw/km)水流出力累積值ΣN0(kw)

135035129082750212750

231516273418.550001477750328821101923225011810000427825266029.576501281765052523439100401530015332950621346

表1-2全國(guó)各地區(qū)水能資源蘊(yùn)藏量及可能開(kāi)發(fā)量統(tǒng)計(jì)表地區(qū)理論蘊(yùn)藏量（萬(wàn)kw）占全國(guó)比重（%）可能開(kāi)發(fā)量（萬(wàn)kw）占全國(guó)比重（%）備注西南4733170.02323467.8按發(fā)電量值計(jì)算占全國(guó)比重西北841812.541949.9

中南64089.5674415.5

東北12131.811992.0

華東30054.417903.6缺臺(tái)灣省資料華北12301.86921.2

全國(guó)總計(jì)67605100.037853100.0

三、河川水能資源的基本開(kāi)發(fā)方式

由于落差是單位重量水體的位能，而河段中流過(guò)的水體重量又與河段平均流量成正比，所以集中水能的方法就是集中落差和引取流量的方式。集中水能的主要方式：壩式、引水式、混合式。見(jiàn)P.10圖1-3。(1)壩式（抬水式）

(見(jiàn)圖1-3a)興建攔河壩或閘來(lái)抬高開(kāi)發(fā)河段水位，使原河段的落差HAB集中到壩址處，獲得水電站水頭H。所引取的流量為壩址處的平均流量QB。A處有回水段，落差損失

ΔH=HAB-H

高壩時(shí)，壩后式電站，廠房不受上游水壓力。低壩時(shí)，河床式電站，廠房受上游水壓力。能進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)的電站，叫蓄水式水電站。不能進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)的電站，叫徑流式水電站。

(2)引水式(見(jiàn)圖1-3b)

沿江建引水道，使原河段的落差HAB集中到引水道末廠房處，從而獲得水電站的水頭H。流量為河段首A處的平均流量QA。用明渠或無(wú)壓隧洞來(lái)集中落差，叫無(wú)壓引水式水電站。用有壓隧洞或管道來(lái)集中落差，叫有壓引水式水電站。無(wú)水庫(kù)、無(wú)淹沒(méi)為徑流式。引水式水電站通常是徑流式開(kāi)發(fā)。

(3)混合式

(見(jiàn)圖1-3c)

開(kāi)發(fā)河段上有落差HAC，但BC段上不宜筑壩，但有落差可利用，則在B處筑壩抬水，集中落差HAB，取B處的平均流量QB；再?gòu)腂筑引水道至C處，得落差HBC。

HAC=HAB+HBC。

此外，跨流域開(kāi)發(fā)方式，集水網(wǎng)道開(kāi)發(fā)方式，潮汐方式，抽水蓄能方式等。集中水能過(guò)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，所以水電站出力小于水流出力。

N=9.81QH

（kW）

N水=AQH（kW）A為出力系數(shù)≈6.5~8.5

（小電站~大電站）第三節(jié)防洪與治澇一、防洪

洪災(zāi)是由于洪水排泄不暢造成的。當(dāng)洪峰流量超過(guò)河床的安全泄量時(shí)就會(huì)泛濫成災(zāi)。

防洪的主要任務(wù)是：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?，以削減洪峰流量，或加大河流的過(guò)水能力，保證安全渡汛。主要的工程措施：

(1)水土保持(2)筑堤防洪與防汛搶險(xiǎn)(3)疏竣與整治河道(4)分洪、滯洪、蓄洪

水土保持是針對(duì)高原及山丘區(qū)水土流失現(xiàn)象而采取的根本性治水措施。要大量種草種樹(shù)，封山育林，合理使用坡地，修建山塘水柜等。截留雨水，減少山洪，增加枯水徑流，減少下游河床淤積。

筑堤是平原地區(qū)為了擴(kuò)大行洪河道以加大泄洪能力，保護(hù)兩岸不受洪災(zāi)的有效措施。堤防要與防汛搶險(xiǎn)相結(jié)合，防止決堤造成更大的損失。

拓寬和竣深河槽，截彎取直，除障等，使洪水平順暢通，加大泄洪能力。整治則要修建整治建筑物來(lái)影響水流流態(tài)。疏整結(jié)合使用。

目的是減少某一河段的洪峰流量，使其控制在安全泄量以下。分洪

滯洪

蓄洪在過(guò)流能力不足的河段上游修分洪閘，開(kāi)挖分洪水道，將部分洪水引到別的流域或下游。用水庫(kù)、湖泊、洼地等，暫時(shí)滯留一部分洪水，削減洪峰之后，再騰空滯洪容積迎接下次洪峰。[見(jiàn)圖1-5a]將洪水蓄留至枯水期使用。[見(jiàn)圖1-5b]二、治澇

