水資源及其開發(fā)利用1課件

1、水資源及其開發(fā)利用土木水利工程概論2019.12主要內(nèi)容1、我國的水資源概況2、取水工程3、南水北調(diào)工程4、環(huán)境水利與可持續(xù)發(fā)展5、生態(tài)水工學(xué)一、我國的水資源概況 水資源(廣義) 地球上所有的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的天然水。 人類可以利用水資源(通常) 主要指某一地區(qū)逐年可以恢復(fù)與更新的淡水資源。水資源作用與意義作用:水資源是生命之源，是基礎(chǔ)自然資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一，又是戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，一個國家綜合國力的有機組成部分。水資源正日益影響全球的環(huán)境與發(fā)展，甚至可能導(dǎo)致國家間沖突。意義: 探討21世紀水資源的國家戰(zhàn)略及其相關(guān)科學(xué)問題，是全球共同關(guān)注和各國政府的重點議題之一。中國8大主要江河流域

2、1.長江流域2.黃河流域3.淮河流域4.海河流域5.珠江流域6.遼河流域7.松花江流域8.太湖流域中國水資源特點總量較多、人均很少 多年平均年徑流量總量2.8124萬億m3河川徑流：2.7115萬億m3 （284mm）地下水：0.8288萬億m3 重復(fù)量：0.7279萬億m3 總量第6位，人均量第109位總量列于巴西、俄羅斯、美國、加拿大、 印度尼西亞之后。人均2300 m3 ，僅為世界平均值的1/4。到21世紀中葉，人口達到16億高峰時，人均水資源量僅有1760m3，進入用水緊張國家的行列。注意觀察我國年降水量分布圖50降水量 （毫米）160040050800200降水量 （毫米）16004

3、00800200160080040020050南方水多、北方水少。我國降水的地區(qū)分布從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減1600800400200501.5中國水資源特點空間分布不均中國水資源特點時間分布不均 年內(nèi)分布不均汛期夏季降雨占6080汛期棄水，但興利蓄水滿足不了。 年際分布不均豐水年洪澇災(zāi)害嚴重 1994年洪災(zāi)直接經(jīng)濟損失1750多億元 2019年洪災(zāi)直接經(jīng)濟損失2550多億元枯水年干旱災(zāi)害嚴重哈爾濱、北京、武漢、廣州降水量年變化柱狀圖我國降水的時間變化降水較多的月份，廣州為_月，武漢為_月，北京為_月，哈爾濱為_ 月。4、5、6、7、8、93、4、5、 6、7、87、87、8哈爾濱、北京、武漢

4、、廣州降水量年變化柱狀圖四地降水量的季節(jié)變化共同點_,明顯的差異是_ 。夏秋多，冬春少越往北雨季越短，降水集中程度越高我國降水的時間變化中國水資源特點工農(nóng)業(yè)用水不均 農(nóng)業(yè)用水占7080%農(nóng)業(yè)用水浪費大 城市與工業(yè)缺水600座城市有300多缺水100多座嚴重缺水中國水資源特點5個不協(xié)調(diào)（1） 水資源與人口分布不相協(xié)調(diào)黃淮海三流域片占全國34.7%的人口人均水資源量低于1000m3。水資源與生產(chǎn)力布局不相協(xié)調(diào)東、中、西經(jīng)濟帶的GDP比例4:2:1東、中、西經(jīng)濟帶的水資源比例1:1:2水資源與耕地資源分布不相協(xié)調(diào)北方耕地占65%，灌溉面積占59%， 水資源量20%。中國水資源特點5個不協(xié)調(diào)（2）水資

5、源與其他礦產(chǎn)資源分布不相協(xié)調(diào)山西、寧夏煤炭資源豐富，每百元礦產(chǎn)資源潛在價值擁有水資源量僅為全國的1/40。水資源時空分布與生態(tài)環(huán)境需求不相協(xié)調(diào)中國水資源開發(fā)利用總量較多，但人均很少 開源節(jié)流 空間分布不均 南水北調(diào) 時間分布不均 防洪抗旱 工農(nóng)業(yè)用水比例不協(xié)調(diào) 節(jié)水灌溉 水污染、水土流失嚴重 保護水環(huán)境與水生態(tài) 二、取水工程 取水工程的作用是將河水引入渠道，以滿足農(nóng)田灌溉、水力發(fā)電、工業(yè)及生活供水等需要。因取水工程位于渠道的首部，所以也稱渠首工程 無壩取水 無壩取水渠首一般由進水閘、沖沙閘和導(dǎo)流堤三部分組成。為了便于引水和防止泥沙進人渠道，進水閘一般應(yīng)設(shè)在河道的凹岸處。一般說來，設(shè)計取水流量不

