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第十一章水利水电工程简述水是一切生命的源泉，是人类生活和生产活动中必不可少的物质。在人类社会的生存和发展中，需要不断的适应、利用、改造和保护水环境。水利事业随着社会生产力的发展而不断发展，并成为人类社会文明和经济发展的重要支柱。人类社会为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防治水旱和灾害，开发利用和保护水资源。研究这类活动及其对象的技术理论和方法的知识体系称水利科学。用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利目的而兴建的工程称水利工程。都江堰水利工程具有以下特点：水工建筑物受水的作用，工作条件复杂；施工难度大；各地的水文、气象、地形、地质等自然条件有差异，水文、气象状况存在或然性，因此大型水利工程的设计，总是各有特点，难以划一；大型水利工程投资大、工期长，对社会、经济和环境有很大影响，既可有显着效益，但若严重失误或失事，又会造成巨大的损失和灾害。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。南水北调工程线路示意图第一节防洪防洪简述防洪包括防御洪水危害人类的对策、措施和方法。它是水利科学的一个分支，主要研究对象包括洪水自然规律，河道、洪泛区状况及其演变。防洪工作的基本内容可分为建设、管理、防汛和科学研究。洪水是一种自然现象，常造成江河沿岸河谷、冲积平原和河口三角洲、海岸地带的淹没。但由于洪水现象的周期性和随机性特点以及自然环境的变化和人类活动的影响，这些地带被淹没的范围和时间既有一定的规律性，又是不固定的和有机率性的。这些受洪水泛滥威胁的地带，大多仍可被人类开发利用，从而出现了洪水灾害和防洪问题。洪水的形成及种类：洪水的形成往往受气候、下垫面等自然因素与人类活动因素的影响。按地区可分为河流洪水、融雪洪水、注川洪水、冰凌洪水、雨雪混合洪水、溃坝洪水等六种。我国河流的主要洪水大都是暴雨洪水，多发生在夏、秋季节，南方一些地区春季也可能发生。以地区划分，我国中、东部地区以暴雨洪水为主，西北部地区多融雪洪水和雨雪混合洪水。“98长江大洪水和98嫩江、松花江特大洪水”都是由暴雨洪水形成的。我国的洪水灾害十分频繁，近四十年来，我国发生过的较大洪水如下所述:1963年：海河大水。海河南系发生特大洪水，受淹农田440万平方米，京广铁路中断。1975年：淮河大水。8月上旬淮河上游出现罕见的特大暴雨，河南省泌阳县林庄3天雨量达1,605.3mm，位于暴雨中心地区的两座大型水库失事，河南省有820万人口，106万平方米耕地遭受严重水灾，倒塌房屋560万间，死亡2.6万人。1981年：长江上游大水。四川省138个县市受灾。1982年：黄河大水。1991年：淮河、太湖大水。淮河受淹耕地401万平方米，受灾人口5,423万人，倒塌房屋196万间。1994年：西江大水。1995年：长江、辽河、松花江大水。该年长江川、湘、鄂、赣四省农田受淹成为321.4万平方米，受为人口8,526万人。东北辽、吉、黑三省农田受淹223.2万平方米，受灾人口1,078.6万人。1996年：珠江、长江、海河大水。该年全国各省（自治区、直辖市）均不同程度地遭受了洪涝灾害，一半以上省（区）严重受灾，全国有311个县以上城市进水，洪涝成灾面积1,182.33万，受灾人口2.67亿人，直接经济损失2,208.36亿元。1998年：长江、嫩江、松花江、珠江、闽江等流域大水。从大洪水的时序分布来看，百年来，我国有过三次洪水频发期。第一频发期是1930年～1939年，第二个频发期是1949年～1963年。在频发期内七大江河几乎都爆发了特大洪水，有的江河甚至连续出现特大洪水。进入90年代以后，我国正处于第三个洪水高频期，相继发生了1991年淮河和太湖大水，1994年西江大水，1995年长江、辽河、松花江大水，1996年长江中游、珠江及海河大水，1998年长江、嫩江、松花江大水。