降雨集中，某區(qū)域積水過(guò)多或地下水位過(guò)高而又排泄不暢時(shí)就會(huì)形成澇災(zāi)。

治澇任務(wù)是：避免澇區(qū)以外的洪水向區(qū)內(nèi)匯集或倒灌；健全排水系統(tǒng)，及時(shí)排掉多余積水并降低地下水位。

①修圍堤、拒外水。

②開(kāi)渠撤洪，引走外水。

③整修排水系統(tǒng)：渠、閘、泵站等。第四節(jié)灌溉

灌溉的任務(wù)是：缺水時(shí)用人工措施向田間補(bǔ)充農(nóng)作物生長(zhǎng)必需的水分。水源：蓄洪補(bǔ)枯，汲取地下水，河、湖水。工程措施：建蓄水工程、水庫(kù)；自流灌溉引水渠首工程、引水工程；提水灌溉工程；渠系；長(zhǎng)藤結(jié)瓜水利系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)灌溉工程，需求出灌溉用水量過(guò)程線及其隨時(shí)間的變化，它是根據(jù)作物的灌溉制度求出來(lái)的。

灌溉制度：指某種作物在全生育期內(nèi)規(guī)定的灌水次數(shù)，灌水時(shí)間，灌水定額和灌溉定額。

灌水定額：某一次灌水時(shí)每畝田的灌水量。

灌溉定額：全生育期歷次灌水定額之和。

灌溉制度要按照作物田間需水量、降雨量、土壤含水量等情況，據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)定。

灌水方法：有地面灌溉、地下灌溉、噴灌、滴灌四種。第五節(jié)其它水利部門(mén)

一、內(nèi)河航運(yùn)指利用天然河湖、水庫(kù)或運(yùn)河等陸地內(nèi)的水域進(jìn)行船、筏浮運(yùn)。一般由交通部門(mén)管。由水道、港口或碼頭、船舶組成一個(gè)內(nèi)河航運(yùn)系統(tǒng)。內(nèi)河航運(yùn)只利用水道中水體的浮載能力，不耗水，但要保證一定的水位或水深。二、水利環(huán)境保護(hù)

包括防治水域污染，生態(tài)保護(hù)，水資源的合理利用和保護(hù)。水體有一定的自凈能力，但有一定限度，如污物超過(guò)了水的自凈能力，水質(zhì)就會(huì)惡化，危害人或生物的健康和生存。污水要監(jiān)測(cè)，集中處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)或零排放。河道要保證有一定的流量和流速，以促進(jìn)污物的稀釋和氧化。修建水庫(kù)常會(huì)涉及到生態(tài)平衡，改善環(huán)境和自然資源的合理利用和保護(hù)問(wèn)題。問(wèn)題面廣而復(fù)雜。三、城市和工業(yè)供水

綜合利用水利工程應(yīng)優(yōu)先滿足供水要求，即使水資源不足，也一定要保證優(yōu)先滿足供水。居民生活用水決不允許長(zhǎng)時(shí)間中斷，而工業(yè)生產(chǎn)用水中斷也會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。供水對(duì)水質(zhì)要求較高。四、淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖

水庫(kù)可用于淡水養(yǎng)魚(yú)。重視洄游性野生魚(yú)類的繁殖問(wèn)題。

①建魚(yú)梯（魚(yú)道）；

②洄游季節(jié)開(kāi)閘讓魚(yú)通行；

③人工養(yǎng)殖、運(yùn)送過(guò)壩。第六節(jié)水利水能規(guī)劃的主要內(nèi)容規(guī)劃很重要，規(guī)劃得好，資源利用率高，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)，工程效益好；反之，資源利用率低，投資大，效益低。

規(guī)劃主要內(nèi)容：

①研究和選擇流域治理開(kāi)發(fā)方案。

②研究和選擇工程群的建設(shè)次序；

③研究近期待建工程的可行性，研究和選定其初設(shè)中工程總體布置方案，水資源利用綜合開(kāi)發(fā)方式，建設(shè)規(guī)模和重要參數(shù)。④研究工程群綜合利用優(yōu)化調(diào)度運(yùn)用方案和水電站運(yùn)行計(jì)劃。規(guī)劃工程步驟：