1、2摘 要水是生命之源。水是世界上所有生物的生命的源泉。考古研究表明，人类自古就是逐水而徙，择水而居，因水而兴。人类法杖史与水是密不可分的。水是农业之本。水是世间各种植物生长不可或缺的物质。在农业生产中，水更是至关重要的，正如俗话所说：“有收无收在于水，多收少收在于肥。 ”水是工业的血液。从电力、煤炭、石油、钢铁生产，到造纸、纺织、酿造、食品等行业，各种工业产品均需要大量的水。在某些工业生产中，水是不可替代的物质。据 2000 年统计，世界各国工业需水量约占总需水量的 0.25。水是自然生态的美容师。地球上由于水的存在、运动和变化而形成了许多赏心悦目的自然景观。如变化莫测的彩虹、雾凇、海市蜃楼；
2、因雨水冲淤而成的奇沟险壑、九曲黄河；水在地下的运动作用塑造了千姿百态的喀斯特地貌，从而有了云南石林、桂林山水等美景。另外，水的流动与自然地貌相结合形成了潺潺细流的小溪、波涛汹涌的江河、美丽无比的湖泊、奔流直下的瀑布等，这些自然景观，丰富了人类的精神文明生活。关键词：水资源 大坝 水电站 水泵站 水土保持 水闸 工程施工3引言：春秋时期齐国大政治家管仲(?前 645)对于治国必先治理自然灾害有一段精辟的论述。他说：“善为国者，必先除其五害。”何谓五害?“水一害也，旱一害也，风雾雹霜一害也，厉(疾病)一害也，虫一害也。五害之属，水最为大”。可见水旱灾害自古以来就是对人们生产和生活威胁最大的灾种。怎
3、样减轻水旱灾害呢?古代有许多应对办法，例如储备。由于灾害的发生难以逆料，“天有四殃，水旱饥荒。其至无时，非务积聚，何以备之?”一般备荒要有三年的储备粮，所以说：“国无三年之食者，国非其国也。此之谓国备。”又例如，使农作物品种多样化。汉代人认为，“种谷必杂五种，以备灾害”。这是由于不同品种作物生长季节不同，耐水旱能力也不同，而水旱多为季节性灾害。杂种五谷可以做到这种作物不收，收其他作物；这季不收，收下季，以减轻灾害对社会的损害。当然，抗御水旱灾害的积极办法首先是兴修水利。所以管子说：“除五害之说，以水为始。请为置水官，令习水者为吏”也就是说，要在中央政府内设置专管水利的官员，令熟悉治水业务的人来
4、担当，4并且要配备一些技术人员(“都匠水工”)具体组织和指导施工等等。可见，在古代，由于农业是最主要的经济部门，在中国的气候条件下，发展水利成为社会稳定和经济发展的必要条件。水利建设对社会的政治和经济的相互作用是显著的。一方面，水利作为生产力的一个组成部分直接作用于社会，促进社会的变革；另一方面，社会制度的变革又反过来影响水利事业的发展。在中国，有文字记载以来的第一件重大历史事件是大禹治水。那时社会已进入原始公社末期主要经济形式由狩猎、畜牧向农耕过渡，农业已进入锄耕阶段，因此，人们的生产和生活必然由丘陵向平原转移。而在黄河等大江大河下游平原生产和生活首先遇到的是洪水的威胁在一次范围广大的洪水之
5、后，发生了可歌可泣的史诗一一大禹治水。大禹治水是社会发展的需要。同时，由于治水是各部族大规模的集体行动，禹由于指挥成功，使他具有极高的威望和权力，在当时生产力发展和阶级分化的基础上，禅让制遂转变为世袭制，禹的儿子启建立了我国第一个奴隶制王朝。治水活动在这次社会变革中，起着某种催化剂的作用。51 水资源情况一般来讲，当前可供利用或可能被利用，且有一定数量和可用质量，并在一地区能够长期满足某种用途的并可循环再生的水源称为水资源。水资源的特征主要有以下这些：（1）再生性：在太阳能的作用下，水在自然界形成周而复始的循环。即太阳辐射到海洋、湖泊水面，将部分水汽蒸发到空中。水汽随风漂流上升，遇冷空气后，则
