申艳《水利水电工程概论》第一章.ppt

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1、水利水电工程概论,申 艳2008年8月19日,第一章 绪论,第一节 本课程的特点及相关知识,本课程为非水利水电工程专业的选修课。主要介绍我国水利水电事业的最新发展及水力水电工程的一些基本概念和知识。通过学习本课程，获得水利工程的基本知识,对水力发电工程的特点、生产过程有一个初步的了解。,第二节 水资源及水能资源,水资源是人类生存及社会发展的一项基本因素，随着生产的发展和生活水平的不断提高，人们对水的要求日益增多，而大自然的来水：地域、年际、年内分配不均，使来水与供水的矛盾日益尖锐，解决这种矛盾的根本措施是修建水利工程。,第二节 水资源及水能资源,人类可以利用的淡水总量约为0.38亿km3，仅占

2、全球总水量的2.5%，这其中大部分（近70）是固体冰川，即分布在两极地区和中、低纬度地区的高山冰川，还很难加以利用。目前人类比较容易利用的淡水资源，主要是河流水、淡水湖泊水，以及浅层地下水，储量约占全球淡水总储量的0.3，只占全球总储水量的十万分之七。据研究，从水循环的观点来看，全世界真正有效利用的淡水资源每年约有9000立方米。,第二节 水资源及水能资源,第二节 水资源及水能资源,最大的世界性问题 水匮乏世界银行最新提供的报告警告：世界上近40%的人口难保有足够的洁净用水。水资源已经到了严重不足的阶段。一些环境和资源学家也指出，不远的将来，水缺乏将成为地球环境方面最大的难题。,所谓水利工程，

3、是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到除害兴利目的而修建的工程。水利工程对水资源的综合利用主要包括:,第二节 水资源及水能资源,1、防洪工程：控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程,3、环境水利工程：防止水土流失和水质污染，维护生态平衡,7、航道和港口工程：改善和创建航运条件,2、农田水利工程：防止旱、涝、渍灾，为农业生产服务,4、水力发电工程：利用水的位能发电,5、给排水工程：为工业和生活供水，处理和排除污水,6、渔业水利工程：保护和增进渔业生产,累计的直接经济损失超过了1.1万亿元，约相当于同期财政收入的1/5。,陕西山西河南旱灾,世界银行曾测算，中国每年干旱造成的损失约为3

4、50亿美元,中国仅水和大气造成的污染，年损失为540亿美元，占中国年GDP的8%。,全国主要城镇污染分布图,水电站是水利枢纽的一个重要组成部分，是利用水力资源发电的场所，是水、机、电的综合体。水力发电是通过水电站枢纽来实现的。在这里，水电站相当于一个将水能转换为电能的工厂，水能（水头和流量）相当于这个工厂的生产原料。电能相当于其生产的产品，水轮机和水轮发电机则是其最主要的生产设备。,水电站的基本原理,在水库中的水体具有较大的位能，当水体通过隧洞、压力水管流经安装在水电站厂房内的水轮机时，水流带动水轮机转轮旋转，此时水能转变为旋转机械能，水轮机转轮带动发电机转子旋转切割磁力线，在发电机的定子绕组

5、上就产生了感应电感势，一旦发电机和外电路接通，就可供电。,电站整体示意图,厂房内部结构图,水轮机转轮,发电机转子,水轮机蜗壳,尾水管,大轴,水电站上、下游水位差HO称为水电站的静水头。设水电站某时刻的静水头为HO，在时间t内有体积为V的水体经水轮机排入下游。若不考虑进出口水流动能变化和能量损失，则体积为V的水体在时间t内向水电站供给的能量应等于水体所减少的位能。,第二节 水资源及水能资源,实际上，在由水能到电能的转变过程中，不可避免地会产生能量损失。这种损失表现在两个方面：一方面，在水流自上游引到下游的过程中，存在引水道的水头损失；另一方面，在水轮机、发电机和传动设备中也将损失一部分能量。水电