6、超過河流流量的30%，否則難以保證各用水時期都能引取足夠的流量。都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元前256年，是中國戰(zhàn)國時期秦國蜀郡太守李冰及其子率眾修建的一座大型水利工程。全世界至今為止，年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的宏大水利工程。2200多年來，至今仍發(fā)揮巨大效益。 都江堰水利工程-飛沙堰溢洪道-魚嘴分水堤-寶瓶口進水口 都江堰三大主體工程李冰父子邀集了許多有治水經(jīng)驗的農(nóng)民，對地形和水情作了實地勘察，決心鑿穿玉壘山引水。由于當時還未發(fā)明火藥，李冰便以火燒石，使巖石爆裂，終于在玉壘山鑿出了一個寬20m，高40m，長80m的山口。因其形狀酷似瓶口，故取名“寶瓶口”，把開鑿玉壘

7、山分離的石堆叫“離堆”。 寶瓶口進水口 寶瓶口：控制進水流量，內(nèi)江水經(jīng)過寶瓶口流入川西平原灌溉農(nóng)田。低水位流速m/s，高水位流速m/s寶瓶口引水工程完成后，雖然起到了分流和灌溉的作用，但因江東地勢較高，江水難以流入寶瓶口，李冰父子率眾又在離玉壘山不遠的岷江上游和江心筑分水堰，用裝滿卵石的大竹籠放在江心堆成一個狹長的小島，形如魚嘴，岷江流經(jīng)魚嘴，被分為內(nèi)外兩江。外江取水口寬130m，內(nèi)江取水口寬150m，利用地形、地勢使江水在魚嘴處按比例分流。外江仍循原流，內(nèi)江經(jīng)人工造渠，通過寶瓶口流入成都平原。魚嘴分水堤 春季水量小時，四成流入外江，六成流入內(nèi)江以保證春耕用水；春夏洪水季節(jié)時，水位抬高漫過魚嘴

8、，六成水流直奔外江，四成流入內(nèi)江，使灌溉區(qū)免受水淹。為了觀測和控制內(nèi)江水量，李冰又雕刻了三個石樁人像，放于水中，讓人們知道“枯水（低水位）不淹足，洪水（高水位）不過肩”。還鑿制石馬置于江心，以此作為每年最小水量時淘灘的標準。 飛沙堰溢洪道 為了進一步起到分洪和減災(zāi)的作用，在分水堰與離堆之間，又修建了一條長200m的溢洪道流入外江。飛沙堰的作用主要是當內(nèi)江的水量超過寶瓶口流量上限時，多余的水便從飛沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情況，它還會自行潰堤，讓大量江水回歸岷江正流。另一作用是“飛沙”，岷江從萬山叢中急馳而來，挾著大量泥沙，石塊，如果讓它們順內(nèi)江而下，就會淤塞寶瓶口和灌區(qū)。 有壩（低壩）取

9、水 當河流水源雖較豐富，但水位較低時，可在河道上修建塞水建筑物(壩或閘)，抬高水位，自流引水灌溉，形成有壩引水的方式。壅水壩或攔河閘的高程應(yīng)當依據(jù)灌區(qū)引人流量時所要求的水位而定。1一塞水壩;2一進水閘;3一排沙閘;4一沉沙池;5一導(dǎo)水墻;6一干渠;7-堤防抽水取水 當河流水量比較豐富，但灌區(qū)位置較高，修建其他自流引水工程困難或不經(jīng)濟時，可就近采取抽水取水方式。這樣，干渠工程量小，但增加了機電設(shè)備及年管理費用，引水流量依機電設(shè)備能力而定。水庫取水 當河流的流量、水位均不能滿足灌溉要求時，就須在河流的適當?shù)攸c修建水庫進行徑流調(diào)節(jié)，解決來水和用水之間的矛盾。采用水庫取水，必須修建大壩、溢洪道和進水閘

10、等建筑物，工程較大，且有相應(yīng)的庫區(qū)淹沒損失，但水庫能充分利用河流水資源，這是優(yōu)于其他取水方式之處。渠道斷面 渠道斷面形式取決于水流、地形、地質(zhì)以及施工等條件。最常采用的是梯形斷面。 (a)梯形斷面;(b)復(fù)式斷面;(c)矩形斷面;(d)有擋土墻矩形斷面;(e)盤山斷面;(f)半填半挖斷面三、南水北調(diào)工程工程總投資額：5000億元工程建設(shè)時間：2019年至2020年南水北調(diào)總體規(guī)劃推薦東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過三條調(diào)水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、東西互濟的合理配置格局。規(guī)劃的東線、中線和西線到2050年調(diào)水