6、以雨、雪、霜等形式降落到地表。降水形成径流，在重力作用下又流回到海洋、湖泊，年复一年的循环。因此，一般认为水循环是每年一次。 （2）时间和空间的分布的不均匀性：在地球表面，受经度、气候、地表高程等因素的影响，降水在空间分布上极为不均，如热带雨林和干旱沙漠、赤道两侧与南北两极、海洋和内地差距很大。在年内和年际之间，水资源分布也存在很大的差异。度冬季和夏季，降雨量变化很大。另外，往往丰水年形成洪水泛滥而枯水年则干旱成灾。 （3）水资源的稀缺性：地球上淡水资源是有限的，但世界人口急剧增加，工农业进一步发展，城市不断的膨胀，对淡水资源的需求量也在快速增加。再加之水体污染和水资源的浪费现象，使某些地区的
7、水资源日趋紧张。 （4）水的利、害双面性：自古以来，水用于灌溉、航运、动力、发电等，为人类造福，为生活、生产做出了很大的贡献。但是，暴雨及洪水也可能冲毁农田、淹没家园、夺人生命，如果对水的利用、管理不当，还会造成土地的盐碱化、污染水体、破坏自然环境等，也会给人类造成灾难。正所谓水能载舟，亦能覆舟。我国江河众多，流域面积在 100km2 以上的河流有 5 万多条，1000km2 以上的约有 1500多条。但受气候和地形的影响，河流分布很不均匀，绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区，西北内陆气候干燥、少雨，河流很少。我国有 1km2 以上的湖泊 2300 多个，总面积 7187km2，约占
8、国土面积的 0.8%；湖水总储量约为 7088 亿 m3，其中淡水量占 32%。我国还有丰富的冰川资源，共有冰川 43000 余条，集中分布在西部地区。总面积 58700km2，占亚洲冰川总量的一半以上，总贮量约 52000 亿6m3。我国平均年降水量为 61889 亿 m3，平均降水深 648.4mm，年均河川径流量 27115 亿m3，合径流深 284.1mm。河川径流主要靠降水补给，由冰川补给的只有 500 亿 m3 左右。我国年平均地下水资源为 8287.6 亿 m3。根据分析计算，我国地表水和地下水的量分别为 27115 和 8288 亿 m3，扣除二者间的重复量 7279 亿 m3
9、 后，则我国多年平均水资源总量 28124 亿 m3。2 水工建筑物大坝2.1、 大 坝 概 念挡 水 建 筑 物 的 代 表 形 式 就 叫 坝 。 可 分 为 土 坝 、 重 力 坝 、 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 、 拱坝 。堤 坝 式 水 电 站 中 的 主 要 壅 水 建 筑 物 ， 又 称 拦 河 坝 。 其 作 用 是 抬 高 河 流 水 位 ， 形 成上 游 调 节 水 库 。 坝 的 高 度 取 决 于 枢 纽 地 形 、 地 质 条 件 ， 淹 没 范 围 ， 人 口 迁 移 ， 上 、 下 游梯 级 水 电 站 的 关 系 以 及 动 能 指 标 等 。 截 至 19
10、89 年 ， 中 国 大 陆 水 电 站 最 高 的 大 坝 的 高度 为 178 米 ,世 界 上 最 高 的 大 坝 的 高 度 为 325 米 （ 土 石 坝 ） 。 大 坝 的 安 全 极 其 重 要 ，所 以 应 加 强 对 大 坝 安 全 的 监 测 。 建 坝 过 程 中 及 建 坝 后 ， 对 周 围 环 境 的 影 响 也 应 充 分 考 虑 。大 坝 可 分 为 混 凝 土 坝 和 土 石 坝 两 大 类 。 大 坝 的 类 型 根 据 坝 址 的 自 然 条 件 、 建 筑 材 料 、 施工 场 地 、 导 流 、 工 期 、 造 价 等 综 合 比 较 选 定 。2.2
11、、 大 坝 的 分 类混 泥 土 坝 分 为 重 力 坝 、 拱 坝 和 支 墩 坝 3 种 类 型 。 重 力 坝 ： 依 靠 坝 体 自 重 与 基 础 间 产 生 的 摩 擦 力 来 承 受 水 的 推 力 维 持 稳 定 。 重 力 坝 的 优 点 是 结 构 简 单 ， 施 工 较 容 易 ， 耐 久 性 好 ， 适 宜 于 在 岩 基 上 进 行 高 坝 建 筑 ， 便于 设 置 泄 水 建 筑 物 。 但 重 力 坝 体 积 大 ， 水 泥 用 量 多 ， 材 料 强 度 未 能 利 用 。 拱 坝 ： 为 一 空 间 壳 体 结 构 ， 平 面 上 呈 拱 形 ， 凸 向 上