因此，在今后一段时期内，还要特别警惕长江、黄河、淮河、海河等流域发生特大洪水。防洪规划防洪规划是指制定防治洪水灾害措施的总体部署方面的工作。防洪规划是防洪工程建设的前期工作，一般结合流域规划或地区水利规划进行，可分为流域的、地区的、城市的与单项防洪工程的规划。中国主要堤防:一、原则国家经济建设的目标、方针、政策和防护区的重要性，是编制规划的基本依据。一般应遵循以下原则。1．全面规划统筹安排：2．综合利用：3．蓄泄兼筹：4．区别对待设计洪水和超标准洪水：5．防洪工程与防洪非工程措施结合：二、内容1．收集资料5．防洪高度6．防洪效益分析2．洪水分析3．拟定规划目标与防洪标准4．制定防洪方案（1）堤：根据设计流量（水位）拟定堤线，堤的横断面与纵断面等；（2）河道整治：按照稳定河势利于行洪、防凌的要求，拟定治导线，部署护岸、堵汊、分水、疏浚、河道展宽工程、河道裁弯工程等；（3）分洪工程：对超过防护河段安全泄量的洪水，因地制宜选取分泄洪口门及设施，蓄洪区、避洪设施等；（4）水库工程：根据保护区的防洪标准，根据综合利用的原则、控制洪水来源与下游区间洪水等条件，研究、比较拟定水库防洪限制水位、防洪蓄水位、校核洪水位、防洪库容、水库泄洪设施及其泄洪能力曲线与防洪高度方案等，并研究可能采取的非工程措施及其作用，如洪水预报警报系统、洪泛区管理、洪水保险与超标准洪水紧急措施等的作用。防洪工程防洪工程是控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪工程和水库等。按功能和兴建目的可分为挡、泄（排）和蓄（滞）几类。挡、泄、蓄的防洪方法：挡：主要是运用工程措施挡住洪水对保护对象的侵袭。如用河堤、湖堤防御河、湖的洪水泛滥；用海堤和挡潮闸防御海潮；用围堤保护低洼地区不受洪水侵袭等。利用具有挡水功能的防洪工程，是最古老和最常用的措施。用挡的办法防御洪水，将改变洪水自然宣泄和调蓄的条件，抬高天然洪水位。一般堤线都较长、筑堤材料和地基选择余地较小、结构不能太复杂，堤身不宜太高。因此，用挡的办法防御洪水在技术经济上受到一定限制。泄：主要是增加泄洪能力。常用的措施有修筑河堤、整治河道（如扩大河槽、裁弯取直）、开辟分洪道等，是平原地区河道较为广泛采用的措施。蓄（滞）：主要作用是拦蓄（滞）调节洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。如利用水库、分洪区（含改造利用湖、洼、淀等）工程等。水库除可起防洪作用外，还能蓄水调节径流，利用水资源，发挥综合效益，成为近代河流开发中普遍采取的措施。但修水库投资大，还要淹没大量土地，迁移人口，有些地方还淹没矿藏，带来损失。开辟分洪区，分蓄（滞）河道超额洪水，一般都是用于人口较少的地区，同时也是很多河流防洪系统中的重要组成部分。防洪工程一条河流或一个地区的防洪任务，通常由多种措施相结合构成的工程系统来承担。本着除害与兴利相结合，局部与整体统筹兼顾，蓄泄兼筹，综合治理等原则，统一规划。一般是在上中游干支流山谷区修建水库拦蓄洪水，调节径流；山丘地区广泛开展水土保持，蓄水保土，发展农林牧业，改善生态环境；在中下游平原地区，修筑堤防，整治河道，治理河口，并因地制宜修建分蓄（滞）洪工程，以达到减免洪灾的目的。一、堤堤是沿河、渠、湖、海岸边或行洪区、分洪区（蓄洪区）、围垦区边缘修筑的挡水建筑物。其作用为：防御洪水泛滥，保护居民、田庐和各种建设；限制分洪区（蓄洪区）、行洪区的淹没范围；围垦洪泛区或海滩，增加土地开发利用的面积；抵挡风浪或抗御海潮；约束河道水流，控制流势，加大流速，以利于泄洪排沙。在河流水系较多地区，把沿干流修的堤称为干堤，沿支流修的堤称为支堤，形成围垸的堤称垸堤、圩堤或围堤，沿海岸修建的堤称海堤或海塘。二、河道整治河道整治:按照河道演变规律，因势利导，调整、稳定河道主流位置，改善水流、泥沙运动和河床冲淤部位，以适应防洪、航运、供水、排水等国民经济建设要求的工程措施。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。