11、總規(guī)模為448億立方米，其中東線148億立方米，中線130億立方米，西線170億立方米。 南水北調(diào)這項世界上最大規(guī)模的調(diào)水工程，經(jīng)過近50年的爭議和論證，其東線、中線一期工程已分別于2019年和2019年正式開工。南水北調(diào)線路示意圖南水北調(diào)線路示意圖東線工程從長江下游揚州抽引長江水，利用京杭大運河及與其平行的河道逐級提水北送，并連接起調(diào)蓄作用的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖。出東平湖后分兩路輸水：一路向北，在位山附近經(jīng)隧洞穿過黃河；另一路向東，通過膠東地區(qū)輸水干線經(jīng)濟南輸水到煙臺、威海。根據(jù)最新建設(shè)目標，東線一期工程建設(shè)目標為2019年通水。東線工程（一）東線工程（二） (一)輸水工程 包括輸

12、水河道工程、泵站樞紐工程、穿黃河工程。1輸水河道 輸水河道工程從長江到天津輸水主干線全長1150km，其中黃河以南651km，穿黃河段9km，黃河以北490km。 分干線總長740km，其中黃河以南665km。輸水河道90%利用現(xiàn)有河道。2泵站樞紐 東線的地形以黃河為脊背向南北傾斜，引水口比黃河處地面低40余米。從長江調(diào)水到黃河南岸需設(shè)13個梯級抽水泵站，總揚程65m，穿過黃河可自流到天津。 東線工程（三）3穿黃河工程 穿黃河隧洞工程等別為I等，設(shè)計輸水流量100m3/s，為有壓圓形隧洞，開挖洞徑8.9-9.5m，洞長585.38m，包括南岸豎井、過河平洞（平洞段在黃河河底下70m深處）、北岸

13、斜井及進、出口灘地埋管。 東線工程（四）(二)蓄水工程 東線工程沿線黃河以南有洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖等湖泊，略加整修加固，總計調(diào)節(jié)庫容達75.7億m3，不需新增蓄水工程。黃河以北現(xiàn)有天津市北大港水庫可繼續(xù)使用，天津市團泊洼和河北省的千頃洼需擴建，并新建河北省大浪淀、浪洼，黃河以北五處平原水庫總調(diào)節(jié)庫容14.9億m3。(三)供電工程 黃河以南有泵站30處，新增裝機容量88.77萬kW，多年平均用電量38.2億kWh，最大年用電量57.5億kWh。第一期工程有泵站23處，新增裝機34.32萬kW，年平均用電量19億kWh。東線工程（五）韓莊運河萬年閘泵站工程2019年11月18日開工建設(shè)。

14、山東省南水北調(diào)韓莊運河段萬年閘泵站位于韓莊運河中段，是南水北調(diào)東線工程的第八級泵站。該泵站樞紐西距韓莊泵站樞紐16KM，東距臺兒莊泵站樞紐14KM，位于韓莊運河北三支溝入口以下萬年閘村北、楊官閘村南。2019年4月29日拍攝的南水北調(diào)工程河北保定易縣段施工現(xiàn)場。東線工程（六）東線工程（七）2019年12月28日南水北調(diào)東線穿黃工程開工建設(shè)。 2019年3月25日，南水北調(diào)東線穿黃工程順利貫通，促東線2019年通水。中線工程：從加壩擴容后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿唐白河流域西側(cè)過長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口后，經(jīng)黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西孤柏嘴處穿過黃河，繼續(xù)沿京廣鐵路西側(cè)北上，可

15、基本自流到北京、天津。根據(jù)最新建設(shè)目標，中線一期工程建設(shè)目標為2019年主體工程完工，2019年汛后通水。 中線工程（一）中線工程（二）(一)水源區(qū)工程 丹江口水利樞紐續(xù)建工程 丹江口水利樞紐壩頂高程從現(xiàn)在的162m，加高至176.6m， 設(shè)計蓄水位由157m提高到170m， 總庫容由原174.5億m3，增至290.6億m3，是國內(nèi)最大的大壩加高工程。 中線工程（三）2019年9月26日，丹江口大壩加高工程正式開工。2019年7月22日，丹江口大壩加高工程主體竣工后首次泄洪。中線工程（四）(二)輸水工程1總干渠 黃河以南總干渠線路受已建渠首位置、江淮分水嶺的方城埡口和穿過黃河的范圍限制，走向明