12、游 ， 利 用 拱 的 作 用 将 所 承 受 的水 平 载 荷 变 为 轴 向 压 力 传 至 两 岸 基 岩 ， 两 岸 拱 座 支 撑 坝 体 ， 保 持 坝 体 稳 定 。 拱 坝 具 有 较高 的 超 载 能 力 。 拱 坝 对 地 基 和 两 岸 岩 石 要 求 较 高 ， 施 工 上 亦 较 重 力 坝 难 度 大 。 在 两 岸 岩基 坚 硬 完 整 的 狭 窄 河 谷 坝 址 ,特 别 适 于 建 造 拱 坝 。 一 般 把 坝 底 厚 度 T 与 最 大 坝 高 H 的比 值 (T/H)小 于 0.1 的 称 为 薄 拱 坝 ;在 0.1 0.3 间 的 称 为 拱 坝 ；
13、 在 0.4 0.6 间 的 称为 重 力 拱 坝 。 若 T/H 值 更 大 时 ， 拱 的 作 用 已 很 小 ， 即 近 于 重 力 坝 。 支 墩 坝 ： 由 倾 斜 的 盖 面 和 支 墩 组 成 。 支 墩 支 撑 着 盖 面 ， 水 压 力 由 盖 面 传 给 支 墩 ，再 由 支 墩 传 给 地 基 。 支 墩 坝 是 最 经 济 可 靠 的 坝 型 之 一 ， 与 重 力 坝 相 比 具 有 体 积 小 、 造 价低 、 适 应 地 基 的 能 力 较 强 等 优 点 。 按 盖 面 形 式 ， 支 墩 坝 主 要 可 分 为 3 种 :盖 面 为 平 板状 的 称 为 平
14、板 坝 ； 盖 面 为 拱 形 的 称 为 连 拱 坝 ； 盖 面 由 支 墩 上 游 端 加 厚 形 成 的 称 为 大 头 坝 。支 墩 坝 一 般 为 混 凝 土 或 钢 筋 混 凝 土 结 构 。 和 重 力 坝 比 较 ， 支 墩 坝 具 有 如 下 特 点 ： 上 游盖 面 常 做 成 倾 斜 状 ， 盖 面 上 水 重 可 帮 助 稳 定 坝 体 ； 支 墩 坝 构 件 单 薄 ， 内 部 应 力 均 匀 ， 能7充 分 发 挥 材 料 的 强 度 ； 支 墩 的 侧 向 刚 度 较 小 ， 设 计 时 应 对 侧 向 地 震 时 支 墩 的 工 作 条 件 进行 验 算 ； 支
15、 墩 坝 对 地 基 条 件 的 要 求 较 重 力 坝 高 。 土 石 坝 包 括 土 坝 、 堆 石 坝 、 土 石 混 合 坝 等 ， 又 统 称 为 当 地 材 料 坝 。 它 具 有 就 地 取 材 、节 约 水 泥 、 对 坝 址 地 基 条 件 要 求 较 低 等 优 点 。 一 般 当 地 材 料 坝 由 坝 体 、 防 渗 体 、 排 水 体 、护 坡 等 4 部 分 组 成 。 坝 体 ： 坝 的 主 要 组 成 部 分 。 坝 体 在 水 压 力 与 自 重 下 主 要 靠 坝 体 自 重 维 持 稳 定 。 防 渗 体 ： 主 要 作 用 是 减 少 自 上 游 向 下
16、 游 的 渗 透 水 量 ， 一 般 有 心 墙 、 斜 墙 、 铺 盖 。 排 水 体 ： 主 要 作 用 是 引 走 由 上 游 渗 向 下 游 的 渗 透 水 ， 增 强 下 游 护 坡 的 稳 定 性 。 护 坡 ： 防 止 波 浪 、 冰 层 、 温 度 变 化 和 雨 水 径 流 等 对 坝 体 的 破 坏 。3 水 电 站 与 水 泵 站3.1、 水 电 站3.1.1 水电站的类型根据集中水头方式的不同，水电站分为：坝式水电站，引水式水电站和混合式水电站 水力发电原理：水能水轮机机械能发电机电能输变线路用户水轮机概念：水流能量转换成旋转机械能的动力机械。3.1.2 水轮机的基本工