6、站出力：N=9.81QH 发电必须有流量和水头。,第二节 水资源及水能资源,水电站的优缺点,优点：成本低1.水电是可再生能源,不需要消耗燃料(煤炭,石油,天然气),同时节省了开采和运输的费用 2.电站所需运行人员少,节约了人力资源2.运行上具有高度机动性3.无化学和热污染，是最清洁的能源,缺点：1.淹没损失和移民问题2.土建工程量大，一次投资大，工期长优良的水电工程常位于边远山区，造成建设和输电困难。小型工程为 35 年，中型工程为 810 年，大型工程为 10 年以上。3.对自然生态的不利影响,水电站的优缺点,第三节 我国水资源及水电建设史,一、地形与河川概述1.地形我国国土面积960万km

7、2，地势西高东低，明显分为三个阶梯。第一阶梯地：青藏高原，海拔在4500m以上；第二阶梯地：在大兴安岭、太行山脉、巫山、武陵山及云贵高原东缘以西，海拔10002000m；第三阶梯地：海拔1000m以下，在大兴安岭、太行山、巫山、武陵山及云贵高原东缘一线以东。,2.主要水系（1）长江：我国第一大河，全长6300km，先后经过10省市，在上海注入东海。（2）黄河：我国第二大河，全长5400km，流经9省，于山东垦利、利津两县间注入渤海。（3）松花江：国际河流，国内流域面积仅次于长江、黄河，列第三位。（4）珠江：全长2200km，年径流量位列第二。（5）海河：干河全长70km。（6）淮河：约长100

8、0km，豫、皖、苏、鲁。（7）辽河：干流长410km。,第三节 我国水资源及水电建设史,年平均径流量：9800 亿m3长江流域已建坝：4万多座已建电站装机容量：2500万千瓦,三峡、二滩、龙滩、丹江口、葛洲坝、五强溪等,第三节 我国水资源及水电建设史,二滩水利枢纽,第三节 我国水资源及水电建设史,丹江口水利枢纽,第三节 我国水资源及水电建设史,年平均径流量：580 亿m3长江流域已建坝：3000多座已建电站装机容量：949.6万千瓦,小浪底、龙羊峡、李家峡、公伯峡、拉西瓦等,第三节 我国水资源及水电建设史,二、中国水能资源在世界上的地位我国水能资源总蕴藏量6.8亿kW，折合年发电量5.9万亿度

9、；技术可开发电量3.8亿kW，折合年发电量1.9万亿度。,第三节 我国水资源及水电建设史,三、中国水能资源的分布（按技术可开发量）,2.按流域及水系划分长江53.4%；黄河6.1%珠江5.8%；淮河0.1%东北诸河2.3%东南沿海诸河2.9%西南国际河流10.9%西藏诸河15.4%西北内陆及新疆2.8%,1.按地区划分西南67.8%中南15.5%西北9.9%华东3.6%东北2.0%华北1.2%,第三节 我国水资源及水电建设史,四、中国水能资源分布的特点：1.时间、空间分布上的不均匀不同地区，南方一日雨量可远超过西北全年的降水量。同一地区，一次暴雨可超过多年的年均降水量，从而导致我国各地历史上洪

10、、涝、旱灾频繁发生。2.开发不方便，技术难度大高山峡谷地区交通不便，建造、生活、输电困难相对多（条件大为改善）。电站容量大、水头高、单机容量大、技术复杂。,第三节 我国水资源及水电建设史,远古时期,封建统治时期,共和国成立后,五、我国水利工程建设的历史,第三节 我国水资源及水电建设史,春秋战国以前，社会生产力水平低下，不可能兴修较大规模的水利工程。及至春秋战国时期，封建制度逐步取代奴隶制度，生产关系的变革促进了生产力的发展，铁制工具的普遍使用，为兴修水利创造了有利的物质条件。又由于诸侯割据，互相攻占称霸，出于对粮食、交通运输等方面的需要，塘堰灌溉工程、人工运河有较大规模的发展。这一时期较著名的