16、確。黃河以北曾比較利用現(xiàn)有河道輸水和新開渠道兩類方案，從保證水質(zhì)和全線自流兩方面考慮選擇新開渠道的高線方案。2穿黃河工程 總干渠在黃河流域規(guī)劃的桃花峪水庫庫區(qū)穿過黃河，穿黃工程規(guī)模大，問題復(fù)雜，投資多，是總干渠上最關(guān)鍵的建筑物。中線工程（五）穿黃河隧道工程為2條隧道，每條隧洞總長4250米（其中過黃河段3450米，邙山隧洞段長800米，在黃河底部最大埋深35米，最小埋深23米），單洞直徑7米，設(shè)計輸水能力500m3/s 。中線工程（六）中線穿黃工程于2019年9月27日開工建設(shè)。2019年6月22日，南水北調(diào)中線穿黃工程上游線隧洞貫通； 2019年9月27日，南水北調(diào)中線穿黃工程下游線隧洞貫通

17、。 中線工程（七）2019年10月31日，國務(wù)院南水北調(diào)建設(shè)委員會第三次全體會議則根據(jù)可研總報告，將工期明確為“2019年主體工程完工，2019年汛后通水”。四、環(huán)境水利與可持續(xù)發(fā)展 環(huán)境水利（Environmental Water Conservancy）研究水利與環(huán)境之間的關(guān)系，以發(fā)揮水利優(yōu)勢，減免不利影響，保護和改善環(huán)境。環(huán)境水利學(xué)-是研究水資源開發(fā)利用和興建水利工程過程中出現(xiàn)的環(huán)境問題，并使水利建設(shè)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展的學(xué)科，是支撐環(huán)境水利的理論基礎(chǔ)和技術(shù)體系按環(huán)境要素分按人類活動分按造成污染的性質(zhì)、來源分工業(yè)環(huán)境污染城市環(huán)境污染農(nóng)業(yè)環(huán)境污染化學(xué)污染生物污染物理污染能源污染大氣污染大氣污

18、染水污染水體污染土壤污染土壤污染環(huán)境污染的分類（1）發(fā)展是必需的。 （2）自然環(huán)境必需保護。 （3）保護環(huán)境和發(fā)展經(jīng)濟是同一個問題的兩個方面。 “環(huán)境”是我們大家生活的地方；發(fā)展是在這個環(huán)境中為改變我們的命運，我們大家應(yīng)做的事情。兩者不可分割。 （4）可持續(xù)發(fā)展是人類進入21世紀的頭號大問題，是人類走向未來美好生活的正確選擇。 （5）可持續(xù)發(fā)展的定義：持續(xù)發(fā)展是既滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害的發(fā)展。 （載我們共同的未來）名詞解釋可持續(xù)發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)資源與環(huán)境社會系統(tǒng)經(jīng)濟系統(tǒng)自然再生產(chǎn)人力再生產(chǎn)物質(zhì)再生產(chǎn)科技21世紀議程揭示可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實質(zhì)生境多樣性不復(fù)存在-生物多樣性

19、消失治理前：自然河道治理后：經(jīng)濟斷面河道主要包括：水質(zhì)管理，調(diào)控水資源以提高自凈能力，水污染源管理，水資源保護區(qū)管理，水質(zhì)預(yù)測預(yù)報，水質(zhì)調(diào)度，防治水體富營養(yǎng)化，改善水生物生境的管理等.環(huán)境水利的基本內(nèi)容環(huán)境影響評價環(huán)境影響-是指人類活動（經(jīng)濟、政治、社會）導(dǎo)致的環(huán)境變化以及由此引起的對人類社會的效應(yīng)。我國80年代初開始環(huán)境影響評價工作。作用反作用評價影響趨勢制定減緩措施人類環(huán)境五、生態(tài)水工學(xué) 生態(tài)水工學(xué)的特點：工程理念和技術(shù)方法：從減輕水利工程對水體生態(tài)系統(tǒng)負面影響來探討水利工程 基本原理：研究水域生態(tài)系統(tǒng)的特點；不同區(qū)域水文與水質(zhì)因子與生物群落的相關(guān)關(guān)系；水利工程與水域生態(tài)系統(tǒng)的交互作用；生態(tài)型水利工程對生態(tài)系統(tǒng)補償?shù)脑砗蜋C制等。遵循生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律：自我設(shè)計、自我組織、自我修復(fù)、自我凈化 長江洞庭湖堤防與自然環(huán)境極不協(xié)調(diào)的混凝土護坡硬質(zhì)化的堤防人與自然和諧相處 是生態(tài)水工學(xué)的指導(dǎo)思想 未來的水利工程既能夠?qū)?/p>