17、作参数工作水头1）定义 ：水轮机进口断面和出口断面之间单位重量水流能量的差值。设计水头r、最大水头 max、最小水头 min2）公式：水能由位置水头、压力水头、速度水头组成。图 1-1 立式水轮机的水头示意图 gVPZgVPZEH 22（11）式中 单位重量水体的能量，m；Z相对某一基准的位置高度，m；P相对压力，N/m 2或 Pa；V断面平均流速，m/s；断面动能不均匀系数；8水的重度，其值为 9810N/m3；g重力加速度，m/s 2。式（1-1）中，计算常取 gV2,1称为某截面的水流单位动能，即比动能（m） ； P称为某截面的水流单位压力势能，即比压能（m） ； Z称为某截面的水流单位
18、位置势能，即比位能（m） 。 g2、 P与 Z的三项之和为某水流截面水的总比能。水轮机水头 H又称净水头，是水轮机做功的有效水头。上游水库的水流经过进水口拦污栅、闸门和压力水管进入水轮机，水流通过水轮机做功后，由尾水管排至下游。上、下游水位差值称为水电站的毛水头 ，其单位为 m。g水轮机的工作水头又可表示为（1-2）1Agh式中 gH水电站毛水头， m；h水电站引水建筑物中的水力损失，m。从式（1-2）可知，水轮机的水头随着水电站的上下水位的变化而改变，常用取几个特征水头表示水轮机水头的范围。特征水头包括最大水头 max、最小水头 min、加权平均水头a、设计水头r 等，这些特征水头由水能计算
19、给出。最大水头 max，是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决性的影响。最小水头 min，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。加权平均水头a，是在一定期间内（视水库调节性能而定） ，所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。设计水头r，是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。对于冲击式水轮机，卧轴水斗式水轮机为例，净水头 H 则为喷嘴进口断面与射流中心线（两者距离为 a）跟转轮节圆相切处单位质量水流机械能之差，即（1-3）211)(ZgvPZH水轮机的水头，表明水轮机利用水流单位机械能的多少，是水轮机最重要的基本工作参数，其大小直接影
20、响着水电站的开发方式、机组类型以及电站的经济效益等技术经济指标。流量定义；单位时间内通过水轮机的水流总量（体积） 。 单位：m 3/s 转速 n定义：水轮机单位时间内旋转次数。单位：r/min(或 rpm)出力 和效率P定义：水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号 表示，常用单位 kW。P水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流的总能量，即水流的出力，常用符号 表示。 水流输入功率： (KW) （1-4）QH1.9水轮机的出力可写成 ： （KW） ttnQH81.99（1-5）3.1.3 水轮机的类型、各类型的特点及应用范围水轮机分类：根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：
21、反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。可用如下表示：利用能量形式：反击型：势能与动能，以压能为主。冲击型：只有动能。3.1.4 各类水轮机特点及应用范围反击式水轮机1）混流式水轮机(又称法兰西斯式水轮机或辐向轴流式水轮)如图 1-2 所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。特点：结构简单，运行可靠，效率比较高，应用最广泛的机型。应用范围：在 25700m 之间。图 1-2 混流式水轮机 图 1-3 轴流式水轮机2）轴流式水轮机如图 1-3 所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动