要全面研究拟整治河段和毗连的上、下游河段可能的治理开发问题。确定规划的主要参数，如设计流量、设计水位、比降、水深、河道平面和断面形态指标（包括洪、中、枯水三种情况）等，依照整治任务拟定方案，通过比较，选取优化方案，使规划实施后的总效益最大。对于重要的工程，在方案比较选定时，需进行数学模型计算和物理模型试验。三、分洪工程分洪是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。它是河流防洪系统中重要的组成部分。为保护重要城市、工矿区或重点地区的防洪安全，当在保护区附近有适当的分洪条件时，可兴建分洪工程。把超额洪水分泄入湖泊、洼地，或分注于其它河流，或直泄入海，或饶过保护区在下游仍返回原河道。分洪工程是牺牲局部，保存全局的措施。分洪工程一般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。以分洪道为主的亦称分洪道工程，在我国又称减河；以蓄滞洪区为主的亦称分洪区或蓄洪区。进洪设施设于河道的一侧，一般是在被保护区上游附近，河势较为稳定的弯道凹岸，用于分泄超过河道安全泄量的超额流量。进洪设施可分为三类。（1）有控制进洪工程：在拟定的分洪口门处兴建分洪闸；（2）半控制进洪工程：在进洪处修建溢流堰或滚水坝；（3）无控制进洪：在计划口门处堤身预埋炸药，当需要分洪时，则临时爆破进洪或用人工扒口进洪。分洪道是引导超额洪水进入承泄区的工程，只有过洪能力，没有明显的调蓄作用。工程通常在河道的一侧，借用天然河道或利用低洼地带两侧筑堤而成。分洪道根据泄洪出路，一般有四类。（1）直接分洪入海；（2）分洪入蓄洪区；（3）分洪入临近其它河流；（4）绕过保护区回原河道的分洪道。蓄洪区是利用平原湖泊、洼地滞蓄调节洪水的区域，其范围一般由围堤划定。围堤断面按堤防标准修建，蓄洪区最高蓄洪水位高于外江水位或湖泊水位时，则按蓄洪最高水位加风浪，再加安全超高。为了防御风浪对堤坡的袭击破坏，常在水位变动范围内采用块石或混凝土预制块护坡。蓄洪区在世界上大江大河的防洪中广为应用，工程较简单，施工期短，投资相对较省。中国有些蓄洪区在大水年蓄洪，小水年垦殖，这样蓄洪区称为蓄洪垦殖区。避洪工程是在分洪区运用时，为保障区内人民生命安全，并减少财产损失而兴建的工程。它是分洪蓄洪工程的重要组成部分，主要包括安全区、安全台（村台）、避水楼房、转移道路、桥梁和交通工具、救生设备、通讯设备和预报警报系统。排水泄洪工程是为及时有效地排出分洪区内的分洪水量而设置的工程措施。排水方式有自流排（如排水涵闸）和提排（如机电排水站）两种。四、水库水库是用坝、堤、水闸、堰等工程，于山谷、河道或低洼地区形成的人工水域。水库的作用有防洪、水力发电、灌溉、航运、城镇供水、养殖、旅游、改善环境等。同时要防止水库的淤积、渗漏、塌岸、浸没。水质变化和对当地气候的影响。水库防洪是利用水库的防洪库容调蓄洪水，以减免下游洪灾损失。水库防洪一般用于拦蓄洪峰或错峰，常与堤防、分洪工程、分洪非工程措施等配合组成防洪系统，通过统一的防洪调度共同承担其下游的防洪任务。丹江口水利枢纽密云水库防洪非工程措施防洪非工程措施是指通过法令、政策、经济手段和工程以外的其它技术手段，以减少洪灾损失的措施。采用防洪非工程措施是由于只靠工程措施既不能解决全部防洪问题，又受费用制约。防洪非工程措施的基本内容为：1．洪泛区管理；2．行洪道清障；3．洪水保险；4．洪水预报警报系统；5．超标准洪水紧急措施；6．救灾。从世界各国的实践来看，用防洪工程措施控制洪水是有限度的。因此防洪非工程措施作为减少洪灾的综合措施，越来越受到重视并将继续发展完善。城市人口密集，财富密度大，是经济文化政治中心和工商业集中地。世界上著名的城市多滨临河流、海、湖或依山傍水修建，都受到不同类型洪水威胁。沿河流兴建的城市，主要受河流洪水威胁。滨临湖泊的城市受吞吐流及风力影响产生的风生流等江湖洪水威胁。临海或河口的城市受海岸洪水、河口洪水等的威胁。依山傍水的城市除受河流洪水威胁外，还受山洪或泥