11、水利工程有：,第三节 我国水资源及水电建设史,1、约BC2000：大禹治水（传说）2、战国时期BC475BC221：堤防系统。据文字记载，公元前246年，韩国水工郑国开郑国渠引泾水东下入洛，十余年后，渠成，灌田4万顷。郑国是中国最早入史的“水工”。战国时期BC256：李冰父子主持修建的岷江都江堰分洪灌溉工程，一直是成都平原农业稳定高产的保证，堪称中华民族的骄傲之一。工程历时14年，灌溉面积从以前的100多万亩到现在超过1000万亩。,第三节 我国水资源及水电建设史,郑国渠,第三节 我国水资源及水电建设史,郑国渠修成后，灌溉面积达280万亩，是我国古代最大的一条灌溉渠道，使秦国从经济上完成了统一

12、中国的战争准备。郑国渠工程之浩大、设计之合理、技术之先进、实效之显著，在我国古代水利史上是少有的，也是世界水利史上所少有的。,秦统一六国后，为了统一岭南地区，开凿了沟通长江、珠江两大水系的灵渠。不仅可供通航，且有灌溉之利。至隋、唐两代，我国封建社会进入极盛时期。隋代在兴修水利方面的最大成就，就是在前人开凿人工运河的基础上，建成沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系全长达1794km的京杭大运河。到明、清时期，水灾较为频繁，水利工程的兴建都大大超过前代。有些堤防，在历代修建的基础上逐渐连成一体，形成沿江的堤防系统，即当今的荆江大堤、武昌堤防、汉口堤防、汉阳堤防、黄广大堤、同马大堤、无为大堤等

13、。,第三节 我国水资源及水电建设史,灵渠,第三节 我国水资源及水电建设史,灵渠全长37公里，设计科学，建造精巧。将湘江水三七分流，其中三分水向南流入漓江，七分水向北汇入湘江，沟通了长江、珠江两大水系。是现存世界上最完整的古代水利工程，与四川都江堰、陕西郑国渠齐名,并称为“秦朝三大水利工程”。郭沫若先生称为：“与长城南北相呼应，同为世界之奇观。”,隋朝京杭大运河,第三节 我国水资源及水电建设史,京杭大运河是我国仅次于长江的第二条“黄金水道”。价值堪比长城，是世界上开凿最早、最长的一条人工河道，是苏伊士运河的16倍，巴拿马运河的33倍。,近代至今我国的水利建设有了较大的发展。1、整修兴建了约26万

14、Km的堤防；疏浚整治了排水河道，开辟了海河和淮河的排洪通道；兴建86000多座水库，面积10000亩以上的灌区有2500多处；水电装机也从49年的16.3万发展到如今的7200万KW。2、灌溉面积从2.4亿亩上升到7亿亩以上；3.4亿亩易涝耕地，2/3得到初步的治理，1.1亿亩盐碱地，1/2得到改良；城市、工业供水及农牧区人、畜饮水提供了相当数量的水源，为工农业生长和人民生活提供了电能。,第三节 我国水资源及水电建设史,典型工程：三峡水电站“万里长江，险在荆江”。荆江流经的江汉平原和洞庭湖平原，沃野千里，是粮库、棉山、油海、鱼米之乡，是长江流域最为富饶的地区之一，但这一地区也是洪水灾害频繁而严

15、重的地区。荆江防洪问题，是当前长江中下游防洪中最严重和最突出的问题。三峡水库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。,第三节 我国水资源及水电建设史,三峡水电站建成后，年发电量847亿kwh，相当于建设13座140万kW级的大型火力发电厂，每年省标准煤 5000万吨，减少排放SO2 100 万吨，CO2 1亿吨，NOx37万吨。对解决21世纪初期一段时间内华中、华东和广东地区用电增长的需要，促进华中、华东和广东地区经济发展将起到重要作用。也将创造可观的经济效益。,第三节 我国水资源及水电建设史,三峡工程是特大型的综合性系统工程，它涉及多方面的重大科技问题，如大型设备