22、，而在转轮区内水流保持轴向流动。轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。轴流转浆式：特点：复杂，有双重调节，适应水头负荷的变化大。应用范围：380m轴流定浆式：特点：较简单，叶片为固定，有些作成季节性可调节作用叶片，适应于水头负荷的变化不大。否则效率会急剧降低。应用范围：350m3）斜流式水轮机（新机型水流经转轮叶片与轴线有一角度）如图 1-4 所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式，具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为 40200m。特点：与 ZZ 相似，具有双重调节，外形、性能及适用范围均介于 H
23、L、ZL 之间。应用范围：40200m，应用于抽水蓄能电站。如天荒坪 630 万 KW10图 1-4 斜流式水轮机 1-5 贯流式水轮机4）贯流式水轮机（水流一直贯通）如图 1-5 所示，贯流式水轮机是指过流通道呈直线（或 S 形）布置的轴流式水轮机。贯流式水轮机为卧轴布置，进水管、转轮室与尾水管为同一中心线，水流在整个水轮机流道中“直贯”而过，故称为贯流式。特点：与轴流式相似，卧轴，其流道畅通，引排水损失小，过流能力大。应用范围：20m，应用于潮汐电站。类型：全贯式：发电机转子安装在水轮机转办外缘。半贯式：常用，有灯泡式、轴伸式、竖井式、虹吸式。冲击式水轮机1）切击式水轮机（水斗式，又称培尔
24、顿式水轮机）水斗式水轮机，亦称切击式水轮机，如图 1-6 所示。从喷嘴出来的高速自由射流沿转轮圆周切线方向垂直冲击轮叶。这种水轮机适用于高水头、小流量的水电站，特别是当水头超过 400m 时，由于结构强度和空化等条件的限制，混流式水轮机已不太适用，则常采用水斗式水轮机。特点：结构简单。应用范围：几百米以上甚至上千米，应用于高水头、小流量电站。是冲击式中应用最广泛的机型。目前水斗式水轮机的最高水头已用到 1767m（奥地利莱塞克电站） ，我国天湖水电站的水斗式水轮机设计水头为 1022.4m。11图 1-6 水斗式水轮机1-水斗；2、4-转轮；3-机壳；5-喷嘴；6- 针阀；7-调速手轮； 8-
25、压力水管；9-尾水渠2）斜击式水轮机（小型整机）如图 1-7 所示，斜击式水轮机是指转轮叶片呈碗形，且射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度的冲击式水轮机。图 1-7 斜击式水轮机1-机壳；2-转轮；3-挡水盘；4-发电机；5、7-喷嘴 6-阀门特点：与水斗式相比，其过流量较大，但效率较低，射流进口一转轮平面成一角度22.5。应用范围：25300m。3）双击式水轮机图 1-8 双击式水轮机1-尾水渠；2-转轮；3- 调节档板；4-压力水管；如图 1-8 所示，从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。这种水轮机结构简单、制作方便，但效率低、转轮叶片强度差，仅适用于单机出力不超过 1000kW 的小型水电站。特点：水流流经转轮两次冲击叶片。3.2 水泵站3.2.1 水泵站简介 水泵站按用途分为灌溉泵站、排水泵站、排灌结合泵站、供水泵站、加压泵站、多功能泵站等；按能源分为电力泵站、内燃机泵站、水力泵站、太阳能泵站、风力泵站等。按能否移动分为固定式泵站、半固定式泵站和移动式泵站(即泵车、泵船) ；按主泵类型分为离心泵站、轴流泵站和混流泵站等；按设计总流量或受益面积分为大、中、小型泵站。水泵站一般在下列情况下兴建：采用自流灌排不可能或不经济；需机电提水与自流引水相结