16、制造、专业人才的培训、重大工程项目的技术经济决策方法、三峡工程中关键问题的应用基础研究等。通过三峡工程的建设实践，必将促进我国科学技术的发展。,第三节 我国水资源及水电建设史,世界防洪效益最为显著的水利工程。总库容393亿立方米，防洪库容221.5亿立方米。世界最大的水电站。总装机1820万千瓦，年发电量846.8亿千瓦时。世界建筑规模最大的水利工程。大坝坝轴线全长2309.47米，泄流坝段长483米，水电站机组70万千瓦（26台），双线5级船闸、升船机。世界工程量最大的水利工程。主体建筑土石方挖填量约1.34亿立方米，砼浇筑量2794万立方米。世界施工难度最大的水利工程。2000年砼浇筑量为

17、548.17万立方米，月浇筑量最高达55万立方米。施工期流量最大的水利工程。三峡工程截流流量9010立方米/秒，施工导流最大洪峰流量7.9万立方米/秒。世界泄洪能力最大的泄洪闸。最大泄洪能力10.25万立方米/秒。世界规模最大、难度最高的升船机。世界水库移民最多、工作量最为艰巨的移民建设工程。,三峡工程之最,第三节 我国水资源及水电建设史,三峡水电站,第三节 我国水资源及水电建设史,第三节 我国水资源及水电建设史,1、我国大江大河的防洪还没有真正的解决；2、我国农业目前仍在很大程度上受制于自然地理和气候条件；3、工业和城市用水增长速度快，一些沿海城市已经出现淡水供应困难，水源紧缺将日益成为限制

18、我国生长和生活提高的重大障碍瓶颈；4、水能资源的开发比例相当低。,一、我国水利工程建设的现状,第四节 我国的水利水电建设规划,我国第一座水电站建于云南昆明的石龙坝，时间1912年，容量1440kW。1949年，总装机184.86万kW，占比重8.8%。截止1998年底，全国总装机约为2.54亿kW，其中水电装机6100万kW，占24%。20世纪末，水电站装机期望达到8000万kW，占全国电力总装机容量20%。,第四节 我国的水利水电建设规划,据统计：2001年底，我国常规水电站装机容量7.7108 kw，超过美国，居世界第一位。我国在建水电站规模超过3108kw，规划拟建水电站容量5108kw

19、，均居世界第一位。但从水力资源开发利用程度上看，我国水力资源开发利用率刚刚达到22的世界平均水平，且远低于水力资源开发程度较高的国家50的开发利用率。因此，我国水电事业具有广阔的发展前景。,第四节 我国的水利水电建设规划,二、我国水电开发的规划目标是：到2010年，全国水电装机容量达1.25109kw，占可开发水力资源的33；到2015年，全国水电装机容量达1.5109 kw，占可开发水力资源的40；到2020年，全国水电装机容量达2109kw，占可开发水力资源的53。,第四节 我国的水利水电建设规划,为了实现上述目标，我国把12条水量丰富、水力资源集中的河流作为水电开发的重点。它们是长江上游

20、、黄河上游、黄河中游、雅砻江、红水河流域、金沙江、大渡河、乌江、澜沧江，以及东北湘西和闽浙赣地区等，其总装机容量可达2.2725109kw，年发电量可达1.00851012kw.h。因此，随着这十二大水电基地的开发，我国将逐步实现“西电东送”，缓解电力供应紧张的局面，以适应国民经济日益发展的需要。,第四节 我国的水利水电建设规划,第四节 我国的水利水电建设规划,到2050年，我国水电装机容量将达到4.3亿kw，水电资源基本开发完毕，水电开发率达到90%以上。中国将真正成为水电资源大国、开发规模大国、水电电能生产大国，其水电技术水平处于世界领先地位。,第四节 我国的水利水电建设规划,万家寨水利枢纽,第四节 我国的水利水电建设规划,隔河岩水利枢纽,第四节 我国的水利水电建设规划,安康水利枢纽,第四节 我国的水利水电建设规划,第四节 我国的水利水电建设规划,Thank You!,